土壤和产地污染管控与修复岗位

（以天津、河北、吉林和山东葡萄园土壤为例）

  初步摸清了环渤海湾及东北葡萄产区典型的葡萄园土壤环境质量，探索养分和重金属污染状况，评价重金属污染生态风险。我国环渤海湾及东北葡萄产区典型的葡萄园土壤机械组分不均匀，包括重、中、轻等几种质地；环渤海湾及东北葡萄产区的葡萄园土壤中全氮、速效钾和有机质处于较缺乏的水平；全磷、有效磷和全钾处于较丰富的水平；葡萄园土壤主要重金属污染以Cd和Pb为主。部分地区的葡萄园重金属含量超出当地的重金属背景值，但均未超过国家标准(GB15618-2018)；环渤海湾及东北葡萄产区典型的葡萄园土壤中，1个葡萄园被Cd中度污染，2个轻度污染，1个无污染；则1个葡萄园被Pb轻度污染，其它的均无污染。但所有葡萄园重金属污染均没有潜在生态风险。

  1 引言

  随着我国葡萄产业的快速发展，葡萄种植区域不断扩展，特别是在环渤海湾及东北地区，葡萄已成为重要的经济作物。葡萄园的土壤环境质量直接关系到葡萄的生长状况、果实品质以及葡萄酒的风味，进而影响整个葡萄产业链的可持续发展。然而，近年来，由于不合理的农业活动，如过量施用化肥和农药、不当的灌溉管理等，环渤海湾及东北地区的葡萄园土壤环境质量面临挑战。土壤污染不仅影响土壤生态平衡，还可能通过食物链对人类健康构成威胁。因此，对葡萄园土壤环境质量进行评价，对于指导农业生产、保护生态环境、确保农产品安全具有重要意义。评价葡萄园土壤重金属污染，合理采取防治措施是保证葡萄产业的可持续发展起着重大作用。在日本进行的一项研究发现，施用的氮肥与葡萄果实特性之间有着密切的联系，这种联系在一定程度上决定了葡萄的产品质量和风味。我国学者也发现，土壤中的养分水平是影响葡萄生长、成熟和最终品质的重要因素。因此，分析并评价葡萄园土壤养分含量，为因地制宜和科学种植并管理葡萄具有实际意义。

  土壤是一个由多种物质组成的非均质体 , 可分为有机物质和矿物质二大类。无论是有机物质还是矿物质,因种类和颗粒大小不同,其性质可有很大的变化, 它们与土壤中养分和重金属的作用方式和强度也有很大的差异 。已有研究表明, 土壤有机质在促进微生物活动 、养分循环和重金属的吸持与转化等方面有着重要的作用。专家学者普遍认为土壤中的养分亏缺或失衡、有害微生物种类和数量的增加以及根系分泌物导致的植物一土壤问的互作关系毒害是连作障碍的主要原因。近年来国内外土壤养分分布特征性分析以及精准农业、配方施肥等新的农业技术发展迅速，而目前新疆吐鲁番地区果园管理比较落后，不科学的施肥不仅造成投入成本的增加，还增加养分的深层渗漏而造成地下水污染，根据土壤养分状况合理的进行农业投入以获得最大的经济效益，保护农业生态环境和促进农业可持续发展具有重要意义 。

  张丹等对新疆耕地土壤养分时空变化研究，结果表明耕地土壤有机质、速效磷和碱解氮总体呈现增加的趋势，土壤肥力在不断提高，全氮含量略有下降趋势，速效钾含量下降明显; 张炎等研究表明新疆农田土壤有机质含量总体属中低水平，土壤全氮属低水平，土壤碱解氮为中等水平，土壤速效磷普遍达到中等水平，土壤速效钾北疆较高，南疆属中低水平，土壤有效微量元素含量水平为中等; 新疆吐鲁番地区鄯善土壤全氮和有机质含量低于全国平均水平，碱解氮含量极缺乏，速效磷含量缺乏，速效钾含量丰富 。有关环渤海湾及东北地区葡萄园土壤养分分布特征研究未见文献报道，本研究通过实地考察、采样及室内分析，评价渤海湾及东北地区典型的葡萄园土壤养分水平，通过应用地累积指数（geoaccumulation index，）、Håkanson潜在生态危害指数（Potential Ecological Risk Index,）法，分析重金属污染状况，为葡萄合理施肥、土壤培肥和防治重金属污染提供理论依据。

