广宁红花油茶林土壤及植物中微量元素、重金属 调查分析*

柳 军 杨绍伟 荣道军 郭业先梁金喜 蔡凤玲 张应中 王明怀

（1.广东省樟木头林场，广东 东莞 523616；2.广东省森林培育与保护利用重点实验室/ 广东省林业科学研究院，广东 广州510520）

广宁红山茶Camellia semiserrata属山茶科山茶属常绿乔木，又名广宁红花油茶、南山茶。广宁红山茶在我国长江以南各省(自治区)均有栽培，集中分布在华南丘陵区中部，以广东省广宁县种植面积最大。该树树体高大，树形、花、果美观，为我国华南区域优良的木本食用油料和园林绿化树种[1]。

高等植物生长必需的营养元素有大量元素：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、钾（K），中量元素钙（Ca）、镁（Mg）、硫（S），微量元素铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）、铜（Cu）、钼（Mo）、硼（B）、氯（Cl）共16 种[2]。中 微量元素作为植物健康生长发育不可或缺的必需营养元素，参与重要的生理生化反应，促进N、P、K 的吸收，在作物的不同生育期发挥着不同的作用，对作物产量及品质的形成都起到十分重要的作用[3]。中微量元素在植物体内虽然含量低，但是植物体内酶类、维生素和生长激素等的重要组成成分，直接参与有机体的代谢活动，对植物正常生长发育发挥着不可替代的重要作用[4-5]。当作物缺乏某种中微量元素时，降低作物产量和品质，中微量元素过多，则会造成肥害[6]。

重金属元素主要是指镉（Cd）、汞（Hg）、Cu、铅（Pb）、铬（Cr）、Zn、镍（Ni）和类金属元素砷（As）[7-8]。这些元素虽然都是土壤的构成元素(其中Zn 和Cu 还是植物的必需元素[9]) ,在土壤中均有一定的背景值[7-8，11], 但含量过高就会对土壤造成污染。重金属过度积累将使土壤结构和理化性能受到破坏，重金属元素对植物危害包括：一是高浓度对植物的毒害作用；二是影响植物对营养元素的正常吸收，一个最典型的例子就是，当土壤中Cu、Ni、Cd 等重金属元素过量时，果树对必需元素Zn 的吸收就会受到抑制，甚至导致缺Zn，出现小叶病；三是植物体内过量的重金属元素将破坏某些生理代谢的内环境，引起蛋白质变性和酶活性降低甚至完全失活[7，12-13]。

油茶土壤、植株营养元素中的中微量元素、重金属有不少研究报道，南方红壤区油茶林土壤有效态Ca、S、Fe、Mn、Cu、Zn 含量丰富[14]，高伟等[15]采用诊断施肥综合法(DRIS)对油茶果实发育关键时期(果实膨大期和油脂转化期)的叶片进行矿质营养元素分析，在湖南、广东云浮、浙江台州、海南等地有重金属在油茶林地及树体中的富集特性、土壤中变异等相关研究报道[16-19]。广宁红花油茶中微量元素目前仅见关于幼林、幼苗施肥、叶片营养元素研究报道[20-21]，对于广宁红花成熟林分土壤养分、重金属状况仍未有报道。广东省樟木头林场有一片1956～1958 年种植的面积约533 hm2的广宁红花油茶成熟人工林，是已知我国保存面积最大的一片广宁红花油茶人工林，东莞是珠三角、粤港澳大湾区腹地，是“世界工厂”所在地，本试验对60 多年生广宁红花油茶人工林土壤、植株中微量元素和重金属元素，以及土壤与植株间关系进行调查研究，对了解广宁红花油茶中微量养分盈亏、植株养分富集能力，以及在“世界工厂”地区林地和植物是否受到重金属污染，都具有重要科学意义和现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

樟木头林场位于北纬22°48′～22°58′，22°54’，东经113°53′～114°10′，该区森林植被属亚热带常绿阔叶林区系南亚热带常绿季雨林，典型的南亚热带气候，温暖多雨，年平均气温22.1℃，无霜期341 d，年平均降雨量1 800 mm，4—9 月为雨季。试验地位于樟木头林场清泉管护站（东莞大朗镇）平缓坡地，坡度8～15°，海拔150～220 m，土壤系花岗岩发育的山地黄壤，肥力中等。

