山東省菏澤曹縣蘆筍種植區地球化學特征

王 浩，張震宇

（山東省地勘局第二水文地質工程地質大隊（山東省魯北地質工程勘察院），山東 德州 253015）

1 引言

曹縣是全國蘆筍生產第一縣，是中國優質蘆筍主產地和加工出口基地。蘆筍主要種植區位于青堌集鎮和蘇集鎮。目前，曹縣蘆筍種植面積約1.35萬hm2，年產優質蘆筍18萬t，占全國蘆筍種植面積的六分之一。蘆筍主要品種有UC800、UC157、蘆筍王子、冠軍、碩豐等。其優質蘆筍實行無公害、標準化種植，已獲得國家綠色認證，2003年12月8日被中國優質農產品開發服務協會命名為“中國蘆筍之鄉”，2018年2月，“曹縣蘆筍”被國家農業農村部認定為地理標志產品[1]。

2 自然概況

2.1 自然地理

山東省菏澤市曹縣地理坐標為東經115°08′00″～115°53′00″，北緯34°33′00″～35°03′00″，面積：1 969 km2。年平均氣溫13.8 ℃，1月最低，平均-1.2 ℃；7月最熱，平均27 ℃；年平均地面溫度16.1 ℃，一般在15.6～16.6 ℃之間。七月最高30.1 ℃，一月最低-0.6 ℃，極端最高地面溫度68.1 ℃，極端最低地面溫度-22.4 ℃；年均無霜期211 d；年平均降水量686.4 mm，最大年降水量1 046.8 mm（1957年），最小年降水量283.9 mm（1966年）；四季降水量以夏季最多，占全年的59%，秋、春次之，冬季最少。其中夏季以7月最多，占季雨量的48.2%，年平均蒸發量1 870.2 mm，為降水量的2.7倍，6月最大，平均331.8 mm；1月最少，平均52.4 mm。區內日照比較充足，年平均日照時數為2 598.1 h，其中6月最多，達280.4 h。2月最少，僅有171.6 h。

2.2 地形地貌

曹縣屬黃河下游沖積平原區，地勢自西南向東北傾斜，海拔高度在45.2～66.9 m之間，坡降平均小于0.15‰。南部有黃河故道，由于歷史上黃河泛濫沖積，形成西高東低，崗坡洼相間的地貌特點。依據成因，地貌自南向北依次可分為河灘高地、決口扇形地、背河槽狀洼地、緩平坡地、淺平洼地等。

3 地質條件特征

3.1 土壤特征

根據山東省第二次土壤普查結果，菏澤地區土壤類型大致可分為潮土、鹽土、堿土、風沙土四大類。蘆筍種植區只有潮土一種類型，而潮土在該區域又可細分為砂質潮土及壤質潮土。

砂質潮土：該類型土主要分布于蘇集鄉的北部及龔樓鄉與青堌集鎮接壤地帶等淺平坡地上，面積約70 km2。

壤質潮土：多分布于洼坡地及淺平洼地。在種植區大面積分布，除砂質潮土外，其余均為壤質潮土，面積約190 km2。

3.2 水文特征

蘆筍種植區內主要以淺層地下水作為灌溉水源，地表水系用水量較小。淺層地下水含水層巖性以粉砂為主，局部為細砂、中砂。平面上砂層分布不均勻，富水性各有差異。青堌集鎮一帶富水性較強，砂層累計厚度在10～20 m，單井涌水量600～800 m3/d；孫老家、蘇集鎮一帶，砂層累計厚度均小于10 m，單井涌水量小于400 m3/d[2]。

蘆筍種植區內淺層地下水化學成分的形成及分布主要受地貌、水文、包氣帶巖性以及人為活動等因素的影響。地下水中pH值一般在7.8～8.9之間，陽離子以Na+、Mg2+為主，陰離子主要為HCO3－、SO42－和Cl－離子。平面上水化學分帶明顯，南部以HCO3—Na·Mg為主，向北逐漸過渡為HCO3·Cl—Na·Mg。農田灌溉主要取自淺層微承壓孔隙淡水，地下水垂直運移交替強烈，礦化度一般小于1.2 g/L。

