盘州市刺梨主产区耕地质量及生态效应评价
2022-08-09卢家龙徐阳东侯林洋陈应华
卢家龙， 徐阳东*， 侯林洋， 陈应华
(1.贵州省地矿局 地球物理地球化学勘查院， 贵州 贵阳550018； 2.贵州省黔西南州农业农村局， 贵州 兴义 562400)
0 引言
【研究意义】贵州省六盘水地区属喀斯特地貌，山多地少，现代农业产业的发展既要立足当地实际，又要选择适应当地环境条件的作物，从而促进当地经济发展。刺梨(Roxburghrose)为蔷薇科多年生落叶灌木缫丝花的果实，生长于海拔500～2 500 m的向阳山坡、沟谷、路旁及灌木丛中。刺梨酸甜轻涩，芳香醇厚，营养丰富，含多种维生素、氨基酸及其他营养成分[1]，同时还含丰富的铁、硒、锌等多种微量元素[2]。刺梨鲜果的VC含量远高于其他水果，被称为“VC之王”[3]，具有健脾、滋补强肾、延缓衰老和提高肌体免疫力等作用[4]。刺梨作为六盘水地区盘州市的特色植物资源，其产业已初具规模，打造了刺梨产业带，建设生产、加工、销售一体化产业链，成为推动经济发展和助力乡村振兴的重要手段之一。评价盘州市刺梨主产区耕地质量及生态效应，为提升盘州市刺梨种植园区的建设具有重要意义。【前人研究进展】白静等[5]研究贵州各地区野生刺梨果实品质多样性表明，不同地区或同一地区刺梨果实Vc含量差异较大，与其种植地区海拔高度有较大联系；敖芹等[6]研究影响刺梨产量和品质的主导气象因子表明，5—8月平均气温、3—10月≥10℃活动积温和3—8月降水量是影响刺梨产量和品质的主导气象因子。【研究切入点】近年来，前人主要研究气候对刺梨果实产质量的影响，缺乏对其土壤生长环境的影响研究。因此，有必要对盘州刺梨主产区耕地质量与刺梨生态效应展开深入研究。【拟解决的关键问题】以刺梨主产区为研究区，基于多元统计分析和耕地土壤养分质量评价等方法，采集土壤和刺梨样品，测定其pH、有机质、土壤养分和重金属含量，并对研究区耕地质量及刺梨生态效应进行评价分析，以期为盘州市刺梨产业的合理开发及利用提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
盘州市刺梨主产区位于三叠系与二叠系交汇处，地层岩性为灰岩、泥岩，以高原山地为主体，地势西北高，东南低，中南部隆起。刺梨主产区属亚热带季风性气候、亚热带高原季风湿润气候，冬无严寒，夏无酷暑，立体气候明显，耕地总面积5 646.67 hm2，刺梨种植面积40 693.33 hm2，年产刺梨10 000 t，加工大型企业4家。土壤类型主要有黄壤、黄棕壤和紫色土，土壤样采自PG镇主要农作物种植区，刺梨果实样主要采自PG镇JX村万亩刺梨果园基地(图1)。
图 1 PG镇土壤类型及刺梨种植区分布
1.2 样品采集方法
根据PG镇耕地土壤分布情况，结合《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)[7]及盘州市耕地质量地球化学调查结果[8]，共采集土壤样品558个，刺梨果实样品6个，根系土样6个。
1.2.1 土壤样品采集 采用GPS结合1∶5万地形图进行定点[9-10]，坐标系统选择西安80坐标系，GPS自动生成航迹进行监控，在设计点50 m范围内选取合理采样位置，连续采集0～20 cm表层土，并用校正后的手持GPS定位(图2)。用梅花状法多点采集，5点组合为1个样品，充分混匀后用四分法留土1.5 kg，压碎的土样过2 mm尼龙孔径筛，供实验室检测分析。
图 2 刺梨主产区的表层土壤及刺梨采样点
1.2.2 刺梨果实采集 在刺梨果实成熟期，人工随机采摘成熟度和体型一致的果实，按0.1～0.2 hm2为采样单元，在采样单元内选取5～10株，每株纵向4分，从其中1份的上、中、下、内、外各侧均匀采摘，混合成1个样品，同时按土壤采集方法采集刺梨根系土，供实验室检测分析。
