萬(wàn)榮縣蘋(píng)果園土壤基本養(yǎng)分及重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查與分析

董 鵬，袁嘉瑋

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所，山西 運(yùn)城 044000)

1 引言

蘋(píng)果是我國(guó)消費(fèi)量和生產(chǎn)量第一大水果，其生產(chǎn)的土壤環(huán)境問(wèn)題已引起當(dāng)今學(xué)者、消費(fèi)者以及政府的關(guān)注[1]。土壤環(huán)境質(zhì)量在蘋(píng)果生產(chǎn)上主要涉及土壤肥力和土壤污染兩個(gè)部分，是蘋(píng)果果品綠色安全生產(chǎn)的保障，直接影響著果實(shí)的品質(zhì)和質(zhì)量[2,3]。聶繼云等[4]在我國(guó)7個(gè)主要蘋(píng)果生產(chǎn)省份抽樣調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，蘋(píng)果果實(shí)遭受重金屬鎘的污染率達(dá)97.6%。劉子龍等[5]針對(duì)陜西蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)果園土壤重金屬污染進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：陜西72.58%的蘋(píng)果園受到中等程度以上鉻、銅、汞等重金屬污染危害。劉云霞等[6]對(duì)長(zhǎng)武地區(qū)蘋(píng)果園土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，長(zhǎng)武地區(qū)蘋(píng)果園土壤呈現(xiàn)Ni>As>Cr>Zn>Cu>Pb的污染特征。趙佐平等[7]研究發(fā)現(xiàn)，陜西蘋(píng)果園土壤中As、Hg和Ni單項(xiàng)污染指數(shù)較高。董麗欣等[8]和單正軍等[9]研究表明，當(dāng)土壤中銅含量過(guò)高時(shí)，蘋(píng)果生長(zhǎng)受到抑制，嚴(yán)重時(shí)甚至死亡。巫升平[10]對(duì)四川省蘋(píng)果園土壤重金屬污染狀況調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，四川省蘋(píng)果園土壤重金屬含量雖符合標(biāo)準(zhǔn)限值規(guī)定, 但鉛、鎘、汞等普遍檢出, 且部分含量水平接近最高限值。許延娜等[11]和馮明祥等[12]對(duì)山東膠東半島蘋(píng)果園進(jìn)行重金屬污染評(píng)價(jià)，土壤綜合污染程度均為輕污染，而重金屬含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量和果實(shí)重金屬含量之間相關(guān)性均不明顯。

萬(wàn)榮縣位于我國(guó)黃土高原蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)帶，是農(nóng)業(yè)部劃定的蘋(píng)果重點(diǎn)生產(chǎn)縣，實(shí)施了國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志登記保護(hù)(蘋(píng)果)[13]。隨著消費(fèi)者對(duì)綠色食品的需求和萬(wàn)榮縣打造綠色食品蘋(píng)果生產(chǎn)基地的需要，明晰萬(wàn)榮縣蘋(píng)果園土壤環(huán)境質(zhì)量顯得尤為重要。然而目前有關(guān)萬(wàn)榮縣乃至山西省主產(chǎn)區(qū)蘋(píng)果園的土壤研究多集中在土壤基本養(yǎng)分與施肥情況的調(diào)研上[14～18]，而對(duì)土壤基本養(yǎng)分、含鹽量、重金屬污染現(xiàn)狀等土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行全面調(diào)研的研究暫未有報(bào)道。因此，本研究通過(guò)對(duì)萬(wàn)榮縣蘋(píng)果園土壤養(yǎng)分、含鹽量、重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，綜合分析萬(wàn)榮縣蘋(píng)果園土壤環(huán)境質(zhì)量情況，旨在為改善萬(wàn)榮縣蘋(píng)果園土壤環(huán)境質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

樣品于2021年9～10月份在萬(wàn)榮縣規(guī)模面積超過(guò)30畝的14個(gè)盛果期果園內(nèi)采集，每個(gè)果園按照“S”形取樣法取8個(gè)土樣進(jìn)行混合，混合均勻后，取500 g土樣待測(cè)，主要測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)(X1)、全氮(X2)、堿解氮(X3)、有效磷(X4)、速效鉀(X5)、pH值(X6)、全鹽量(X7)、銅(X8)、鋅(X9)、鎳(X10)、鉛(X11)、鉻(X12)含量。取樣時(shí)避開(kāi)施肥區(qū)，選取樹(shù)冠落雨線附近土壤。

2.2 分析方法

參照袁嘉瑋等[19]的方法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量及土壤酸堿度，參照王震堯等[20]的方法測(cè)定土壤中銅、鋅、鎳、鉛、鉻的濃度。

2.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

蘋(píng)果土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)參照袁嘉瑋等[19]確立的運(yùn)城果園土壤養(yǎng)分含量分級(jí)參考標(biāo)準(zhǔn)(表1)進(jìn)行評(píng)價(jià)，土壤重金屬污染評(píng)價(jià)采用單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法(表2)進(jìn)行評(píng)價(jià)，土壤重金屬評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照張宏斌等[21]確立的山西晉中呂梁地區(qū)土壤重金屬背景值(表3)。

表1 運(yùn)城果園土壤養(yǎng)分含量分級(jí)參考標(biāo)準(zhǔn)

表2 土壤重金屬單因子指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表3 山西土壤重金屬評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) mg/kg

單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法計(jì)算公式：

Pi=Ci+Si

(1)

式(1)中，Pi為土壤重金屬i的單因子指數(shù)，ci為土壤重金屬i的實(shí)測(cè)值，si為土壤重金屬i的評(píng)價(jià)背景值。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用SAS 8.2和Excel 2020軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤基本養(yǎng)分現(xiàn)狀

