河北省張宣葡萄產區土壤地球化學特征*

魏 靜，鄭小剛，張延夕，王彩玲，劉金銅

(1．中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心，河北石家莊 050022； 2．中國科學院大學，北京 100049； 3．河北省地質調查院，石家莊 050081； 4．河北省土地整理服務中心，石家莊 050051)

0 引言

葡萄的種植區劃更多學者關注氣候因素對其影響[1， 2]，而特色農產品的生長具有很強的地域選擇性[3]，有“易地而竭，隔界不長”的現象，在氣候、地質、地貌等大背景條件相似的情況下，土壤中地球化學元素含量狀況從微觀層面影響著其特殊品質的形成。張宣葡萄早在明清時期就成為皇家貢品，以“皮薄肉腴汁豐，味道清甜爽口”而聞名，現已獲國家地理標志名牌產品，葡萄產業已成為該區的主導產業和優勢產業。葡萄種植區地處世界葡萄栽植黃金地帶，是華北地區北部極重要的鐵、金、銀多金屬成礦集中區[4]，由于葡萄種植區的農業地質區位優勢，部分學者開始探究葡萄種植區的農業地球化學特征，對土壤中硒、銅、鋅等個別元素含量與葡萄品質進行相關性分析[5， 6]。文章通過開展葡萄產區農業地質調查工作，獲取土壤22項指標的測試分析數據，結合地質、地貌等地質背景資料，對張宣葡萄產地進行系統地土壤地球化學評價，為科學合理規劃種植區，因地制宜地擴大種植規模和保護、開發名優特農產品提供地球化學依據[7-9]。

圖1 張宣葡萄種植區分布圖

表1 樣品測試方法

序號測試方法測試指標1重鉻酸鉀容量法有機碳2凱氏蒸餾—容量法氮3電感耦合等離子體質譜法鎘、鉻、鎳、銅、鋅、鉛、鍶、錳、鉬4原子熒光光譜法硒、汞、砷5發射光譜法硼6粉末壓片—X射線熒光光譜法磷、硅、鐵、鉀、鈣、鎂7離子選擇電極法pH

1 評價區概況

張宣葡萄種植區主要分布在張家口市涿鹿縣、懷來縣和宣化區(圖1)，處于全球葡萄園集中分布緯度帶38～53°之間。種植面積多達3萬hm2，葡萄年產量可達50萬t，主要品種有白牛奶、龍眼、玫瑰等。該區氣候類型屬溫帶亞干旱大陸性季風氣候，光照充足，雨熱同季，晝夜溫差大，年平均氣溫7.6～9.1℃，年均日照2 875h，年降水量381～420.2mm，年蒸發量1 400～2 300mm，無霜期135～140d。

地貌類型為懷涿盆地，是一個比較封閉小盆地，北靠雞鳴山，南望小五臺、東臨八達嶺。外圍山高1 000～1 500m，盆底海拔500m左右。洋河和桑干河分別從北西和南西方向進入該區，在盆底部位匯合，再向東匯入官廳水庫。

土壤類型以褐土為主，其次是栗鈣土，沿河流水系分布的草甸土和潮土面積較少； 土壤母質主要為殘積物、風積黃土和沖洪積物等； 土壤質地類型以輕壤土和砂壤土為主。

2 樣品采集及測試分析

依據中國地質調查局《土地質量地球化學評價規范》(DD2008-06)的要求， 2017年4—9月采集農用地0～20cm土壤樣品446件，每件樣品控制面積為25hm2。分析指標共計22項，具體包括有機碳、氮、磷、氧化鉀、氧化鈣、氧化鎂、銅、鋅、鉬、氧化鐵、錳、硼、二氧化硅、鍶、硒、鉛、鎘、汞、砷、鎳、鉻和pH。

樣品分析委托河北省地礦局第四地質大隊實驗室承擔，嚴格按照《生態地球化學評價樣品分析技術要求》(DD2005-03)和《多目標區域地球化學調查規范(1： 250000)》(DD2005-01)規范要求執行，制訂了詳細的土壤樣品分析質量控制方案，通過隨機插放標準物質來監控測試結果的精密度和準確度，分析方法詳見表1。

