安永龍，黃 勇，劉清俊，孫 朝，鄧凱文，李 迪，黃 丹

（北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院，北京 102218）

蘋(píng)果產(chǎn)地土壤環(huán)境與地質(zhì)背景研究

安永龍，黃 勇，劉清俊，孫 朝，鄧凱文，李 迪，黃 丹

（北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院，北京 102218）

通過(guò)對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)地的地貌、地質(zhì)以及土壤地球化學(xué)特征等方面的研究，分析了可能影響蘋(píng)果品質(zhì)和產(chǎn)量的因素——土壤背景值、元素有效態(tài)、環(huán)境安全性、蘋(píng)果礦質(zhì)元素等方面特征。認(rèn)為蘋(píng)果產(chǎn)地位于利于蘋(píng)果生長(zhǎng)的特定溫度、濕度以及富含較多礦質(zhì)元素的洪積扇上，優(yōu)良的地質(zhì)環(huán)境為其提供了豐富的礦質(zhì)資源。將所測(cè)表層土壤指標(biāo)與平原區(qū)背景值進(jìn)行對(duì)比，明確了相關(guān)指標(biāo)的貧化與富集程度，同時(shí)了解到部分有效態(tài)元素與其全量、pH、有機(jī)質(zhì)的相關(guān)關(guān)系，并掌握到產(chǎn)地具有低有效鉬的特點(diǎn)。此外，對(duì)比了兩個(gè)產(chǎn)區(qū)蘋(píng)果果實(shí)礦質(zhì)的含量特征，為進(jìn)一步提高蘋(píng)果質(zhì)量和品牌附加值提供了科學(xué)依據(jù)。

土壤；蘋(píng)果；地質(zhì)背景；有效態(tài)；適宜性

“萬(wàn)物土中生，食從土中來(lái)”。土壤中含有植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素、水分等適宜條件，同時(shí)隨著近些年農(nóng)藥和化肥的大量使用、污水灌溉（Liu Weihua et al.，2005；Khan S et al.，2007）、化石燃料燃燒所排放氣體（Miller J R et al.，2003）、工業(yè)廢渣與垃圾填埋的滲漏等污染加重，土壤中重金屬元素以及有機(jī)污染物也隨之不斷增多，直接或間接導(dǎo)致土壤的組成、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，并通過(guò)土壤-作物系統(tǒng)遷移積累（張勇，2001；常青，2003；楊肖娥等，2003；藤葳等，2010），進(jìn)而影響農(nóng)產(chǎn)品安全以及危害人體健康。因此，農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全及產(chǎn)量情況與土壤環(huán)境安全緊密相聯(lián)。本次研究選取北方某蘋(píng)果特色產(chǎn)地，主要對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)地的地質(zhì)背景以及蘋(píng)果果實(shí)、土壤環(huán)境、灌溉水等方面的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)主要分布在平原區(qū)至西北部山前，走向北東—西南的“山前暖帶”上，這條“山前暖帶”西北高東南低，形成一個(gè)天然坡度，這個(gè)坡度使得山前暖帶背風(fēng)向陽(yáng)，光照充足，不但有利于果皮著色，更催化了果實(shí)內(nèi)淀粉轉(zhuǎn)化為糖份等化學(xué)過(guò)程，非常適合果樹(shù)生長(zhǎng)。另外，蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)土質(zhì)以pH值在7～7.5左右的中性偏堿沙壤土為主，較疏松，透氣性好、保水保肥與排水良好，砂土地上蘋(píng)果根系易生長(zhǎng)，根重量為粘土的2倍以上（馬玉芳，1993；毛志泉，1999），能在短時(shí)間內(nèi)獲取更多營(yíng)養(yǎng)。處于太行山脈與燕山山脈鄰接處以東，西北山區(qū)向平原區(qū)的過(guò)渡地帶。山地海拔800～1000m，平原高度海拔30～100m。主要河流屬溫榆河水系。全區(qū)處在溫帶季風(fēng)區(qū)，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年平均日照時(shí)數(shù)2684小時(shí)，年平均氣溫11.8℃，年平均降水量550.3mm。獨(dú)特的自然地理及氣候特點(diǎn)造就了蘋(píng)果果肉黃白色，肉質(zhì)致密，細(xì)脆、果汁多，酸甜適口，芳香味濃的特點(diǎn)，研究區(qū)范圍見(jiàn)圖1。

