盤州市刺梨主產(chǎn)區(qū)耕地質(zhì)量及生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)

盧家龍， 徐陽東*， 侯林洋， 陳應(yīng)華

(1.貴州省地礦局 地球物理地球化學(xué)勘查院， 貴州 貴陽550018； 2.貴州省黔西南州農(nóng)業(yè)農(nóng)村局， 貴州 興義 562400)

0 引言

【研究意義】貴州省六盤水地區(qū)屬喀斯特地貌，山多地少，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展既要立足當(dāng)?shù)貙?shí)際，又要選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的作物，從而促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。刺梨(Roxburghrose)為薔薇科多年生落葉灌木繅絲花的果實(shí)，生長于海拔500～2 500 m的向陽山坡、溝谷、路旁及灌木叢中。刺梨酸甜輕澀，芳香醇厚，營養(yǎng)豐富，含多種維生素、氨基酸及其他營養(yǎng)成分[1]，同時(shí)還含豐富的鐵、硒、鋅等多種微量元素[2]。刺梨鮮果的VC含量遠(yuǎn)高于其他水果，被稱為“VC之王”[3]，具有健脾、滋補(bǔ)強(qiáng)腎、延緩衰老和提高肌體免疫力等作用[4]。刺梨作為六盤水地區(qū)盤州市的特色植物資源，其產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，打造了刺梨產(chǎn)業(yè)帶，建設(shè)生產(chǎn)、加工、銷售一體化產(chǎn)業(yè)鏈，成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和助力鄉(xiāng)村振興的重要手段之一。評(píng)價(jià)盤州市刺梨主產(chǎn)區(qū)耕地質(zhì)量及生態(tài)效應(yīng)，為提升盤州市刺梨種植園區(qū)的建設(shè)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】白靜等[5]研究貴州各地區(qū)野生刺梨果實(shí)品質(zhì)多樣性表明，不同地區(qū)或同一地區(qū)刺梨果實(shí)Vc含量差異較大，與其種植地區(qū)海拔高度有較大聯(lián)系；敖芹等[6]研究影響刺梨產(chǎn)量和品質(zhì)的主導(dǎo)氣象因子表明，5—8月平均氣溫、3—10月≥10℃活動(dòng)積溫和3—8月降水量是影響刺梨產(chǎn)量和品質(zhì)的主導(dǎo)氣象因子。【研究切入點(diǎn)】近年來，前人主要研究氣候?qū)Υ汤婀麑?shí)產(chǎn)質(zhì)量的影響，缺乏對其土壤生長環(huán)境的影響研究。因此，有必要對盤州刺梨主產(chǎn)區(qū)耕地質(zhì)量與刺梨生態(tài)效應(yīng)展開深入研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以刺梨主產(chǎn)區(qū)為研究區(qū)，基于多元統(tǒng)計(jì)分析和耕地土壤養(yǎng)分質(zhì)量評(píng)價(jià)等方法，采集土壤和刺梨樣品，測定其pH、有機(jī)質(zhì)、土壤養(yǎng)分和重金屬含量，并對研究區(qū)耕地質(zhì)量及刺梨生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，以期為盤州市刺梨產(chǎn)業(yè)的合理開發(fā)及利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

盤州市刺梨主產(chǎn)區(qū)位于三疊系與二疊系交匯處，地層巖性為灰?guī)r、泥巖，以高原山地為主體，地勢西北高，東南低，中南部隆起。刺梨主產(chǎn)區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性氣候、亞熱帶高原季風(fēng)濕潤氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，立體氣候明顯，耕地總面積5 646.67 hm2，刺梨種植面積40 693.33 hm2，年產(chǎn)刺梨10 000 t，加工大型企業(yè)4家。土壤類型主要有黃壤、黃棕壤和紫色土，土壤樣采自PG鎮(zhèn)主要農(nóng)作物種植區(qū)，刺梨果實(shí)樣主要采自PG鎮(zhèn)JX村萬畝刺梨果園基地(圖1)。

