管濱+孫虎

摘要：對陜西省寧陜縣旬陽壩鎮(zhèn)的菜地、階地耕地、坡耕地、荒地、林地5種不同土地利用類型的437個土壤樣點進(jìn)行調(diào)查分析，探討土壤銅的累積狀況，了解不同土地利用類型下土壤銅含量的差異。結(jié)果表明，研究區(qū)土壤銅的平均值為24.29mg/kg，顯著高于全國土壤銅濃度背景值（22.60mg/kg），但未超過銅元素的累積臨界值（37.45mg/kg）。與全國銅濃度背景值相比，5種不同土地利用類型土壤銅出現(xiàn)不同程度的累積，銅平均含量由高到低順序為：菜地>階地耕地>坡耕地>荒地>林地。

關(guān)鍵詞：土地利用類型；銅；污染；風(fēng)險控制

中圖分類號：S158.4文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2015）04-0083-05

銅是一種人體必需的微量元素。WHO推薦成年男性日需要攝入量為0.7mg，成年女性日需要攝入量為0.8mg[1]。銅攝入量過低會導(dǎo)致骨質(zhì)疏松、缺血性心臟病等疾病的發(fā)生[2]。銅的口服劑量大于200mg/kg體重將會使人致命[3]。同時，植物的生長發(fā)育過程離不開銅[4]，但土壤中銅的大量累積不但會抑制植物的生長，而且會污染生境[5]。目前對銅濃度累積狀況的研究集中在市域、縣域、湖泊[6]。本研究以鎮(zhèn)域為研究范圍，對陜西省寧陜縣旬陽壩鎮(zhèn)不同土地利用類型下銅累積狀況進(jìn)行調(diào)查分析并探討了其污染風(fēng)險控制對策。

收稿日期：2014-09-30

基金項目：教育部科學(xué)技術(shù)研究重點項目“陜南南水北調(diào)水源區(qū)景觀生態(tài)變化與土壤侵蝕關(guān)系研究”（105152）

1材料與方法

1.1樣品采集與分析

本研究區(qū)為位于南水北調(diào)中線水源區(qū)和國家天然林資源保護(hù)工程項目區(qū)的寧陜縣旬陽壩鎮(zhèn)。旬陽壩鎮(zhèn)位于陜西省寧陜縣城東北34km，東經(jīng)108°25'12"～108°41'24"，北緯33°24'36"～33°36'36"，全鎮(zhèn)總面積176km2，自1998年以來，本區(qū)全面停止采伐，開始實施天然林保護(hù)工程，許多坡耕地變成板栗林。本區(qū)森林資源豐富，森林面積1.73×104hm2，森林覆蓋率達(dá)97%以上；全鎮(zhèn)有耕地399.07hm2，均分布在月河、腰竹溝的沿河兩岸，主產(chǎn)洋芋、玉米等農(nóng)作物，占全鎮(zhèn)總面積的2%。

本次樣品采集時問為2013年7月，根據(jù)野外采樣經(jīng)驗選取階地耕地、坡耕地、菜地、荒地、林地5種土地利用類型，根據(jù)研究區(qū)的地勢、地形特點，每種土地類型每隔5m選取一個樣點，采用“S”法取樣，深度為耕層O～20cm，取樣工具為不銹鋼土鉆。同時，考慮到采樣面積小，需要定位的精度高，普通GPS難以滿足定位的需求，因此，用皮尺在田間測量確定采樣點，用GPS確定4個邊界點的坐標(biāo)，并根據(jù)每個土地類型面積的大小確定點位和布點數(shù)量，共采集437個樣本。樣品取后帶回實驗室，把植物根系、石子等雜物取出，自然風(fēng)干。采樣點具體情況見表1，各樣地形狀及走向見圖1。

土壤銅濃度測定：首先利用振動磨（粉磨時間為10s）將土壤樣品制成粉末，混合均勻；其次，稱取4g樣品于樣品環(huán)內(nèi)，在壓片機(jī)上壓成樣片（壓力定為30L），并將樣片放入干燥箱進(jìn)行干燥。最后，將制好的樣品放在X射線熒光光譜儀樣品盒內(nèi)，通過計算機(jī)操作，樣品自動輸入射線熒光光譜儀，48h后得出土壤銅濃度結(jié)果。

1.2數(shù)據(jù)處理

用ArcGIS10.0制作研究區(qū)地理位置圖。采用SPSS17.0做正態(tài)分布統(tǒng)計檢驗和方差分析。使用Origin8.5檢驗并制作5種土地利用類型下銅濃度對數(shù)直方圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同土地利用類型下土壤銅濃度

由表2看出，437個樣點銅濃度的幾何平均值為24.29mg/kg，顯著高于全國土壤銅濃度背景值（22.60mg/kg）[7]（P<0.01）。5種土地利用類型下銅濃度（濃度對數(shù)轉(zhuǎn)換后）頻數(shù)直方圖如圖2所示。在5種土地利用類型中，菜地銅濃度均值最大，為25.47mg/kg；階地耕地次之，為25.26mg/kg；坡耕地為25.13mg/kg。菜地、階地耕地、坡耕地土壤銅濃度均高于荒地、林地?；牡?、林地土壤銅平均濃度分別為23.36、23.23mg/kg，仍高于全國土壤銅濃度背景值。

土壤元素累積臨界值是土壤是否污染的判斷標(biāo)準(zhǔn)[8]。銅元素的累積臨界值為37.45mg/kg（由幾何平均數(shù)和方差的平方的乘積確定）。在全部437個樣點中，其中一菜地樣點的濃度最大，為32.30mg/kg，但仍小于銅元素的累積臨界值。菜地銅濃度均值最大（濃度為25.69mg/kg），但仍顯著小于臨界值37.45mg/kg（P<0.01）?？梢婈儍墒庩兛h旬陽壩鎮(zhèn)土壤并未受到銅元素的污染。

