萬榮縣蘋果園土壤基本養分及重金屬污染現狀調查與分析

董 鵬，袁嘉瑋

(山西農業大學棉花研究所，山西 運城 044000)

1 引言

蘋果是我國消費量和生產量第一大水果，其生產的土壤環境問題已引起當今學者、消費者以及政府的關注[1]。土壤環境質量在蘋果生產上主要涉及土壤肥力和土壤污染兩個部分，是蘋果果品綠色安全生產的保障，直接影響著果實的品質和質量[2,3]。聶繼云等[4]在我國7個主要蘋果生產省份抽樣調查中發現，蘋果果實遭受重金屬鎘的污染率達97.6%。劉子龍等[5]針對陜西蘋果主產區果園土壤重金屬污染進行了評價，結果表明：陜西72.58%的蘋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]對長武地區蘋果園土壤環境質量進行評價，長武地區蘋果園土壤呈現Ni>As>Cr>Zn>Cu>Pb的污染特征。趙佐平等[7]研究發現，陜西蘋果園土壤中As、Hg和Ni單項污染指數較高。董麗欣等[8]和單正軍等[9]研究表明，當土壤中銅含量過高時，蘋果生長受到抑制，嚴重時甚至死亡。巫升平[10]對四川省蘋果園土壤重金屬污染狀況調研中發現，四川省蘋果園土壤重金屬含量雖符合標準限值規定, 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]對山東膠東半島蘋果園進行重金屬污染評價，土壤綜合污染程度均為輕污染，而重金屬含量與土壤有機質含量和果實重金屬含量之間相關性均不明顯。

萬榮縣位于我國黃土高原蘋果優勢產業帶，是農業部劃定的蘋果重點生產縣，實施了國家農產品地理標志登記保護(蘋果)[13]。隨著消費者對綠色食品的需求和萬榮縣打造綠色食品蘋果生產基地的需要，明晰萬榮縣蘋果園土壤環境質量顯得尤為重要。然而目前有關萬榮縣乃至山西省主產區蘋果園的土壤研究多集中在土壤基本養分與施肥情況的調研上[14～18]，而對土壤基本養分、含鹽量、重金屬污染現狀等土壤化學性質進行全面調研的研究暫未有報道。因此，本研究通過對萬榮縣蘋果園土壤養分、含鹽量、重金屬污染現狀進行調研，綜合分析萬榮縣蘋果園土壤環境質量情況，旨在為改善萬榮縣蘋果園土壤環境質量提供科學依據。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

樣品于2021年9～10月份在萬榮縣規模面積超過30畝的14個盛果期果園內采集，每個果園按照“S”形取樣法取8個土樣進行混合，混合均勻后，取500 g土樣待測，主要測定土壤有機質(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。取樣時避開施肥區，選取樹冠落雨線附近土壤。

2.2 分析方法

參照袁嘉瑋等[19]的方法測定土壤有機質、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]的方法測定土壤中銅、鋅、鎳、鉛、鉻的濃度。

2.3 評價標準

蘋果土壤養分評價參照袁嘉瑋等[19]確立的運城果園土壤養分含量分級參考標準(表1)進行評價，土壤重金屬污染評價采用單因子指數評價法(表2)進行評價，土壤重金屬評價標準參照張宏斌等[21]確立的山西晉中呂梁地區土壤重金屬背景值(表3)。

表1 運城果園土壤養分含量分級參考標準

表2 土壤重金屬單因子指數評價標準

表3 山西土壤重金屬評價標準 mg/kg

單因子指數評價法計算公式：

Pi=Ci+Si

(1)

式(1)中，Pi為土壤重金屬i的單因子指數，ci為土壤重金屬i的實測值，si為土壤重金屬i的評價背景值。

2.4 數據處理

采用SAS 8.2和Excel 2020軟件進行數據統計分析。

3 結果與分析

3.1 土壤基本養分現狀

如圖1所示，萬榮縣果園中土壤有機質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，土壤有機質的含量變幅在6.39～19.23 g/kg，平均值為10.52 g/kg，剛達到較低水平臨界線；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，均值剛達到高水平臨界線；在變異系數上，土壤有效磷>土壤有機質>土壤速效鉀>土壤堿解氮>土壤全氮，土壤有效磷和土壤有機質的變異系數大于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，其余土壤基本養分均呈正態分布。

表4 萬榮縣果園土壤基本養分含量的描述性統計

圖1 萬榮縣果園土壤養分含量分布狀況

3.2 土壤pH值及全鹽量

萬榮縣蘋果園土壤pH值變幅為8.02～8.72，平均值為8.49，變異系數為2.67%，調研果園土壤均為堿性土壤，高于蘋果園適宜土壤pH值。萬榮縣蘋果園土壤全鹽量變幅為0.37～0.86，平均值為0.49，變異系數為23.80%，全鹽量均低于1。

3.3 土壤重金屬污染現狀

萬榮縣果園土壤重金屬污染現狀見表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，單因子指數平均值為0.00，整體處于清潔水平；在變異系數上，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，萬榮縣土壤重金屬均呈正態分布。

表5 萬榮縣果園土壤重金屬污染現狀

3.4 相關性分析

從表6可以看出，萬榮縣果園土壤有機質與堿解氮、鋅呈極顯著正相關，與鎳、鉛、鉻互呈顯著正相關；土壤全氮與土壤速效鉀呈顯著負相關，與全鹽量呈顯著正相關；土壤堿解氮與土壤中鋅、鎳互呈極顯著正相關，與鎳、鉻互呈極顯著正相關；土壤有效磷與土壤pH值呈極顯著正相關，與土壤全鹽量呈顯著正相關；土壤pH值與土壤全鹽量呈極顯著負相關；土壤中銅與土壤中鎳、鋅互呈極顯著正相關。

表6 萬榮縣蘋果種植園土壤養分及土壤重金屬含量之間的Pearson相關系數

4 討論與結論

萬榮縣蘋果園土壤中有機質與堿解氮含量處于匱乏狀態，土壤中有效磷與速效鉀含量處于富余狀態，土壤pH值偏高，全鹽量處于正常水平，未發生銅、鋅、鎳、鉛、鉻等土壤重金屬污染。因此，萬榮縣蘋果園應注重合理施用有機肥和氮肥。施用氮肥時，應考慮萬榮縣蘋果園土壤中堿解氮與全氮含量水平的不一致，在施用氮肥時應注意合理施用，避免氮素的浪費。施用有機肥時，應考慮到萬榮縣蘋果園土壤有機質含量與土壤重金屬離子鋅、鎳、鉛、鉻等呈顯著正相關性，在有機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。