寇天樂，陳香伊，叢孟菲，胡 洋，孫 霞,2，賈宏濤,2

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆土壤與植物生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊830052)

山藥(DioscoreaoppositifoliaL.)是薯蕷科薯蕷屬的多年生草本蔓性植物，藥食同源，具有增強(qiáng)免疫力、助消化、降血糖、抗衰老、抗腫瘤等功能，在我國生產(chǎn)、栽培、利用歷史悠久[1]。山藥栽培范圍非常廣泛，南北各地都有種植，且具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。

新疆作為西北地區(qū)山藥栽培新興區(qū)，發(fā)展較快。常年種植山藥的地區(qū)，由于其單一的種植結(jié)構(gòu)和種植特點(diǎn)，長期不變地種植固定品種，使其土壤環(huán)境逐漸劣變，易造成病蟲害多發(fā)且減產(chǎn)嚴(yán)重的現(xiàn)象，其耕地土壤有潛在遭受污染的可能[2]。近年來，眾多研究對我國各地區(qū)的耕地土壤質(zhì)量進(jìn)行了不同形式地調(diào)查與評價(jià)，其中不乏對西北地區(qū)耕地開展的土壤質(zhì)量調(diào)查與評價(jià)。姜北[3]對河北省麻山藥主產(chǎn)區(qū)的耕地土壤適宜性進(jìn)行了評價(jià)，并劃分了土壤無公害、綠色、有機(jī)種植適宜區(qū)。王東等[4]對華北平原山藥主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了土壤肥力和養(yǎng)分平衡現(xiàn)狀及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)山藥田土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量為極低水平，有效磷含量為偏低水平，速效鉀含量則為高水平。目前，已有關(guān)于西北地區(qū)山藥生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在主要問題的研究[5]，但針對我國西北地區(qū)山藥栽培新興區(qū)的耕地土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與評價(jià)卻鮮見報(bào)道。

本研究以新疆傳統(tǒng)山藥種植區(qū)五家渠耕地土壤為研究對象，開展耕地土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與評價(jià)，對深入了解五家渠市及其周邊山藥種植區(qū)耕地土壤是否安全，以及制訂山藥種植區(qū)耕地土壤保護(hù)措施，都具有一定的參考意義，也為未來西北干旱區(qū)山藥種植耕地土壤的可持續(xù)利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆五家渠市境內(nèi)（87°17” 42″~87°43” 15″E，43°59” 25″~44°39” 00″N），地處博格達(dá)峰北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣[6]。屬于溫帶大陸性氣候，海拔380~410 m，年均氣溫為6~7℃，無霜期158 d，日照率為60%~70%，年平均降水量約為190 mm，年蒸發(fā)量約為2 000 mm[7]。

1.2 研究區(qū)水肥管理情況

研究區(qū)采用滴灌方式，每年4月20日前后進(jìn)行第1次灌溉，并施入基肥。每公頃施入600 kg史丹利三銨，750 kg二銨復(fù)合肥作為基肥。視山藥生長情況進(jìn)行追肥，每公頃每次施入75~90 kg磷酸二氫鉀。9月20日前后進(jìn)行最后1次灌溉，結(jié)束水肥管理。

1.3 樣品采集

2021年4月3日，在五家渠市101團(tuán)六連（L）、下泉子村（X）、五家渠市共青團(tuán)（G）3處典型山藥集中連片種植區(qū)各選擇6塊耕地（每處地塊面積2~3 hm2），每塊耕地取6個(gè)點(diǎn)位，用“S”形采樣法采集樣品。采樣時(shí)避開堆肥，溝渠等環(huán)境，用土鉆采集0~20 cm土壤，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，分別過1、0.25 mm標(biāo)準(zhǔn)尼龍篩。

1.4 測定指標(biāo)

測定采集土壤樣品的pH值、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀等理化性質(zhì)，測定土壤樣品重金屬鋅、銅、鉛、鎘的含量，評價(jià)研究區(qū)土壤重金屬污染情況，計(jì)算重金屬污染指數(shù)，結(jié)合測定指標(biāo)，對山藥種植區(qū)耕地進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)[8]。

