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摘要:针对目前天津郊区果园土壤全铜积累状况不明的问题,笔者通过样品采集与分析,对铜污染状况进行了调查研究。结果表明,葡萄园土壤表层(0~10 cm)全铜含量为216.7 mg/kg,已经发生轻度污染,桃园、梨园土壤表层全铜存在环境潜在风险。土壤表层铜积累程度远高于10 cm深度以下土壤,尤其在葡萄园。随着果树树龄的增长,土壤表层铜积累加重。最后指出,喷施含铜杀菌剂和施用规模畜禽养殖粪便等外源铜的输入是果园土壤铜积累的重要原因。该研究为天津果园土壤重金属铜环境质量状况研究和治理提供了参考,对果园合理管理,发展优质、高效果园生产有一定的积极指导意义。
关键词:果园;土壤重金属铜;积累;调查
中图分类号: X825;S606+.1文献标识码:A文章编号: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
铜是果树必需的微量营养元素之一,参与叶片光合作用和蛋白质、碳水化合物等代谢作用,缺铜会影响果树的生长发育[1]。但同时铜又是一种重金属元素,在土壤中的大量积累不仅会污染环境,而且会影响果树的生长,降低水果的品质,并可以通过食物链进入人、畜体内累积起来,威胁人、畜的健康[2-4]。果树霉菌病是影响果树正常生长的重要病害,含铜杀菌剂是防治霉菌病的重要制剂[5]。波尔多液等含铜杀菌剂是国内外果园使用历史较久的农药,其在果园中的使用不仅频繁而且用量大,因此果园土壤中的铜逐步累积[6]。据报道,国外许多果园土壤铜积累严重。如东非咖啡园0~5 cm土层深度全铜的浓度是15~30 cm土层的3倍。法国葡萄园中全铜含量达到100~1 000 mg/kg,而一般耕地仅5~30 mg/kg。英国苹果园土壤铜含量有的高达1 500 mg/kg[7-9]。我国果园土壤铜的积累亦有报道。浙江调查柑桔园和江苏苹果园土壤全铜超标率分别为45.5%,6.7%。山东苹果园铜超标为10%,在泰安一些老果园,全铜含量最高达到487.6 mg/kg,许多果树出现死亡,改种其它作物[10-12]。近些年,畜禽养殖规模越来越大,养殖粪便施用量越来越多。但由于饲料添加剂中铜的使用增加了粪便中铜的含量,从而加重了果园土壤铜的积累[13]。据报道,广东集约化养殖场鸡粪、猪粪Cu的平均含量分别为107.5,765.1 mg/kg,均超过国外腐熟堆肥对铜的限量标准,连续施用养殖场禽粪几年后,土壤铜有积累趋势[14-16]。浙江金华果园连续施用高铜猪粪肥11年后,土壤全铜含量比对照高4~20倍,导致土壤铜严重超标[17]。可见,果园土壤铜的积累应引起高度重视。天津市作为北方大都市,生态环境和市民健康非常重要。天津果园土壤铜的环境质量影响着果树的生长和水果的安全质量。笔者立足天津市郊果园开展土壤铜环境质量研究,对指导农业生产中含铜制剂的合理使用和养殖粪便的合理施用、防止铜对土体的污染,保障市民健康有着重要的现实意义。
1 材料和方法
1.1 调查区概况
研究区选择在天津市郊区的西青区和北辰区,位于天津市区的西部、西南部与北部。地势较平坦,土壤类型为潮土。耕地面积3.3万hm2,人均耕地0.053 hm2。调查区气候属暖温带大陆性季风气候,全年平均降水量490~530 mm,集中于6,7,8月份。主要果树作物有梨、葡萄、桃、杏等。果树种植面积和产量均占整个郊区的60%~70%,主要分布于该调查区的西、西北区域,该区域土壤质地以轻壤、中壤为主,有利于果树生长,品质较好,为天津郊区主要的果树生产区,以此为研究对象,具有较强的代表性。
1.2 调查采样与分析
调查点按调查果园面积、树种确定调查点位。调查内容主要有果树种类、面积、产量、有机肥施用种类、施用量、喷施含铜杀菌剂次数、用量等。在果园调查的同时,采集相应果园土壤样品。果园土壤采集位置在果树外围滴水线下,采样深度分为0~10 cm,10~30 cm,30~50 cm 3层,采样量为1~1.5 kg左右。
土壤全铜测定方法为硝酸-氢氟酸-高氯酸消解-原子分光光度计法。
2 结果与分析
2.1 不同果园外源铜输入状况
