土壤和产地污染管控与修复岗位

  初步摸清了秦岭淮河以南亚热带避雨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。我国秦岭淮河以南亚热带避雨葡萄产区主要分布在我国的秦岭、淮河以南地区。这些地区属于亚热带湿润气候，气候多雨湿热，属于葡萄非适宜或次适宜区，因此该区设施栽培较多。在这些产区，避雨栽培技术被广泛应用，以减少由于高温多雨气候导致的葡萄病害，如霜霉病、炭疽病和黑痘病的发生。避雨栽培通过在葡萄植株上方搭建保护性结构，减少雨水直接落在植株上，从而有效控制病害的发生和蔓延。秦岭淮河以南亚热带避雨葡萄产区的葡萄园土壤中全氮和速效钾处于较缺乏的水平；有机质、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)；秦岭淮河以南亚热带避雨葡萄产区典型的葡萄园土壤中，2个葡萄园被Cd轻度污染，1个无污染；2个葡萄园被Pb轻度污染1个无污染；但所有葡萄园重金属污染均没有潜在生态风险。

  1 引言

  葡萄作为世界上重要的果树作物之一，在水果生产和酿酒工业中占有重要地位。随着我国葡萄产业的快速发展，葡萄种植面积不断扩大，产量逐年增加。然而，不合理的耕作方式、过度施用化肥和农药、以及工业污染等因素，导致部分葡萄产区土壤环境质量下降，影响了葡萄的生长和品质，进而对葡萄产业的可持续发展构成威胁。因此，开展葡萄园土壤环境质量评价研究，对于指导农业生产、保护和改善土壤环境、提高葡萄品质具有重要意义。葡萄园土壤环境质量评价是实现土壤资源可持续利用的重要手段。通过对葡萄园土壤环境质量进行评价，可以了解土壤中养分状况、污染程度和生态风险，为制定合理的土壤管理措施提供科学依据。此外，该研究有助于提高葡萄产区土壤环境质量，保障葡萄产品的安全性，促进农业可持续发展 。本研究旨在评估葡萄产区土壤环境质量，分析影响葡萄生长的主要限制因子。土壤理化性质分析、土壤养分状况评价、土壤污染风险评估、土壤环境质量空间分布特征分析等。有关秦岭淮河以南亚热带避雨葡萄产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，为揭示葡萄园土壤环境质量现状，为葡萄产区土壤管理和改良提供理论支持。

  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

  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），3个典型葡萄园的土壤可划分3个质地，包括，砂壤土、黏土、粉黏壤土和粘壤土；其中质地最重的是广东的葡萄园土壤，粘、粉和砂的占比分别为39.05%，45.80和15.15%；质地最轻的是湖南的葡萄园土壤，粘、粉和砂的占比分别为35.64%，10.06和54.30%。

  土壤质地对葡萄生长的影响主要体现在以下几个方面：土壤的排水性对葡萄生长至关重要。砂质土壤排水性好，但保水性差，可能导致葡萄树在干旱时期缺水。相反，黏土的保水性好，但排水性差，可能导致根部腐烂。土壤的通气性影响葡萄根系的呼吸作用。轻壤土和砂壤土通常具有良好的通气性，有利于根系生长 。土壤温度对葡萄生长也很重要。砂质土壤和砾石土壤在白天吸收热量快，在夜间释放热量，有助于葡萄成熟。土壤颗粒的大小影响土壤的孔隙度和水分保持能力。粗砂和砾石土壤通常有利于葡萄生长，因为它们提供了良好的排水和通气条件。轻壤土和砂壤土通常是最适宜葡萄生长的土壤，因为它们提供了良好的排水、通气和保水条件，有助于葡萄根系的生长和果实品质的提高。

 

 

  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。

  秦岭淮河以南亚热带避雨葡萄产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0.310~1.160g/kg、0.360~1.140 g/kg、5.92~59.25 mg/kg、24.10~29.80 g/kg、31~116 mg/kg、和9.10~55.10 g/kg；土壤养分的等级划分见表5。

  有效磷（mg/kg) >40 20~40 10~20 5~10 ≦5

  速效钾（mg/kg) >200 150~120 100~150 50~100 ≦50

 

  从秦岭淮河以南亚热带避雨葡萄产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。秦岭淮河以南亚热带避雨葡萄产区典型的葡萄园土壤养分含量一般，有机质含量、有效磷和全钾比较丰富，速效钾和全氮处于较缺乏状态；根据土壤养分实际含量，通过增施钾肥和氮肥等方法，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。从秦岭淮河以南亚热带避雨葡萄产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宁波（0.17mg/kg）>广东（0.12mg/kg）>湖南（0.11mg/kg），其中前两者的Cd含量均超出当地的重金属含量背景值（表8）；Cu的范围为8.51~21.94mg/kg，所有葡萄园Cu含量均低于当地的背景值；Zn的范围为36.36~23.20mg/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湖南（72.78mg/kg）>宁波（48.72mg/kg）>广东（44.91mg/kg），Cd含量均超出当地的重金属含量背景值（表8）；Cr的范围为27.64~56.64mg/kg，所有葡萄园Cr含量均低于当地的背景值；湖南葡萄园Ni的含量（33.34mg/kg）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、Cr和Ni均处于清洁水平（Igeo值小于0）；湖南和宁波葡萄园的Pb均属轻度污染（Igeo值在0与1之间）；广东和宁波葡萄园的Cd均属轻度污染（Igeo值在0与1之间）；3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：湖南（3.46）＜宁波（7.08）＜广东（8.34）。可以看出，我国秦岭淮河以南亚热带避雨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。从我国秦岭淮河以南亚热带避雨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。

 

 

  3.4 小结

  (1)我国秦岭淮河以南亚热带避雨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；葡萄园土壤中全氮和速效钾处于较缺乏的水平；有机质、有效磷和全钾处于较丰富的水平。

  (2)我国秦岭淮河以南亚热带避雨葡萄产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)秦岭淮河以南亚热带避雨葡萄产典型的葡萄园土壤中，2个葡萄园被Cd轻度污染，1个无污染；2个葡萄园被Pb轻度污染，1个无污染。但所有葡萄园重金属污染均没有潜在生态风险。