浙江省梨主產(chǎn)區(qū)梨園土壤理化性質(zhì)及重金屬狀況調(diào)查分析

劉玉學(xué)， 陳立天， 戴美松， 施澤彬， 汪玉瑛， 呂豪豪， 何莉莉， 楊生茂*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 311300；3.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所，浙江 杭州 310021； 4.浙江省生物炭工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310021)

中國是世界上梨栽培面積最大的國家，截至2017年底，我國梨栽培面積約96萬hm2，總產(chǎn)量約1 653萬t，分別占世界總栽培面積和總產(chǎn)量的69.1%和68.4%[1]。浙江省氣候適宜，自然條件優(yōu)越，很適宜梨樹生長，截至2015年浙江省梨園面積超2.28萬hm2，生產(chǎn)梨果實(shí)38.4萬t[2]。在植物的生長和發(fā)育過程中，礦質(zhì)營養(yǎng)是高等綠色植物生長過程中可維系其正常生長、促進(jìn)其新陳代謝的無機(jī)營養(yǎng)元素。常見的大量元素如氮、磷、鉀等在梨樹的光合作用、葉綠素的形成、水分的吸收方面發(fā)揮著重要的作用[3]。氮是梨樹合成蛋白質(zhì)、核酸及各種生理活性物質(zhì)的重要成分。磷是梨樹生長發(fā)育過程中必需的一種營養(yǎng)元素。鉀不僅能夠促進(jìn)梨樹的生長發(fā)育，在開花結(jié)果過程中更是起著至關(guān)重要的作用，如促進(jìn)果實(shí)生長發(fā)育、提高果實(shí)產(chǎn)量、改善果品品質(zhì)、增加樹體抗性等[4]。

重金屬在土壤中較穩(wěn)定、難降解，長期殘留，導(dǎo)致農(nóng)田土壤質(zhì)量下降，從而影響到農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全[5]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)農(nóng)田、城市及礦區(qū)等土壤重金屬的分布特征與污染評(píng)價(jià)開展了大量研究[6-8]，但對(duì)梨園土壤重金屬含量及其風(fēng)險(xiǎn)研究仍相對(duì)較少。摸清梨園土壤重金屬含量，對(duì)于建設(shè)綠色安全的梨生產(chǎn)體系、保障梨產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。我們于2019—2020年對(duì)浙江省杭州、寧波、嘉興、紹興、金華、麗水等地區(qū)12個(gè)代表性梨園采集的60個(gè)土壤樣品進(jìn)行理化性質(zhì)和重金屬含量分析，旨在為浙江省梨園土壤環(huán)境質(zhì)量和養(yǎng)分管理以及梨果產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域及樣品采集

根據(jù)浙江省梨產(chǎn)業(yè)的區(qū)域分布特征，于2019—2020年在富陽、海寧、慈溪、上虞、東陽、武義、縉云等縣(市、區(qū))的12個(gè)典型梨園采集土壤樣品60份。梨園點(diǎn)位編號(hào)如表1所示。采用S形布點(diǎn)，在樹冠垂直投影處附近滴水線(以樹干為圓點(diǎn)向外延伸到滴水線邊緣的三分之二處)對(duì)角線位置分別采集0～<20 cm和20～40 cm土層的土壤樣品。將采集的土壤樣品剔除植物殘?bào)w及礫石等雜物后混合均勻，用四分法留1 kg土樣，自然風(fēng)干后磨碎，過2 mm篩，置于陰涼干燥處保存?zhèn)溆谩?/p>

表1 浙江省典型梨園采樣信息及樣品編號(hào)

1.2 檢測方法

土壤pH按照土水比1∶2.5制作土壤懸液后采用酸度計(jì)測定[9]；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定[9]；土壤總氮含量采用凱氏蒸餾法測定[9]；土壤有效磷含量采用HCl-NH4F浸提-鉬銻抗比色法測定[9]；土壤速效鉀含量采用NH4OAc浸提-火焰光度法測定[9]。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