圖 1 PG鎮(zhèn)土壤類型及刺梨種植區(qū)分布

1.2 樣品采集方法

根據(jù)PG鎮(zhèn)耕地土壤分布情況，結(jié)合《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)[7]及盤州市耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果[8]，共采集土壤樣品558個(gè)，刺梨果實(shí)樣品6個(gè)，根系土樣6個(gè)。

1.2.1 土壤樣品采集 采用GPS結(jié)合1∶5萬地形圖進(jìn)行定點(diǎn)[9-10]，坐標(biāo)系統(tǒng)選擇西安80坐標(biāo)系，GPS自動(dòng)生成航跡進(jìn)行監(jiān)控，在設(shè)計(jì)點(diǎn)50 m范圍內(nèi)選取合理采樣位置，連續(xù)采集0～20 cm表層土，并用校正后的手持GPS定位(圖2)。用梅花狀法多點(diǎn)采集，5點(diǎn)組合為1個(gè)樣品，充分混勻后用四分法留土1.5 kg，壓碎的土樣過2 mm尼龍孔徑篩，供實(shí)驗(yàn)室檢測分析。

圖 2 刺梨主產(chǎn)區(qū)的表層土壤及刺梨采樣點(diǎn)

1.2.2 刺梨果實(shí)采集 在刺梨果實(shí)成熟期，人工隨機(jī)采摘成熟度和體型一致的果實(shí)，按0.1～0.2 hm2為采樣單元，在采樣單元內(nèi)選取5～10株，每株縱向4分，從其中1份的上、中、下、內(nèi)、外各側(cè)均勻采摘，混合成1個(gè)樣品，同時(shí)按土壤采集方法采集刺梨根系土，供實(shí)驗(yàn)室檢測分析。

1.3 測定方法

依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》和《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測試質(zhì)量管理規(guī)范》(DZ/T 0130—2006)[11]進(jìn)行土壤化學(xué)指標(biāo)和農(nóng)作物指標(biāo)測定。土壤指標(biāo)主要測定SOM、N、P、K、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Se、Ge、I、F、Cd、Hg、As、Pb、Cr、Ni、Co、V、Ti和pH共23項(xiàng)，農(nóng)作物指標(biāo)主要測定Cd、Hg、As、Pb、Cr、Se和Ge共7項(xiàng)，樣品的測試均進(jìn)行平行測試和空白試驗(yàn)[12]。

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.1 耕地土壤養(yǎng)分質(zhì)量評(píng)價(jià) 參照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》對氮、磷、鉀進(jìn)行養(yǎng)分地球化學(xué)等級(jí)劃分，再計(jì)算土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)。評(píng)價(jià)結(jié)果分為缺乏、較缺乏、中等、較豐富和豐富5個(gè)等級(jí)，其對應(yīng)的fi為1分、2分、3分、4分和5分。當(dāng)f養(yǎng)綜≥4.5時(shí)，養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)為豐富；3.5≤f養(yǎng)綜≤4.5為較豐富；2.5≤f養(yǎng)綜≤3.5為中等，1.5≤f養(yǎng)綜≤2.5為較缺乏，<1.5為缺乏。公式：

式中，f養(yǎng)綜為土壤氮、磷、鉀的評(píng)價(jià)總分，1≤f養(yǎng)綜≤5；ki為氮、磷、鉀的權(quán)重系數(shù)，氮、磷、鉀分別占40%、30%、30%；fi為氮、磷、鉀各元素的等級(jí)得分。

1.4.2 耕地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià) 土壤中污染物含量(Ci)參照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)中的篩選值(Si)和管控值(Gi)將土壤風(fēng)險(xiǎn)程度分為3類：優(yōu)先保護(hù)類(Ci≤Si)、安全利用類(SiGi)。耕地環(huán)境質(zhì)量類別按照級(jí)別優(yōu)先選擇風(fēng)險(xiǎn)較高的污染物類別進(jìn)行劃定。

1.4.3 刺梨評(píng)價(jià)及富集系數(shù) 依據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》(GB 2762—2017)[13]和盤州市耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果對刺梨進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)；刺梨富硒評(píng)價(jià)依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》及湖北富硒食品地方標(biāo)準(zhǔn)(DB 42/211—2002)[14]，若Se含量≥0.01 mg/kg，為富硒。并用生物富集系數(shù)[15]表示養(yǎng)分元素和有害元素向農(nóng)作物轉(zhuǎn)化遷移特征及其生態(tài)效應(yīng)，公式：

