麻溪镇马家村土壤养分及重金属含量测定

石雨荷，王 智，2，3，朱香梅，李 晴，朱 珏，邵胜强，任 轶，刘 松，刘湘丹，2，3，童巧珍，2，3*

(1.湖南中医药大学，湖南长沙 410208；2.湖南省中医药管理局湘产大宗道地药材种质资源及规范化种植重点研究室，湖南长沙 410208；3.湖南省普通高等学校中药现代化研究重点实验室，湖南长沙 410208；4.湖南省人民政府办公厅乡村振兴工作队，湖南长沙 410029)

土壤作为农业生产的主要载体，为动植物吸收养分、合成有机物质提供了场所，同时也为人类提供了赖以生存的必需品。土壤资源的利用以及土壤质量的好坏程度决定了农业生产力的高低。充分合理利用和保护土壤资源的核心途径需要提高土壤肥力来实现[1]。土壤肥力质量评价指标包含全氮、全磷、全钾、水解氮、有效磷、速效钾、微量营养元素等在内的养分指标，该指标能够根据土壤自身的情况结合作物需肥规律，科学地解决作物需肥与土壤供肥之间的矛盾，实现作物间养分平衡供应，从而达到降低生产成本、提高作物产量、改善产品品质的目的[2]。同时，土壤安全可以判断作物能不能在该土地上种植、有没有必要在这里种植的问题，是粮食安全、生态环境安全、水质安全以及人类健康发展的基本保障。

为了贯彻落实《乡村振兴战略规划》的要求，省政府办公厅驻村工作队以沅陵市麻溪镇马家村为试验点进行全域土地综合整治，目的是提高土地利用效率、优化乡村空间布局、保障土地资源持续利用发展[3]，从而逐步缩减城乡差异、激活乡村发展动力、改善人居与自然环境，最终实现全面乡村振兴[4]。沅陵市麻溪镇马家村于2013年被列为国家级贫困村，2016年实现整体脱贫。该村落地广人稀，长期以来以一二产业为主，有一定的种植业、畜牧养殖业的基础。然而，全村有85%以上具有劳动力的村民大部分在外务工或是从商，留下的多数为年长者，导致经济、交通、通信等各方面都有一定的滞留。因此，省政府办公厅驻村工作队决定请专家组开展了该区域土壤养分及重金属积累的调查研究，激活并合理利用该地域的“生态经济”，让外地打工人愿意回家、主动回家，既带动了全村经济的发展，又照顾到了身边人。此次试验对马家村中的毛坪、毛岗头、唐家、梁家4个不同地区采取土壤样本，分别进行水分、有机质、土壤养分、6种重金属含量的测定，评价马家村土壤质量的优劣和土壤重金属的分布规律，以期根据土壤的丰缺和污染程度对相应作物的合理布局和科学施肥提供指导意见。

1 材料与方法

1.1 研究区概况麻溪铺镇坐落于湖南省怀化市沅陵县西南部，位于109°28′44.58″～110°25′3.52″E、26°18′49.55″～28°22′4.32″N。该区域呈现“Ⅱ”状，即南北宽、中间窄、东高西低，呈现丘陵山岗地貌，稻田平底居多，平均海拔450 m，最高峰为红山界。气候温和湿润，夏无酷暑，冬无严寒。年平均气温15.0 ℃，最高气温39.8 ℃，最低气温-3.5 ℃，年降水量1 440 mm，年日照时数为677～1 067 h，具有显著的中亚热带季风气候特征。总面积为96 km2，森林覆盖面积为28.59 km2，耕地面积为6.67 km2。

位于麻溪铺镇的马家村，总面积约占麻溪铺镇的10%，现有2.5 km2的耕地面积，但存在许多抛荒田地的现象。马家村地理条件优越，距离县城为22 km的距离，交通便利。该村落药用植物资源丰富，小溪水石空隙中、山沟流水砾石间常生长着极具香味的石菖蒲，荒废田地里生长着茎高0.6～1.2 m的薄荷。同时马家村具有一定的种植业、畜牧养殖业的经验，如驻村企业沅陵“凤娇”碣滩茶有限公司是一家将种植、开发、加工、销售一体化的3A级企业，该企业为马家村的经济发展提供了参考模式和基础保障。

