劉玉學， 陳立天， 戴美松， 施澤彬， 汪玉瑛， 呂豪豪， 何莉莉， 楊生茂*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.浙江農(nóng)林大學 環(huán)境與資源學院，浙江 杭州 311300；3.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 園藝研究所，浙江 杭州 310021； 4.浙江省生物炭工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310021)

中國是世界上梨栽培面積最大的國家，截至2017年底，我國梨栽培面積約96萬hm2，總產(chǎn)量約1 653萬t，分別占世界總栽培面積和總產(chǎn)量的69.1%和68.4%[1]。浙江省氣候適宜，自然條件優(yōu)越，很適宜梨樹生長，截至2015年浙江省梨園面積超2.28萬hm2，生產(chǎn)梨果實38.4萬t[2]。在植物的生長和發(fā)育過程中，礦質(zhì)營養(yǎng)是高等綠色植物生長過程中可維系其正常生長、促進其新陳代謝的無機營養(yǎng)元素。常見的大量元素如氮、磷、鉀等在梨樹的光合作用、葉綠素的形成、水分的吸收方面發(fā)揮著重要的作用[3]。氮是梨樹合成蛋白質(zhì)、核酸及各種生理活性物質(zhì)的重要成分。磷是梨樹生長發(fā)育過程中必需的一種營養(yǎng)元素。鉀不僅能夠促進梨樹的生長發(fā)育，在開花結(jié)果過程中更是起著至關(guān)重要的作用，如促進果實生長發(fā)育、提高果實產(chǎn)量、改善果品品質(zhì)、增加樹體抗性等[4]。

重金屬在土壤中較穩(wěn)定、難降解，長期殘留，導致農(nóng)田土壤質(zhì)量下降，從而影響到農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全[5]。近年來，國內(nèi)外學者對農(nóng)田、城市及礦區(qū)等土壤重金屬的分布特征與污染評價開展了大量研究[6-8]，但對梨園土壤重金屬含量及其風險研究仍相對較少。摸清梨園土壤重金屬含量，對于建設(shè)綠色安全的梨生產(chǎn)體系、保障梨產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。我們于2019—2020年對浙江省杭州、寧波、嘉興、紹興、金華、麗水等地區(qū)12個代表性梨園采集的60個土壤樣品進行理化性質(zhì)和重金屬含量分析，旨在為浙江省梨園土壤環(huán)境質(zhì)量和養(yǎng)分管理以及梨果產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域及樣品采集

根據(jù)浙江省梨產(chǎn)業(yè)的區(qū)域分布特征，于2019—2020年在富陽、海寧、慈溪、上虞、東陽、武義、縉云等縣(市、區(qū))的12個典型梨園采集土壤樣品60份。梨園點位編號如表1所示。采用S形布點，在樹冠垂直投影處附近滴水線(以樹干為圓點向外延伸到滴水線邊緣的三分之二處)對角線位置分別采集0～<20 cm和20～40 cm土層的土壤樣品。將采集的土壤樣品剔除植物殘體及礫石等雜物后混合均勻，用四分法留1 kg土樣，自然風干后磨碎，過2 mm篩，置于陰涼干燥處保存?zhèn)溆谩?/p>

表1 浙江省典型梨園采樣信息及樣品編號

1.2 檢測方法

土壤pH按照土水比1∶2.5制作土壤懸液后采用酸度計測定[9]；土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定[9]；土壤總氮含量采用凱氏蒸餾法測定[9]；土壤有效磷含量采用HCl-NH4F浸提-鉬銻抗比色法測定[9]；土壤速效鉀含量采用NH4OAc浸提-火焰光度法測定[9]。

1.3 統(tǒng)計分析

本研究針對浙江省典型性和代表性梨園土壤進行采樣分析，由于各地方土壤質(zhì)量原本存在較大差異，以及各梨園的田間管理(尤其是施肥水平及水分管理等)措施均不相同，再加上梨樹品種和樹齡不盡相同導致的養(yǎng)分利用情況也存在一定差異，因此，對土壤理化性質(zhì)的分析需要充分考慮不同樣品之間的差異，尤其是對傳統(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)偏差較大的樣品需要重點關(guān)注。采用Excel對數(shù)據(jù)進行處理，包括對各指標平均值、最大值、最小值等進行計算，采用SigmaPlot 10.0軟件繪制箱線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 梨園土壤理化性質(zhì)