式中，生物富集系數(shù)大，表明植物對其吸收能力強(qiáng)；生物富集系數(shù)小，表明植物對其吸收能力弱。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Excel 2016、SPSS 22.0、Mapgis和ArcGIS 10.2等對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 刺梨主產(chǎn)區(qū)耕地土壤元素或指標(biāo)特征及養(yǎng)分等級(jí)評(píng)價(jià)

2.1.1 耕地土壤元素或指標(biāo)地球化學(xué)特征 由表1可知，與中國A層土壤背景值比，除K、Tl含量偏低外，其余元素含量均較高。N、P、K和有機(jī)質(zhì)的平均含量分別為2.02 g/kg、1.17 g/kg、13.07 g/kg和45.05 mg/kg。pH中值為5.81，表明刺梨主產(chǎn)區(qū)土壤整體偏酸性，體現(xiàn)了碳酸鹽巖分布區(qū)強(qiáng)烈風(fēng)化淋濾作用下的酸化特性。

表1 刺梨主產(chǎn)區(qū)耕地土壤地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.1.2 耕地養(yǎng)分質(zhì)量評(píng)價(jià) 從表2看出，刺梨主產(chǎn)區(qū)耕地土壤養(yǎng)分等級(jí)可分為豐富、較豐富、中等、較缺乏和缺乏5個(gè)等級(jí)，其耕地面積分別為173.33 hm2、4 226.67 hm2、1 146.67 hm2、80.00 hm2和20.00 hm2，分別占園區(qū)耕地面積的3.07%、74.85%、20.31%、1.45%和0.32%。其中，養(yǎng)分豐富級(jí)耕地主要分布在PG鎮(zhèn)東部及南部，較豐富級(jí)耕地全鎮(zhèn)均有分布，中等級(jí)耕地主要分布在PG鎮(zhèn)中西部，較缺乏級(jí)耕地與缺乏級(jí)耕地零星分布在刺梨主產(chǎn)區(qū)西南部一帶(圖3)。

表2 刺梨主產(chǎn)區(qū)的耕地養(yǎng)分質(zhì)量等級(jí)

注：1為豐富，2為較豐富，3為中等，4為較缺乏，5為缺乏。

2.1.3 耕地酸堿度評(píng)價(jià) 由表3和圖4可知，PG鎮(zhèn)耕地酸堿度主要受二疊系及三疊系碳酸鹽巖成土母質(zhì)影響，土壤整體偏酸性，酸性土壤面積為4 700 hm2，占園區(qū)耕地面積的

表3 刺梨主產(chǎn)區(qū)的耕地酸堿度

注：1為強(qiáng)堿性，2為堿性，3為中性，4為酸性，5為強(qiáng)酸性。

83.21%。堿性土壤零星分布在PG鎮(zhèn)中部及東部。

2.1.4 耕地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià) 耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示(表4、圖5)，刺梨主產(chǎn)區(qū)耕地土壤環(huán)境質(zhì)量總體一般，耕地土壤環(huán)境綜合等級(jí)分為優(yōu)先保護(hù)類、安全利用類和嚴(yán)格管控類，其面積分別為0 hm2、4 546.67 hm2和1 100 hm2，分別占園區(qū)耕地面積的0、80.56%、19.44%。安全利用類耕地主要分布在PG鎮(zhèn)中部至東部，嚴(yán)格管控類耕地主要分布在PG鎮(zhèn)西部。

表4 刺梨主產(chǎn)區(qū)的耕地環(huán)境質(zhì)量等級(jí)

圖 5 刺梨主產(chǎn)區(qū)的耕地環(huán)境質(zhì)量等級(jí)分布

2.2 刺梨主產(chǎn)區(qū)刺梨安全評(píng)價(jià)及富集系數(shù)