1.2 地質(zhì)背景

蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)地層復(fù)雜，西部與南部均為山區(qū)，西部的地層主要為元古界長(zhǎng)城系，其次為元古界薊縣系以及新生界，山區(qū)深處分布有中生界侏羅—白堊系；北部為長(zhǎng)城系、薊縣系、青白口系以及古生界寒武—奧陶系，南部主要以中生界侏羅系為主，其次為薊縣系，山區(qū)深處可見(jiàn)古生界。另外，產(chǎn)區(qū)西部出露有太古界變質(zhì)巖，西部、北部與南部山區(qū)均有燕山期侵入巖出露，并以中酸性巖漿巖占主導(dǎo)地位（圖2）。受山區(qū)豐富的沉積巖、巖漿巖與構(gòu)造斷裂的控制影響，基巖經(jīng)風(fēng)化、剝蝕后形成的殘坡積物主要以機(jī)械搬運(yùn)形式堆積至山前地帶，從而使蘋(píng)果產(chǎn)地土壤中的微量元素分布受到成土母巖的影響。

圖1 研究區(qū)范圍及樣品采集分布Fig.1 Location of the study area and distribution of sampling sites

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Simplified geological map of the study area

2 材料及方法

為了研究蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)的土壤地球化學(xué)特征，現(xiàn)采集表層土壤分析組合樣品（3～5件）共計(jì)737件，采樣密度為4點(diǎn)/ km2、30件土壤根系土樣、30件蘋(píng)果樣品以及8件灌溉水樣品（圖1）。

2.1 樣品測(cè)試方法

本次研究采用《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析方法和技術(shù)要求》《區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求補(bǔ)充規(guī)定》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)樣品指標(biāo)的測(cè)定，具體方法見(jiàn)表1。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

土壤元素通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)有些數(shù)據(jù)并不服從正態(tài)分布，存在異常值，利用SPSS13.0反復(fù)剔除落在“算術(shù)平均值±2倍標(biāo)準(zhǔn)離差”之外的異常值，直到所有數(shù)據(jù)無(wú)法剔除，然后用剩余樣品的均值來(lái)表示的方法，得出準(zhǔn)確的背景值（張秀芝，2006）；文中點(diǎn)位圖和地質(zhì)圖采用Mapgis6.7繪制；其余圖件采用excel生成。

3 土壤地球化學(xué)特征

3.1 土壤元素分布地球化學(xué)特征

土壤元素地球化學(xué)背景值是指經(jīng)過(guò)一定歷史時(shí)期，由自然營(yíng)力和人類活動(dòng)共同作用的區(qū)域表層土壤元素的組成及含量特征（陳懷滿，2005）。對(duì)元素背景值的研究不僅有助于查明元素在土壤中的豐缺、遷移轉(zhuǎn)化等規(guī)律，而且在對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量及污染程度評(píng)價(jià)時(shí)也起著至關(guān)重要的作用（汪慶華等，2007；陳興仁等，2012；成杭新等，2014）。本次研究采集表層土壤分析組合樣品，每件樣品均分析24項(xiàng)指標(biāo)。

圖3 土壤背景值比值圖Fig.3 Ratio of the background values

將研究區(qū)背景值與平原區(qū)背景值進(jìn)行比較，當(dāng)比值介于0.9～1.1時(shí)認(rèn)為土壤元素含量與全市背景值相當(dāng)。由圖3可知，研究區(qū)土壤中比值介于0.9～1.1主要為B、Cr、Cu、N、Se等元素，而Hg和P元素比值均低于0.9，較為貧化，24項(xiàng)指標(biāo)中有16項(xiàng)的平均含量高于全市平原區(qū)背景值，其中以As、Cd、F、Mn、Mo、Pb、Zn、MgO、Fe2O3呈明顯偏高狀態(tài)。因此研究區(qū)微量金屬元素含量較高，土壤養(yǎng)分（有機(jī)質(zhì)、N）含量居中。pH的比值為1.03，雖然介于0.9～1.1范圍內(nèi)，但土壤的pH為8.5，屬于堿性，略微高于全市平原區(qū)的背景值8.26。研究區(qū)土壤主要受西部北部山區(qū)長(zhǎng)城系與薊縣系、中酸性巖體的殘坡積物以及鉛鋅等多金屬礦化影響，尤其是河流匯流處，地勢(shì)地洼，從而使當(dāng)?shù)赝寥乐懈缓袡C(jī)成分與微量元素。