土壤pH是影響土壤微生物活性和土壤養(yǎng)分有效性的重要因子。浙江省代表性梨園土壤pH結(jié)果如圖1所示。梨園表層0～<20 cm土壤pH平均值為5.24，其中最大值為CX-W樣品(6.78)，最小值為WY-S樣品(3.95)，總體上梨園表層土壤均呈酸性。此外，20～40 cm土壤平均值為5.31，其中最大值為CX-W樣品(7.12)，最小值為WY-S樣品(3.74)。由此可見，對于0～40 cm深度土壤pH，慈溪CX-W土壤樣品在浙江代表性梨園中pH最高，而武義WY-S土壤樣品pH最低，酸化程度相對最為嚴重。

圖1 浙江省代表性梨園土壤pH

浙江省代表性梨園土壤有機質(zhì)結(jié)果如圖2所示。梨園表層0～<20 cm土壤有機質(zhì)平均值為24.7 g·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(51.6 g·kg-1)，最小值為CX-W樣品(5.06 g·kg-1)。對于20～40 cm深層土壤，有機質(zhì)平均值為16.0 g·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(38.8 g·kg-1)，最小值為CX-W樣品(4.17 g·kg-1)。

圖2 浙江省代表性梨園土壤有機質(zhì)含量

浙江省代表性梨園土壤總氮含量如圖3所示。梨園表層0～<20 cm土壤總氮平均值為1.62 g·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(4.01 g·kg-1)，最小值為CX-W樣品(0.41 g·kg-1)。對于20～40 cm深層土壤，總氮平均值為1.05 g·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(2.64 g·kg-1)，最小值為CX-W樣品(0.24 g·kg-1)。

圖3 浙江省代表性梨園土壤總氮含量

浙江省代表性梨園土壤有效磷含量如圖4所示。梨園表層0～<20 cm土壤有效磷含量平均值為78.3 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(322.1 mg·kg-1)，最小值為FY-D樣品(17.2 mg·kg-1)。對于20～40 cm深層土壤，有效磷含量平均值為69.2 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(331.0 mg·kg-1)，最小值為CX-W樣品(17.2 mg·kg-1)。

圖4 浙江省代表性梨園土壤有效磷含量

浙江省代表性梨園土壤速效鉀含量如圖5所示。梨園表層0～<20 cm土壤速效鉀平均值為316.5 mg·kg-1，其中最大值為JX-Y樣品(519.7 mg·kg-1)，最小值為SY-X樣品(110.3 mg·kg-1)。對于20～40 cm深層土壤，速效鉀平均值為281.4 mg·kg-1，其中最大值為JX-Y樣品(480.9 mg·kg-1)，最小值為SY-X樣品(74.0 mg·kg-1)。

圖5 浙江省代表性梨園土壤速效鉀含量

2.2 梨園土壤重金屬含量

浙江省代表性梨園土壤Cu含量如圖6所示。梨園表層0～<20 cm土壤Cu含量平均值為25.9 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(70.0 mg·kg-1)，最小值為JY-L樣品(13.2 mg·kg-1)。對于20～40 cm深層土壤，Cu含量平均值為23.3 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(59.4 mg·kg-1)，最小值為JY-L樣品(10.9 mg·kg-1)。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標準，所有調(diào)查梨園土壤Cu含量均低于二級標準，即保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護人體健康的土壤限制值(150 mg·kg-1)(果園pH<6.5)。

