浙江省江山市猕猴桃果园土壤环境质量与生态风险评价

贺灵， 孙彬彬， 吴超， 成晓梦， 吴正丰， 周荣强， 候树军

(1.国土资源部地球化学探测技术重点实验室， 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊065000； 2.联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心， 河北 廊坊 065000； 3.江山市自然资源和规划局， 浙江 江山 324100； 4.江山市林业局， 浙江 江山 324100)

猕猴桃原产于我国，目前在陕西、河南、四川、贵州、湖南、江浙一带以及意大利、新西兰、智利、希腊、法国等地均有大规模种植。猕猴桃果园环境与果园土壤性质、猕猴桃产量、质量和果园经济效益有密切关系。国外比较注重从系统的生态学角度来研究果园土壤性质、生物种群、种植管理方式之间的相互作用和影响。Carey等[1]对传统种植方式和有机种植方式下猕猴桃果园土壤质量和营养元素差异的研究表明，有机种植方式除产量较低之外，可以使土壤保持长久而充足的肥力，增加土壤中有机质和微生物总量，改善土壤理化性质。Briones等[2]研究了蚯蚓和生物肥料对猕猴桃果园土壤改良的效果，结果表明增加有机肥对土壤中微生物总量、C、N和肥料有效性具有积极的效果。Todd等[3]研究了猕猴桃果园管理方式、周边土地利用、防护林组成对果园防护林中寄生害虫的影响，以及有机种植和综合治理下猕猴桃果园土壤中无脊椎动物群落的变化[4]。Wardle等[5]研究了猕猴桃果园中杂草管理方式对土壤生物组成与功能的影响。与之相比，我国针对猕猴桃果园环境的研究更侧重于果园土壤中重金属和养分元素的含量高低与丰缺状况。土壤重金属含量和养分状况可以影响果树长势、果品产量和食用安全性，开展果园土壤环境质量及生态风险评价(本文中土壤环境主要指土壤养分和重金属含量状况)对于猕猴桃产业健康发展具有重要的参考意义。雷宝佳等[6]以陕西周至县为例研究了猕猴桃果园土壤养分空间变异性；李晓彤等[7]研究了陕西省猕猴桃果园土壤重金属含量及污染风险；康婷婷等[8]研究了秦岭北麓猕猴桃果园土壤养分状况；潘俊峰等[9]研究了都江堰猕猴桃主产区果园土壤肥力状况。

表1样品采集信息

Table 1 Information of the samples

果园位置面积(亩)海拔(m)果实样品编号土壤样品编号岩石样品编号果园A坑尾村400500～700M01,M02,M03MS01,MS02,MS03MR01果园B柴谷岭村600300M04,M05,M06MS04,MS05,MS06MR02

此外，在贵州[10-11]、湖南[12-13]都开展了相关的研究工作。研究发现，都江堰猕猴桃主产区果园土壤明显偏酸性，在猕猴桃适宜生长范围pH 5.5～7.0 的样本数只有32.9%，且土壤中有效磷和有效钾分布不均衡[9]。贵州修文县猕猴桃生产地果园土壤的速效磷含量为20.01mg/kg，不能满足猕猴桃生长要求，近2/5的土壤缺速效钾[10]。陕西周至县余家河小流域全氮平均含量均处在中等偏下水平；速效磷、速效钾均处在偏高水平，超过75%的猕猴桃园土壤速效磷、速效钾含量过高[8]。湖南猕猴桃主产区果园土壤有弱度的Cd、Hg 和As 污染，且局部污染问题较为突出，只有48.1%的土壤达到清洁标准[14]。陕西省眉县5个猕猴桃园土壤样品中砷含量超标，周至县1个猕猴桃果园土壤样品中砷含量超标[7]。

虽然我国猕猴桃种植面积和总产量居世界第一[15]，但管理粗放，过量使用化肥，基础研究严重不足[16]等问题仍然存在。猕猴桃果园土壤中养分不足和分布不均的问题较为普遍，有些地区存在重金属含量超标的现象。

