盤州市刺梨主產區耕地質量及生態效應評價

盧家龍， 徐陽東*， 侯林洋， 陳應華

(1.貴州省地礦局 地球物理地球化學勘查院， 貴州 貴陽550018； 2.貴州省黔西南州農業農村局， 貴州 興義 562400)

0 引言

【研究意義】貴州省六盤水地區屬喀斯特地貌，山多地少，現代農業產業的發展既要立足當地實際，又要選擇適應當地環境條件的作物，從而促進當地經濟發展。刺梨(Roxburghrose)為薔薇科多年生落葉灌木繅絲花的果實，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，營養豐富，含多種維生素、氨基酸及其他營養成分[1]，同時還含豐富的鐵、硒、鋅等多種微量元素[2]。刺梨鮮果的VC含量遠高于其他水果，被稱為“VC之王”[3]，具有健脾、滋補強腎、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盤州市的特色植物資源，其產業已初具規模，打造了刺梨產業帶，建設生產、加工、銷售一體化產業鏈，成為推動經濟發展和助力鄉村振興的重要手段之一。評價盤州市刺梨主產區耕地質量及生態效應，為提升盤州市刺梨種植園區的建設具有重要意義。【前人研究進展】白靜等[5]研究貴州各地區野生刺梨果實品質多樣性表明，不同地區或同一地區刺梨果實Vc含量差異較大，與其種植地區海拔高度有較大聯系；敖芹等[6]研究影響刺梨產量和品質的主導氣象因子表明，5—8月平均氣溫、3—10月≥10℃活動積溫和3—8月降水量是影響刺梨產量和品質的主導氣象因子。【研究切入點】近年來，前人主要研究氣候對刺梨果實產質量的影響，缺乏對其土壤生長環境的影響研究。因此，有必要對盤州刺梨主產區耕地質量與刺梨生態效應展開深入研究。【擬解決的關鍵問題】以刺梨主產區為研究區，基于多元統計分析和耕地土壤養分質量評價等方法，采集土壤和刺梨樣品，測定其pH、有機質、土壤養分和重金屬含量，并對研究區耕地質量及刺梨生態效應進行評價分析，以期為盤州市刺梨產業的合理開發及利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

盤州市刺梨主產區位于三疊系與二疊系交匯處，地層巖性為灰巖、泥巖，以高原山地為主體，地勢西北高，東南低，中南部隆起。刺梨主產區屬亞熱帶季風性氣候、亞熱帶高原季風濕潤氣候，冬無嚴寒，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，年產刺梨10 000 t，加工大型企業4家。土壤類型主要有黃壤、黃棕壤和紫色土，土壤樣采自PG鎮主要農作物種植區，刺梨果實樣主要采自PG鎮JX村萬畝刺梨果園基地(圖1)。

圖 1 PG鎮土壤類型及刺梨種植區分布

1.2 樣品采集方法

根據PG鎮耕地土壤分布情況，結合《土地質量地球化學評價規范》(DZ/T 0295—2016)[7]及盤州市耕地質量地球化學調查結果[8]，共采集土壤樣品558個，刺梨果實樣品6個，根系土樣6個。

1.2.1 土壤樣品采集 采用GPS結合1∶5萬地形圖進行定點[9-10]，坐標系統選擇西安80坐標系，GPS自動生成航跡進行監控，在設計點50 m范圍內選取合理采樣位置，連續采集0～20 cm表層土，并用校正后的手持GPS定位(圖2)。用梅花狀法多點采集，5點組合為1個樣品，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，供實驗室檢測分析。

圖 2 刺梨主產區的表層土壤及刺梨采樣點

1.2.2 刺梨果實采集 在刺梨果實成熟期，人工隨機采摘成熟度和體型一致的果實，按0.1～0.2 hm2為采樣單元，在采樣單元內選取5～10株，每株縱向4分，從其中1份的上、中、下、內、外各側均勻采摘，混合成1個樣品，同時按土壤采集方法采集刺梨根系土，供實驗室檢測分析。

1.3 測定方法

依據《土地質量地球化學評價規范》和《地質礦產實驗室測試質量管理規范》(DZ/T 0130—2006)[11]進行土壤化學指標和農作物指標測定。土壤指標主要測定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，農作物指標主要測定Cd、Hg、As、Pb、Cr、Se和Ge共7項，樣品的測試均進行平行測試和空白試驗[12]。

1.4 評價方法

1.4.1 耕地土壤養分質量評價 參照《土地質量地球化學評價規范》對氮、磷、鉀進行養分地球化學等級劃分，再計算土壤養分地球化學綜合等級。評價結果分為缺乏、較缺乏、中等、較豐富和豐富5個等級，其對應的fi為1分、2分、3分、4分和5分。當f養綜≥4.5時，養分地球化學綜合等級為豐富；3.5≤f養綜≤4.5為較豐富；2.5≤f養綜≤3.5為中等，1.5≤f養綜≤2.5為較缺乏，<1.5為缺乏。公式：

式中，f養綜為土壤氮、磷、鉀的評價總分，1≤f養綜≤5；ki為氮、磷、鉀的權重系數，氮、磷、鉀分別占40%、30%、30%；fi為氮、磷、鉀各元素的等級得分。

1.4.2 耕地環境質量評價 土壤中污染物含量(Ci)參照《土壤環境質量 農用土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 15618—2018)中的篩選值(Si)和管控值(Gi)將土壤風險程度分為3類：優先保護類(Ci≤Si)、安全利用類(SiGi)。耕地環境質量類別按照級別優先選擇風險較高的污染物類別進行劃定。