4 土壤元素地球化學特征

4.1 土壤地球化學基準值

以往研究表明，現代人類活動（主要是農業和工業發展）制約了土壤的形成過程，并在一定程度上影響了土壤中某些元素的空間分布特征[3]。本次土壤地球化學調查主要研究27種元素值含量及其空間分布特征。根據調查內容的不同，可劃分為深層、淺層土壤地球化學調查及表層土壤持久性有機污染物調查等。

土壤地球化學基準值和背景值是土壤地球化學調查研究最基礎的特征參數[4]，分別代表了不同環境土壤中元素含量水平和變化規律。土壤地球化學基準值和背景值兩者有著密切的內在聯系，但由于表生條件下土壤元素易發生遷移，或淋失減少或富集增加，兩者之間往往具有一定的差別。表1為蘆筍種植土壤地球化學元素基準值與荷澤市、全省對比統計表。

根據表1統計結果可以看出，蘆筍種植區內土壤地球化學基準值具有以下規律：

表1 蘆筍種植區內土壤地球化學元素基準值與菏澤市、山東省對比統計表

①區內土壤地球化學元素基準值中，有機質、F元素明顯高于菏澤市基準值，分別為1.2、1.1倍；CaO、Mn、P、As、Ni、Co元素略高于菏澤市基準值；有機質元素平均值低于全省基準值，僅為山東省基準值的0.7倍，F元素基準值略高于全省平均值，僅高約1.1倍。

②區內土壤地球化學元素基準值中，Cl、Se兩元素平均值明顯低于菏澤市基準值，僅為菏澤市的0.6與0.7倍；其中Se元素明顯低于山東省基準值，僅為0.6倍。

③區內土壤地球化學元素基準值中，I與N兩元素基準值略低于菏澤市基準值，分別為0.9與0.8倍；其中I、N兩元素明顯低于全省基準值，分別為0.7與0.6倍。

④區內土壤地球化學元素基準值中，除上述元素外，其他元素與菏澤市基準值基本一致，但是CaO元素含量明顯高于全省基準值，為1.7倍；P、As、B等元素略高于全省基準值，K2O、Mn、V、Co、Pb等元素略低于全省基準值，Zn、Cr、Cu、Ge等元素含量與全省基準值基本一致。

總體來說，全區元素基準值與菏澤、全省基準值基本一致，無其他明顯元素含量富集區與匱乏區，元素含量較為穩定。

4.2 土壤縱剖面中元素的分布特征

根據《山東省菏澤曹縣蘆筍種植區特色農業地質調查與評價報告》項目中布設的65個深層土壤樣品（共取樣品647件）測試數據，分析N、P、K、Ca、Mg、S等27種元素，對不同深層土壤上同一元素相同深度的元素含量值進行平均，利用各元素不同深度的歸一化值做蘆筍種植區深層土壤縱剖面元素分布歸一化圖（圖1）。

圖1 曹縣蘆筍特色種植區深層土壤縱剖面元素分布歸一化圖

圖1中可以看出：①N、P、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質、Se、I、Cd、Cl、Hg等11種元素在土壤縱剖面上含量變化較大，特別是N、P、堿解氮、速效磷、有機質、Se、I等7元素變化量均超過60%，其中速效磷的變化量最大，達到91.79%；而剩余其他元素在土壤縱剖面上含量變化較小，K、Mn、F、Cr、Ge、Ni、V、Co等8種元素變化量小于10%，土壤縱剖面曲線變化平緩；②地表含量明顯偏高的元素有N、P、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質、Se、I、Hg，這些元素隨著深度的增加，其含量值呈遞減趨勢，且N、P、S、Hg等4種元素在淺部含量起伏較大；地表含量偏低的元素有Cl，隨著深度的增加，元素含量值呈遞增趨勢，表層土壤中元素出現貧化現象；而Se元素地表和深部含量都較低。