  2 材料与方法

  2.1 化学分析方法

  前往渤海湾及东北葡萄产区的天津、河北、吉林和山东等地区的典型的葡萄园，采集葡萄园土壤并在实验室晾干，过筛。采用微波消解法来消解土壤样品（表1）并采用电感耦合等离子体质谱()（美国Jarrel-ASH ICAP-9000，美国）进行测量重金属含量。采用电感耦合等离子体质谱法（）法测定各形态的浓度（表2）。土壤、壤有机质（）、有效磷、速效钾、全钾、全磷和全氮等参考“土壤农化分析”书本上的方法来测定。

  2.2 数据分析方法

  (1) 地累积指数(Igeo)

  地累积指数（geoaccumulation index，），常被作为研究沉积物和其他材料中重金属污染程度的定量指标。计算公式如下：

  式中，为重金属的含量； 为的地球化学背景值（参考当地省区的背景值）；k表示土壤本身特征、岩石地质的影响（k=）。本评价方法能够消除在污染评价过程中地球化学背景产生的偏差。Igeo的等级标准为：该值小于0时，属清洁、0与1之间属轻微污染、1与2之间属轻度污染、2与3之间属中度污染、3与4之间属重度污染、4与5之间属严重污染、大于5属极严重污染。

  (2)潜在生态风险指数

  本研究运用Håkanson潜在生态危害指数（Potential Ecological Risk Index,）法。计算公式如下：

  代表j样点土壤重金属i的浓度；为重金属i的、参比值；T为重金属的毒性系数，Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的毒性系数分别为30、2、5、5、5和1。的分级标准为：≤ 150属轻微污染、 150<<300 属中度污染、 300<<600属较强污染、600<<1200属很强污染、>1200 属极强污染。

  3 结果与分析

  3.1 葡萄园土壤肥力状况分析

  3.1.1 葡萄园土壤的机械组成特征

  土壤机械组分也对葡萄的健康成长起着重大作用。因为，土壤质地直接的影响到土壤保肥能力、养分、热容量、持水性和孔隙度等主要性质，最后，这些性质间接影响到葡萄品质。从我国渤海湾及东北葡萄产区典型的葡萄园土壤机械组分可以看出（表3），4个典型葡萄园的土壤可划分4个质地，包括，砂黏土、沙土、粉壤土和粘壤土；其中质地最重的是吉林的葡萄园土壤，砂、粘和粉的占比分别为28.34%，45.10和26.56%；质地最轻的是河北的葡萄园土壤，砂、粘和粉的占比分别为80.53%，13.40和6.07%。土壤质地的太重或太轻，对葡萄的生长都不利。比如，质地太重的土壤透气性、排水性不好，土壤容易积水，很可能导致葡萄根系的窒息，最后影响葡萄正常生长、葡萄品质和产量。土壤质地轻，虽然有利于土壤透气、排水、保肥等，但是，如果砂粒含量过高的话，不利于保水保肥，引起葡萄早熟，含糖量过高而且果粒小等一系列问题。因此，种植葡萄时，优先考虑土壤机械组分，保证葡萄产地的健康和安全。

  3.1.2 葡萄园土壤的养分指标

  土壤的肥力水平是评价其质量的关键因素之一，对于农田土壤而言，其肥力水平直接关系到作物的产出量和品质。土壤中的有机质（Organic Matter，简称OM）是土壤健康和功能的基石，在农业活动中尤为重要，有机质的充足与否往往成为土壤生产力的决定性因素。钾（K）作为一种重要的养分，对促进果实成熟、增加糖分积累、减少酸味等方面具有显著作用。葡萄在其生长过程中对钾（K）的需求非常高，这一点使得它经常被称作“K依赖型作物”。氮（N）也是葡萄生长和结果不可或缺的元素，对葡萄的健康发展具有重要影响。此外，土壤酸碱度也对葡萄正常生长起着重大作用。研究发现，6.0～7.0 的土壤pH最有利于葡萄生长，反而在pH＜4.0或pH＞8.5的土壤中，不仅降低葡萄产量而且对葡萄的生长也受到抑制。葡萄所需的养分主要通过其根系从土壤中吸收，土壤中有效养分的丰缺直接决定了葡萄的生长状况和产量。

  渤海湾及东北地区典型的葡萄园土壤养分含量如表4所示。可以看出，各个地方典型的葡萄园土壤养分含量有一定的差异。全氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾和有机质的范围分别为230~2030、740~1370 mg/kg、15.23~183.68 mg/kg、2.30~2.64 %、23~203 mg/kg、和3.5~33.20 g/kg；土壤养分的等级划分见表5。