1.2 材料

1.2.1土壤样品采集。土壤对象分别为马家村毛坪、毛岗头、唐家、梁家。采样时间为2021年6月份。采样方法：土壤样品均采用随机五点法，对 0～20 cm 耕层土壤进行采样，然后各自取出1 kg混匀后，做好标记，运回实验室。土样经自然风干去掉杂质后，以四分法取样20 g，进一步研磨后分别过1.00、0.25、0.10 mm 尼龙筛，储存于广口瓶中，并按照样品顺序依次排列编码为1～4号以备用。所有样品均送至湖南省农业科学院农化检测中心进行检测。

1.2.2主要仪器。S220-K型pH计、TS-8200土壤有机质分析仪、8400凯氏定氮仪、723N可见分光光度计、M410火焰光度计、ZA3700原子吸收分光光度计、AFS-9730双道原子荧光光度计、PROD48石墨消化炉、ZQLY-300N恒温振荡器、ME204E电子天平、MFLC-24/12D马弗炉、DS20消解器。

1.2.3试剂。重铬酸钾、乙酸铵、溴甲酚绿、碳酸氢钠、碳酸钠、去CO2水、氢氧化钠、氢氟酸、硫酸、硼酸、盐酸、硝酸、无水乙醇、硼氢化钾、钼酸铵、硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸钾、硫脲、邻菲罗啉、抗坏血酸、酒石酸锑钾、甲基红、高氯酸、氟化铵、二硝基酚、硼氢化钾。所用试剂为优级纯或分析纯，均符合测定标准。

1.3 方法

1.3.1土壤样品测定项目与方法。分析方法参照《中华人民共和国国家标准》《中华人民共和国农业行业标准》《中华人民共和国林业行业标准》进行土壤样品分析化验。pH 采用pH计电位法(NY/T 1121.2—2006)测定；有机质采用油浴加热重铬酸钾-硫酸氧化容量法(NY/T 1121.6—2006)测定；碱解氮采用酸碱滴定法测定，全氮采用凯氏蒸馏法(LY/T 1228—2015)测定；有效磷采用氟化铵-盐酸提取-钼锑抗比色法(NY/T 11217—2014)测定；速效钾采用中性乙酸铵浸提-火焰光度计法(NY/T 889—2014)测定；全磷采用氢氧化钠-钼锑-分光光度法(NY/T 88—1988)测定；全钾采用氢氟酸消解-火焰光度计法(NY/T 87—1988)测定。重金属总汞、总砷及微量元素全硒均采用原子荧光光度计法(GB/T 22105.1—2008、GB/T 22105.2—2008、NY/T 1104—2006)测定；总镉、总铅、总铬、全铜采用原子吸收分光光度计(GB/T 17141—1997、HJ 766—2015)测定。

1.3.2土壤评价标准。依据土壤酸碱度等级划分标准对土壤pH进行分级：pH<4.5，酸性极强；4.5≤pH≤5.5，强酸性；5.59.5，碱性极强。依据全国第二次土壤污染普查分级标准对土壤 pH 和养分进行分级(表 1)。对重金属的风险评价采用国家土壤环境质量标准二级标准GB 15618—1995(表2)。根据《中华人民共和国地方病与环境图集》将土壤硒含量≤0.2 mg/kg作为低硒区，>0.2～<0.4 mg/kg 作为中等硒区，0.4～3.0 mg/kg作为富硒区，>3.0 mg/kg则视为硒中毒区。

表1 土壤养分分级标准

表2 重金属风险评价标准

1.4 数据统计分析此次试验结果为 3 次重复的平均值，采用 Excel 和 SPSS 进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤pH土壤pH与土壤中的微生物活动、氮钾磷等营养元素的释放、土壤保持养分的能力、微量元素的有效性等方面都息息相关，它是土壤众多化学性质的综合反映[5]。从表3可以看出，4个地区土壤 pH在6.00～8.24，平均值为 7.65，平均水平为 2级。毛坪、毛岗头和梁家地区土壤均偏弱碱性，唐家地区土壤偏酸性。