圖6 浙江省代表性梨園土壤Cu含量

浙江省代表性梨園土壤Zn含量如圖7所示。梨園表層0～<20 cm土壤Zn含量平均值為81.9 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(206 mg·kg-1)，最小值為SY-X樣品(53.4 mg·kg-1)。對于20～40 cm深層土壤，Zn含量平均值為69.2 mg·kg-1，其中最大值為WY-S樣品(116 mg·kg-1)，最小值為FY-Q樣品(48.5 mg·kg-1)。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標準，除了WY-S樣品0～20 cm土壤Zn含量為206 mg·kg-1外，其他所有調(diào)查梨園土壤Zn含量均低于二級標準(200 mg·kg-1)(pH<6.5)。

圖7 浙江省代表性梨園土壤Zn含量

浙江省代表性梨園土壤Pb含量如圖8所示。梨園表層0～<20 cm土壤Pb含量平均值為20.6 mg·kg-1，其中最大值為JY-B樣品(38.6 mg·kg-1)，最小值為CX-C樣品(4.18 mg·kg-1)。對于20～40 cm深層土壤，Pb含量平均值為17.8 mg·kg-1，其中最大值為JY-L樣品(31.8 mg·kg-1)，最小值為CX-C樣品(0.24 mg·kg-1)。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標準，所有調(diào)查梨園土壤Pb含量均低于二級標準，即保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維護人體健康的土壤限制值(250 mg·kg-1)(pH<6.5)。

圖8 浙江省代表性梨園土壤Pb含量

浙江省代表性梨園土壤Cd含量如圖9所示。梨園表層0～<20 cm土壤Cd含量平均值為1.03 mg·kg-1，其中最大值為DY-Q樣品(5.40 mg·kg-1)，最小值為FY-D2、FY-Q、JY-L、JY-B樣品均未檢出。對于20～40 cm深層土壤，Cd含量平均值為0.85 mg·kg-1，其中最大值為DY-Q樣品(3.38 mg·kg-1)，最小值為FY-D2、FY-Q、JY-L、JY-B、WY-S樣品均未檢出。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標準，調(diào)查梨園土壤Cd含量平均值已超過二級標準(0.3 mg·kg-1)(pH<6.5)，存在較大的Cd污染風險。

圖9 浙江省代表性梨園土壤Cd含量

浙江省代表性梨園土壤Cr含量如圖10所示。梨園表層0～<20 cm土壤Cr含量平均值為32.7 mg·kg-1，其中最大值為FY-D2樣品(53.9 mg·kg-1)，最小值為JY-L樣品(12.7 mg·kg-1)。對于20～40 cm深層土壤，Cr含量平均值為36.7 mg·kg-1，其中最大值為FY-D2樣品(55.5 mg·kg-1)，最小值為JY-B樣品(15.7 mg·kg-1)。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標準，所有調(diào)查梨園土壤Cr含量均低于二級標準，即保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)維護人體健康的土壤限制值(150 mg·kg-1)(旱地pH<6.5)。

圖10 浙江省代表性梨園土壤Cr含量

3 小結(jié)與討論

土壤酸堿性是土壤理化性狀的基礎(chǔ)，對土壤養(yǎng)分有效性、土壤微生物活性以及梨樹的生長發(fā)育均有明顯的影響[10]。浙江省代表性梨園土壤總體上均呈酸性，表層0～<20 cm土壤pH平均值為5.24，20～40 cm土壤平均值為5.31。武義地區(qū)采樣點的土壤樣品pH最低，其表層0～<20 cm土壤pH為3.95，20～40 cm土壤pH為3.74，酸化程度相對最為嚴重。浙江省梨園土壤多數(shù)為紅壤，紅壤土酸性較強，保肥能力弱；土壤長期施含氮、磷、鉀的化肥為主而有機肥偏少也會加重酸化程度[11]。針對土壤酸化嚴重的梨園，建議在施肥時注意多施偏堿性的肥料或者選擇堿性土壤調(diào)理劑(例如鈣鎂磷肥、生石灰、生物炭等)來提高土壤pH[12]。在酸性至中性土壤中，pH隨土壤有機質(zhì)含量的提高而增加[13]。因此，配施有機肥是改善土壤酸化的有效方式之一[14]。