1.3 测定方法
依据《土地质量地球化学评价规范》和《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ/T 0130—2006)[11]进行土壤化学指标和农作物指标测定。土壤指标主要测定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项，农作物指标主要测定Cd、Hg、As、Pb、Cr、Se和Ge共7项，样品的测试均进行平行测试和空白试验[12]。
1.4 评价方法
1.4.1 耕地土壤养分质量评价 参照《土地质量地球化学评价规范》对氮、磷、钾进行养分地球化学等级划分，再计算土壤养分地球化学综合等级。评价结果分为缺乏、较缺乏、中等、较丰富和丰富5个等级，其对应的fi为1分、2分、3分、4分和5分。当f养综≥4.5时，养分地球化学综合等级为丰富；3.5≤f养综≤4.5为较丰富；2.5≤f养综≤3.5为中等，1.5≤f养综≤2.5为较缺乏，<1.5为缺乏。公式：
式中，f养综为土壤氮、磷、钾的评价总分，1≤f养综≤5；ki为氮、磷、钾的权重系数，氮、磷、钾分别占40%、30%、30%；fi为氮、磷、钾各元素的等级得分。
1.4.2 耕地环境质量评价 土壤中污染物含量(Ci)参照《土壤环境质量 农用土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中的筛选值(Si)和管控值(Gi)将土壤风险程度分为3类：优先保护类(Ci≤Si)、安全利用类(Si
1.4.3 刺梨评价及富集系数 依据《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2017)[13]和盘州市耕地质量地球化学调查结果对刺梨进行安全性评价；刺梨富硒评价依据《土地质量地球化学评价规范》及湖北富硒食品地方标准(DB 42/211—2002)[14]，若Se含量≥0.01 mg/kg，为富硒。并用生物富集系数[15]表示养分元素和有害元素向农作物转化迁移特征及其生态效应，公式：
式中，生物富集系数大，表明植物对其吸收能力强；生物富集系数小，表明植物对其吸收能力弱。
1.5 数据统计与分析
利用Excel 2016、SPSS 22.0、Mapgis和ArcGIS 10.2等对试验数据进行统计分析与绘图。
2 结果与分析
2.1 刺梨主产区耕地土壤元素或指标特征及养分等级评价
2.1.1 耕地土壤元素或指标地球化学特征 由表1可知，与中国A层土壤背景值比，除K、Tl含量偏低外，其余元素含量均较高。N、P、K和有机质的平均含量分别为2.02 g/kg、1.17 g/kg、13.07 g/kg和45.05 mg/kg。pH中值为5.81，表明刺梨主产区土壤整体偏酸性，体现了碳酸盐岩分布区强烈风化淋滤作用下的酸化特性。
表1 刺梨主产区耕地土壤地球化学参数统计
2.1.2 耕地养分质量评价 从表2看出，刺梨主产区耕地土壤养分等级可分为丰富、较丰富、中等、较缺乏和缺乏5个等级，其耕地面积分别为173.33 hm2、4 226.67 hm2、1 146.67 hm2、80.00 hm2和20.00 hm2，分别占园区耕地面积的3.07%、74.85%、20.31%、1.45%和0.32%。其中，养分丰富级耕地主要分布在PG镇东部及南部，较丰富级耕地全镇均有分布，中等级耕地主要分布在PG镇中西部，较缺乏级耕地与缺乏级耕地零星分布在刺梨主产区西南部一带(图3)。
表2 刺梨主产区的耕地养分质量等级
注：1为丰富，2为较丰富，3为中等，4为较缺乏，5为缺乏。