浙江省江山市自1985年开始发展种植猕猴桃，目前已成为“中国猕猴桃之乡”、“南方最大的猕猴桃产区”[17]。为查明江山市猕猴桃果园土壤环境质量现状，本项目组于塘源口乡两处典型猕猴桃果园内采集土壤、岩石和果实样品，以果园土壤中养分元素丰缺与影响因素、重金属元素含量与果实食用安全性为主要研究内容，开展了果园土壤环境质量与生态风险评价。研究结果可为当地指导猕猴桃果园科学施肥、种植规划选区等提供科学数据。

1 实验部分

1.1 研究区概况

塘源口乡地处浙江省江山市东部，东邻衢江区，距江山市区35km，交通十分便利。全乡区域总面积105.6km2，属亚热带季风气候，四季分明，光照充足，雨量充沛，小气候资源丰富。北部地层主要为高坞组酸性、中酸性火山碎屑岩，南部主要为晚侏罗世石英-碱长正长岩。土壤类型主要为红壤和黄壤。据统计，2014年底塘源口乡已形成500亩以上的猕猴桃产业基地3个，示范区1个，种植总面积达6000亩，到2016年2月种植面积达8572亩。

1.2 样品采集及处理

2017年9月，选择塘源口乡规模较大的两处猕猴桃果园(以下简称果园A和果园B)进行了采样调查，分别采集了果实、土壤和岩石样品，两处果园中共采集猕猴桃果实样品6件，土壤样品6件，岩石样品2件(表1)。

果实样品：按照空间上均匀分布的原则在果园内选定三处样点，于样点周围20m范围内随机选择4棵果树，每棵果树上采集2颗猕猴桃果实。采回的果实样品经清洗晾干，去表皮，果肉打浆后冷藏保存备分析。

土壤样品：在选定的猕猴桃果树根部采集，每件样品由样点周围4棵果树根部的子样组合而成。样品采回后自然风干，剔除杂物后过2000μm尼龙筛，充分混匀后装瓶备用。

岩石样品：两处果园中岩石出露面积均不大，果园A中的岩石样品采集于果园中部；果园B的岩石样品采集于果园边缘。两件样品岩石类型均为石英-碱长正长岩。样品采回后送实验室磨碎后分析。

1.3 样品分析测试

样品分析测试由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室完成。

土壤样品采用原子荧光光谱法(AFS)测定As、Hg、Se；发射光谱法(ES)测定Ag、Sn；电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定Bi、Cd、Co、Cu、Ge、La、Mo、Ni、Pb、Sb、Sc、Tl、W、Zn[18-19]；电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定S、Al2O3、MgO、Na2O；ICP-OES法和X射线荧光光谱法(XRF)测定Cr；XRF法测定Mn、P、Ti、V、Zr、SiO2、TFe2O3、CaO、K2O；氧化热解-气相色谱法测定N；电位法测定有机碳(OrgC)、pH；氧化燃烧气相色谱法测定总碳(TC)。

果实样品测定As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn，各元素测定方法与土壤样品相同。

岩石样品除未测定pH值外，其他测定指标与土壤样品一致，各指标测定方法与土壤样品相同。各类样品主要分析项目和检出限见表2。

2 结果与讨论

2.1 果园土壤元素含量

土壤中化学元素的含量高低是一项重要的地球化学指标，利用两处果园土壤中元素含量与衢州市和浙江省土壤元素背景值进行了对比(表3)。结果表明：果园A中Ag、As、Bi、Co、Cr、Cu、Hg、N、Ni、S、Sb、Sc、Se、Ti、V、W、Zr、SiO2、MgO、Na2O含量明显低于衢州市和浙江土壤背景值；Pb、Tl、Al2O3明显高于衢州市和浙江土壤背景值。果园B中Ag、Bi、Co、Cr、Mo、Ni、Sb、Se、V、SiO2明显低于衢州市和浙江省土壤背景值；As、La、Mn、P、Pb、Zr、Al2O3、K2O明显高于衢州市和浙江省土壤背景值。

