麻溪鎮馬家村土壤養分及重金屬含量測定

石雨荷，王 智，2，3，朱香梅，李 晴，朱 玨，邵勝強，任 軼，劉 松，劉湘丹，2，3，童巧珍，2，3*

(1.湖南中醫藥大學，湖南長沙 410208；2.湖南省中醫藥管理局湘產大宗道地藥材種質資源及規范化種植重點研究室，湖南長沙 410208；3.湖南省普通高等學校中藥現代化研究重點實驗室，湖南長沙 410208；4.湖南省人民政府辦公廳鄉村振興工作隊，湖南長沙 410029)

土壤作為農業生產的主要載體，為動植物吸收養分、合成有機物質提供了場所，同時也為人類提供了賴以生存的必需品。土壤資源的利用以及土壤質量的好壞程度決定了農業生產力的高低。充分合理利用和保護土壤資源的核心途徑需要提高土壤肥力來實現[1]。土壤肥力質量評價指標包含全氮、全磷、全鉀、水解氮、有效磷、速效鉀、微量營養元素等在內的養分指標，該指標能夠根據土壤自身的情況結合作物需肥規律，科學地解決作物需肥與土壤供肥之間的矛盾，實現作物間養分平衡供應，從而達到降低生產成本、提高作物產量、改善產品品質的目的[2]。同時，土壤安全可以判斷作物能不能在該土地上種植、有沒有必要在這里種植的問題，是糧食安全、生態環境安全、水質安全以及人類健康發展的基本保障。

為了貫徹落實《鄉村振興戰略規劃》的要求，省政府辦公廳駐村工作隊以沅陵市麻溪鎮馬家村為試驗點進行全域土地綜合整治，目的是提高土地利用效率、優化鄉村空間布局、保障土地資源持續利用發展[3]，從而逐步縮減城鄉差異、激活鄉村發展動力、改善人居與自然環境，最終實現全面鄉村振興[4]。沅陵市麻溪鎮馬家村于2013年被列為國家級貧困村，2016年實現整體脫貧。該村落地廣人稀，長期以來以一二產業為主，有一定的種植業、畜牧養殖業的基礎。然而，全村有85%以上具有勞動力的村民大部分在外務工或是從商，留下的多數為年長者，導致經濟、交通、通信等各方面都有一定的滯留。因此，省政府辦公廳駐村工作隊決定請專家組開展了該區域土壤養分及重金屬積累的調查研究，激活并合理利用該地域的“生態經濟”，讓外地打工人愿意回家、主動回家，既帶動了全村經濟的發展，又照顧到了身邊人。此次試驗對馬家村中的毛坪、毛崗頭、唐家、梁家4個不同地區采取土壤樣本，分別進行水分、有機質、土壤養分、6種重金屬含量的測定，評價馬家村土壤質量的優劣和土壤重金屬的分布規律，以期根據土壤的豐缺和污染程度對相應作物的合理布局和科學施肥提供指導意見。

1 材料與方法

1.1 研究區概況麻溪鋪鎮坐落于湖南省懷化市沅陵縣西南部，位于109°28′44.58″～110°25′3.52″E、26°18′49.55″～28°22′4.32″N。該區域呈現“Ⅱ”狀，即南北寬、中間窄、東高西低，呈現丘陵山崗地貌，稻田平底居多，平均海拔450 m，最高峰為紅山界。氣候溫和濕潤，夏無酷暑，冬無嚴寒。年平均氣溫15.0 ℃，最高氣溫39.8 ℃，最低氣溫-3.5 ℃，年降水量1 440 mm，年日照時數為677～1 067 h，具有顯著的中亞熱帶季風氣候特征。總面積為96 km2，森林覆蓋面積為28.59 km2，耕地面積為6.67 km2。

位于麻溪鋪鎮的馬家村，總面積約占麻溪鋪鎮的10%，現有2.5 km2的耕地面積，但存在許多拋荒田地的現象。馬家村地理條件優越，距離縣城為22 km的距離，交通便利。該村落藥用植物資源豐富，小溪水石空隙中、山溝流水礫石間常生長著極具香味的石菖蒲，荒廢田地里生長著莖高0.6～1.2 m的薄荷。同時馬家村具有一定的種植業、畜牧養殖業的經驗，如駐村企業沅陵“鳳嬌”碣灘茶有限公司是一家將種植、開發、加工、銷售一體化的3A級企業，該企業為馬家村的經濟發展提供了參考模式和基礎保障。