如圖1所示，萬(wàn)榮縣果園中土壤有機(jī)質(zhì)及堿解氮含量普遍處于低水平，土壤全氮大部分處于中等及較高水平，土壤有效磷和速效鉀含量基本處于較高水平及高水平。從表4可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)的含量變幅在6.39～19.23 g/kg，平均值為10.52 g/kg，剛達(dá)到較低水平臨界線；土壤全氮的含量變幅在0.76～1.25 g/kg，平均值為1.01 g/kg，剛達(dá)到較高水平臨界線；土壤堿解氮的含量變幅在24.76～49.62 mg/kg，平均值為32.33 mg/kg，均值處于較高水平；土壤有效磷的含量變幅在17.67～84.36 mg/kg，平均值為34.77 mg/kg，均值處于高水平；土壤速效鉀的含量變幅在134.52～293.60 mg/kg，平均值為200.81 mg/kg，均值剛達(dá)到高水平臨界線；在變異系數(shù)上，土壤有效磷>土壤有機(jī)質(zhì)>土壤速效鉀>土壤堿解氮>土壤全氮，土壤有效磷和土壤有機(jī)質(zhì)的變異系數(shù)大于40%，表明其易受人為因素的干擾；從偏度和峰度上看，除土壤有效磷外，其余土壤基本養(yǎng)分均呈正態(tài)分布。

表4 萬(wàn)榮縣果園土壤基本養(yǎng)分含量的描述性統(tǒng)計(jì)

圖1 萬(wàn)榮縣果園土壤養(yǎng)分含量分布狀況

3.2 土壤pH值及全鹽量

萬(wàn)榮縣蘋(píng)果園土壤pH值變幅為8.02～8.72，平均值為8.49，變異系數(shù)為2.67%，調(diào)研果園土壤均為堿性土壤，高于蘋(píng)果園適宜土壤pH值。萬(wàn)榮縣蘋(píng)果園土壤全鹽量變幅為0.37～0.86，平均值為0.49，變異系數(shù)為23.80%，全鹽量均低于1。

3.3 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

萬(wàn)榮縣果園土壤重金屬污染現(xiàn)狀見(jiàn)表5。土壤中重金屬銅的含量變幅在0.26～1.43 mg/kg，平均值為0.71 mg/kg，單因子指數(shù)平均值為0.04，整體處于清潔水平；土壤中重金屬鋅的含量變幅在0.28～2.80 mg/kg，平均值為0.85 mg/kg，單因子指數(shù)平均值為0.01，整體處于清潔水平；土壤中重金屬鎳的含量變幅在0.03～0.14 mg/kg，平均值為0.06 mg/kg，單因子指數(shù)平均值為0.00，整體處于清潔水平；土壤中重金屬鉛的含量變幅在0.29～0.68 mg/kg，平均值為0.48 mg/kg，單因子指數(shù)平均值為0.02，整體處于清潔水平；土壤中重金屬鉻的含量變幅在0.000～0.008 mg/kg，平均值為0.001 mg/kg，單因子指數(shù)平均值為0.00，整體處于清潔水平；在變異系數(shù)上，土壤鉻>土壤鋅>土壤鎳>土壤銅>土壤鉛，除鉛外，各土壤重金屬的變異系數(shù)均大于40%，表明其均易受人為因素的干擾；從偏度和峰度上看，萬(wàn)榮縣土壤重金屬均呈正態(tài)分布。

表5 萬(wàn)榮縣果園土壤重金屬污染現(xiàn)狀

3.4 相關(guān)性分析

從表6可以看出，萬(wàn)榮縣果園土壤有機(jī)質(zhì)與堿解氮、鋅呈極顯著正相關(guān)，與鎳、鉛、鉻互呈顯著正相關(guān)；土壤全氮與土壤速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)，與全鹽量呈顯著正相關(guān)；土壤堿解氮與土壤中鋅、鎳互呈極顯著正相關(guān)，與鎳、鉻互呈極顯著正相關(guān)；土壤有效磷與土壤pH值呈極顯著正相關(guān)，與土壤全鹽量呈顯著正相關(guān)；土壤pH值與土壤全鹽量呈極顯著負(fù)相關(guān)；土壤中銅與土壤中鎳、鋅互呈極顯著正相關(guān)。

表6 萬(wàn)榮縣蘋(píng)果種植園土壤養(yǎng)分及土壤重金屬含量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

4 討論與結(jié)論

萬(wàn)榮縣蘋(píng)果園土壤中有機(jī)質(zhì)與堿解氮含量處于匱乏狀態(tài)，土壤中有效磷與速效鉀含量處于富余狀態(tài)，土壤pH值偏高，全鹽量處于正常水平，未發(fā)生銅、鋅、鎳、鉛、鉻等土壤重金屬污染。因此，萬(wàn)榮縣蘋(píng)果園應(yīng)注重合理施用有機(jī)肥和氮肥。施用氮肥時(shí)，應(yīng)考慮萬(wàn)榮縣蘋(píng)果園土壤中堿解氮與全氮含量水平的不一致，在施用氮肥時(shí)應(yīng)注意合理施用，避免氮素的浪費(fèi)。施用有機(jī)肥時(shí)，應(yīng)考慮到萬(wàn)榮縣蘋(píng)果園土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤重金屬離子鋅、鎳、鉛、鉻等呈顯著正相關(guān)性，在有機(jī)肥種類及其原料的挑選上注意重金屬離子含量，避免造成土壤重金屬污染。