表2各指标分析测试检出限

Table 2 Detection limits of the elements

分析项目检出限单位分析项目检出限单位Ag20ng/gSc1μg/gAs1μg/gSe0.01μg/gBi0.05μg/gSn1μg/gCd20ng/gTi10μg/gCo1μg/gTl0.1μg/gCr5μg/gV5μg/gCu1μg/gW0.2μg/gGe0.1μg/gZn2μg/gHg2ng/gZr2μg/gLa1μg/gSiO20.1%Mn10μg/gAl2O30.1%Mo0.2μg/gTFe2O30.1%N 20μg/gMgO0.05%Ni2μg/gCaO0.05%P10μg/gNa2O0.05%Pb2μg/gK2O0.05%S50μg/gOrgC0.1%Sb0.05μg/gTC0.1%

注：土壤、岩石、果实样品经加工处理后，同一元素采用相同的分析仪器和测试方法，故检出限合并在同一个表中列出。

两处果园土壤中元素含量的共同的特点是Ag、Bi、Co、Cr、Ni、Sb、Se、V、SiO2等含量低于衢州市和浙江省背景值，Pb、Al2O3等高于衢州和浙江土壤元素背景值。这些元素多属于地质背景元素，受人为活动影响的可能性较小，推测其含量特征主要与自然地质背景有关。调查区气候湿热，红壤发育，成土过程中的脱硅富铝作用[20]可能是导致果园土壤中SiO2低于衢州和浙江土壤背景值，而Al2O3明显高于衢州市和浙江土壤背景值的主要原因。

横向对比可以发现：果园A中As、La、Mn、Sc、Ti、W、Zr、Al2O3、TFe2O3、MgO、Na2O、K2O含量明显低于果园B；而Cr、Mo、Ni、S、Se、Tl、SiO2含量则高于果园B。经与岩石样品的分析数据对比发现，两处果园的岩石中元素含量具有同样的特点，说明土壤中元素含量主要继承了成土母岩的特征。土壤中元素含量受自然背景控制的特征明显。

2.2 果园土壤养分丰缺与影响因素

土壤中养分全量是衡量土壤肥力的一项重要指标。顾万帆等[21]按照平均亩产2600kg猕猴桃的目标产量，根据年周期树体所需肥量计算出土壤中氮全量应为1.50g/kg，有机质含量应为30g/kg方可满足目标产量的需肥量。本研究调查区土壤中氮全量平均含量为0.67g/kg，有机质含量为13.3g/kg，仅为目标产量需肥量的一半左右。

表3土壤和岩石样品元素含量对比

Table 3 Comparison of elements concentration in soils and rocks of research area

分析项目衢州市背景值浙江省背景值MS01MS02MS03MS04MS05MS06MR01MR02Ag∗68.225728.431.0943.5124.6336.9250.6765.07 34.16As7.669.23.145.322.6612.9221.8415.831.67 31.56Bi0.350.230.100.180.100.090.110.120.02 0.06Cd∗20170219.1348.228373.9464.39119.6277.90 69.16Co8.113.25.513.666.086.345.976.861.64 5.25Cr57.552.910.9523.539.627.258.425.125.76 3.32Cu24.817.611.169.514.477.988.9320.473.11 3.95Ge78.6621.531.471.351.611.541.51.29 2.17Hg∗78.88656.7864.1846.9244.9556.2971.575.25 4.19La41.833.847.9426.766.6588.7392.73108.0160.85 121.79Mn330448214156476543503641488.70 420.58Mo1.165.71.151.680.890.60.720.661.00 0.95pH//5.294.956.304.614.715.92//N1187/56164066958270990051.35 94.82Ni17.224.66.488.826.53.774.333.362.10 2.94P58347115603746875596911178202.80 317.82Pb31.523.753.8437.1445.3445.6141.7244.7935.73 29.95S283/172.719718512914414453.30 68.50Sb0.741.530.370.510.350.390.540.410.19 0.44Sc8.859.455.766.564.9210.1810.379.653.00 7.82Se0.360.4350.230.360.310.130.160.180.03 0.03Sn4.6132.613.182.542.312.642.732.18 2.13Ti4567370014082106138429523020294110002537Tl0.680.50.790.71.020.550.530.640.79 1.70V78.469.319.332.22526.827.227.810.68 26.36W1.872.911.671.651.412.433.12.531.39 5.72Zn79.670.6896694768313351.71 70.81Zr285245186216181327378360154.27 323.62SiO×274.92/7170.3869.0465.9466.6365.970.61 67.23Al2O×312.1412.4515.2615.0614.819.9120.1918.6612.85 18.33TFe2O×34.213.192.593.092.253.774.033.541.69 2.99MgO×0.650.730.330.280.250.680.630.760.23 0.51CaO×0.280.170.260.150.610.120.120.310.90 0.11Na2O×0.280.510.070.050.130.320.250.351.62 0.33K2O×2.351.781.851.532.963.733.174.715.11 5.23OrgC ×//0.570.821.040.60.750.840.07 0.08TC×1.36/0.560.771.020.580.720.80.19 0.04