1.4.3 刺梨評價及富集系數 依據《食品安全國家標準食品中污染物限量》(GB 2762—2017)[13]和盤州市耕地質量地球化學調查結果對刺梨進行安全性評價；刺梨富硒評價依據《土地質量地球化學評價規范》及湖北富硒食品地方標準(DB 42/211—2002)[14]，若Se含量≥0.01 mg/kg，為富硒。并用生物富集系數[15]表示養分元素和有害元素向農作物轉化遷移特征及其生態效應，公式：

式中，生物富集系數大，表明植物對其吸收能力強；生物富集系數小，表明植物對其吸收能力弱。

1.5 數據統計與分析

利用Excel 2016、SPSS 22.0、Mapgis和ArcGIS 10.2等對試驗數據進行統計分析與繪圖。

2 結果與分析

2.1 刺梨主產區耕地土壤元素或指標特征及養分等級評價

2.1.1 耕地土壤元素或指標地球化學特征 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和有機質的平均含量分別為2.02 g/kg、1.17 g/kg、13.07 g/kg和45.05 mg/kg。pH中值為5.81，表明刺梨主產區土壤整體偏酸性，體現了碳酸鹽巖分布區強烈風化淋濾作用下的酸化特性。

表1 刺梨主產區耕地土壤地球化學參數統計

2.1.2 耕地養分質量評價 從表2看出，刺梨主產區耕地土壤養分等級可分為豐富、較豐富、中等、較缺乏和缺乏5個等級，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，分別占園區耕地面積的3.07%、74.85%、20.31%、1.45%和0.32%。其中，養分豐富級耕地主要分布在PG鎮東部及南部，較豐富級耕地全鎮均有分布，中等級耕地主要分布在PG鎮中西部，較缺乏級耕地與缺乏級耕地零星分布在刺梨主產區西南部一帶(圖3)。

表2 刺梨主產區的耕地養分質量等級

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 耕地酸堿度評價 由表3和圖4可知，PG鎮耕地酸堿度主要受二疊系及三疊系碳酸鹽巖成土母質影響，土壤整體偏酸性，酸性土壤面積為4 700 hm2，占園區耕地面積的

表3 刺梨主產區的耕地酸堿度

注：1為強堿性，2為堿性，3為中性，4為酸性，5為強酸性。

83.21%。堿性土壤零星分布在PG鎮中部及東部。

2.1.4 耕地環境質量評價 耕地質量地球化學調查結果顯示(表4、圖5)，刺梨主產區耕地土壤環境質量總體一般，耕地土壤環境綜合等級分為優先保護類、安全利用類和嚴格管控類，其面積分別為0 hm2、4 546.67 hm2和1 100 hm2，分別占園區耕地面積的0、80.56%、19.44%。安全利用類耕地主要分布在PG鎮中部至東部，嚴格管控類耕地主要分布在PG鎮西部。

表4 刺梨主產區的耕地環境質量等級

圖 5 刺梨主產區的耕地環境質量等級分布

2.2 刺梨主產區刺梨安全評價及富集系數

從表5看出，6個刺梨樣品中均未發現重金屬超標，符合食品安全國家標準中污染物限量標準。富硒評價結果顯示，僅1個刺梨樣品富硒。6種重金屬的生物富集系數依次為Se>Hg>Cd>Pb>Cr>As，表明，刺梨對土壤中Se的富集作用較強，富集系數達0.65，Hg和Cd次之，富集系數分別為0.63和0.22，對Pb、Cr和As的富集能力較弱。表明，Cd、Hg和Se易被刺梨果實吸收并富集。

表5 刺梨主產區刺梨的元素含量與生物富集系數

3 討論

刺梨喜溫暖濕潤環境，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]。刺梨主產區位于盤州市中北部，該地區氣候溫和、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。因此，刺梨主產區地理氣候等條件適宜刺梨生長。

刺梨富集系數受土壤理化性質如pH、有機質含量等影響，不同農作物受土壤理化性質影響亦不同。白靜等[5]研究表明，刺梨品質與不同地區氣候條件、土壤理化性質、海拔等密切相關。盧家龍等[8]研究表明，刺梨根系土pH、有機質與Cd含量的生物富集系數均呈負相關。試驗結果顯示，研究區除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，占園區耕地面積的83.21%；耕地土壤環境以安全利用類為主，占園區耕地面積的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、有機質含量來降低Cd的生物吸收率。研究僅通過調查研究，分析盤州市刺梨主產區當前耕地土壤質量狀況，后期還應開展富硒耕地資源調查評價工作，補充樣品有效態測試；同時，篩選區內富硒的刺梨品種進一步調整種植結構。打造規模化、產業化、高效益的富硒刺梨生產基地，從而推進富硒土地資源的開發利用，提高土地附加值，助推鄉村振興。

4 結論

刺梨主產區耕地土壤N、P、K和有機質的平均含量分別為2.02 g/kg、1.17 g/kg、13.07 g/kg和45.05 mg/kg；刺梨主產區耕地土壤養分肥力以較豐富為主，其耕地面積占園區耕地面積的74.85%，在全鎮均有分布。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，占園區耕地面積的83.21%。耕地土壤環境以安全利用類為主，占園區耕地面積的80.56%，主要分布在PG鎮中部至東部。刺梨樣品中僅1個刺梨樣品富硒，刺梨對土壤中Se的富集作用較強，Hg和Cd次之。綜上，可依據PG鎮耕地土壤養分和環境情況，選擇土壤養分肥力較好、土壤環境為安全利用類的耕地進行規模化種植。