天津市郊區(qū)果園土壤重金屬銅積累狀況調(diào)查分析

盧樹昌 高 悅

摘要:針對(duì)目前天津郊區(qū)果園土壤全銅積累狀況不明的問題,筆者通過樣品采集與分析,對(duì)銅污染狀況進(jìn)行了調(diào)查研究。結(jié)果表明,葡萄園土壤表層(0~10 cm)全銅含量為216.7 mg/kg,已經(jīng)發(fā)生輕度污染,桃園、梨園土壤表層全銅存在環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)。土壤表層銅積累程度遠(yuǎn)高于10 cm深度以下土壤,尤其在葡萄園。隨著果樹樹齡的增長(zhǎng),土壤表層銅積累加重。最后指出,噴施含銅殺菌劑和施用規(guī)模畜禽養(yǎng)殖糞便等外源銅的輸入是果園土壤銅積累的重要原因。該研究為天津果園土壤重金屬銅環(huán)境質(zhì)量狀況研究和治理提供了參考,對(duì)果園合理管理,發(fā)展優(yōu)質(zhì)、高效果園生產(chǎn)有一定的積極指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:果園;土壤重金屬銅;積累;調(diào)查

中圖分類號(hào): X825;S606+.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-6500(2009)01-0041-04

Investigation and Analyses on Metal Copper Accumulation of Orchard Soil in Tianjin Suburb

LU Shu-chang, GAO Yue

(Department of Agronomy, Tianjin Agriculture University, Tianjin 300384, China)

Abstract:An investigation and research was carried out on orchard soil copper contamination situation by collecting and determining soil samples. The results showed that the 0~10 cm vineyard soil was slightly polluted, the total copper content was 216.7 mg·kg-1,the soil copper of peach and pear orchards existed potential environmental risk; the soil copper acumination degree of soil surface layer was more higher than ones of >10 cm soil depth; with the increase of fruit tree ages, the soil copper accumulation was more seriously. Finally, it advanced that the important reasons of copper accumulation were copper pesticide sprayed, domestic animal manure application, polluted water irrigation, and so on. The study will provide some references for investigating the environmental quality situation of soil copper in Tianjin and has some positive guide significances for managing reasonably, developing high quality and efficiency fruit production.

Key words: orchard; soil meatal copper; acumination; investigation

銅是果樹必需的微量營養(yǎng)元素之一,參與葉片光合作用和蛋白質(zhì)、碳水化合物等代謝作用,缺銅會(huì)影響果樹的生長(zhǎng)發(fā)育[1]。但同時(shí)銅又是一種重金屬元素,在土壤中的大量積累不僅會(huì)污染環(huán)境,而且會(huì)影響果樹的生長(zhǎng),降低水果的品質(zhì),并可以通過食物鏈進(jìn)入人、畜體內(nèi)累積起來,威脅人、畜的健康[2-4]。果樹霉菌病是影響果樹正常生長(zhǎng)的重要病害,含銅殺菌劑是防治霉菌病的重要制劑[5]。波爾多液等含銅殺菌劑是國內(nèi)外果園使用歷史較久的農(nóng)藥,其在果園中的使用不僅頻繁而且用量大,因此果園土壤中的銅逐步累積[6]。據(jù)報(bào)道,國外許多果園土壤銅積累嚴(yán)重。如東非咖啡園0~5 cm土層深度全銅的濃度是15~30 cm土層的3倍。法國葡萄園中全銅含量達(dá)到100~1 000 mg/kg,而一般耕地僅5~30 mg/kg。英國蘋果園土壤銅含量有的高達(dá)1 500 mg/kg[7-9]。我國果園土壤銅的積累亦有報(bào)道。浙江調(diào)查柑桔園和江蘇蘋果園土壤全銅超標(biāo)率分別為45.5%,6.7%。山東蘋果園銅超標(biāo)為10%,在泰安一些老果園,全銅含量最高達(dá)到487.6 mg/kg,許多果樹出現(xiàn)死亡,改種其它作物[10-12]。近些年,畜禽養(yǎng)殖規(guī)模越來越大,養(yǎng)殖糞便施用量越來越多。但由于飼料添加劑中銅的使用增加了糞便中銅的含量,從而加重了果園土壤銅的積累[13]。據(jù)報(bào)道,廣東集約化養(yǎng)殖場(chǎng)雞糞、豬糞Cu的平均含量分別為107.5,765.1 mg/kg,均超過國外腐熟堆肥對(duì)銅的限量標(biāo)準(zhǔn),連續(xù)施用養(yǎng)殖場(chǎng)禽糞幾年后,土壤銅有積累趨勢(shì)[14-16]。浙江金華果園連續(xù)施用高銅豬糞肥11年后,土壤全銅含量比對(duì)照高4~20倍,導(dǎo)致土壤銅嚴(yán)重超標(biāo)[17]。可見,果園土壤銅的積累應(yīng)引起高度重視。天津市作為北方大都市,生態(tài)環(huán)境和市民健康非常重要。天津果園土壤銅的環(huán)境質(zhì)量影響著果樹的生長(zhǎng)和水果的安全質(zhì)量。筆者立足天津市郊果園開展土壤銅環(huán)境質(zhì)量研究,對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含銅制劑的合理使用和養(yǎng)殖糞便的合理施用、防止銅對(duì)土體的污染,保障市民健康有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料和方法