1.2 材料

1.2.1土壤樣品采集。土壤對象分別為馬家村毛坪、毛崗頭、唐家、梁家。采樣時間為2021年6月份。采樣方法：土壤樣品均采用隨機五點法，對 0～20 cm 耕層土壤進行采樣，然后各自取出1 kg混勻后，做好標記，運回實驗室。土樣經自然風干去掉雜質后，以四分法取樣20 g，進一步研磨后分別過1.00、0.25、0.10 mm 尼龍篩，儲存于廣口瓶中，并按照樣品順序依次排列編碼為1～4號以備用。所有樣品均送至湖南省農業科學院農化檢測中心進行檢測。

1.2.2主要儀器。S220-K型pH計、TS-8200土壤有機質分析儀、8400凱氏定氮儀、723N可見分光光度計、M410火焰光度計、ZA3700原子吸收分光光度計、AFS-9730雙道原子熒光光度計、PROD48石墨消化爐、ZQLY-300N恒溫振蕩器、ME204E電子天平、MFLC-24/12D馬弗爐、DS20消解器。

1.2.3試劑。重鉻酸鉀、乙酸銨、溴甲酚綠、碳酸氫鈉、碳酸鈉、去CO2水、氫氧化鈉、氫氟酸、硫酸、硼酸、鹽酸、硝酸、無水乙醇、硼氫化鉀、鉬酸銨、硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鉀、硫脲、鄰菲羅啉、抗壞血酸、酒石酸銻鉀、甲基紅、高氯酸、氟化銨、二硝基酚、硼氫化鉀。所用試劑為優級純或分析純，均符合測定標準。

1.3 方法

1.3.1土壤樣品測定項目與方法。分析方法參照《中華人民共和國國家標準》《中華人民共和國農業行業標準》《中華人民共和國林業行業標準》進行土壤樣品分析化驗。pH 采用pH計電位法(NY/T 1121.2—2006)測定；有機質采用油浴加熱重鉻酸鉀-硫酸氧化容量法(NY/T 1121.6—2006)測定；堿解氮采用酸堿滴定法測定，全氮采用凱氏蒸餾法(LY/T 1228—2015)測定；有效磷采用氟化銨-鹽酸提取-鉬銻抗比色法(NY/T 11217—2014)測定；速效鉀采用中性乙酸銨浸提-火焰光度計法(NY/T 889—2014)測定；全磷采用氫氧化鈉-鉬銻-分光光度法(NY/T 88—1988)測定；全鉀采用氫氟酸消解-火焰光度計法(NY/T 87—1988)測定。重金屬總汞、總砷及微量元素全硒均采用原子熒光光度計法(GB/T 22105.1—2008、GB/T 22105.2—2008、NY/T 1104—2006)測定；總鎘、總鉛、總鉻、全銅采用原子吸收分光光度計(GB/T 17141—1997、HJ 766—2015)測定。

1.3.2土壤評價標準。依據土壤酸堿度等級劃分標準對土壤pH進行分級：pH<4.5，酸性極強；4.5≤pH≤5.5，強酸性；5.59.5，堿性極強。依據全國第二次土壤污染普查分級標準對土壤 pH 和養分進行分級(表 1)。對重金屬的風險評價采用國家土壤環境質量標準二級標準GB 15618—1995(表2)。根據《中華人民共和國地方病與環境圖集》將土壤硒含量≤0.2 mg/kg作為低硒區，>0.2～<0.4 mg/kg 作為中等硒區，0.4～3.0 mg/kg作為富硒區，>3.0 mg/kg則視為硒中毒區。

表1 土壤養分分級標準

表2 重金屬風險評價標準

1.4 數據統計分析此次試驗結果為 3 次重復的平均值，采用 Excel 和 SPSS 進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤pH土壤pH與土壤中的微生物活動、氮鉀磷等營養元素的釋放、土壤保持養分的能力、微量元素的有效性等方面都息息相關，它是土壤眾多化學性質的綜合反映[5]。從表3可以看出，4個地區土壤 pH在6.00～8.24，平均值為 7.65，平均水平為 2級。毛坪、毛崗頭和梁家地區土壤均偏弱堿性，唐家地區土壤偏酸性。