表1 樣品指標(biāo)測(cè)定方法Tab.1 Analytical method of the sample indicators

3.2 土壤有效態(tài)特征

（1）土壤元素有效態(tài)與部分參數(shù)相關(guān)性

通過(guò)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)土壤元素全量與有效量之間的相關(guān)系數(shù)變化較大，相互之間的關(guān)系較復(fù)雜。由圖4至圖7可以看出，蘋(píng)果產(chǎn)地土壤有效態(tài)Cu與全量Cu呈顯著性相關(guān)，有效態(tài)Mn與全量Mn、有效態(tài)Mo與全量Mo呈低度線性相關(guān)，而有效態(tài)Zn與全量Zn的相關(guān)性不顯著。表明如果指示環(huán)境污染對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)地土壤沖擊時(shí)，有效態(tài)元素Cu、Mn和Mo可以作為重要的客觀數(shù)據(jù)（王凌等，2011）。

土壤中有效態(tài)的變化會(huì)受土壤本身的pH以及土壤中有機(jī)質(zhì)含量的影響（陳麗榮等，2000；于君寶等，2002；董國(guó)政等，2004）。較其他元素而言，蘋(píng)果產(chǎn)地的有效態(tài)Mo和有效態(tài)Fe受土壤中有機(jī)質(zhì)含量變化最為明顯，兩者的相關(guān)程度分別達(dá)23.6%和22.54%，如圖8、圖9，是蘋(píng)果產(chǎn)地有效Mo和有效Fe輸入的一個(gè)途徑。經(jīng)過(guò)分析可知，蘋(píng)果產(chǎn)地的有效態(tài)與pH均為負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中相關(guān)程度較高的是有效態(tài)Zn和有效態(tài)Fe，如圖10和圖11。

圖4 有效態(tài)Cu與全量Cu相關(guān)性Fig.4 Correlation of available Cu and total Cu

圖5 有效態(tài)Mn與全量Mn相關(guān)性Fig.5 Correlation of available Mn and total Mn

圖6 有效態(tài)Mo與全量Mo相關(guān)性Fig.6 Correlation of available Mo and total Mo

圖7 有效態(tài)Zn與全量Zn相關(guān)性Fig.7 Correlation of available Zn and total Zn

圖8 有效態(tài)Mo與有機(jī)質(zhì)相關(guān)性Fig.8 Correlation of available Mo and organic matter

圖9 有效態(tài)Fe與有機(jī)質(zhì)相關(guān)性Fig.9 Correlation of available Fe and organic matter

圖10 有效態(tài)Zn與土壤pH相關(guān)性Fig.10 Correlation of available Mo and soil pH values

圖11 有效態(tài)Fe與土壤pH相關(guān)性Fig.11 Correlation of available Fe and soil pH values

（2）土壤有效態(tài)評(píng)價(jià)

相關(guān)研究顯示，土壤中有效態(tài)元素具有易遷移易轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)，所以很容易被植物吸收利用（朱靜等，2007）。在蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)采用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析了30件土壤元素的有效態(tài)含量，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用土壤肥力評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有效磷和速效鉀進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用全國(guó)第二次農(nóng)業(yè)普查指定的土壤微量元素有效態(tài)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有效Zn、有效Cu、有效Fe、有效Mn、有效Mo、有效B進(jìn)行評(píng)價(jià)，見(jiàn)表2。

蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)根系土壤有效磷平均含量為63.66μg/ g，除3件樣品為缺乏級(jí)別外，其余樣品均在適度及以上級(jí)別。速效鉀平均含量為294.78μg/g，與土壤速效鉀的臨界值75μg/g相比，明顯偏高，大部分為富足或很富足級(jí)別。

分析數(shù)據(jù)表明，微量營(yíng)養(yǎng)元素有效態(tài)中，有效鋅的平均含量為10.61μg/g，有效鐵31.77μg/g，全部樣品都為富足或很富足級(jí)別，且大部分樣品為很富足級(jí)別，反映了研究區(qū)兩者含量較高。有效銅的平均含量為8.59μg/g，不存在缺乏樣品點(diǎn)，大部分為很富足級(jí)別。有效錳平均含量為126.72μg/g，其中最小含量為57.04μg/g，全部樣品點(diǎn)都分布在很富足級(jí)別，反映出研究區(qū)內(nèi)有效錳含量很高，因此以上6項(xiàng)養(yǎng)分級(jí)別整體處于富足狀態(tài)。而有效硼平均含量為0.68μg/g，呈現(xiàn)為以適度為中心的正態(tài)分布，表明其研究區(qū)內(nèi)含量較為均勻。