本研究針對(duì)浙江省典型性和代表性梨園土壤進(jìn)行采樣分析，由于各地方土壤質(zhì)量原本存在較大差異，以及各梨園的田間管理(尤其是施肥水平及水分管理等)措施均不相同，再加上梨樹品種和樹齡不盡相同導(dǎo)致的養(yǎng)分利用情況也存在一定差異，因此，對(duì)土壤理化性質(zhì)的分析需要充分考慮不同樣品之間的差異，尤其是對(duì)傳統(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)偏差較大的樣品需要重點(diǎn)關(guān)注。采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括對(duì)各指標(biāo)平均值、最大值、最小值等進(jìn)行計(jì)算，采用SigmaPlot 10.0軟件繪制箱線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 梨園土壤理化性質(zhì)

土壤pH是影響土壤微生物活性和土壤養(yǎng)分有效性的重要因子。浙江省代表性梨園土壤pH結(jié)果如圖1所示。梨園表層0～<20 cm土壤pH平均值為5.24，其中最大值為CX-W樣品(6.78)，最小值為WY-S樣品(3.95)，總體上梨園表層土壤均呈酸性。此外，20～40 cm土壤平均值為5.31，其中最大值為CX-W樣品(7.12)，最小值為WY-S樣品(3.74)。由此可見，對(duì)于0～40 cm深度土壤pH，慈溪CX-W土壤樣品在浙江代表性梨園中pH最高，而武義WY-S土壤樣品pH最低，酸化程度相對(duì)最為嚴(yán)重。

圖1 浙江省代表性梨園土壤pH

浙江省代表性梨園土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)果如圖2所示。梨園表層0～<20 cm土壤有機(jī)質(zhì)平均值為24.7 g·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(51.6 g·kg-1)，最小值為CX-W樣品(5.06 g·kg-1)。對(duì)于20～40 cm深層土壤，有機(jī)質(zhì)平均值為16.0 g·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(38.8 g·kg-1)，最小值為CX-W樣品(4.17 g·kg-1)。

圖2 浙江省代表性梨園土壤有機(jī)質(zhì)含量

浙江省代表性梨園土壤總氮含量如圖3所示。梨園表層0～<20 cm土壤總氮平均值為1.62 g·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(4.01 g·kg-1)，最小值為CX-W樣品(0.41 g·kg-1)。對(duì)于20～40 cm深層土壤，總氮平均值為1.05 g·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(2.64 g·kg-1)，最小值為CX-W樣品(0.24 g·kg-1)。

圖3 浙江省代表性梨園土壤總氮含量

浙江省代表性梨園土壤有效磷含量如圖4所示。梨園表層0～<20 cm土壤有效磷含量平均值為78.3 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(322.1 mg·kg-1)，最小值為FY-D樣品(17.2 mg·kg-1)。對(duì)于20～40 cm深層土壤，有效磷含量平均值為69.2 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(331.0 mg·kg-1)，最小值為CX-W樣品(17.2 mg·kg-1)。

圖4 浙江省代表性梨園土壤有效磷含量

浙江省代表性梨園土壤速效鉀含量如圖5所示。梨園表層0～<20 cm土壤速效鉀平均值為316.5 mg·kg-1，其中最大值為JX-Y樣品(519.7 mg·kg-1)，最小值為SY-X樣品(110.3 mg·kg-1)。對(duì)于20～40 cm深層土壤，速效鉀平均值為281.4 mg·kg-1，其中最大值為JX-Y樣品(480.9 mg·kg-1)，最小值為SY-X樣品(74.0 mg·kg-1)。

圖5 浙江省代表性梨園土壤速效鉀含量

2.2 梨園土壤重金屬含量

浙江省代表性梨園土壤Cu含量如圖6所示。梨園表層0～<20 cm土壤Cu含量平均值為25.9 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(70.0 mg·kg-1)，最小值為JY-L樣品(13.2 mg·kg-1)。對(duì)于20～40 cm深層土壤，Cu含量平均值為23.3 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(59.4 mg·kg-1)，最小值為JY-L樣品(10.9 mg·kg-1)。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，所有調(diào)查梨園土壤Cu含量均低于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護(hù)人體健康的土壤限制值(150 mg·kg-1)(果園pH<6.5)。