2.2 土壤有機質土壤有機質是土壤肥力的最重要指標，其重要性在于提供植物體所需的養分、改善土壤的吸附能力、絡合能力、緩沖及離子交換性能等[6]。從表1和表3可以看出，按照分級標準，毛坪、唐家和梁家土壤有機質含量為4級標準，屬中等偏低水平，毛崗頭土壤有機質含量豐富，為46.9 g/kg，超過1級土壤水平標準(40 g/kg)。結果表明，毛崗頭較毛坪、唐家和梁家土壤相比，有機質含量豐富，有利于發展種植產業。

表3 土壤各項指標檢測結果

2.3 土壤養分指標氮、鉀、磷作為影響植物生長發育、代謝及產品產量、品質的決定性因素，也是評價土壤養分缺失與否的重要指標。測定全氮、全鉀、全磷含量最重要的目的是從肥力的角度了解土壤供應氮素、鉀素、磷素的潛力。若要衡量土壤供給養分能力，即短期內給植物提供可吸收的氮鉀磷，則需要根據堿解氮、有效磷、速效鉀的含量為施肥提供參考[7]。

2.3.1全氮、堿解氮。根據土壤全氮和堿解氮含量測定結果(表3)，馬家村4個地區土壤全氮平均含量為1.61 g/kg，堿解氮平均含量為153 mg/kg。總體來說，該地區土壤氮素的總儲量為2級水平，供應氮能力為1級水平。其中，又以毛崗頭的氮水平最為突出，全氮含量為2.70 g/kg，堿解氮含量為274 mg/kg，均到達1級水平標準。其余3個地區全氮、堿解氮水平相差不大，全氮均為3級水平；唐家堿解氮屬于2級水平，毛坪、梁家堿解氮均為3級水平。因此，毛坪、唐家、梁家3個地區應該注意適當增施氮肥以補充植物所需營養。

2.3.2全磷、有效磷。磷作為土壤中利用效率較低的營養元素之一，現在仍有很多農業土壤中會出現嚴重缺磷的現象。從表3可以看出，馬家村土壤全磷平均含量為0.63 g/kg，有效磷平均含量為15.4 mg/kg，該地區平均含量均處于3級供應水平。其中，梁家全磷、有效磷的含量較其他3個地區突出，為2級水平。而毛坪、毛崗頭、唐家3個地區供磷能力較弱，應當注意施加磷肥以及加強磷肥的土壤管理。

2.3.3全鉀、速效鉀。根據土壤全鉀、速效鉀含量測定結果(表3)，馬家村土壤全鉀平均含量為20.6 g/kg，速效鉀平均含量為160 mg/kg，該地區平均含量處于2級水平。從試驗結果可以看出，4個地區土壤供鉀潛力相當，但是土壤速效鉀含量相差很大，如供鉀能力最強的唐家組，其速效鉀含量(248 mg/kg)高出供鉀能力最弱的毛崗頭含量(57 mg/kg)3.35倍。毛崗頭土壤作為長期荒置的土地，常年雨水較多，且地勢較高，導致土壤中鉀元素的流失嚴重可能是導致該片區域鉀元素含量低的一個重要原因。

2.3.4微量元素硒。硒作為人體必需的微量元素之一，缺硒的人群免疫力降低，更容易增加得心腦血管疾病、糖尿病等疾病的風險。因此，適當地補充硒能夠預防疾病的產生，而植物中的原生態硒主要來源于土壤[8]。大量研究表明，在低硒量的土壤中適當增加硒的含量種植水稻、小麥等農作物，能夠起到增產效果[9-11]。檢驗報告顯示(表3)，馬家村4個區域的全硒含量與有機質含量呈正相關，即毛崗頭地區全硒含量最高，其次為唐家、梁家、毛坪地區。4個區域的全硒水平均未超過0.4 mg/kg，為中等含硒水平。