1.1 調(diào)查區(qū)概況

研究區(qū)選擇在天津市郊區(qū)的西青區(qū)和北辰區(qū),位于天津市區(qū)的西部、西南部與北部。地勢(shì)較平坦,土壤類型為潮土。耕地面積3.3萬hm2,人均耕地0.053 hm2。調(diào)查區(qū)氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候,全年平均降水量490~530 mm,集中于6,7,8月份。主要果樹作物有梨、葡萄、桃、杏等。果樹種植面積和產(chǎn)量均占整個(gè)郊區(qū)的60%~70%,主要分布于該調(diào)查區(qū)的西、西北區(qū)域,該區(qū)域土壤質(zhì)地以輕壤、中壤為主,有利于果樹生長(zhǎng),品質(zhì)較好,為天津郊區(qū)主要的果樹生產(chǎn)區(qū),以此為研究對(duì)象,具有較強(qiáng)的代表性。

1.2 調(diào)查采樣與分析

調(diào)查點(diǎn)按調(diào)查果園面積、樹種確定調(diào)查點(diǎn)位。調(diào)查內(nèi)容主要有果樹種類、面積、產(chǎn)量、有機(jī)肥施用種類、施用量、噴施含銅殺菌劑次數(shù)、用量等。在果園調(diào)查的同時(shí),采集相應(yīng)果園土壤樣品。果園土壤采集位置在果樹外圍滴水線下,采樣深度分為0~10 cm,10~30 cm,30~50 cm 3層,采樣量為1~1.5 kg左右。

土壤全銅測(cè)定方法為硝酸-氫氟酸-高氯酸消解-原子分光光度計(jì)法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同果園外源銅輸入狀況

噴施含銅殺菌劑和有機(jī)肥施用是果園土壤銅外界輸入的主要途徑。調(diào)查結(jié)果表明(表1),葡萄、梨樹噴施波爾多液次數(shù)較多,每年達(dá)到4~5次,桃和杏樹噴施次數(shù)較少。從果樹樹齡和波爾多液噴施情況看,在葡萄園通過噴施波爾多液途徑輸入的銅最高,其次是桃園和梨園。另外,從調(diào)查知道,葡萄園和桃園施用有機(jī)肥量較高,杏樹上施用量較低。綜合兩種途徑可以看出,葡萄和桃園土壤外界輸入的銅較高,土壤銅的累積程度將會(huì)高于梨園和杏園。

2.2 不同果園土壤表層銅的狀況

由表2可以看出,土壤表層全銅含量以葡萄園、桃園和梨園較高,杏園最低。葡萄園土壤銅已經(jīng)達(dá)到輕度污染程度,其它果園土壤未達(dá)到污染程度,但其中桃園、梨園土壤銅接近污染程度。桃園雖然年噴施波爾多液較少,但其種植年限較長(zhǎng),銅總累積量較高,加之近幾年有機(jī)肥施用量較高,其土壤銅接近了污染水平。

2.3 果園不同土壤層次全銅狀況

本研究測(cè)定了果園土壤0~10 cm,10~30 cm,30~50 cm土層的全銅含量,如表3所示。

由表3可以看出,不同果園土壤全銅含量均隨著土壤深度增加而顯著降低。如葡萄園土壤全銅含量在0~10 cm為216.7 mg/kg,在10 cm以下土層,土壤全銅含量下降了5倍多。可見,銅在石灰性土壤中移動(dòng)性很小,主要在土壤表層累積。按照全國土壤銅環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),10 cm以下土層土壤銅環(huán)境質(zhì)量均處于清潔水平。但葡萄、桃、梨等果園土壤表層銅的積累狀況不容忽視,對(duì)果樹生長(zhǎng)存在潛在的威脅。