  从环渤海湾及东北地区典型的葡萄园土壤养分评价表可知（表6），各个葡萄园土壤养分等级有一定的差异。环渤海湾及东北葡萄产区典型的葡萄园土壤养分含量较高，除了有机质含量处于较缺乏水平以外，其它养分含量属于丰富或较丰富状态；根据土壤养分实际含量，通过增施有机肥，钾肥和氮肥等方法，补充葡萄所需要的养分，可以有效提升土壤肥力，进而促进葡萄的优质生产。为了减少磷肥资源的不必要浪费以及防止由此引发的非点源污染问题，鉴于葡萄园土壤中磷及有效磷的含量普遍较为充足，应依据土壤的具体养分状况，采取均衡施肥的策略，以确保葡萄得到适宜的营养供给并促进其健康生长。在葡萄的种植过程中，采取恰当的施肥措施，不仅能够促进葡萄果实的品质和提高产量，同时也能够增强葡萄园土壤的肥沃度。

  3.2 葡萄园土壤重金属污染及其生态风险评价

  3.2.1 葡萄园土壤重金属含量

  土壤评价反映土壤的“病因”，这对土壤污染的精准治理指明了方向。从渤海湾及东北地区典型的葡萄园土壤重金属含量有一定的差异(表7)。可以看出，浓度由大到小依次为山东（0.261mg/kg）>天津（0.179mg/kg）>吉林（0.179mg/kg）>河北（0.119mg/kg），Cd含量均超出当地的重金属含量背景值（表8）；Cu的范围为7.20~14.68mg/kg，所有葡萄园Cu含量均低于当地的背景值；Zn的范围为16.59~40.78mg/kg，所有葡萄园Zn含量均低于当地的背景值；Pb浓度由大到小依次为天津（34.06mg/kg）>吉林（27.62mg/kg）>山东（25.641mg/kg）河北（19.59mg/kg）；其中河北葡萄园土壤的Pb含量超出当地的重金属含量背景值；Cr的范围为17.96~24.79mg/kg，所有葡萄园Cr含量均低于当地的背景值；Ni含量均未超出当地的重金属含量背景值；各个葡萄园土壤中、、、、和等六种重金属的含量均未超过国家标准（GB15618-2018）（表9）。

  3.2.2 典型葡萄园土壤重金属污染评价

  以各个行政区农田土壤的背景值作为参比值，应用地质累积指数法（）对我国典型的葡萄园土壤重金属污染进行评价，结果显示（表10），各个葡萄园土壤中的Cu、Zn和Ni均处于清洁水平；葡萄园的Cr均属轻度污染；河北葡萄园土壤的Cd的Igeo值小于0，为-0.244，处于清洁水平；天津（0.408）和吉林（0.266）葡萄园土壤Cd的Igeo值在0与1之间，均属轻度污染；山东（1.048）葡萄园土壤的Cd Igeo值在1与2之间，属中度污染；吉林（-0.645）、河北（-0.718）和山东（-0.593）葡萄园土壤Pb的葡萄园土壤的Igeo值均小于0，处于清洁水平；天津（0.112）葡萄园土壤Pb的Igeo值在0与1之间，属轻度污染；4个葡萄园重金属的潜在生态风险指数（）从小到大顺序依次为：山东（12.28）＜河北（12.21）＜吉林（6.70）＜天津（3.99）。可以看出，我国环渤海湾及东北葡萄产区典型的葡萄园土壤重金属潜在生态风险指数均小于，均没有潜在生态风险。从我国环渤海湾及东北葡萄产区典型的葡萄园土壤环境质量评价结果表明，葡萄园土壤重金属污染以Cd和Pb为主；尤其是山东地区的葡萄园土壤重金属污染比较严重。

  4 小结

  (1)我国环渤海湾及东北葡萄产区典型的葡萄园土壤机械组分不均匀，包括重、中、轻等几种质地；葡萄园土壤中全氮、速效钾和有机质处于较缺乏的水平；全磷、有效磷和全钾处于较丰富的水平。

  (2)我国环渤海湾及东北葡萄产区典型的葡萄园土壤主要重金属污染以和为主。部分地区的葡萄园重金属含量超出当地的重金属背景值，但均未超过国家标准()。

  (3)环渤海湾及东北葡萄产区典型的葡萄园土壤中，1个葡萄园被Cd中度污染，2个轻度污染，1个无污染；则1个葡萄园被Pb轻度污染，其它的均无污染。但所有葡萄园重金属污染均没有潜在生态风