注：元素含量单位为mg/kg，标注“*”的元素含量单位为μg/kg，标注“×”的元素含量单位为%，pH无量纲，“/”表示无数据。

以DZ/T 0295—2016《土地质量地球化学评价规范》中土壤养分等级划分标准为依据，对研究区果园土壤养分丰缺状况进行评价，每种养分元素依据其含量高低分为五个等级，一等、二等、三等、四等、五等的定义分别为丰富、较丰富、中等、较缺乏、缺乏。果园土壤养分等级评价结果见图1。

图1 果园土壤养分等级Fig.1 Nutrient classification in orchard soils at research area

果园A：Mo属于丰富状态；P、K2O、Ge、Zn部分含量丰富，缺乏不严重；N、MgO、TFe2O3、Co、V、S、Cu全部为五等，属于缺乏状态，需要大量补充。

果园B：K2O、Ge属于丰富状态；P、Mo、Mn缺乏不严重；CaO、Co、V、S全部为五等，需要大量补充；N、MgO、TFe2O3、Cu也需要充分补充。

从调查结果来看，除果园A中的Mo、Ge、Zn和果园B中的K2O、Ge、Zn外，其他养分元素均属于缺乏状态。

造成果园土壤养分不均和缺乏的主要原因可能有：一方面与成土母质有关，成土母质是土壤中元素的主要来源。金衢盆地区表现为Ca、Co、Cu、Fe、Mg、Mn、N、Na、P、Zn、OrgC等多数地球化学指标背景均值较低，而K、Mo、Si等元素相对偏高[22]；一方面与水土流失有关[23]，两处果园均位于山坡，每年随着雨水冲刷，会有大量养分元素随之流失；第三，限于现有的种植管理水平，大多数果园施肥仅凭经验[24]，没有根据土壤本身的养分状况制定科学合理的施肥计划。猕猴桃果园土壤以有机质含量高，pH值5.5～6.5微酸性的砂质土壤为宜；年需肥量中早期以N、K为主，中期追肥以Ca、Mg、B、Fe、Mn等元素为主，成熟期以速效磷、钾肥为主[25]。因此，应提倡根据果园土壤的养分状况开展测土配方施肥，保证土壤肥力。

2.3 果园土壤环境质量和生态风险评价

以GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》为依据，对果园土壤中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn八项重金属元素进行了污染风险评价(表4)。GB 15618—2018根据土壤酸碱度(pH)的不同划分了污染物项目的限值。研究区土壤样品pH值范围为4.61～6.30(表3)，故表4中列出了pH≤5.5和5.5

土壤中的重金属元素经过根系吸收后先进入根细胞，后转移进入果树木质部和果实等各个器官[26]，最终通过食物链转移到人体。为进一步确定果园土壤重金属元素生态风险，本文测定了果实样品中重金属元素含量，经与NY/T 425—2000《绿色食品 猕猴桃》和GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》对比发现，猕猴桃果实中重金属元素含量均低于标准限量值(表5)，如果实中As含量最高为0.009mg/kg，NY/T 425—2000和GB 2762—2017中其限值分别为0.2mg/kg和0.5mg/kg，可安全食用。

