山東省菏澤曹縣蘆筍種植區(qū)地球化學(xué)特征

王 浩，張震宇

（山東省地勘局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)（山東省魯北地質(zhì)工程勘察院），山東 德州 253015）

1 引言

曹縣是全國(guó)蘆筍生產(chǎn)第一縣，是中國(guó)優(yōu)質(zhì)蘆筍主產(chǎn)地和加工出口基地。蘆筍主要種植區(qū)位于青堌集鎮(zhèn)和蘇集鎮(zhèn)。目前，曹縣蘆筍種植面積約1.35萬(wàn)hm2，年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蘆筍18萬(wàn)t，占全國(guó)蘆筍種植面積的六分之一。蘆筍主要品種有UC800、UC157、蘆筍王子、冠軍、碩豐等。其優(yōu)質(zhì)蘆筍實(shí)行無(wú)公害、標(biāo)準(zhǔn)化種植，已獲得國(guó)家綠色認(rèn)證，2003年12月8日被中國(guó)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)服務(wù)協(xié)會(huì)命名為“中國(guó)蘆筍之鄉(xiāng)”，2018年2月，“曹縣蘆筍”被國(guó)家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部認(rèn)定為地理標(biāo)志產(chǎn)品[1]。

2 自然概況

2.1 自然地理

山東省菏澤市曹縣地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°08′00″～115°53′00″，北緯34°33′00″～35°03′00″，面積：1 969 km2。年平均氣溫13.8 ℃，1月最低，平均-1.2 ℃；7月最熱，平均27 ℃；年平均地面溫度16.1 ℃，一般在15.6～16.6 ℃之間。七月最高30.1 ℃，一月最低-0.6 ℃，極端最高地面溫度68.1 ℃，極端最低地面溫度-22.4 ℃；年均無(wú)霜期211 d；年平均降水量686.4 mm，最大年降水量1 046.8 mm（1957年），最小年降水量283.9 mm（1966年）；四季降水量以夏季最多，占全年的59%，秋、春次之，冬季最少。其中夏季以7月最多，占季雨量的48.2%，年平均蒸發(fā)量1 870.2 mm，為降水量的2.7倍，6月最大，平均331.8 mm；1月最少，平均52.4 mm。區(qū)內(nèi)日照比較充足，年平均日照時(shí)數(shù)為2 598.1 h，其中6月最多，達(dá)280.4 h。2月最少，僅有171.6 h。

2.2 地形地貌

曹縣屬黃河下游沖積平原區(qū)，地勢(shì)自西南向東北傾斜，海拔高度在45.2～66.9 m之間，坡降平均小于0.15‰。南部有黃河故道，由于歷史上黃河泛濫沖積，形成西高東低，崗坡洼相間的地貌特點(diǎn)。依據(jù)成因，地貌自南向北依次可分為河灘高地、決口扇形地、背河槽狀洼地、緩平坡地、淺平洼地等。

3 地質(zhì)條件特征

3.1 土壤特征

根據(jù)山東省第二次土壤普查結(jié)果，菏澤地區(qū)土壤類(lèi)型大致可分為潮土、鹽土、堿土、風(fēng)沙土四大類(lèi)。蘆筍種植區(qū)只有潮土一種類(lèi)型，而潮土在該區(qū)域又可細(xì)分為砂質(zhì)潮土及壤質(zhì)潮土。

砂質(zhì)潮土：該類(lèi)型土主要分布于蘇集鄉(xiāng)的北部及龔樓鄉(xiāng)與青堌集鎮(zhèn)接壤地帶等淺平坡地上，面積約70 km2。

壤質(zhì)潮土：多分布于洼坡地及淺平洼地。在種植區(qū)大面積分布，除砂質(zhì)潮土外，其余均為壤質(zhì)潮土，面積約190 km2。

3.2 水文特征

蘆筍種植區(qū)內(nèi)主要以淺層地下水作為灌溉水源，地表水系用水量較小。淺層地下水含水層巖性以粉砂為主，局部為細(xì)砂、中砂。平面上砂層分布不均勻，富水性各有差異。青堌集鎮(zhèn)一帶富水性較強(qiáng)，砂層累計(jì)厚度在10～20 m，單井涌水量600～800 m3/d；孫老家、蘇集鎮(zhèn)一帶，砂層累計(jì)厚度均小于10 m，單井涌水量小于400 m3/d[2]。

蘆筍種植區(qū)內(nèi)淺層地下水化學(xué)成分的形成及分布主要受地貌、水文、包氣帶巖性以及人為活動(dòng)等因素的影響。地下水中pH值一般在7.8～8.9之間，陽(yáng)離子以Na+、Mg2+為主，陰離子主要為HCO3－、SO42－和Cl－離子。平面上水化學(xué)分帶明顯，南部以HCO3—Na·Mg為主，向北逐漸過(guò)渡為HCO3·Cl—Na·Mg。農(nóng)田灌溉主要取自淺層微承壓孔隙淡水，地下水垂直運(yùn)移交替強(qiáng)烈，礦化度一般小于1.2 g/L。