由上述特征可以看出，元素在土壤垂向剖面中的分布不僅受自然條件下成土過程的影響，同時后期人類活動等因素往往也會改變土壤垂向剖面中元素的原始分布狀態。

5 灌溉水環境地球化學特征

5.1 灌溉水元素含量地球化學特征

蘆筍種植區內灌溉用水主要利用淺層地下水，與人類生產生活密切相關。由于灌溉水直接為農作物提供生長所需養分和水分，其環境污染狀況將直接影響到農業生產和農產品的質量與安全[6]。

不同土壤類型中灌溉水地球化學背景值與菏澤市的灌溉水地球化學背景值見表2。

表2 不同土壤類型灌溉水地球化學背景值與菏澤市灌溉水地球化學背景值對比表

通過對比發現砂質潮土區灌溉水中碘化物與Cu元素含量背景值與菏澤市背景值相比偏高，分別為菏澤市背景值的1.4與1.6倍；As元素含量背景值偏低，僅為菏澤市背景值的49%，其他元素均與菏澤市背景值含量相當。壤質潮土區灌溉水中元素含量背景值與菏澤市背景值含量相當，整體各元素含量趨于穩定態勢。

5.2 灌溉水元素含量空間分布特征

影響灌溉水質量的指標和因子眾多，包括構成灌溉水化學類型的常規水化學組成及理化指標、常見的金屬（重金屬）和非金屬指標、有毒有害類有機污染物及細菌、寄生蟲卵、病毒等微生物病毒類有害物等。本次灌溉水主要分析常規水化學組成及理化指標、常見的重金屬和非金屬指標。

總硼（B）：高值區主要分布在蘇集鎮的葛莊-邵莊，朱老家，青堌集東-韋莊，柴莊-劉新莊等地區，灌溉水中硼（B）元素含量相對較高，普遍高于0.3 mg/L；其余地區灌溉水中硼（B）元素含量普遍在0.13～0.29 mg/L之間。

總磷（P）：蘆筍種植灌溉水中磷（P）元素含量普遍在0.1 mg/L左右，高值區主要分布在青堌集趙小樓村，灌溉水中磷（P）元素含量相對較高為0.18 mg/L，除該地區以外，總磷含量相對較為穩定。

氟化物（F-）：蘆筍種植區灌溉水中氟化物高值區主要分布在蘇集鎮北部，主要分布在薛莊村、土地廟村、葛莊村、張小樓村—苗樓村等地區，氟化物含量大于2 mg/L。

碘化物（I-）：蘆筍種植區灌溉水中碘化物高值區主要分布苗樓村-高英樓村，邱海村等地區，含量普遍在0.97 mg/L以上；其余地區含量相對偏低，值普遍在0.09～0.65 mg/L之間。

另外Cr6+、pH、As、Hg、Se、Cu、Zn、Cd、Pb在蘆筍種植區灌溉水中含量普遍較低，所有樣品均符合《農田灌溉水質標準》（GB 5084—2021）規定，無明顯高值區與低值區，相對趨于穩定狀態。

6 結論

（1）蘆筍種植區表層土壤地球化學元素中有機質、F元素明顯高于菏澤市基準值，CaO、Mn、P、As、Ni、Co元素略高于菏澤市基準值；Cl、Se兩元素平均值明顯低于菏澤市基準值，I、N兩元素平均值略低于菏澤市基準值。其余元素與菏澤市基準值基本持平。

（2）CaO、F、P、As元素含量明顯高于全省平均值；B、Cl元素略高于全省平均值；有機質、I、N、Mn、Se元素明顯低于全省平均值，K2O、V、Co、Hg、Pb等元素略低于全省平均值。其余元素與全省土壤平均值基本持平。

（3）砂質潮土區灌溉水中碘化物與Cu元素含量背景值與全區背景值相比偏高；As元素含量背景值偏低，其他元素均與全區背景值含量相當。壤質潮土區灌溉水中元素含量背景值與全區背景值含量相當，整體各元素含量趨于穩定態勢。