河北省张宣葡萄产区土壤地球化学特征*
2019-05-08郑小刚张延夕王彩玲刘金铜
魏 静，郑小刚，张延夕，王彩玲，刘金铜
(1．中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心，河北石家庄 050022； 2．中国科学院大学，北京 100049； 3．河北省地质调查院，石家庄 050081； 4．河北省土地整理服务中心，石家庄 050051)
0 引言
葡萄的种植区划更多学者关注气候因素对其影响[1， 2]，而特色农产品的生长具有很强的地域选择性[3]，有“易地而竭，隔界不长”的现象，在气候、地质、地貌等大背景条件相似的情况下，土壤中地球化学元素含量状况从微观层面影响着其特殊品质的形成。张宣葡萄早在明清时期就成为皇家贡品，以“皮薄肉腴汁丰，味道清甜爽口”而闻名，现已获国家地理标志名牌产品，葡萄产业已成为该区的主导产业和优势产业。葡萄种植区地处世界葡萄栽植黄金地带，是华北地区北部极重要的铁、金、银多金属成矿集中区[4]，由于葡萄种植区的农业地质区位优势，部分学者开始探究葡萄种植区的农业地球化学特征，对土壤中硒、铜、锌等个别元素含量与葡萄品质进行相关性分析[5， 6]。文章通过开展葡萄产区农业地质调查工作，获取土壤22项指标的测试分析数据，结合地质、地貌等地质背景资料，对张宣葡萄产地进行系统地土壤地球化学评价，为科学合理规划种植区，因地制宜地扩大种植规模和保护、开发名优特农产品提供地球化学依据[7-9]。
图1 张宣葡萄种植区分布图
表1 样品测试方法
序号测试方法测试指标1重铬酸钾容量法有机碳2凯氏蒸馏—容量法氮3电感耦合等离子体质谱法镉、铬、镍、铜、锌、铅、锶、锰、钼4原子荧光光谱法硒、汞、砷5发射光谱法硼6粉末压片—X射线荧光光谱法磷、硅、铁、钾、钙、镁7离子选择电极法pH
1 评价区概况
张宣葡萄种植区主要分布在张家口市涿鹿县、怀来县和宣化区(图1)，处于全球葡萄园集中分布纬度带38～53°之间。种植面积多达3万hm2，葡萄年产量可达50万t，主要品种有白牛奶、龙眼、玫瑰等。该区气候类型属温带亚干旱大陆性季风气候，光照充足，雨热同季，昼夜温差大，年平均气温7.6～9.1℃，年均日照2 875h，年降水量381～420.2mm，年蒸发量1 400～2 300mm，无霜期135～140d。
地貌类型为怀涿盆地，是一个比较封闭小盆地，北靠鸡鸣山，南望小五台、东临八达岭。外围山高1 000～1 500m，盆底海拔500m左右。洋河和桑干河分别从北西和南西方向进入该区，在盆底部位汇合，再向东汇入官厅水库。
土壤类型以褐土为主，其次是栗钙土，沿河流水系分布的草甸土和潮土面积较少； 土壤母质主要为残积物、风积黄土和冲洪积物等； 土壤质地类型以轻壤土和砂壤土为主。
2 样品采集及测试分析
依据中国地质调查局《土地质量地球化学评价规范》(DD2008-06)的要求， 2017年4—9月采集农用地0～20cm土壤样品446件，每件样品控制面积为25hm2。分析指标共计22项，具体包括有机碳、氮、磷、氧化钾、氧化钙、氧化镁、铜、锌、钼、氧化铁、锰、硼、二氧化硅、锶、硒、铅、镉、汞、砷、镍、铬和pH。
样品分析委托河北省地矿局第四地质大队实验室承担，严格按照《生态地球化学评价样品分析技术要求》(DD2005-03)和《多目标区域地球化学调查规范(1： 250000)》(DD2005-01)规范要求执行，制订了详细的土壤样品分析质量控制方案，通过随机插放标准物质来监控测试结果的精密度和准确度，分析方法详见表1。
3 张宣葡萄产区农业地球化学特征
3.1 葡萄种植区土壤地球化学特征
利用MapGIS 6.7提取葡萄种植区的土壤地球化学数据，与张家口盆地土壤元素含量背景值、河北省平原区土壤元素含量背景值进行对比分析，归纳出张宣葡萄产地的土壤地球化学特征。
对比分析葡萄种植区土壤元素含量均值与张家口盆地土壤元素含量均值，见表2。葡萄种植区土壤偏碱性，pH为8.63；铜、锶、二氧化硅、氧化钾含量水平均高于张家口盆地和河北省平原区背景值，尤以铜最为显著，含量均值是张家口盆地背景值的2倍，是河北省平原区背景值的1.94倍，铜元素含量影响着葡萄的品质，与葡萄的单粒重呈显著正相关，与酒石酸呈负相关；锶含量均值是张家口盆地背景值的1.06倍，是河北省平原区背景值的1.45倍；二氧化硅和氧化钾含量略高于张家口盆地和河北省平原区背景值，呈现土壤质地轻壤土性特征，二者与葡萄中酒石酸含量呈显著或极显著负相关[10]。
表2 张宣葡萄种植区土壤元素含量背景值与张家口盆地、河北省平原区对比