1.5 測定方法

土壤pH值以水土比2.5∶1浸提后使用pH值計(jì)測定；土壤有機(jī)碳采用濃硫酸-重鉻酸鉀外加熱法測定；土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定；土壤有效磷和全磷采用鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀和全鉀使用火焰光度計(jì)測定；土壤全氮使用凱氏定氮法測定[9]；土壤重金屬樣品采用HF-HClO4-HNO3消解，銅、鋅用火焰原子吸收法測定，鉛、鎘用石墨爐原子吸收法測定[10]。

對山藥種植區(qū)土壤重金屬污染情況，執(zhí)行GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》[11]中的風(fēng)險(xiǎn)篩選值和管制值。土壤重金屬采用單因子污染指數(shù)法和綜合指數(shù)法，評價(jià)各地塊污染程度。單項(xiàng)污染指數(shù)可以直觀的反映環(huán)境介質(zhì)中各土壤重金屬的污染水平。公式如下：

式中，Pi為單因子污染指數(shù)；Ci為污染物i實(shí)測值；Si為污染物i評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值。當(dāng)Pi＜1，表示單因子污染物未超標(biāo)；Pi＞1，表示單因子污染物超標(biāo)，Pi越大污染越嚴(yán)重。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 單因子污染指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法可用于評價(jià)整個(gè)區(qū)域被多種重金屬污染的土壤，突出污染指數(shù)最大的污染物對環(huán)境質(zhì)量的影響和作用[12]，其評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：P綜≤1，無污染；1＜P綜≤2，輕度污染；2＜P綜≤3，中度污染；P綜＞3，重度污染。公式如下:

式中，P綜為土壤綜合污染指數(shù)；Pi為土壤各單項(xiàng)污染指數(shù)Pi的平均值；Pmax為土壤各單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，SPSS 26.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析；采用Origin 2018對土壤基礎(chǔ)化學(xué)性質(zhì)、土壤重金屬含量進(jìn)行柱狀圖繪制[13]。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤養(yǎng)分變化

如表2所示，五家渠市及周邊山藥種植區(qū)土壤pH值在7.14~8.08之間，G區(qū)土壤pH值顯著高于X、L區(qū)，分別高出2.31%、2.71%。X、L、G 3個(gè)區(qū)域的各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)中，土壤堿解氮、全氮、全磷含量均無顯著差異(P＞0.05)。土壤堿解氮、有效磷、速效鉀平均為43.34、5.39、289.19 mg·kg-1。全氮、全磷、全鉀含量平均為3.73、2.17、7.49 g·kg-1。土壤有機(jī)質(zhì)含量平均為12.91 g·kg-1。

表2 土壤養(yǎng)分狀況

G、L區(qū)土壤有效磷含量無顯著性差異(P＞0.05)，整體在5.60~5.70 mg·kg-1之間，但顯著高于X區(qū)(P＜0.05)，分別高出17.48%、17.52%。G區(qū)土壤速效鉀、全鉀、有機(jī)碳含量顯著低于X、L區(qū)(P＜0.05)，土壤速效鉀含量整體在167.44~303.22 mg·kg-1之間，分別低出30.47%、19.88%；土壤全鉀含量整體在4.25~6.61 g·kg-1之間，分別低出34.43%、37.80%；土壤有機(jī)質(zhì)含量整體在8.70~11.94 g·kg-1之間,分別低出28.73%、25.97%。總體看來，土壤速效鉀、全鉀含量較為充足，但土壤堿解氮、有效磷及全磷含量較低，需及時(shí)補(bǔ)充。

2.2 山藥種植區(qū)土壤重金屬污染情況

山藥種植區(qū)農(nóng)田重金屬情況如圖1，X、L、G區(qū)域的鋅含量最高為71.49 mg·kg-1，最低為68.17 mg·kg-1；銅含量最高為2.36 mg·kg-1，最低為1.89 mg·kg-1；鉛、鎘含量平均為2.51 mg·kg-1、0.12 mg·kg-1。X、L、G區(qū)域的鋅、銅、鉛、鎘的含量均無顯著性差異(P＜0.05)。