3 張宣葡萄產區農業地球化學特征

3.1 葡萄種植區土壤地球化學特征

利用MapGIS 6.7提取葡萄種植區的土壤地球化學數據，與張家口盆地土壤元素含量背景值、河北省平原區土壤元素含量背景值進行對比分析，歸納出張宣葡萄產地的土壤地球化學特征。

對比分析葡萄種植區土壤元素含量均值與張家口盆地土壤元素含量均值，見表2。葡萄種植區土壤偏堿性，pH為8.63；銅、鍶、二氧化硅、氧化鉀含量水平均高于張家口盆地和河北省平原區背景值，尤以銅最為顯著，含量均值是張家口盆地背景值的2倍，是河北省平原區背景值的1.94倍，銅元素含量影響著葡萄的品質，與葡萄的單粒重呈顯著正相關，與酒石酸呈負相關；鍶含量均值是張家口盆地背景值的1.06倍，是河北省平原區背景值的1.45倍；二氧化硅和氧化鉀含量略高于張家口盆地和河北省平原區背景值，呈現土壤質地輕壤土性特征，二者與葡萄中酒石酸含量呈顯著或極顯著負相關[10]。

表2 張宣葡萄種植區土壤元素含量背景值與張家口盆地、河北省平原區對比

指標張宣葡萄種植區張家口盆地河北省平原區指標張宣葡萄種植區張家口盆地河北省平原區pH8.638.478.16氧化鉀2.432.382.41汞31.5424.1337.7有機碳0.710.830.82鉛20.7820.6822.56氧化鈣5.496.324.32鎘0.140.130.15氧化鎂1.852.082.07鉻57.3268.3365.21鍶284.37267.07196鋅63.5567.3469.63錳509.24618.46588.89砷8.289.159.5鉬0.690.690.55銅44.4122.1922.95硼35.0234.0746.77鎳23.7728.4728.06硒0.120.140.19氮728.41783.411 049二氧化硅60.7358.2960.58磷932.7814.231 012.52氧化鐵3.724.494.47 注:氧化物和有機質含量單位為%,Hg為μg/kg,pH無量綱,其他為mg/kg

種植區親鐵元素鉻、鎳、氧化鐵、錳，營養元素氮、有機碳，有益元素硒、氧化鎂含量相對較少，均低于張家口盆地背景值和河北省平原區背景值。其中，有機碳含量為0.71%，分別為張家口盆地背景值和河北省平原區背景值的85.87%和86.92%；硒含量為0.12mg/kg，分別為張家口盆地背景值和河北省平原區背景值的87.78%和64.68%。

3.2 葡萄種植區土壤肥力評價

土壤綜合肥力得分依照中國地質調查局《土地質量地球化學評價規范》，在土壤全氮、全磷、全鉀單元素含量分級基礎上，按照式(1)計算獲取。

(1)

式(1)中，fyz為土壤綜合肥力得分；ki為氮、磷、鉀權重系數；fi為土壤氮、磷、鉀的單元素等級得分， Ⅴ級、Ⅳ級、Ⅲ級、Ⅱ級、Ⅰ級所對應的fi得分分別為1、2、3、4、5分。

葡萄種植區土壤綜合肥力處于較缺乏狀態， 75.47%的面積為Ⅳ級； 無Ⅰ級區； Ⅱ級區總面積98hm2，占葡萄種植區總面積的0.45%； Ⅲ級區總面積3 996hm2，面積比例為18.36%； Ⅴ級區總面積1 244hm2，面積比例為5.72%。從單個營養元素分析，葡萄種植區主要缺乏氮，土壤中氮含量以缺乏為主， 60.28%的樣點土壤氮元素缺乏，缺乏或較缺乏的樣點所占比例高達90%； 其次為磷，土壤中磷以缺乏—較缺乏為主， 76.27%的樣點土壤磷處于缺乏或較缺乏狀態； 鉀元素評價結果全部為較豐富或適中。