2.4 土壤重金屬從表3可以看出，馬家村4個地區的總汞、總砷、總鉛、總鉻、全銅水平均未超標，為安全水平狀態。然而，馬家村部分區域的總鎘水平應當引起重視。按照國標GB 15618—1995分級標準，農業種植所需的2級土壤要求當土壤pH小于6.5或者6.5～7.5時，總鎘含量不得超過0.3 mg/kg，當土壤pH大于7.5時，總鎘含量不得超過0.6 mg/kg。馬家村的毛坪、毛崗頭和梁家土壤偏弱堿性，pH均大于7.5，其總鎘含量為0.427～0.557 mg/kg，未超出2級土壤標準，土壤質量能夠滿足農業生產的要求，基本不對植物和環境產生污染和危害，保障人體健康發展。按照分級標準，當pH小于6.5，總鎘含量大于0.20小于等于0.30 mg/kg時，該土壤為2級標準，可用于保障農業生產。而唐家土壤pH為6.00，總鎘含量0.446 mg/kg，稍微超出2級土壤分級范圍。因此，若要考慮利用該片土壤種植果蔬、藥用植物等，可以施用石灰、生物炭、赤鐵礦等鎘鈍化劑[12-13]，提高土壤對鎘的吸附與共沉淀能力，從而降低植物對鎘的吸收，以保證作物安全、正常生長。

3 小結與討論

通過采取4個具有代表性的土壤，分析馬家村的土壤養分情況，發現馬家村大部分地區土壤偏弱堿性，少數部分土壤偏弱酸性。弱堿性土壤適用于種植一些能夠適應偏中性、微堿性或抗逆能力較強的植物，觀賞植物及果樹類如月季花、石榴花、葡萄、黃桃等，藥用植物如玉竹、山楂、石菖蒲、菊花等。弱酸性土壤適合種植山茶花、茉莉花、百合、枳殼等植物。

林萬樹[14]研究表明有機質含量與全氮、堿解氮含量呈正相關。通過此次土壤養分分析報告也驗證了該觀點，土壤有機質水平越高，全氮、堿解氮含量也隨之越高。馬家村土壤平均供氮水平為1級，供氮能力毛崗頭>唐家>梁家>毛坪。此外，此次試驗還發現土壤全硒含量也與有機質呈正相關，其中以毛崗頭的全硒含量最為突出。然而，該地區磷素和鉀素與有機質的關聯性不大。供氮能力最強的毛崗頭，全氮、堿解氮均為1級水平，但其供鉀能力最弱；而供氮能力持中等水平的唐家和梁家，分別供鉀和供磷能力最強；綜合評分屬毛坪土壤養分最弱。就重金屬而言，采用化學、生物治理方法適當降低土壤中鎘含量，馬家村區域土壤能夠適用于大部分作物的種植與生長。

綜上所述，馬家村的土壤肥力狀況良好，有較大的可利用價值。開發利用麻溪鎮馬家村土地始終應當堅持因地適種的原則，根據該原則提出以下幾點建議：

(1)協調氮、磷、鉀元素以及其他微量元素之間的平衡。如在氮素含量高的土壤適宜花類、果實類作物的生長，而在氮含量較低的土壤可以適當增施有機肥與氮肥，增強土壤的通透性，保證土壤營養的積累與氮素的充分利用。在氮、磷、鉀養分充分的基礎上，還應保證土壤中鈣、鋅、硫等在內的微量元素的含量。一般而言，缺乏哪種營養元素就補充該種肥料，前提是堅持適量、平衡原則。

(2)進行合理的田間布局與管理。根據當地土壤面積，確定適用栽培作物的種類與數量。采用套作、間作、輪作等不同的耕種方式，適當發展林下經濟，將作物的種類進行合理搭配。如采用中藥材-農作物套作模式(木瓜-馬鈴薯)、藥材-藥材輪作模式(紫蘇-薏仁、薄荷-豆科植物)、中藥材與果園、林木間的立體種植模式(金銀花-葡萄、玉竹-黃桃-銀杏)等，實現“種-產-賞”一體化。同時，應當規范施肥時間、施肥數量和施用方法。如磷肥應首先施在旱季作物和豆科作物上，可提高利用率。

(3)加強土壤測試與田間試驗的結合。依據行之有效的土地評價方法和標準，定期進行土壤肥力和土壤安全的評估，并結合土壤供肥效能、作物生長規律、需肥能力，及時解決土壤肥力下降、作物肥力供應不足、土壤酸堿化、土壤污染等問題，真正實現耕地保護整體化、空間布局有序化、產品質量優質化、土地資源高效化與可持續利用發展。