大熊貓主食竹產(chǎn)地土壤重金屬評(píng)價(jià)

劉涌, 李俊清, 劉正霄, 睢雅妮, 蘭飛, 熊書(shū)圣, 何敏, 羅亮, 劉月, 賀品

1. 廣安華鎣山大熊貓野化放歸培訓(xùn)中心，四川 廣安 638500；

2. 北京林業(yè)大學(xué)森林資源與生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083

大熊貓主食竹是大熊貓主要的食物來(lái)源。主食竹產(chǎn)地的土壤質(zhì)量是影響主食竹質(zhì)量最關(guān)鍵的因素之一[1]。主食竹在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中會(huì)不可避免的吸收一些重金屬元素如As、Cd、Cr、Hg、Pb和Cu等重金屬元素[2]。由于人類活動(dòng)的干擾，導(dǎo)致土壤重金屬含量遠(yuǎn)大于土壤原有含量，易造成土壤重金屬污染[3]。土壤重金屬污染會(huì)對(duì)主食竹的質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響，大熊貓取食受影響的主食竹會(huì)危害自身健康。因此對(duì)大熊貓主食竹產(chǎn)地的土壤重金屬環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，掌握當(dāng)?shù)赝寥乐亟饘俚馁|(zhì)量情況，為保護(hù)大熊貓和大熊貓主食竹提供科學(xué)合理的政策支持和依據(jù)是十分緊要的。

1 研究區(qū)概況

研究地位于華鎣山巖溶區(qū) (106°38'～106°45'E、29°58'～30°08'N)，海拔范圍為 800～1 704 m。主峰高登山1 704 m，為四川盆地底部區(qū)域的最高峰。華鎣山巖溶區(qū)屬于中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)域，年均降水量為1 158 mm，極端高溫為34.34 ℃，極端低溫為1.10 ℃。土壤主要有水稻土、沖積土、黃壤、紫色土4個(gè)土類。華鎣山地區(qū)規(guī)劃放歸大熊貓種群的棲息地面積為80 km2，區(qū)內(nèi)植被中純竹林占60 %，竹樹(shù)混生林占25 %，雜灌林占10 %，人工林占5 %。經(jīng)調(diào)查該區(qū)域煤礦資源豐富，無(wú)重金屬礦產(chǎn)資源。

2 研究方法

2.1 土壤取樣及處理方法

2019年7月對(duì)研究區(qū)內(nèi)土壤質(zhì)量狀況進(jìn)行調(diào)查，土壤采樣點(diǎn)設(shè)置在規(guī)劃放歸大熊貓區(qū)域，根據(jù)不同的地形條件及主要的生境類型（7個(gè)純竹林樣方，7個(gè)針闊葉混交林樣方，6個(gè)常綠落葉闊葉混交林樣方），共設(shè)置了20個(gè)10 m×10 m固定樣地。我們按照五點(diǎn)取樣法在10 m×10 m樣地內(nèi)進(jìn)行土壤取樣，取樣范圍為表層0～30 cm，采集量1 kg，采集過(guò)后混合均勻，裝入布袋，貼上標(biāo)簽，帶回實(shí)驗(yàn)室處理。土壤樣品分析由四川省林產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)檢測(cè)中心承擔(dān)，分別測(cè)試了As、Cd、Cr、Hg、Pb和Cu 6個(gè)重金屬元素和pH值共7個(gè)指標(biāo)。

2.2 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)及標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 單因子指數(shù)法

式中：Pi為土壤污染物i的污染指數(shù)；Ci為土壤污染物i的實(shí)測(cè)濃度；Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

土壤重金屬的積累狀況采用中國(guó)土壤元素背景值為參照標(biāo)準(zhǔn)，土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)采用《全國(guó)土壤污染狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)定》（環(huán)發(fā)[2008]39號(hào)）的規(guī)定。土壤單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，定義Pi≤0.7的取樣點(diǎn)區(qū)域定義為清潔無(wú)污染，0.7≤Pi≤1定義為尚清潔（警戒線），13定義為重度污染[1,2,3,4]。