喷施含铜杀菌剂和有机肥施用是果园土壤铜外界输入的主要途径。调查结果表明(表1),葡萄、梨树喷施波尔多液次数较多,每年达到4~5次,桃和杏树喷施次数较少。从果树树龄和波尔多液喷施情况看,在葡萄园通过喷施波尔多液途径输入的铜最高,其次是桃园和梨园。另外,从调查知道,葡萄园和桃园施用有机肥量较高,杏树上施用量较低。综合两种途径可以看出,葡萄和桃园土壤外界输入的铜较高,土壤铜的累积程度将会高于梨园和杏园。
2.2 不同果园土壤表层铜的状况
由表2可以看出,土壤表层全铜含量以葡萄园、桃园和梨园较高,杏园最低。葡萄园土壤铜已经达到轻度污染程度,其它果园土壤未达到污染程度,但其中桃园、梨园土壤铜接近污染程度。桃园虽然年喷施波尔多液较少,但其种植年限较长,铜总累积量较高,加之近几年有机肥施用量较高,其土壤铜接近了污染水平。
2.3 果园不同土壤层次全铜状况
本研究测定了果园土壤0~10 cm,10~30 cm,30~50 cm土层的全铜含量,如表3所示。
由表3可以看出,不同果园土壤全铜含量均随着土壤深度增加而显著降低。如葡萄园土壤全铜含量在0~10 cm为216.7 mg/kg,在10 cm以下土层,土壤全铜含量下降了5倍多。可见,铜在石灰性土壤中移动性很小,主要在土壤表层累积。按照全国土壤铜环境质量标准中的二级标准,10 cm以下土层土壤铜环境质量均处于清洁水平。但葡萄、桃、梨等果园土壤表层铜的积累状况不容忽视,对果树生长存在潜在的威胁。
2.4 不同果树树龄表层土壤铜的状况
在所调查的果园表层(0~10 cm)土壤中全铜含量均随利用年限的增加有明显增加的趋势(图1),增幅为每年5.5~12.1 mg/kg。在测定的树龄为20,15,10,5 a的果园土壤中,除20 a与15 a树龄的果园含量差异不显著外,其他不同树龄的果园铜含量的差异均达显著水平。另外,在有机肥施用一致的不同树龄果园,土壤表层全铜含量随着树龄年限增加而显著增加,说明喷施波尔多液是土壤铜输入的重要途径。但5 a以下相同树龄土壤表层土壤全铜含量亦存在差异,说明近几年大规模养殖畜禽粪便的施用逐渐影响了土壤铜的积累,亦不容忽视。
3 讨 论
果园土壤全铜含量一方面与成土母质有关,另一方面与外源铜的输入有关。作为果树来说,其防治霉菌病害长期使用的含铜杀菌剂是土壤铜积累的重要原因。但近些年,随着规模养殖程度地增强,畜禽粪便施用逐渐成为果园土壤铜积累的重要因素。另外,天津市是缺水严重的城市,尤其农业缺水更为严重。污水灌溉利用成为果园用水的重要方面[19],随着污灌年限的延长,一部分重金属铜被带入土壤中。这种因素不容忽视,应该加强果树生产体系这方面的深入研究。
果园土壤全铜含量是土壤铜环境容量指标,是土壤铜潜在供应能力的反映。而土壤有效铜含量是土壤铜养分的强度指标,是果园土壤供应有效铜养分能力的反映。土壤有效铜的含量不仅与土壤全铜含量有关,更与土壤本身的理化性状有关,如土壤有机质、土壤pH、土壤质地等。研究表明,偏碱性土壤、粘粒含量较高的土壤对铜的吸附能力较强,其有效性较低。施用石灰改良剂能显著降低土壤铜的有效性,并且复合污染下土壤铜的有效性低于单一铜污染[20]。可见,不仅要重视土壤全铜对土壤环境质量的研究,还要加强土壤有效铜对果树生长发育与品质的影响研究。
果园土壤铜是果树需要的养分元素,同时又是重金属元素。我们应该从养分资源管理的角度重新审视。既要合理利用好这种养分,又要从环境养分角度避免其对土壤环境造成的不利影响。从养分盈余的角度研究果园土壤铜的问题应该得到高度重视。既要控制土壤外源铜的大量输入,又要考虑铜的生物输出。如研制新型杀菌剂代替波尔多液,并控制其安全使用年限,监测有机肥重金属含量,合理施用有机肥料,开展清污混灌、轮灌等减少铜的输入,选择超累积植物[21]进行生物改良,增加铜的输出,施加钙、铁等提高土壤对铜的缓冲性等。这些均是今后开展果园土壤铜管理需要深入研究的内容。
4 小 结
调查区果园中葡萄园土壤表层全铜已经发生轻度污染,桃园、梨园土壤表层全铜存在环境潜在风险。果园土壤铜垂直分异较大,土壤表层全铜含量明显高于10 cm以下土壤铜的含量。随着喷施含铜杀菌剂年限增长,土壤铜含量增加。喷施含铜杀菌剂和施用规模畜禽养殖粪便等外源铜的输入是果园土壤铜积累的重要因素。
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