4 土壤元素地球化學(xué)特征

4.1 土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值

以往研究表明，現(xiàn)代人類(lèi)活動(dòng)（主要是農(nóng)業(yè)和工業(yè)發(fā)展）制約了土壤的形成過(guò)程，并在一定程度上影響了土壤中某些元素的空間分布特征[3]。本次土壤地球化學(xué)調(diào)查主要研究27種元素值含量及其空間分布特征。根據(jù)調(diào)查內(nèi)容的不同，可劃分為深層、淺層土壤地球化學(xué)調(diào)查及表層土壤持久性有機(jī)污染物調(diào)查等。

土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值和背景值是土壤地球化學(xué)調(diào)查研究最基礎(chǔ)的特征參數(shù)[4]，分別代表了不同環(huán)境土壤中元素含量水平和變化規(guī)律。土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值和背景值兩者有著密切的內(nèi)在聯(lián)系，但由于表生條件下土壤元素易發(fā)生遷移，或淋失減少或富集增加，兩者之間往往具有一定的差別。表1為蘆筍種植土壤地球化學(xué)元素基準(zhǔn)值與荷澤市、全省對(duì)比統(tǒng)計(jì)表。

根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，蘆筍種植區(qū)內(nèi)土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值具有以下規(guī)律：

表1 蘆筍種植區(qū)內(nèi)土壤地球化學(xué)元素基準(zhǔn)值與菏澤市、山東省對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

①區(qū)內(nèi)土壤地球化學(xué)元素基準(zhǔn)值中，有機(jī)質(zhì)、F元素明顯高于菏澤市基準(zhǔn)值，分別為1.2、1.1倍；CaO、Mn、P、As、Ni、Co元素略高于菏澤市基準(zhǔn)值；有機(jī)質(zhì)元素平均值低于全省基準(zhǔn)值，僅為山東省基準(zhǔn)值的0.7倍，F(xiàn)元素基準(zhǔn)值略高于全省平均值，僅高約1.1倍。

②區(qū)內(nèi)土壤地球化學(xué)元素基準(zhǔn)值中，Cl、Se兩元素平均值明顯低于菏澤市基準(zhǔn)值，僅為菏澤市的0.6與0.7倍；其中Se元素明顯低于山東省基準(zhǔn)值，僅為0.6倍。

③區(qū)內(nèi)土壤地球化學(xué)元素基準(zhǔn)值中，I與N兩元素基準(zhǔn)值略低于菏澤市基準(zhǔn)值，分別為0.9與0.8倍；其中I、N兩元素明顯低于全省基準(zhǔn)值，分別為0.7與0.6倍。

④區(qū)內(nèi)土壤地球化學(xué)元素基準(zhǔn)值中，除上述元素外，其他元素與菏澤市基準(zhǔn)值基本一致，但是CaO元素含量明顯高于全省基準(zhǔn)值，為1.7倍；P、As、B等元素略高于全省基準(zhǔn)值，K2O、Mn、V、Co、Pb等元素略低于全省基準(zhǔn)值，Zn、Cr、Cu、Ge等元素含量與全省基準(zhǔn)值基本一致。

總體來(lái)說(shuō)，全區(qū)元素基準(zhǔn)值與菏澤、全省基準(zhǔn)值基本一致，無(wú)其他明顯元素含量富集區(qū)與匱乏區(qū)，元素含量較為穩(wěn)定。

4.2 土壤縱剖面中元素的分布特征

根據(jù)《山東省菏澤曹縣蘆筍種植區(qū)特色農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查與評(píng)價(jià)報(bào)告》項(xiàng)目中布設(shè)的65個(gè)深層土壤樣品（共取樣品647件）測(cè)試數(shù)據(jù)，分析N、P、K、Ca、Mg、S等27種元素，對(duì)不同深層土壤上同一元素相同深度的元素含量值進(jìn)行平均，利用各元素不同深度的歸一化值做蘆筍種植區(qū)深層土壤縱剖面元素分布?xì)w一化圖（圖1）。

圖1 曹縣蘆筍特色種植區(qū)深層土壤縱剖面元素分布?xì)w一化圖

圖1中可以看出：①N、P、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、Se、I、Cd、Cl、Hg等11種元素在土壤縱剖面上含量變化較大，特別是N、P、堿解氮、速效磷、有機(jī)質(zhì)、Se、I等7元素變化量均超過(guò)60%，其中速效磷的變化量最大，達(dá)到91.79%；而剩余其他元素在土壤縱剖面上含量變化較小，K、Mn、F、Cr、Ge、Ni、V、Co等8種元素變化量小于10%，土壤縱剖面曲線(xiàn)變化平緩；②地表含量明顯偏高的元素有N、P、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、Se、I、Hg，這些元素隨著深度的增加，其含量值呈遞減趨勢(shì)，且N、P、S、Hg等4種元素在淺部含量起伏較大；地表含量偏低的元素有Cl，隨著深度的增加，元素含量值呈遞增趨勢(shì)，表層土壤中元素出現(xiàn)貧化現(xiàn)象；而Se元素地表和深部含量都較低。