有效鉬平均含量為0.08μg/g，大部分樣品點(diǎn)以很缺乏狀態(tài)分布，因此判斷研究區(qū)內(nèi)有效鉬含量較低。相關(guān)研究表明，如果植物缺乏鉬元素，會(huì)導(dǎo)致植株矮小，生長(zhǎng)受阻，葉片失綠，嚴(yán)重時(shí)葉片枯萎發(fā)生扭曲，最終死亡（劉鵬，2002）。鑒于以上情況，建議在果樹(shù)田間管理過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)含鉬微肥的施用，必要時(shí)可采取鉬、硼同施的方法（劉鵬等，1999；劉鵬等，2000）。

表2 土壤元素有效量分級(jí)統(tǒng)計(jì)表Tab.2 The classification statistics of the available soil element

4 環(huán)境安全性評(píng)價(jià)

為了判斷研究區(qū)土壤與灌溉水質(zhì)量是否達(dá)到無(wú)公害食品產(chǎn)地的要求，進(jìn)而確保蘋(píng)果的食用安全性，分別在研究區(qū)內(nèi)采集30件土壤根系土樣品和8件灌溉水樣品進(jìn)行分析。

4.1 土壤環(huán)境安全性評(píng)價(jià)

按照《蘋(píng)果無(wú)公害生產(chǎn)綜合技術(shù)》（DB11/T 081—2005）對(duì)研究區(qū)土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr元素進(jìn)行評(píng)價(jià)，按照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（修訂）》（GB 15618—2008）對(duì)研究區(qū)土壤中Cu、Zn、Ni、F元素進(jìn)行評(píng)價(jià)。分析結(jié)果顯示，土壤根系土樣品中Zn、F、Cu元素僅存在1～2件超標(biāo)樣點(diǎn)，且含量略高于標(biāo)準(zhǔn)值，故可認(rèn)為土壤Zn、F、Cu元素環(huán)境基本安全。與此相反，土壤根系土中Cd元素存在8件超標(biāo)樣點(diǎn)，且其含量是標(biāo)準(zhǔn)值的1.2～4.7倍，判斷土壤中Cd元素的環(huán)境質(zhì)量較差。雖然在旱地的堿性土壤中主要為難溶狀態(tài)的非水溶性鎘，其活性低，不易遷移，對(duì)農(nóng)作物的危害程度相對(duì)較低，但通過(guò)對(duì)蘋(píng)果果實(shí)中Cd元素含量的研究結(jié)果，土壤的高鎘仍會(huì)使作物中的Cd元素不斷累積。蘋(píng)果產(chǎn)地土壤Cd元素超標(biāo)樣點(diǎn)主要呈零星狀分布在居住地及道路附近，受人為活動(dòng)影響較為嚴(yán)重。

4.2 灌溉水環(huán)境安全性評(píng)價(jià)

利用《無(wú)公害蘋(píng)果產(chǎn)地農(nóng)田灌溉水質(zhì)量要求》（DB11/T 081-2005）和《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084-2005）進(jìn)行評(píng)價(jià)。分析結(jié)果顯示，水中的總汞、總鎘、總砷、總鉛、總銅、氟化物等指標(biāo)全部符合無(wú)公害蘋(píng)果產(chǎn)地農(nóng)田灌溉水質(zhì)量要求，處于標(biāo)準(zhǔn)限值之內(nèi)，因此研究區(qū)灌溉水水質(zhì)安全。

5 蘋(píng)果礦質(zhì)元素特征

5.1 蘋(píng)果礦質(zhì)元素評(píng)價(jià)

將采集的22件蘋(píng)果樣品中各指標(biāo)平均值與另一地區(qū)所采集的8件蘋(píng)果樣品各指標(biāo)平均值做比值，（表3）。As、Cd、Cr、Hg、I、Mo、Se、Zn元素的比值高于1.1，說(shuō)明該區(qū)蘋(píng)果中這些元素含量的總體水平高于另一地區(qū)，推測(cè)該區(qū)土壤的高汞高鎘特征對(duì)當(dāng)?shù)靥O(píng)果果實(shí)存在影響（阮起和等，2007）。B、F、Ni元素的比值低于0.9，表明該區(qū)蘋(píng)果中這些元素元素含量的總體水平低于另一地區(qū)。從品質(zhì)指標(biāo)來(lái)看，可溶性總糖、可溶性固形物、可滴定酸的含量差異不大，僅該區(qū)蘋(píng)果的還原型Vc指標(biāo)明顯低于另一地區(qū)。