2.2 土壤有机质土壤有机质是土壤肥力的最重要指标，其重要性在于提供植物体所需的养分、改善土壤的吸附能力、络合能力、缓冲及离子交换性能等[6]。从表1和表3可以看出，按照分级标准，毛坪、唐家和梁家土壤有机质含量为4级标准，属中等偏低水平，毛岗头土壤有机质含量丰富，为46.9 g/kg，超过1级土壤水平标准(40 g/kg)。结果表明，毛岗头较毛坪、唐家和梁家土壤相比，有机质含量丰富，有利于发展种植产业。

表3 土壤各项指标检测结果

2.3 土壤养分指标氮、钾、磷作为影响植物生长发育、代谢及产品产量、品质的决定性因素，也是评价土壤养分缺失与否的重要指标。测定全氮、全钾、全磷含量最重要的目的是从肥力的角度了解土壤供应氮素、钾素、磷素的潜力。若要衡量土壤供给养分能力，即短期内给植物提供可吸收的氮钾磷，则需要根据碱解氮、有效磷、速效钾的含量为施肥提供参考[7]。

2.3.1全氮、碱解氮。根据土壤全氮和碱解氮含量测定结果(表3)，马家村4个地区土壤全氮平均含量为1.61 g/kg，碱解氮平均含量为153 mg/kg。总体来说，该地区土壤氮素的总储量为2级水平，供应氮能力为1级水平。其中，又以毛岗头的氮水平最为突出，全氮含量为2.70 g/kg，碱解氮含量为274 mg/kg，均到达1级水平标准。其余3个地区全氮、碱解氮水平相差不大，全氮均为3级水平；唐家碱解氮属于2级水平，毛坪、梁家碱解氮均为3级水平。因此，毛坪、唐家、梁家3个地区应该注意适当增施氮肥以补充植物所需营养。

2.3.2全磷、有效磷。磷作为土壤中利用效率较低的营养元素之一，现在仍有很多农业土壤中会出现严重缺磷的现象。从表3可以看出，马家村土壤全磷平均含量为0.63 g/kg，有效磷平均含量为15.4 mg/kg，该地区平均含量均处于3级供应水平。其中，梁家全磷、有效磷的含量较其他3个地区突出，为2级水平。而毛坪、毛岗头、唐家3个地区供磷能力较弱，应当注意施加磷肥以及加强磷肥的土壤管理。

2.3.3全钾、速效钾。根据土壤全钾、速效钾含量测定结果(表3)，马家村土壤全钾平均含量为20.6 g/kg，速效钾平均含量为160 mg/kg，该地区平均含量处于2级水平。从试验结果可以看出，4个地区土壤供钾潜力相当，但是土壤速效钾含量相差很大，如供钾能力最强的唐家组，其速效钾含量(248 mg/kg)高出供钾能力最弱的毛岗头含量(57 mg/kg)3.35倍。毛岗头土壤作为长期荒置的土地，常年雨水较多，且地势较高，导致土壤中钾元素的流失严重可能是导致该片区域钾元素含量低的一个重要原因。

2.3.4微量元素硒。硒作为人体必需的微量元素之一，缺硒的人群免疫力降低，更容易增加得心脑血管疾病、糖尿病等疾病的风险。因此，适当地补充硒能够预防疾病的产生，而植物中的原生态硒主要来源于土壤[8]。大量研究表明，在低硒量的土壤中适当增加硒的含量种植水稻、小麦等农作物，能够起到增产效果[9-11]。检验报告显示(表3)，马家村4个区域的全硒含量与有机质含量呈正相关，即毛岗头地区全硒含量最高，其次为唐家、梁家、毛坪地区。4个区域的全硒水平均未超过0.4 mg/kg，为中等含硒水平。

