万荣县苹果园土壤基本养分及重金属污染现状调查与分析

董 鹏，袁嘉玮

(山西农业大学棉花研究所，山西 运城 044000)

1 引言

苹果是我国消费量和生产量第一大水果，其生产的土壤环境问题已引起当今学者、消费者以及政府的关注[1]。土壤环境质量在苹果生产上主要涉及土壤肥力和土壤污染两个部分，是苹果果品绿色安全生产的保障，直接影响着果实的品质和质量[2,3]。聂继云等[4]在我国7个主要苹果生产省份抽样调查中发现，苹果果实遭受重金属镉的污染率达97.6%。刘子龙等[5]针对陕西苹果主产区果园土壤重金属污染进行了评价，结果表明：陕西72.58%的苹果园受到中等程度以上铬、铜、汞等重金属污染危害。刘云霞等[6]对长武地区苹果园土壤环境质量进行评价，长武地区苹果园土壤呈现Ni>As>Cr>Zn>Cu>Pb的污染特征。赵佐平等[7]研究发现，陕西苹果园土壤中As、Hg和Ni单项污染指数较高。董丽欣等[8]和单正军等[9]研究表明，当土壤中铜含量过高时，苹果生长受到抑制，严重时甚至死亡。巫升平[10]对四川省苹果园土壤重金属污染状况调研中发现，四川省苹果园土壤重金属含量虽符合标准限值规定, 但铅、镉、汞等普遍检出, 且部分含量水平接近最高限值。许延娜等[11]和冯明祥等[12]对山东胶东半岛苹果园进行重金属污染评价，土壤综合污染程度均为轻污染，而重金属含量与土壤有机质含量和果实重金属含量之间相关性均不明显。

万荣县位于我国黄土高原苹果优势产业带，是农业部划定的苹果重点生产县，实施了国家农产品地理标志登记保护(苹果)[13]。随着消费者对绿色食品的需求和万荣县打造绿色食品苹果生产基地的需要，明晰万荣县苹果园土壤环境质量显得尤为重要。然而目前有关万荣县乃至山西省主产区苹果园的土壤研究多集中在土壤基本养分与施肥情况的调研上[14～18]，而对土壤基本养分、含盐量、重金属污染现状等土壤化学性质进行全面调研的研究暂未有报道。因此，本研究通过对万荣县苹果园土壤养分、含盐量、重金属污染现状进行调研，综合分析万荣县苹果园土壤环境质量情况，旨在为改善万荣县苹果园土壤环境质量提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 样品采集

样品于2021年9～10月份在万荣县规模面积超过30亩的14个盛果期果园内采集，每个果园按照“S”形取样法取8个土样进行混合，混合均匀后，取500 g土样待测，主要测定土壤有机质(X1)、全氮(X2)、碱解氮(X3)、有效磷(X4)、速效钾(X5)、pH值(X6)、全盐量(X7)、铜(X8)、锌(X9)、镍(X10)、铅(X11)、铬(X12)含量。取样时避开施肥区，选取树冠落雨线附近土壤。

2.2 分析方法

参照袁嘉玮等[19]的方法测定土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量及土壤酸碱度，参照王震尧等[20]的方法测定土壤中铜、锌、镍、铅、铬的浓度。

2.3 评价标准

苹果土壤养分评价参照袁嘉玮等[19]确立的运城果园土壤养分含量分级参考标准(表1)进行评价，土壤重金属污染评价采用单因子指数评价法(表2)进行评价，土壤重金属评价标准参照张宏斌等[21]确立的山西晋中吕梁地区土壤重金属背景值(表3)。

表1 运城果园土壤养分含量分级参考标准

表2 土壤重金属单因子指数评价标准

表3 山西土壤重金属评价标准 mg/kg

单因子指数评价法计算公式：

Pi=Ci+Si

(1)