表4农用地土壤污染风险筛选值

Table 4 Screening values of soil pollution risk for agricultural land

污染物项目AsCdCrCuHgNiPbZnpH≤5.5标准限值(mg/kg)400.31501501.360702005.5

注：重金属和类金属砷均按元素总量计。

表5果实中元素含量与标准限值对比

Table 5 Comparison of element contents in fruits with their standard limits

分析项目限量值①(mg/kg)限量值②(mg/kg)测定最大值(mg/kg)与标准符合情况砷(以As计)≤0.20.50.009符合标准铅(以Pb计)≤0.20.10.01符合标准镉(以Cd计)≤0.010.050.0007符合标准汞(以Hg计)≤0.010.010.0009符合标准铬(以Cr计)/0.50.01符合标准

注： 限量值①指标准NY/T 425—2000《绿色食品 猕猴桃》中的限值；限量值②指标准GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》中的限值。限量值②中As、Hg、Cr的限值为参照新鲜蔬菜的值，“/”表示无相关数据。

富集系数表示某元素在一种介质中相对于另一种介质的富集程度，可用于表征元素在不同介质间的迁移能力，在生态环境问题的评价中有较多的应用[27-29]。果实中元素的富集系数是反映果实对土壤中元素富集能力的一项重要参考值。农产品对土壤某种元素的富集系数=农产品中某种元素的浓度(mg/kg)/该元素在土壤中的浓度(mg/kg)。研究区猕猴桃果实对八种重金属元素中富集系数相对较高的有Cu、Ni和Cd，其他元素的富集系数都很低，按富集系数大小排序依次为：Pb

表6果实中元素富集系数

Table 6 Element enrichment coefficient in fruits

样品编号富集系数AsCdCr Cu HgNi Pb Zn M010.00050.00330.00130.04360.00020.00600.00020.0029M020.00050.00470.00030.11950.00080.00480.00030.0011M030.00090.00500.00060.02430.00030.00410.00010.0032M040.00020.00650.00100.04870.00190.01040.00020.0033M050.00010.00890.00060.03580.00070.00820.00020.0049M060.00060.00490.00270.02560.00080.01080.00020.0069

土壤中重金属元素的生态风险不仅与总量有关，还与其活动性有关。一般认为，土壤pH值越低，重金属元素活动性越高[30]。张忠启等[31]研究发现，临近江山市的江西省余江县土壤pH已由1982年的5.66降至2007年的4.74，二十五年来下降趋势非常明显，表明土壤酸化的威胁仍然存在。汪吉东等[32]认为，除酸沉降外，农业活动中长期施用化肥也是导致土壤酸化加速的重要驱动因素。调查区土壤中重金属元素总量不高，但pH值相对较低。因此，重金属活化的潜在风险仍然存在，需要引起足够重视。另外，土壤中重金属元素的外源输入途径较多，如工业排放、大气沉降等活动都会使土壤中重金属元素不断累积。在后期管理上，应保护好当地的生态环境，避免人为污染导致果园土壤重金属元素含量增高。

3 结论

研究表明：两处果园土壤酸性较强，土壤重金属元素含量低，土壤中元素含量主要受自然地质背景控制；土壤养分元素氮、磷、镁、铁等比较缺乏；应采取科学措施，补充土壤养分，同时要避免因人为活动导致重金属积累和活化的生态风险。果实中重金属元素含量低于NY/T 425—2000《绿色食品 猕猴桃》和GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》限量值，且富集系数低，可安全食用。研究结果为江山市猕猴桃果园种植管理和规划选区提供了科学数据，在江山市猕猴桃种植面积连年扩大的背景下，建议在现有和规划种植范围内开展全面的土壤环境质量现状调查与评价工作，进一步提高猕猴桃种植管理水平和种植布局的科学性。

致谢：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室的工作人员在样品测试中付出了辛勤的劳动，江山市自然资源和规划局(原国土资源局)徐长春在采样过程中给予了协助，在此一并致谢。