2.4 土壤重金属从表3可以看出，马家村4个地区的总汞、总砷、总铅、总铬、全铜水平均未超标，为安全水平状态。然而，马家村部分区域的总镉水平应当引起重视。按照国标GB 15618—1995分级标准，农业种植所需的2级土壤要求当土壤pH小于6.5或者6.5～7.5时，总镉含量不得超过0.3 mg/kg，当土壤pH大于7.5时，总镉含量不得超过0.6 mg/kg。马家村的毛坪、毛岗头和梁家土壤偏弱碱性，pH均大于7.5，其总镉含量为0.427～0.557 mg/kg，未超出2级土壤标准，土壤质量能够满足农业生产的要求，基本不对植物和环境产生污染和危害，保障人体健康发展。按照分级标准，当pH小于6.5，总镉含量大于0.20小于等于0.30 mg/kg时，该土壤为2级标准，可用于保障农业生产。而唐家土壤pH为6.00，总镉含量0.446 mg/kg，稍微超出2级土壤分级范围。因此，若要考虑利用该片土壤种植果蔬、药用植物等，可以施用石灰、生物炭、赤铁矿等镉钝化剂[12-13]，提高土壤对镉的吸附与共沉淀能力，从而降低植物对镉的吸收，以保证作物安全、正常生长。

3 小结与讨论

通过采取4个具有代表性的土壤，分析马家村的土壤养分情况，发现马家村大部分地区土壤偏弱碱性，少数部分土壤偏弱酸性。弱碱性土壤适用于种植一些能够适应偏中性、微碱性或抗逆能力较强的植物，观赏植物及果树类如月季花、石榴花、葡萄、黄桃等，药用植物如玉竹、山楂、石菖蒲、菊花等。弱酸性土壤适合种植山茶花、茉莉花、百合、枳壳等植物。

林万树[14]研究表明有机质含量与全氮、碱解氮含量呈正相关。通过此次土壤养分分析报告也验证了该观点，土壤有机质水平越高，全氮、碱解氮含量也随之越高。马家村土壤平均供氮水平为1级，供氮能力毛岗头>唐家>梁家>毛坪。此外，此次试验还发现土壤全硒含量也与有机质呈正相关，其中以毛岗头的全硒含量最为突出。然而，该地区磷素和钾素与有机质的关联性不大。供氮能力最强的毛岗头，全氮、碱解氮均为1级水平，但其供钾能力最弱；而供氮能力持中等水平的唐家和梁家，分别供钾和供磷能力最强；综合评分属毛坪土壤养分最弱。就重金属而言，采用化学、生物治理方法适当降低土壤中镉含量，马家村区域土壤能够适用于大部分作物的种植与生长。

综上所述，马家村的土壤肥力状况良好，有较大的可利用价值。开发利用麻溪镇马家村土地始终应当坚持因地适种的原则，根据该原则提出以下几点建议：

(1)协调氮、磷、钾元素以及其他微量元素之间的平衡。如在氮素含量高的土壤适宜花类、果实类作物的生长，而在氮含量较低的土壤可以适当增施有机肥与氮肥，增强土壤的通透性，保证土壤营养的积累与氮素的充分利用。在氮、磷、钾养分充分的基础上，还应保证土壤中钙、锌、硫等在内的微量元素的含量。一般而言，缺乏哪种营养元素就补充该种肥料，前提是坚持适量、平衡原则。

(2)进行合理的田间布局与管理。根据当地土壤面积，确定适用栽培作物的种类与数量。采用套作、间作、轮作等不同的耕种方式，适当发展林下经济，将作物的种类进行合理搭配。如采用中药材-农作物套作模式(木瓜-马铃薯)、药材-药材轮作模式(紫苏-薏仁、薄荷-豆科植物)、中药材与果园、林木间的立体种植模式(金银花-葡萄、玉竹-黄桃-银杏)等，实现“种-产-赏”一体化。同时，应当规范施肥时间、施肥数量和施用方法。如磷肥应首先施在旱季作物和豆科作物上，可提高利用率。

(3)加强土壤测试与田间试验的结合。依据行之有效的土地评价方法和标准，定期进行土壤肥力和土壤安全的评估，并结合土壤供肥效能、作物生长规律、需肥能力，及时解决土壤肥力下降、作物肥力供应不足、土壤酸碱化、土壤污染等问题，真正实现耕地保护整体化、空间布局有序化、产品质量优质化、土地资源高效化与可持续利用发展。