表3 蘋(píng)果果實(shí)中元素及品質(zhì)指標(biāo)含量特征Tab.3 The elements in apples and characteristics of the content in quality index

對(duì)30件蘋(píng)果果實(shí)樣品進(jìn)行了礦質(zhì)元素的含量區(qū)間統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表4，從表中可以看出蘋(píng)果果實(shí)中B和 Fe微量元素含量相對(duì)較高，As、Cd、Hg、I、Pb、Se元素含量極低，側(cè)面反映出果樹(shù)在生長(zhǎng)時(shí)對(duì)不同微量元素的需求量不同。

表4 蘋(píng)果果實(shí)中礦質(zhì)元素的含量區(qū)間Tab.4 The range of content of mineral elements in apples

表5 無(wú)公害蘋(píng)果衛(wèi)生指標(biāo)要求及樣品合格率統(tǒng)計(jì)Tab.5 Pollution-free apple health index requirements and qualified rate statistical sample

5.2 蘋(píng)果果實(shí)衛(wèi)生指標(biāo)特征

采用地方標(biāo)準(zhǔn)（DB11/T 081—2005）蘋(píng)果無(wú)公害生產(chǎn)綜合技術(shù)和農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)綠色食品蘋(píng)果（NY/T 268-1995）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蘋(píng)果果實(shí)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，從表5看出，研究區(qū)蘋(píng)果內(nèi)有害元素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于無(wú)公害食品要求的限量值，即所測(cè)樣品全部合格。

6 結(jié)論

研究區(qū)蘋(píng)果產(chǎn)地氣溫、降水、土質(zhì)等條件以及地勢(shì)上向東南方向傾斜，西北側(cè)巖體風(fēng)化產(chǎn)物遷移堆積使土壤中富含各種養(yǎng)分與微量元素，非常適合蘋(píng)果的生長(zhǎng)。產(chǎn)地相對(duì)于平原區(qū)背景值Hg和P元素較為貧化，As、Cd、F、Mn、Mo的元素較為富集；有效態(tài)Cu與全量Cu呈顯著性相關(guān)，其余元素相關(guān)性不明顯，有效Mo、有效Fe與有機(jī)質(zhì)存在較好的正相關(guān)關(guān)系，有效態(tài)Zn、有效態(tài)Fe與pH存在較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系；絕大部分有效態(tài)元素含量較高，為蘋(píng)果較好地生長(zhǎng)發(fā)育提供了保障。

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土壤根系土樣品和灌溉水樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)，可得研究區(qū)環(huán)境質(zhì)量總體表現(xiàn)優(yōu)良。對(duì)比兩個(gè)地區(qū)所采蘋(píng)果樣品礦質(zhì)元素特征，發(fā)現(xiàn)前者微量元素總體含量高于后者。

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A Study on Soil Environment and Geological Background

AN Yonglong， HUANG Yong， LIU Qingjun， SUN Zhao， DENG Kaiwen， LI Di， HUANG Dan
（Beijing Institute of Geo-exploration Technology， Beijing 102218）

Comprehensive study has been carried out in terms of landform， geology， and soil geochemistry in the apple production areas. Factors that may infuence the quality and productivity of apple have been analyzed，which include soil background value， elements effective state， environmental safety， and mineral elements in apple. We conclude that Changping district is located on an alluvial fan， which has advantageous temperature， humidity and rich mineral elements facilitating the growth of apple. Rich resources of mineral elements are available in this area due to excellent local geological conditions. By comparing the indexes of measured surface soil with the background values of the plain， we investigated the degrees of enrichment and depletion in relevant indexes， and revealed the relationship between several effective state elements and their total content， pH， and organic matter. It suggests that this area is characterized by low effective Mo. In addition， we compared the concentrations of mineral elements in the two apple areas to provide scientifc basis for further improving the quality of apple and add brand values.

Soil； Apple； Geological background； Available state； Suitability

S153；S662.1

A

1007-1903（2016）03-0036-08

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.03.007

北京市土壤地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)運(yùn)行項(xiàng)目（PXM2015-158307-000010）

安永龍（1988- ），男，碩士，從事地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)方面的研究。E-mail：aylzfj@163.com