圖6 浙江省代表性梨園土壤Cu含量

浙江省代表性梨園土壤Zn含量如圖7所示。梨園表層0～<20 cm土壤Zn含量平均值為81.9 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(206 mg·kg-1)，最小值為SY-X樣品(53.4 mg·kg-1)。對(duì)于20～40 cm深層土壤，Zn含量平均值為69.2 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(116 mg·kg-1)，最小值為FY-Q樣品(48.5 mg·kg-1)。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，除了WY-S樣品0～20 cm土壤Zn含量為206 mg·kg-1外，其他所有調(diào)查梨園土壤Zn含量均低于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(200 mg·kg-1)(pH<6.5)。

圖7 浙江省代表性梨園土壤Zn含量

浙江省代表性梨園土壤Pb含量如圖8所示。梨園表層0～<20 cm土壤Pb含量平均值為20.6 mg·kg-1，其中最大值為JY-B樣品(38.6 mg·kg-1)，最小值為CX-C樣品(4.18 mg·kg-1)。對(duì)于20～40 cm深層土壤，Pb含量平均值為17.8 mg·kg-1，其中最大值為JY-L樣品(31.8 mg·kg-1)，最小值為CX-C樣品(0.24 mg·kg-1)。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，所有調(diào)查梨園土壤Pb含量均低于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維護(hù)人體健康的土壤限制值(250 mg·kg-1)(pH<6.5)。

圖8 浙江省代表性梨園土壤Pb含量

浙江省代表性梨園土壤Cd含量如圖9所示。梨園表層0～<20 cm土壤Cd含量平均值為1.03 mg·kg-1，其中最大值為DY-Q樣品(5.40 mg·kg-1)，最小值為FY-D2、FY-Q、JY-L、JY-B樣品均未檢出。對(duì)于20～40 cm深層土壤，Cd含量平均值為0.85 mg·kg-1，其中最大值為DY-Q樣品(3.38 mg·kg-1)，最小值為FY-D2、FY-Q、JY-L、JY-B、WY-S樣品均未檢出。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)查梨園土壤Cd含量平均值已超過二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.3 mg·kg-1)(pH<6.5)，存在較大的Cd污染風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 浙江省代表性梨園土壤Cd含量

浙江省代表性梨園土壤Cr含量如圖10所示。梨園表層0～<20 cm土壤Cr含量平均值為32.7 mg·kg-1，其中最大值為FY-D2樣品(53.9 mg·kg-1)，最小值為JY-L樣品(12.7 mg·kg-1)。對(duì)于20～40 cm深層土壤，Cr含量平均值為36.7 mg·kg-1，其中最大值為FY-D2樣品(55.5 mg·kg-1)，最小值為JY-B樣品(15.7 mg·kg-1)。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，所有調(diào)查梨園土壤Cr含量均低于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維護(hù)人體健康的土壤限制值(150 mg·kg-1)(旱地pH<6.5)。

圖10 浙江省代表性梨園土壤Cr含量

3 小結(jié)與討論

土壤酸堿性是土壤理化性狀的基礎(chǔ)，對(duì)土壤養(yǎng)分有效性、土壤微生物活性以及梨樹的生長發(fā)育均有明顯的影響[10]。浙江省代表性梨園土壤總體上均呈酸性，表層0～<20 cm土壤pH平均值為5.24，20～40 cm土壤平均值為5.31。武義地區(qū)采樣點(diǎn)的土壤樣品pH最低，其表層0～<20 cm土壤pH為3.95，20～40 cm土壤pH為3.74，酸化程度相對(duì)最為嚴(yán)重。浙江省梨園土壤多數(shù)為紅壤，紅壤土酸性較強(qiáng)，保肥能力弱；土壤長期施含氮、磷、鉀的化肥為主而有機(jī)肥偏少也會(huì)加重酸化程度[11]。針對(duì)土壤酸化嚴(yán)重的梨園，建議在施肥時(shí)注意多施偏堿性的肥料或者選擇堿性土壤調(diào)理劑(例如鈣鎂磷肥、生石灰、生物炭等)來提高土壤pH[12]。在酸性至中性土壤中，pH隨土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高而增加[13]。因此，配施有機(jī)肥是改善土壤酸化的有效方式之一[14]。