由上述特征可以看出，元素在土壤垂向剖面中的分布不僅受自然條件下成土過(guò)程的影響，同時(shí)后期人類(lèi)活動(dòng)等因素往往也會(huì)改變土壤垂向剖面中元素的原始分布狀態(tài)。

5 灌溉水環(huán)境地球化學(xué)特征

5.1 灌溉水元素含量地球化學(xué)特征

蘆筍種植區(qū)內(nèi)灌溉用水主要利用淺層地下水，與人類(lèi)生產(chǎn)生活密切相關(guān)。由于灌溉水直接為農(nóng)作物提供生長(zhǎng)所需養(yǎng)分和水分，其環(huán)境污染狀況將直接影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與安全[6]。

不同土壤類(lèi)型中灌溉水地球化學(xué)背景值與菏澤市的灌溉水地球化學(xué)背景值見(jiàn)表2。

表2 不同土壤類(lèi)型灌溉水地球化學(xué)背景值與菏澤市灌溉水地球化學(xué)背景值對(duì)比表

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)砂質(zhì)潮土區(qū)灌溉水中碘化物與Cu元素含量背景值與菏澤市背景值相比偏高，分別為菏澤市背景值的1.4與1.6倍；As元素含量背景值偏低，僅為菏澤市背景值的49%，其他元素均與菏澤市背景值含量相當(dāng)。壤質(zhì)潮土區(qū)灌溉水中元素含量背景值與菏澤市背景值含量相當(dāng)，整體各元素含量趨于穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。

5.2 灌溉水元素含量空間分布特征

影響灌溉水質(zhì)量的指標(biāo)和因子眾多，包括構(gòu)成灌溉水化學(xué)類(lèi)型的常規(guī)水化學(xué)組成及理化指標(biāo)、常見(jiàn)的金屬（重金屬）和非金屬指標(biāo)、有毒有害類(lèi)有機(jī)污染物及細(xì)菌、寄生蟲(chóng)卵、病毒等微生物病毒類(lèi)有害物等。本次灌溉水主要分析常規(guī)水化學(xué)組成及理化指標(biāo)、常見(jiàn)的重金屬和非金屬指標(biāo)。

總硼（B）：高值區(qū)主要分布在蘇集鎮(zhèn)的葛莊-邵莊，朱老家，青堌集東-韋莊，柴莊-劉新莊等地區(qū)，灌溉水中硼（B）元素含量相對(duì)較高，普遍高于0.3 mg/L；其余地區(qū)灌溉水中硼（B）元素含量普遍在0.13～0.29 mg/L之間。

總磷（P）：蘆筍種植灌溉水中磷（P）元素含量普遍在0.1 mg/L左右，高值區(qū)主要分布在青堌集趙小樓村，灌溉水中磷（P）元素含量相對(duì)較高為0.18 mg/L，除該地區(qū)以外，總磷含量相對(duì)較為穩(wěn)定。

氟化物（F-）：蘆筍種植區(qū)灌溉水中氟化物高值區(qū)主要分布在蘇集鎮(zhèn)北部，主要分布在薛莊村、土地廟村、葛莊村、張小樓村—苗樓村等地區(qū)，氟化物含量大于2 mg/L。

碘化物（I-）：蘆筍種植區(qū)灌溉水中碘化物高值區(qū)主要分布苗樓村-高英樓村，邱海村等地區(qū)，含量普遍在0.97 mg/L以上；其余地區(qū)含量相對(duì)偏低，值普遍在0.09～0.65 mg/L之間。

另外Cr6+、pH、As、Hg、Se、Cu、Zn、Cd、Pb在蘆筍種植區(qū)灌溉水中含量普遍較低，所有樣品均符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2021）規(guī)定，無(wú)明顯高值區(qū)與低值區(qū)，相對(duì)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)論

（1）蘆筍種植區(qū)表層土壤地球化學(xué)元素中有機(jī)質(zhì)、F元素明顯高于菏澤市基準(zhǔn)值，CaO、Mn、P、As、Ni、Co元素略高于菏澤市基準(zhǔn)值；Cl、Se兩元素平均值明顯低于菏澤市基準(zhǔn)值，I、N兩元素平均值略低于菏澤市基準(zhǔn)值。其余元素與菏澤市基準(zhǔn)值基本持平。

（2）CaO、F、P、As元素含量明顯高于全省平均值；B、Cl元素略高于全省平均值；有機(jī)質(zhì)、I、N、Mn、Se元素明顯低于全省平均值，K2O、V、Co、Hg、Pb等元素略低于全省平均值。其余元素與全省土壤平均值基本持平。

（3）砂質(zhì)潮土區(qū)灌溉水中碘化物與Cu元素含量背景值與全區(qū)背景值相比偏高；As元素含量背景值偏低，其他元素均與全區(qū)背景值含量相當(dāng)。壤質(zhì)潮土區(qū)灌溉水中元素含量背景值與全區(qū)背景值含量相當(dāng)，整體各元素含量趨于穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。