式(1)中，Pi为土壤重金属i的单因子指数，ci为土壤重金属i的实测值，si为土壤重金属i的评价背景值。

2.4 数据处理

采用SAS 8.2和Excel 2020软件进行数据统计分析。

3 结果与分析

3.1 土壤基本养分现状

如图1所示，万荣县果园中土壤有机质及碱解氮含量普遍处于低水平，土壤全氮大部分处于中等及较高水平，土壤有效磷和速效钾含量基本处于较高水平及高水平。从表4可以看出，土壤有机质的含量变幅在6.39～19.23 g/kg，平均值为10.52 g/kg，刚达到较低水平临界线；土壤全氮的含量变幅在0.76～1.25 g/kg，平均值为1.01 g/kg，刚达到较高水平临界线；土壤碱解氮的含量变幅在24.76～49.62 mg/kg，平均值为32.33 mg/kg，均值处于较高水平；土壤有效磷的含量变幅在17.67～84.36 mg/kg，平均值为34.77 mg/kg，均值处于高水平；土壤速效钾的含量变幅在134.52～293.60 mg/kg，平均值为200.81 mg/kg，均值刚达到高水平临界线；在变异系数上，土壤有效磷>土壤有机质>土壤速效钾>土壤碱解氮>土壤全氮，土壤有效磷和土壤有机质的变异系数大于40%，表明其易受人为因素的干扰；从偏度和峰度上看，除土壤有效磷外，其余土壤基本养分均呈正态分布。

表4 万荣县果园土壤基本养分含量的描述性统计

图1 万荣县果园土壤养分含量分布状况

3.2 土壤pH值及全盐量

万荣县苹果园土壤pH值变幅为8.02～8.72，平均值为8.49，变异系数为2.67%，调研果园土壤均为碱性土壤，高于苹果园适宜土壤pH值。万荣县苹果园土壤全盐量变幅为0.37～0.86，平均值为0.49，变异系数为23.80%，全盐量均低于1。

3.3 土壤重金属污染现状

万荣县果园土壤重金属污染现状见表5。土壤中重金属铜的含量变幅在0.26～1.43 mg/kg，平均值为0.71 mg/kg，单因子指数平均值为0.04，整体处于清洁水平；土壤中重金属锌的含量变幅在0.28～2.80 mg/kg，平均值为0.85 mg/kg，单因子指数平均值为0.01，整体处于清洁水平；土壤中重金属镍的含量变幅在0.03～0.14 mg/kg，平均值为0.06 mg/kg，单因子指数平均值为0.00，整体处于清洁水平；土壤中重金属铅的含量变幅在0.29～0.68 mg/kg，平均值为0.48 mg/kg，单因子指数平均值为0.02，整体处于清洁水平；土壤中重金属铬的含量变幅在0.000～0.008 mg/kg，平均值为0.001 mg/kg，单因子指数平均值为0.00，整体处于清洁水平；在变异系数上，土壤铬>土壤锌>土壤镍>土壤铜>土壤铅，除铅外，各土壤重金属的变异系数均大于40%，表明其均易受人为因素的干扰；从偏度和峰度上看，万荣县土壤重金属均呈正态分布。

表5 万荣县果园土壤重金属污染现状

3.4 相关性分析

从表6可以看出，万荣县果园土壤有机质与碱解氮、锌呈极显著正相关，与镍、铅、铬互呈显著正相关；土壤全氮与土壤速效钾呈显著负相关，与全盐量呈显著正相关；土壤碱解氮与土壤中锌、镍互呈极显著正相关，与镍、铬互呈极显著正相关；土壤有效磷与土壤pH值呈极显著正相关，与土壤全盐量呈显著正相关；土壤pH值与土壤全盐量呈极显著负相关；土壤中铜与土壤中镍、锌互呈极显著正相关。

表6 万荣县苹果种植园土壤养分及土壤重金属含量之间的Pearson相关系数

4 讨论与结论

万荣县苹果园土壤中有机质与碱解氮含量处于匮乏状态，土壤中有效磷与速效钾含量处于富余状态，土壤pH值偏高，全盐量处于正常水平，未发生铜、锌、镍、铅、铬等土壤重金属污染。因此，万荣县苹果园应注重合理施用有机肥和氮肥。施用氮肥时，应考虑万荣县苹果园土壤中碱解氮与全氮含量水平的不一致，在施用氮肥时应注意合理施用，避免氮素的浪费。施用有机肥时，应考虑到万荣县苹果园土壤有机质含量与土壤重金属离子锌、镍、铅、铬等呈显著正相关性，在有机肥种类及其原料的挑选上注意重金属离子含量，避免造成土壤重金属污染。