土壤肥力的物質(zhì)組成基礎(chǔ)是有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)可以調(diào)節(jié)土壤的養(yǎng)分平衡，有效提高土壤肥力[15]。梨園土壤的有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出武義采樣點(diǎn)較高，慈溪采樣點(diǎn)較低的現(xiàn)象。對(duì)于有機(jī)質(zhì)含量較低的采樣點(diǎn)可以通過增加廄肥或生草栽培的方式來增加有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分[16]；同時(shí)，可將有機(jī)肥和生理堿性肥料(如氫氧化鎂、鈣鎂磷等)結(jié)合在一起施加，適量施用生石灰，調(diào)整土壤緩沖性能和pH[17]。對(duì)于有機(jī)質(zhì)含量較高的地區(qū)可以通過嚴(yán)格控制氮肥的施用量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素對(duì)梨樹的生長發(fā)育至關(guān)重要。梨樹生長過程需要大量氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素。梨園土壤的總氮、有效磷含量總體比較穩(wěn)定，但是武義采樣點(diǎn)總氮、有效磷含量偏高，慈溪采樣點(diǎn)總氮、有效磷含量偏低。土壤中總氮含量的多少可能與當(dāng)?shù)氐耐寥李愋陀嘘P(guān)，也可能與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的習(xí)慣施肥量多少有關(guān)[18]。土壤中有效磷含量豐富，說明在平時(shí)的生產(chǎn)中比較重視磷肥的施用，也可能與磷肥易于和土壤固定有關(guān)。有效磷含量的缺乏可能是由于土壤酸化加劇，導(dǎo)致酸性土壤對(duì)磷的吸附固定作用加強(qiáng)而降低了磷對(duì)梨樹的生物有效性[19]。從梨園土壤速效鉀的含量來看，總體比較穩(wěn)定，但是嘉興采樣點(diǎn)含量較高，上虞采樣點(diǎn)含量較低。建議要合理控制氮、磷、鉀肥料的施用量，做到合理施肥，確保梨果的產(chǎn)量和品質(zhì)[20]。

隨著人類農(nóng)業(yè)化工水平的不斷提高，農(nóng)藥、肥料的施用越來越頻繁，重金屬元素易在土壤中積累，當(dāng)重金屬含量超過一定風(fēng)險(xiǎn)閾值，土壤將逐漸失去自凈能力，進(jìn)一步形成土壤重金屬污染。本研究中梨園土壤重金屬含量基本符合土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，Cu、Zn、Pb、Cr含量均低于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。東陽采樣點(diǎn)梨園土壤Cd含量為：0～<20 cm表層土壤5.40 mg·kg-1，20～40 cm深層土壤3.38 mg·kg-1，已超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)0.3 mg·kg-1(pH<6.5)，存在較大的Cd污染風(fēng)險(xiǎn)。Cd不是人體必需元素，在自然界中常以化合物狀態(tài)存在，一般含量很低。但人為活動(dòng)中，Cd廣泛應(yīng)用于電鍍、化工、電子等行業(yè)領(lǐng)域。果園土壤中Cd可能來源于磷肥或其他化肥的重金屬雜質(zhì)、塑料制品的使用以及采礦業(yè)和制造業(yè)的危險(xiǎn)廢物[21]。環(huán)境中大量的Cd污染主要出現(xiàn)在水體污染方面，而梨園一般地處丘陵地帶，因此，水體污染對(duì)其影響較小。針對(duì)重金屬含量較高的梨園，建議先對(duì)已經(jīng)受污染的梨園進(jìn)行污染源解析，加強(qiáng)污染源頭防控。同時(shí)對(duì)于新的梨園選址應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離工業(yè)區(qū)等重污染地區(qū)。在梨園管理上，應(yīng)該定期進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，做到嚴(yán)格、精準(zhǔn)施肥確保梨果的品質(zhì)。

浙江省梨園土壤pH整體呈酸性，有機(jī)質(zhì)、總氮、有效磷、速效鉀的含量總體適宜，但不同地區(qū)采樣點(diǎn)之間的差異較大。調(diào)查的梨園土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cr含量總體符合土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)別地區(qū)采樣點(diǎn)存在鎘含量超標(biāo)問題，應(yīng)引起重視。建議浙江省梨園種植區(qū)域要加強(qiáng)土壤酸化的治理，合理施用氮、磷、鉀肥料，增施有機(jī)肥提高土壤肥力，從梨園養(yǎng)分管理及重金屬污染等多方面進(jìn)行防治，確保梨園種植區(qū)土壤質(zhì)量健康和梨果品質(zhì)安全。