2.2.2 綜合污染指數(shù)法

式中P綜為綜合污染指數(shù)；（Cimax/Simax）為單項(xiàng)污染指數(shù)的最大值；（Ciave/Siave）為單項(xiàng)污染指數(shù)平均值[4,5]。綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)同2.2.1。

3 結(jié)果與分析

3.1 大熊貓主食竹產(chǎn)地土壤重金屬含量特征

對(duì)大熊貓主食竹產(chǎn)地的土壤重金屬含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（見(jiàn)表1），結(jié)果顯示該區(qū)域土壤中As、Hg、Pb、Cd、Cu和Cr 6種重金屬含量的平均值分別為9.17，0.12，24.34，0.16，28.62 和57.11 mg·kg?1，由圖1可知，Hg、Cd和Cu的含量高于中國(guó)土壤背景值，分別是中國(guó)土壤背景值的1.81，1.61和1.27倍。As、Pb和Cr的含量均低于中國(guó)土壤背景值。

表 1 研究區(qū)土壤重金屬含量Tab. 1 Soil heavy metals content in the study area

圖 1 土壤重金屬含量平均值與中國(guó)土壤背景值比較Fig. 1 Comparison between the soil average heavy metals content and the background values of soil in China

3.2 大熊貓主食竹產(chǎn)地土壤重金屬污染指數(shù)

根據(jù)研究區(qū)土壤樣本測(cè)定結(jié)果，計(jì)算出各取樣點(diǎn)重金屬單因子污染指數(shù)及綜合污染指數(shù)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)（見(jiàn)表2），結(jié)果顯示，20個(gè)取樣點(diǎn)的As、Hg、Pb、Cd、Cu和Cr的單項(xiàng)污染指數(shù)Pi均小于0.7，屬于清潔無(wú)污染。綜合污染指數(shù)P綜也均小于0.7，說(shuō)明該區(qū)域土壤均處于清潔無(wú)污染狀態(tài)。

3.3 土壤重金屬相關(guān)性分析

研究區(qū)域土壤重金屬間相關(guān)性分析見(jiàn)圖2，結(jié)果顯示土壤pH值越大，土壤中Hg的含量越高；土壤中As的含量越高，Hg的含量就越高，Pb和Cr的含量就越低；土壤中Pb的含量越高，Cu的含量就越高。其他金屬之間沒(méi)有顯著相關(guān)性。有研究顯示，Cd可以促進(jìn)植物對(duì)土壤其他重金屬元素的吸收[6]，但本研究中未發(fā)現(xiàn)Cd與其他土壤重金屬元素之間存在顯著相關(guān)性關(guān)系。推測(cè)重金屬元素會(huì)通過(guò)促進(jìn)或抑制植物對(duì)其他元素的吸收，進(jìn)而影響土壤中各元素的含量，但仍需進(jìn)一步的調(diào)查研究。

4 結(jié)論與討論

（1）大熊貓主食竹產(chǎn)地土壤重金屬中Hg、Cd和Cu的含量高于中國(guó)土壤背景值，As、Pb和Cr的含量均低于中國(guó)土壤背景值。

表 2 研究區(qū)土壤重金屬污染指數(shù)Tab. 2 Soil heavy metal pollution index in the study area

（2）大熊貓主食竹產(chǎn)地土壤重金屬As、Hg、Cd、Pb、Cr和Cu的單項(xiàng)污染指數(shù)均小于0.7，綜合污染指數(shù)也均小于0.7，大熊貓主食竹產(chǎn)地土壤處于清潔無(wú)污染狀態(tài)。

圖 2 土壤重金屬間相關(guān)性熱圖Fig. 2 Heat map of correlation among soil heavy metals in soil

（3）大熊貓主食竹產(chǎn)地土壤重金屬中Hg與pH值、As之間存在顯著正相關(guān)作用，Pb與Cu之間存在顯著正相關(guān)作用，As與Pb、Cr之間存在顯著負(fù)相關(guān)作用。

（4）綜上所述，大熊貓主食竹產(chǎn)地的土壤環(huán)境健康，給大熊貓主食竹的生長(zhǎng)發(fā)育提供了保障，為以后在該區(qū)域放歸大熊貓?zhí)峁┝丝茖W(xué)的理論依據(jù)。