從表5看出，6個(gè)刺梨樣品中均未發(fā)現(xiàn)重金屬超標(biāo)，符合食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)。富硒評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，僅1個(gè)刺梨樣品富硒。6種重金屬的生物富集系數(shù)依次為Se>Hg>Cd>Pb>Cr>As，表明，刺梨對土壤中Se的富集作用較強(qiáng)，富集系數(shù)達(dá)0.65，Hg和Cd次之，富集系數(shù)分別為0.63和0.22，對Pb、Cr和As的富集能力較弱。表明，Cd、Hg和Se易被刺梨果實(shí)吸收并富集。

表5 刺梨主產(chǎn)區(qū)刺梨的元素含量與生物富集系數(shù)

3 討論

刺梨喜溫暖濕潤環(huán)境，且適宜生長溫度約16°C，在年降雨量1 400～1 600 mm，pH為5.5～6.5的微酸性壤土、砂壤土、黃壤、紅壤和紫色土上均能生長[17]。刺梨主產(chǎn)區(qū)位于盤州市中北部，該地區(qū)氣候溫和、雨水充足，夏季氣候溫暖，且土壤類型多為黃壤、黃棕壤。研究結(jié)果表明，土壤pH均值為5.91，整體偏酸性，酸性土壤面積為4 700 hm2，且耕地土壤的土層深厚、肥沃，保水保肥性強(qiáng)。因此，刺梨主產(chǎn)區(qū)地理氣候等條件適宜刺梨生長。

刺梨富集系數(shù)受土壤理化性質(zhì)如pH、有機(jī)質(zhì)含量等影響，不同農(nóng)作物受土壤理化性質(zhì)影響亦不同。白靜等[5]研究表明，刺梨品質(zhì)與不同地區(qū)氣候條件、土壤理化性質(zhì)、海拔等密切相關(guān)。盧家龍等[8]研究表明，刺梨根系土pH、有機(jī)質(zhì)與Cd含量的生物富集系數(shù)均呈負(fù)相關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，研究區(qū)除K、Tl含量偏低外，其余元素含量均超過中國A層土壤背景值；耕地土壤整體偏酸性，占園區(qū)耕地面積的83.21%；耕地土壤環(huán)境以安全利用類為主，占園區(qū)耕地面積的80.56%。因此，針對盤州市大面積分布Cd含量高的安全利用類耕地，可通過提高土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量來降低Cd的生物吸收率。研究僅通過調(diào)查研究，分析盤州市刺梨主產(chǎn)區(qū)當(dāng)前耕地土壤質(zhì)量狀況，后期還應(yīng)開展富硒耕地資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作，補(bǔ)充樣品有效態(tài)測試；同時(shí)，篩選區(qū)內(nèi)富硒的刺梨品種進(jìn)一步調(diào)整種植結(jié)構(gòu)。打造規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、高效益的富硒刺梨生產(chǎn)基地，從而推進(jìn)富硒土地資源的開發(fā)利用，提高土地附加值，助推鄉(xiāng)村振興。

4 結(jié)論

刺梨主產(chǎn)區(qū)耕地土壤N、P、K和有機(jī)質(zhì)的平均含量分別為2.02 g/kg、1.17 g/kg、13.07 g/kg和45.05 mg/kg；刺梨主產(chǎn)區(qū)耕地土壤養(yǎng)分肥力以較豐富為主，其耕地面積占園區(qū)耕地面積的74.85%，在全鎮(zhèn)均有分布。與中國A層土壤背景值比，除K、Ti含量偏低外，其余元素含量均超過背景值。土壤整體偏酸性，酸性土壤面積為4 700 hm2，占園區(qū)耕地面積的83.21%。耕地土壤環(huán)境以安全利用類為主，占園區(qū)耕地面積的80.56%，主要分布在PG鎮(zhèn)中部至東部。刺梨樣品中僅1個(gè)刺梨樣品富硒，刺梨對土壤中Se的富集作用較強(qiáng)，Hg和Cd次之。綜上，可依據(jù)PG鎮(zhèn)耕地土壤養(yǎng)分和環(huán)境情況，選擇土壤養(yǎng)分肥力較好、土壤環(huán)境為安全利用類的耕地進(jìn)行規(guī)模化種植。