2.4 不同果樹樹齡表層土壤銅的狀況

在所調(diào)查的果園表層(0~10 cm)土壤中全銅含量均隨利用年限的增加有明顯增加的趨勢(shì)(圖1),增幅為每年5.5~12.1 mg/kg。在測(cè)定的樹齡為20,15,10,5 a的果園土壤中,除20 a與15 a樹齡的果園含量差異不顯著外,其他不同樹齡的果園銅含量的差異均達(dá)顯著水平。另外,在有機(jī)肥施用一致的不同樹齡果園,土壤表層全銅含量隨著樹齡年限增加而顯著增加,說明噴施波爾多液是土壤銅輸入的重要途徑。但5 a以下相同樹齡土壤表層土壤全銅含量亦存在差異,說明近幾年大規(guī)模養(yǎng)殖畜禽糞便的施用逐漸影響了土壤銅的積累,亦不容忽視。

3 討 論

果園土壤全銅含量一方面與成土母質(zhì)有關(guān),另一方面與外源銅的輸入有關(guān)。作為果樹來說,其防治霉菌病害長(zhǎng)期使用的含銅殺菌劑是土壤銅積累的重要原因。但近些年,隨著規(guī)模養(yǎng)殖程度地增強(qiáng),畜禽糞便施用逐漸成為果園土壤銅積累的重要因素。另外,天津市是缺水嚴(yán)重的城市,尤其農(nóng)業(yè)缺水更為嚴(yán)重。污水灌溉利用成為果園用水的重要方面[19],隨著污灌年限的延長(zhǎng),一部分重金屬銅被帶入土壤中。這種因素不容忽視,應(yīng)該加強(qiáng)果樹生產(chǎn)體系這方面的深入研究。

果園土壤全銅含量是土壤銅環(huán)境容量指標(biāo),是土壤銅潛在供應(yīng)能力的反映。而土壤有效銅含量是土壤銅養(yǎng)分的強(qiáng)度指標(biāo),是果園土壤供應(yīng)有效銅養(yǎng)分能力的反映。土壤有效銅的含量不僅與土壤全銅含量有關(guān),更與土壤本身的理化性狀有關(guān),如土壤有機(jī)質(zhì)、土壤pH、土壤質(zhì)地等。研究表明,偏堿性土壤、粘粒含量較高的土壤對(duì)銅的吸附能力較強(qiáng),其有效性較低。施用石灰改良劑能顯著降低土壤銅的有效性,并且復(fù)合污染下土壤銅的有效性低于單一銅污染[20]。可見,不僅要重視土壤全銅對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的研究,還要加強(qiáng)土壤有效銅對(duì)果樹生長(zhǎng)發(fā)育與品質(zhì)的影響研究。

果園土壤銅是果樹需要的養(yǎng)分元素,同時(shí)又是重金屬元素。我們應(yīng)該從養(yǎng)分資源管理的角度重新審視。既要合理利用好這種養(yǎng)分,又要從環(huán)境養(yǎng)分角度避免其對(duì)土壤環(huán)境造成的不利影響。從養(yǎng)分盈余的角度研究果園土壤銅的問題應(yīng)該得到高度重視。既要控制土壤外源銅的大量輸入,又要考慮銅的生物輸出。如研制新型殺菌劑代替波爾多液,并控制其安全使用年限,監(jiān)測(cè)有機(jī)肥重金屬含量,合理施用有機(jī)肥料,開展清污混灌、輪灌等減少銅的輸入,選擇超累積植物[21]進(jìn)行生物改良,增加銅的輸出,施加鈣、鐵等提高土壤對(duì)銅的緩沖性等。這些均是今后開展果園土壤銅管理需要深入研究的內(nèi)容。

4 小 結(jié)

調(diào)查區(qū)果園中葡萄園土壤表層全銅已經(jīng)發(fā)生輕度污染,桃園、梨園土壤表層全銅存在環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)。果園土壤銅垂直分異較大,土壤表層全銅含量明顯高于10 cm以下土壤銅的含量。隨著噴施含銅殺菌劑年限增長(zhǎng),土壤銅含量增加。噴施含銅殺菌劑和施用規(guī)模畜禽養(yǎng)殖糞便等外源銅的輸入是果園土壤銅積累的重要因素。

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