土壤肥力的物質(zhì)組成基礎(chǔ)是有機質(zhì)，有機質(zhì)可以調(diào)節(jié)土壤的養(yǎng)分平衡，有效提高土壤肥力[15]。梨園土壤的有機質(zhì)含量呈現(xiàn)出武義采樣點較高，慈溪采樣點較低的現(xiàn)象。對于有機質(zhì)含量較低的采樣點可以通過增加廄肥或生草栽培的方式來增加有機質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分[16]；同時，可將有機肥和生理堿性肥料(如氫氧化鎂、鈣鎂磷等)結(jié)合在一起施加，適量施用生石灰，調(diào)整土壤緩沖性能和pH[17]。對于有機質(zhì)含量較高的地區(qū)可以通過嚴格控制氮肥的施用量進行調(diào)節(jié)。

土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素對梨樹的生長發(fā)育至關(guān)重要。梨樹生長過程需要大量氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素。梨園土壤的總氮、有效磷含量總體比較穩(wěn)定，但是武義采樣點總氮、有效磷含量偏高，慈溪采樣點總氮、有效磷含量偏低。土壤中總氮含量的多少可能與當?shù)氐耐寥李愋陀嘘P(guān)，也可能與當?shù)剞r(nóng)民的習慣施肥量多少有關(guān)[18]。土壤中有效磷含量豐富，說明在平時的生產(chǎn)中比較重視磷肥的施用，也可能與磷肥易于和土壤固定有關(guān)。有效磷含量的缺乏可能是由于土壤酸化加劇，導致酸性土壤對磷的吸附固定作用加強而降低了磷對梨樹的生物有效性[19]。從梨園土壤速效鉀的含量來看，總體比較穩(wěn)定，但是嘉興采樣點含量較高，上虞采樣點含量較低。建議要合理控制氮、磷、鉀肥料的施用量，做到合理施肥，確保梨果的產(chǎn)量和品質(zhì)[20]。

隨著人類農(nóng)業(yè)化工水平的不斷提高，農(nóng)藥、肥料的施用越來越頻繁，重金屬元素易在土壤中積累，當重金屬含量超過一定風險閾值，土壤將逐漸失去自凈能力，進一步形成土壤重金屬污染。本研究中梨園土壤重金屬含量基本符合土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準，Cu、Zn、Pb、Cr含量均低于二級標準。東陽采樣點梨園土壤Cd含量為：0～<20 cm表層土壤5.40 mg·kg-1，20～40 cm深層土壤3.38 mg·kg-1，已超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準0.3 mg·kg-1(pH<6.5)，存在較大的Cd污染風險。Cd不是人體必需元素，在自然界中常以化合物狀態(tài)存在，一般含量很低。但人為活動中，Cd廣泛應(yīng)用于電鍍、化工、電子等行業(yè)領(lǐng)域。果園土壤中Cd可能來源于磷肥或其他化肥的重金屬雜質(zhì)、塑料制品的使用以及采礦業(yè)和制造業(yè)的危險廢物[21]。環(huán)境中大量的Cd污染主要出現(xiàn)在水體污染方面，而梨園一般地處丘陵地帶，因此，水體污染對其影響較小。針對重金屬含量較高的梨園，建議先對已經(jīng)受污染的梨園進行污染源解析，加強污染源頭防控。同時對于新的梨園選址應(yīng)當遠離工業(yè)區(qū)等重污染地區(qū)。在梨園管理上，應(yīng)該定期進行環(huán)境監(jiān)測，做到嚴格、精準施肥確保梨果的品質(zhì)。

浙江省梨園土壤pH整體呈酸性，有機質(zhì)、總氮、有效磷、速效鉀的含量總體適宜，但不同地區(qū)采樣點之間的差異較大。調(diào)查的梨園土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cr含量總體符合土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準，個別地區(qū)采樣點存在鎘含量超標問題，應(yīng)引起重視。建議浙江省梨園種植區(qū)域要加強土壤酸化的治理，合理施用氮、磷、鉀肥料，增施有機肥提高土壤肥力，從梨園養(yǎng)分管理及重金屬污染等多方面進行防治，確保梨園種植區(qū)土壤質(zhì)量健康和梨果品質(zhì)安全。