指标张宣葡萄种植区张家口盆地河北省平原区指标张宣葡萄种植区张家口盆地河北省平原区pH8.638.478.16氧化钾2.432.382.41汞31.5424.1337.7有机碳0.710.830.82铅20.7820.6822.56氧化钙5.496.324.32镉0.140.130.15氧化镁1.852.082.07铬57.3268.3365.21锶284.37267.07196锌63.5567.3469.63锰509.24618.46588.89砷8.289.159.5钼0.690.690.55铜44.4122.1922.95硼35.0234.0746.77镍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氧化铁3.724.494.47 注:氧化物和有机质含量单位为%,Hg为μg/kg,pH无量纲,其他为mg/kg
种植区亲铁元素铬、镍、氧化铁、锰，营养元素氮、有机碳，有益元素硒、氧化镁含量相对较少，均低于张家口盆地背景值和河北省平原区背景值。其中，有机碳含量为0.71%，分别为张家口盆地背景值和河北省平原区背景值的85.87%和86.92%；硒含量为0.12mg/kg，分别为张家口盆地背景值和河北省平原区背景值的87.78%和64.68%。
3.2 葡萄种植区土壤肥力评价
土壤综合肥力得分依照中国地质调查局《土地质量地球化学评价规范》，在土壤全氮、全磷、全钾单元素含量分级基础上，按照式(1)计算获取。
(1)
式(1)中，fyz为土壤综合肥力得分；ki为氮、磷、钾权重系数；fi为土壤氮、磷、钾的单元素等级得分， Ⅴ级、Ⅳ级、Ⅲ级、Ⅱ级、Ⅰ级所对应的fi得分分别为1、2、3、4、5分。
葡萄种植区土壤综合肥力处于较缺乏状态， 75.47%的面积为Ⅳ级； 无Ⅰ级区； Ⅱ级区总面积98hm2，占葡萄种植区总面积的0.45%； Ⅲ级区总面积3 996hm2，面积比例为18.36%； Ⅴ级区总面积1 244hm2，面积比例为5.72%。从单个营养元素分析，葡萄种植区主要缺乏氮，土壤中氮含量以缺乏为主， 60.28%的样点土壤氮元素缺乏，缺乏或较缺乏的样点所占比例高达90%； 其次为磷，土壤中磷以缺乏—较缺乏为主， 76.27%的样点土壤磷处于缺乏或较缺乏状态； 钾元素评价结果全部为较丰富或适中。
3.3 葡萄种植区土壤环境质量评价
按照生态环境部/国家市场监督管理总局发布的《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)(表3)，依据土壤pH、不同用地类型，采用不同的分级标准。其中， Ⅰ类区重金属含量低于风险筛选值，农用地土壤污染风险低，一般情况下可以忽略。； Ⅱ类区重金属含量介于风险筛选值和风险管控值之间，可能存在农用地土壤污染风险，应加强土壤环境检测和农产品协同监测，采取农艺调控、替代种植等安全利用措施； Ⅲ类区重金属含量高于风险管控值，农用地土壤污染风险高，且难以通过安全利用措施降低食用农产品不符合质量安全标准等农用地土壤污染风险，原则上应当采取禁止种植食用农产品、退耕还林等严格管控措施。
土壤重金属综合评价指数为各单项指标的最高评价指数，评价结果见图3。葡萄种植区整体重金属环境质量较为清洁，无Ⅲ类区，全部重金属元素均未超风险管制值。其中， Ⅰ类区总面积为2.16万hm2，占葡萄种植区总面积的99.26%； Ⅱ类区总面积为160hm2，面积比例为0.74%。从单个重金属元素含量分析，葡萄种植区主要表现为铜、镉超标，4个样点铜含量高于风险筛选值，含量最高值为134mg/kg，位于宣化区境内，葡萄种植区铜含量相对较高，主要来源于葡萄园种植区保护性杀菌剂波尔多液的施用，造成铜的局部累积，化学肥料的施用是造成镉超标的主要原因；1个样点镉含量高于风险筛选值，含量为0.77mg/kg，位于涿鹿县境内。
图2 葡萄种植区土壤综合肥力评价 图3 葡萄种植区土壤环境综合质量评价
表3 2018年农用地土壤污染风险筛选值与风险管制值mg/kg
序号常规项目土壤pH值pH≤5.55.5
4 结论
通过对张宣葡萄产区开展土壤地球化学评价，查清了该区土壤地球化学特征，与河北省平原区和张家口盆地相比，葡萄种植区土壤中铜、锶、二氧化硅、氧化钾含量较高，铬、镍、氧化铁、锰、氮、有机碳、硒、氧化镁含量相对较少。
(1)调查区土壤综合肥力以较缺乏为主，占调查区总面积的75.47%， 5.72%的面积土壤综合肥力缺乏，无丰富区，土壤综合肥力的缺乏主要是氮、磷缺乏引起，土壤中钾元素含量相对丰富。应通过增施化学肥料提高土壤中氮、磷的含量，以达到提高土壤综合肥力的效果。
(2)调查区重金属环境质量较为清洁，99.26%的样点重金属含量低于风险筛选值，全部样点均未超风险管制值。高于风险筛选值的样点主要表现为铜、镉超标，尤以铜超标较为显著，通过调查发现，主要由于防治保护性杀菌剂-波尔多液的使用带来铜的局部累积，需引起高度重视，避免量变引起质变，造成环境的污染。