1.2 试验方法

在林分设置25 m×25 m 样地4 块，在每个样地内上、中、下设3 个取样剖面，每个土壤剖面深0～80 cm，取土样带回实验室，4 块样地共12个样。用乙酸铵提取-火焰原子吸收分光光度法测定交换性Ca、Mg，用DTPA-火焰原子吸收分光光度法测定有效Cu、Zn、Fe、Mn，用沸水提取-姜黄素比色法测定有效B，总Pb、Cd、Ni、Cr 用火焰原子吸收分光光度法，总As 用原子荧光分光光度法[22]。

在每个样地梅花型选取5 株广宁红花油茶植株，每株分4 个方向在植株中部采取成熟叶片混合取样，带回实验室，4 块样地共20 个样。用干灰化-盐酸溶解-火焰原子吸收分光光度法测定总Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn，用干灰化-盐酸溶解-姜黄素比色法测定总B，用硝酸-高氯酸消解-火焰原子吸收分光光度法测定总Pb、Cd、Ni、Cr，用原子荧光分光光度法测定总As[22]。

1.3 数据处理与分析

第二次全国土壤普查分级[21]见表1，作物叶片中微量元素丰缺的判断标准[2]见表2，土壤环境质量—农用地土壤污染风险管控标准（GB 15618-2018）[23]，见表3。

表1 土壤有效中微量元素肥力等级[26] mg/kg Table 1 Soil effective medium and trace element fertility grade

依据药用植物及制剂外经贸绿色行业标准（WM/T2-2004）[24]，药用植物原料及制剂的外经贸行业品质检验重金属及砷盐限量,重金属总量≤20.0 mg/kg，Cu ≤20、Pb ≤5、Cd ≤0.30、As ≤2.0 mg/kg。

数据处理用EXCEL2016。参照岳庆玲等[25]方法计算富集系数，具体公式如下：

重金属富集系数=植物地上部分重金属含量/土壤重金属含量。

2 结果与分析

2.1 土壤中微量元素

广宁红花油茶林土壤中微量元素测定结果见表4，交换性Ca 和Mg，有效Cu、Zn、Fe、Mn、B平均分别为49.34、8.75、0.24、1.04、17.10、3.51、0.11 mg/kg，其变异系数除有效Cu 为15.01%较小外，其余为32.11%～40.80%，变异较大。

依第二次全国土壤普查分级[26](表1)，交换性Ca 和Mg、有效Fe、Mn、B、Cu、Zn 分别为五级（很低）、五级、二级（高）、四级（低）、五级、三级（中）、二级。

2.2 植物中微量元素

广宁红花油茶叶片Ca、Mg、Fe、Mn、B、Cu、Zn 含量见表5，平均分别为8 518.1、1 063.2、53.76、1 225.3、24.43、4.06、7.02 mg/kg。

表5 广宁红花油茶叶片植物中微量营养元素 mg/kgTable 5 Medium and trace nutrient elements for leaf of Camellia semiserrata

依据植物叶片中微量元素丰缺的判断标准[2]（表2），广宁红花油茶植物元素含量Ca 正常，Mg正常，Fe 正常，Mn 过量，B 正常，Cu 处于亏缺临界，Zn 缺乏。

2.3 土壤重金属

广宁红花油茶林土壤重金属Pb、Cd、Cr、Ni、As 平均含量见表6，其分别为19.35、0.044、55.05、7.61、9.76 mg/kg。依据土壤环境质量—农用地土壤污染风险管理控标准（GB 15618-2018）[23]，见表3，这几种重金属元素都处于风险筛选值以下，与广东省土壤重金属背景值[27]Pb、Cd、Cr、Ni、As 分 别 为36、0.056、50.5、14.4、8.9 mg/kg 相比，Cr、As 略高于背景值，Pb、Cd、Ni 都低于背景值。

表3 土壤pH 值小于等于5.5 农用地土壤污染风险筛选值和管制值[23] mg/kgTable 3 The screening value and control value of soil pollution risk of agricultural land that soil pH value is less than or equal to 5.5

表6 广东红花油茶土壤重金属元素 Table 6 Soil heavy metal elements of Camellia semiserrata mg/kg

2.4 植物重金属

广 宁 红 花 油 茶 叶 片Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As 值见表7，分别为4.06、7.02、0.68、0.044、0.39、4.77、0.030 mg/kg，依据药用植物及制剂外经贸绿色行业标准（WM/T2-2004）[24]，Cu ≤20、Pb ≤5、Cd ≤0.30、As ≤2.0 mg/kg，这几种都远低于标准限值。

表7 广东红花油茶叶片植物重金属元素Table 7 Plant heavy metal elements for leaf of Camellia semiserrata mg/kg