3.3 葡萄種植區土壤環境質量評價

按照生態環境部/國家市場監督管理總局發布的《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB15618-2018)(表3)，依據土壤pH、不同用地類型，采用不同的分級標準。其中， Ⅰ類區重金屬含量低于風險篩選值，農用地土壤污染風險低，一般情況下可以忽略。； Ⅱ類區重金屬含量介于風險篩選值和風險管控值之間，可能存在農用地土壤污染風險，應加強土壤環境檢測和農產品協同監測，采取農藝調控、替代種植等安全利用措施； Ⅲ類區重金屬含量高于風險管控值，農用地土壤污染風險高，且難以通過安全利用措施降低食用農產品不符合質量安全標準等農用地土壤污染風險，原則上應當采取禁止種植食用農產品、退耕還林等嚴格管控措施。

土壤重金屬綜合評價指數為各單項指標的最高評價指數，評價結果見圖3。葡萄種植區整體重金屬環境質量較為清潔，無Ⅲ類區，全部重金屬元素均未超風險管制值。其中， Ⅰ類區總面積為2.16萬hm2，占葡萄種植區總面積的99.26%； Ⅱ類區總面積為160hm2，面積比例為0.74%。從單個重金屬元素含量分析，葡萄種植區主要表現為銅、鎘超標，4個樣點銅含量高于風險篩選值，含量最高值為134mg/kg，位于宣化區境內，葡萄種植區銅含量相對較高，主要來源于葡萄園種植區保護性殺菌劑波爾多液的施用，造成銅的局部累積，化學肥料的施用是造成鎘超標的主要原因；1個樣點鎘含量高于風險篩選值，含量為0.77mg/kg，位于涿鹿縣境內。

圖2 葡萄種植區土壤綜合肥力評價 圖3 葡萄種植區土壤環境綜合質量評價

表3 2018年農用地土壤污染風險篩選值與風險管制值mg/kg

序號常規項目土壤pH值pH≤5.55.57.51鎘風險篩選值水田0.30.40.60.8其他0.30.30.30.6風險管制值1.52.03.04.02汞風險篩選值水田0.50.50.61.0其他1.31.82.43.4風險管制值2.02.54.06.03砷風險篩選值水田30302520其他40403025風險管制值2001501201004鉛風險篩選值水田80100140240其他7090120170風險管制值4005007001 0005鉻風險篩選值水田250250300350其他150150200250風險管制值8008501 0001 3006銅風險篩選值果園150150200200其他50501001007鎳風險篩選值60701001908鋅風險篩選值200200250300 注: ①重金屬和類金屬砷均按元素總量計。②對于水旱輪作地,采用其中較嚴格的含量限值

4 結論

通過對張宣葡萄產區開展土壤地球化學評價，查清了該區土壤地球化學特征，與河北省平原區和張家口盆地相比，葡萄種植區土壤中銅、鍶、二氧化硅、氧化鉀含量較高，鉻、鎳、氧化鐵、錳、氮、有機碳、硒、氧化鎂含量相對較少。

(1)調查區土壤綜合肥力以較缺乏為主，占調查區總面積的75.47%， 5.72%的面積土壤綜合肥力缺乏，無豐富區，土壤綜合肥力的缺乏主要是氮、磷缺乏引起，土壤中鉀元素含量相對豐富。應通過增施化學肥料提高土壤中氮、磷的含量，以達到提高土壤綜合肥力的效果。

(2)調查區重金屬環境質量較為清潔，99.26%的樣點重金屬含量低于風險篩選值，全部樣點均未超風險管制值。高于風險篩選值的樣點主要表現為銅、鎘超標，尤以銅超標較為顯著，通過調查發現，主要由于防治保護性殺菌劑-波爾多液的使用帶來銅的局部累積，需引起高度重視，避免量變引起質變，造成環境的污染。