2.1.3 耕地酸碱度评价 由表3和图4可知，PG镇耕地酸碱度主要受二叠系及三叠系碳酸盐岩成土母质影响，土壤整体偏酸性，酸性土壤面积为4 700 hm2，占园区耕地面积的
表3 刺梨主产区的耕地酸碱度
注：1为强碱性，2为碱性，3为中性，4为酸性，5为强酸性。
83.21%。碱性土壤零星分布在PG镇中部及东部。
2.1.4 耕地环境质量评价 耕地质量地球化学调查结果显示(表4、图5)，刺梨主产区耕地土壤环境质量总体一般，耕地土壤环境综合等级分为优先保护类、安全利用类和严格管控类，其面积分别为0 hm2、4 546.67 hm2和1 100 hm2，分别占园区耕地面积的0、80.56%、19.44%。安全利用类耕地主要分布在PG镇中部至东部，严格管控类耕地主要分布在PG镇西部。
表4 刺梨主产区的耕地环境质量等级
图 5 刺梨主产区的耕地环境质量等级分布
2.2 刺梨主产区刺梨安全评价及富集系数
从表5看出，6个刺梨样品中均未发现重金属超标，符合食品安全国家标准中污染物限量标准。富硒评价结果显示，仅1个刺梨样品富硒。6种重金属的生物富集系数依次为Se>Hg>Cd>Pb>Cr>As，表明，刺梨对土壤中Se的富集作用较强，富集系数达0.65，Hg和Cd次之，富集系数分别为0.63和0.22，对Pb、Cr和As的富集能力较弱。表明，Cd、Hg和Se易被刺梨果实吸收并富集。
表5 刺梨主产区刺梨的元素含量与生物富集系数
3 讨论
刺梨喜温暖湿润环境，且适宜生长温度约16°C，在年降雨量1 400～1 600 mm，pH为5.5～6.5的微酸性壤土、砂壤土、黄壤、红壤和紫色土上均能生长[17]。刺梨主产区位于盘州市中北部，该地区气候温和、雨水充足，夏季气候温暖，且土壤类型多为黄壤、黄棕壤。研究结果表明，土壤pH均值为5.91，整体偏酸性，酸性土壤面积为4 700 hm2，且耕地土壤的土层深厚、肥沃，保水保肥性强。因此，刺梨主产区地理气候等条件适宜刺梨生长。
刺梨富集系数受土壤理化性质如pH、有机质含量等影响，不同农作物受土壤理化性质影响亦不同。白静等[5]研究表明，刺梨品质与不同地区气候条件、土壤理化性质、海拔等密切相关。卢家龙等[8]研究表明，刺梨根系土pH、有机质与Cd含量的生物富集系数均呈负相关。试验结果显示，研究区除K、Tl含量偏低外，其余元素含量均超过中国A层土壤背景值；耕地土壤整体偏酸性，占园区耕地面积的83.21%；耕地土壤环境以安全利用类为主，占园区耕地面积的80.56%。因此，针对盘州市大面积分布Cd含量高的安全利用类耕地，可通过提高土壤pH、有机质含量来降低Cd的生物吸收率。研究仅通过调查研究，分析盘州市刺梨主产区当前耕地土壤质量状况，后期还应开展富硒耕地资源调查评价工作，补充样品有效态测试；同时，筛选区内富硒的刺梨品种进一步调整种植结构。打造规模化、产业化、高效益的富硒刺梨生产基地，从而推进富硒土地资源的开发利用，提高土地附加值，助推乡村振兴。
4 结论
刺梨主产区耕地土壤N、P、K和有机质的平均含量分别为2.02 g/kg、1.17 g/kg、13.07 g/kg和45.05 mg/kg；刺梨主产区耕地土壤养分肥力以较丰富为主，其耕地面积占园区耕地面积的74.85%，在全镇均有分布。与中国A层土壤背景值比，除K、Ti含量偏低外，其余元素含量均超过背景值。土壤整体偏酸性，酸性土壤面积为4 700 hm2，占园区耕地面积的83.21%。耕地土壤环境以安全利用类为主，占园区耕地面积的80.56%，主要分布在PG镇中部至东部。刺梨样品中仅1个刺梨样品富硒，刺梨对土壤中Se的富集作用较强，Hg和Cd次之。综上，可依据PG镇耕地土壤养分和环境情况，选择土壤养分肥力较好、土壤环境为安全利用类的耕地进行规模化种植。