圖1 山藥種植區(qū)土壤重金屬含量特征

執(zhí)行GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》標(biāo)準(zhǔn)下，其他農(nóng)用地的風(fēng)險(xiǎn)篩選值和管制值。與此標(biāo)準(zhǔn)下土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值進(jìn)行對比可得，該山藥種植區(qū)土壤鋅、銅、鉛、鎘的含量，均遠(yuǎn)小于篩選值。

采用單因子污染指數(shù)法，得出單個(gè)重金屬的污染情況。如表3所示，3塊區(qū)域采集農(nóng)田鋅、銅、鉛、鎘4項(xiàng)重金屬單因子污染指數(shù)Pi均小于1，污染等級為一級，均為未污染。

表3 農(nóng)田單因子污染情況

根據(jù)單項(xiàng)污染指數(shù)，計(jì)算內(nèi)梅羅污染指數(shù)。如表4所示，3個(gè)區(qū)域綜合污染指數(shù)P綜分別為0.185、0.189、0.179，P綜≤1，均為Ⅰ級的安全無污染等級。

表4 農(nóng)田綜合污染情況

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

隨著食品安全生產(chǎn)越來越受到重視，產(chǎn)地土壤環(huán)境健康隨之受到廣泛關(guān)注。近年來，國內(nèi)外均有對山藥種植區(qū)耕地土壤進(jìn)行的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查，及對山藥產(chǎn)區(qū)土壤適宜性進(jìn)行的研究[14]。從土壤養(yǎng)分變化來看，五家渠市及周邊山藥種植區(qū)土壤pH值在7.14~8.08之間，速效鉀含量較為充足，但土壤全磷及有效磷含量較低，原因可能是磷肥施入土壤后，轉(zhuǎn)化為難溶態(tài)磷，導(dǎo)致土壤中有效磷含量極大降低[15]。應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充磷肥。研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量充足，且速效鉀含量較高，較適宜種植山藥。

重金屬污染的有無常被作為耕地土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的一部分，尤其是銅、鋅、鉛、錳、鎘、砷等重金屬在土壤中的含量[16]。新疆耕地土壤鋅、銅、鉛、鎘元素的背景值分別為68.8、26.7、19.4、0.12 mg·kg-1[17]。本研究測得研究區(qū)土壤鎘含量在0.11~0.13 mg·kg-1之間，鎘平均濃度為0.12 mg·kg-1，恰好為新疆耕地土壤鎘元素背景值，遠(yuǎn)小于農(nóng)用地土壤鎘污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值0.6 mg·kg-1，且鉛、鎘、鋅、銅的含量均遠(yuǎn)小于對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)下的土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值。由此可知，本研究區(qū)中重金屬含量并未超標(biāo)，但鋅含量略高于新疆耕地土壤元素背景值，其原因可能是由于北疆土壤全鋅的空間異質(zhì)性造成的。

3.2 結(jié)論

（1）五家渠山藥種植區(qū)中G區(qū)土壤pH值和有效磷含量較X、L區(qū)域高，但速效鉀、全鉀、有機(jī)碳含量較低。堿解氮、全氮、全磷在3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)間無顯著差異。研究區(qū)全鉀含量較高，速效鉀含量較為充足。土壤堿解氮、全磷及有效磷含量較低，需及時(shí)補(bǔ)充。

（2）五家渠山藥種植區(qū)土壤的鋅、銅、鉛、鎘濃度分別平均為69.93、2.07、2.49、0.12 mg·kg-1，分別為新疆土壤元素背景值的102%、7.75%、12.84%、100%。

（3）五家渠山藥種植區(qū)土壤鉛、鎘、鋅、銅的含量均小于對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)下的土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值。單因子污染指數(shù)Pi均＜1，污染等級均為未受污染。3個(gè)區(qū)域內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別為0.185、0.189、0.179，P綜≤1，為Ⅰ級的安全無污染等級。研究區(qū)域土壤屬未受鉛、鎘、鋅、銅污染。