2.2不同土地利用類型下銅濃度差異

5種土地利用類型下銅濃度差異的方差分析結(jié)果（表3）表明，坡耕地、階地耕地、菜地銅濃度均值顯著高于荒地與林地（P<0.01）；階地耕地和坡耕地之間沒有顯著差異，可見，地形對土壤銅濃度的累積沒有顯著影響。菜地銅濃度雖高于階地耕地和坡耕地，但無顯著差異。因為，兩類耕地和菜地同樣受人為活動影響，相對來講菜地耕作強(qiáng)度更大，且使用有機(jī)肥和農(nóng)藥更多；荒地和林地中土壤銅濃度遠(yuǎn)低于其他土地利用類型，因為此類地偏遠(yuǎn)或地形復(fù)雜，受人為擾動小，但是荒地和林地土壤銅平均濃度顯著高于全國土壤銅背景值。

2.3土壤銅來源分析

成土母質(zhì)、銅制劑農(nóng)藥、有機(jī)肥是土壤銅的主要來源。土壤是地殼表層巖石風(fēng)化與成土作用的產(chǎn)物，除了礦點和污染點外，總體上看土壤的化學(xué)組成相對穩(wěn)定，元素的含量水平和變化幅度也相對穩(wěn)定[7]。土壤背景值是未受污染的土壤基本化學(xué)組成[9]。本試驗測得土壤銅的平均濃度為24.29mg/kg，比全國土壤銅背景值（22.60mg/kg）高0.84mg/kg，銅濃度背景值占本研究區(qū)銅濃度的93.04%?？梢?，在本研究中成土母質(zhì)是銅的最主要來源。endprint

銅制劑農(nóng)藥是導(dǎo)致土壤銅增加的一個重要原因[10]。波爾多液因其粘著力強(qiáng)且長期使用不產(chǎn)生抗藥性而作為最典型的銅制劑農(nóng)藥，同時也是生產(chǎn)上使用較廣泛的農(nóng)藥。波爾多液噴灑過程中，一部分直接噴灑在土壤上，其余部分會隨著枝葉進(jìn)入土壤，這樣會導(dǎo)致土壤中銅含量增加。巴西可可種植園、法國的葡萄園及英國的蘋果園土壤銅含量銅量較高也是大量噴灑波爾多液的結(jié)果[12]。波爾多液等含銅制劑不僅用在果園，在菜地也使用[13]。本研究中，5種不同土壤利用類型中菜地含銅量最高，這與菜地使用波爾多液等含銅制劑農(nóng)藥有關(guān)。

有機(jī)肥的施用是土壤銅增加的一個重要因素。有機(jī)肥具有培肥地力和改善作物品質(zhì)等特性，因此在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中經(jīng)常施用[14]。王開峰等[15]通過對7塊稻田長期試驗觀測得出，有機(jī)肥的長期施用增加了土壤重金屬污染的風(fēng)險，中高量有機(jī)肥的施用使銅的活化率、全量和有效態(tài)含量明顯升高。本研究中，階地耕地和坡耕地的銅含量顯著高于荒地和林地，有機(jī)肥在銅累積方面起到重要作用。

2.4土壤銅污染控制對策

銅在土壤中的污染不僅與銅的含量有關(guān)，還與土壤對銅的吸附、解吸、遷移等特性以及外界環(huán)境因素有關(guān)[16]。吸附、解吸是銅進(jìn)入土壤后發(fā)生的主要化學(xué)過程，影響著銅在固相、液相中的分配[17]。通過調(diào)節(jié)吸附和解吸的影響因素（pH值，土壤組分）可以減少土壤液相中銅離子，增加土壤固相的銅離子，從而減少植物對銅離子的吸收，降低果實中的銅含量。外界環(huán)境（降水，溫度）是影響銅污染的因素之一，可影響作物對銅的吸收量、吸收速度以及吸收時間。

含銅農(nóng)藥波爾多液作為殺菌劑在果園、菜地上的廣泛使用，使得土壤中銅大量增加，甚至導(dǎo)致土壤污染，果實銅含量超標(biāo)。為此必須尋找抗菌植物或者尋找波爾多液替代者。有機(jī)肥的長期施用增加了重金屬污染的風(fēng)險。對于有機(jī)肥的施用，需在正確指導(dǎo)的前提下科學(xué)使用。

植物修復(fù)具有經(jīng)濟(jì)、持久的優(yōu)點，可進(jìn)行大面積污染治理，因此逐漸成為修復(fù)土壤污染的良好技術(shù)措施。自1983Chaney[18]提出植物修復(fù)以來，超富集植物修復(fù)土壤污染的研究日益增多。目前已發(fā)現(xiàn)海州香薷、星香草、紫花苜蓿等植物具有銅超積累特性。其中，已知的銅積累量最高的植物是異葉柔花（AeollanthusbiformifoliusDeWild），其含銅量高達(dá)3.92mg/g[19]。因此，可選擇合適的超富集植物來修復(fù)銅濃度過高或銅污染土壤。

3結(jié)論

通過對寧陜縣旬陽壩鎮(zhèn)土壤中銅的調(diào)查分析表明，研究區(qū)土壤銅的平均值為24.29mg/kg，顯著高于全國土壤銅濃度背景值（22.60mg/kg），但未超過銅元素的累積臨界值（37.45mg/kg）。在5種不同土地利用類型中，銅含量由高到低的順序為：菜地>階地耕地>坡耕地>荒地>林地。與全國土壤銅背景值相比，5種土地利用類型的土壤銅含量都顯著增加，出現(xiàn)一定的累積。endprint