2.5 广宁红花油茶与土壤中微量元素、重金属关系

土壤与广宁红花油茶叶片间相应的中微量元素、重金属元素相关关系结果分析表明，相关系数R值都不高，最高为Cu 的R值为0.390 5，P值为0.209 4，相关性都不显著，见表8。土壤交换性Ca 和Mg，有效Fe、Mn、B、Cu、Zn 分别为五级、五级、二级、四级、五级、三级、二级，广宁红花油叶片元素含量Ca、Mg、Fe、Mn、B、Cu、Zn 分别正常、正常、正常、过量、正常、处于亏缺临界、缺乏。土壤有效Mn 四级，而植物叶片过量，土壤Cu 三级，植物叶片处于亏缺临界，土壤有效Zn 二级，植物叶片则缺乏。

表8 土壤与广宁红花油茶叶片间相应的中微量元素、重金属元素相关系数Table 8 Correlation coefficient of medium and trace nutrient elements and heavy metal elements between soil and C.semiserrata leaves

土壤与植物间重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As 富集系数分别为0.059、0.148、0.035 1、1、0.007 1、0.626 8、0.003 1，富集能力依次为：Cd＞Ni＞Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞As，油茶对Cd 的富集能力最大，对As 富集能力最小。

3 结论与讨论

土壤中微量元素是土壤必需元素重要组成部分，必需元素的生理功能包括构成植物体内有机结构的组成成分，参与酶促反应或能量代谢及生理调节，土壤中微量元素含量分布的变化很大，其供给水平受成土母质、土壤类型、土壤物化性状、水分动态等共同影响。本研究土壤中微量元素交换性Ca 和Mg，有效Cu、Zn、Fe、Mn、B 平均分别为49.34、8.75、0.24、1.04、17.10、3.51、0.11 mg/kg，刘洁等[14]调查湖南、广西南方红土平均分别为113.14、33.4、27.04、11.35、1.06、2.33、0.33 mg/kg，与之相比，除Fe、Mn 含量较高外，其余较低。本试验广宁红花油茶叶片Fe、Mn、Cu、Zn含量平均分别为53.76、1 225.3、4.06、7.02 mg/kg，高伟[15]报道油茶果实发育关键时期叶片Fe、Mn、Cu、Zn 的适宜含量分别为195.350±90.536、2 921.400±1 172.529、10.000±3.496、23.3±3.931 mg/kg，可见广宁红花油茶叶片Fe、Mn、Cu、Zn含量都很低，林分肥力不足。油茶合理施肥方法是采用有机肥与无机肥相结合、大中微量元素养分相配合的复合营养配方，并根据油茶生长对养分的需求规律分次施用[20]。

广宁红花油茶林土壤重金属Pb、Cd、Cr、Ni、As 平 均 含 量 分 别 为19.35、0.044、55.05、7.61、9.76 mg/kg，广东云浮油茶适生区域林地土壤重金属Pb、Cd、Ni 平均含量分别为17.185、0.022、10.877[16]，与广东云浮较接近，依据土壤环境质量—农用地土壤污染风险管理控标准，这几种重金属元素都处于风险筛选值以下，与广东省土壤重金属背景值相比，Cr、As 略高于背景值，Pb、Cd、Ni 都低于背景值。广宁红花油茶叶片Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As 值平均分别为4.06、7.02、0.68、0.044、0.39、4.77、0.030 mg/kg，这几种都远低于标准限值。可见本片广宁红花油茶林地受重金属污染不大，表明处于珠三角腹地的东莞地区林地，受重金属污染不明显。

在土壤与植物间重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As 富集能力依次为：Cd＞Ni＞Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞As，油茶对Cd 的富集能力最大，对As 富集能力最小。由于Cd 具有较高的溶解性和较强的生物有效性，因此更易在植物体内累积[28]。本研究土壤交换性Ca 和Mg，有效Fe、Mn、B、Cu、Zn 含量，与广宁红花油叶片相应元素含量间相关性都不显著，土壤中相应中微量元素含量分别为五级、五级、二级、四级、五级、三级、二级，广宁红花油叶片相应元素含量分别正常、正常、正常、过量、正常、处于亏缺临界、缺乏。土壤有效Mn四级，而植物叶片过量，土壤Cu 三级，植物叶片处于亏缺临界，土壤有效Zn 二级，植物叶片则缺乏。这种现象有可能是油茶对相关元素需求量大，或者其它元素，包括重金属元素影响了Cu、Zn 的吸收。土壤中的高B 影响植物对Zn 的吸收和积累，相互拮抗[29]，土壤中的Cd 影响植物对Cu 的吸收[30]。因此，平衡施肥才能保证植物对需要营养元素的吸收利用。