成都平原北部杜仲引种驯化栽培区土壤元素特征*

王玥琳，胡冀珍，陈文德

(1.西南林业大学 生态旅游学院，云南　昆明650224；2.成都理工大学旅游与城乡规划学院，四川　成都610059)



成都平原北部杜仲引种驯化栽培区土壤元素特征*

王玥琳1，胡冀珍1，陈文德2

(1.西南林业大学 生态旅游学院，云南昆明650224；2.成都理工大学旅游与城乡规划学院，四川成都610059)

通过对彭州和什邡杜仲主要引种驯化栽培区的土壤野外调查、样品采集与XRF分析仪分析土壤样品，研究其土壤元素含量与特征。结果表明：彭州—什邡研究区杜仲产地土壤元素含量存在较大差异，除Ca外其余14种元素彭州产区含量明显高于什邡；彭州产区的Ca、Ti、Cr、Fe、Cu、Zn、Sr、Pb、V以及什邡产区的Ca、Cu、Zn、Pb、Cr含量高于中国土壤元素背景值；两地各元素含量与克拉克值存在较大差异，除Zn、Pb以及彭州的Sr外，其他均未达到克拉克值；彭州Cu、Cr与什邡Ca相对富集，什邡Mn贫瘠；彭州土壤元素Ca分布处于分异状态，什邡Sr、Ca处于分异状态，其他各元素均分布均匀；彭州Cu、Cr含量符合《土壤环境质量标准》二级标准，Zn、Pb极接近一级标准，什邡Cu、Cr、Pb含量完全符合一级标准，Zn符合二级标准；聚类分析结果显示，V、Fe、K在什邡和彭州土壤中化学特征相似，Cu、Zn、Cr、Pb一组以及Mn、Y一组也在两地区土壤中化学特征相似。本研究查清了彭州、什邡两地杜仲产区土壤的K、Ca、Cu等15种元素含量特征，为当地药材杜仲的种植结构调整提供了参考。

土壤化学特征；元素分析；杜仲；彭州；什邡

杜仲(EucommiaulmoidesOliver)为杜仲科(Eucommiaceae)杜仲属(Eucommia)多年生落叶乔木，中国特有植物种，是第4纪冰川侵袭残留下的树种之一，被称为“活化石”，列为国家二级保护植物[1～2]，其树皮具有补肾、健腰、强筋、壮骨、安胎、降压等功效[3]。杜仲中心产区集中在陕西南部、湖南西北部、四川东部及北部、云南东北部、贵州西及北部、湖北西及西北部、河南西南部[4]。什邡及彭州是杜仲主要生长区域，是杜仲引种驯化栽培中心。杜仲土壤元素的地球化学特征是决定药材质量及产量的重要元素之一，但目前国内外对杜仲产地土壤化学特征的研究较少，艾训儒等人初步研究了杜仲对土壤营养元素的富集能力[5]，伍庆等人做了土壤养分因子对杜仲有效成分含量影响的相关研究[6]，陈文德等人对杜仲的重金属富集能力及龙门山的杜仲产地土壤化学特征进行了研究[7～8]。基于此，本文通过对四川省彭州、什邡杜仲主产区土壤元素含量进行测定，掌握杜仲产地环境土壤特征及属性，为进一步实现杜仲规模化种植及提高杜仲药材道地性提供参考。

1　研究区概况

彭州市(103°10′～103°40′E，30°54′～31°26′N)位于成都平原中北部，属神秘的北纬30°地区。地处成都平原与龙门山过渡地带，山、丘、坝俱全，形成了“五山、一水、四分坝”的自然格局。什邡市(103°47′～104°16′E，31°01′～31°37′N)位于成都市西北部与德阳市西南部之间，面积864km2，海拔大部分高于4 000m。区域内水系较为发达，属于沱江水系，大多为西北流向东南。彭州—什邡研究区土壤主要为黄壤、紫色土。气候属于亚热带湿润季风气候，冬季气温低，夏季多暴雨，气候温湿，雨量充沛。年平均气温为13.6℃，7～8月最热，月平均气温可达23℃，1月最冷，平均气温为3.7℃，年平均降雨量为938.95mm，降雨多集中在7～9月。

2　材料与方法

2.1土壤样品采集

在调查区内，针对杜仲药材物种，设立典型调查样地30个，样地面积10m×10m，并详细填写相应的样地调查表。在布设的典型样地内采集土壤，同一样地采集1套土样，采样点均利用GPS进行定位。每个样品均在挖取的1m×1m土壤剖面，采集0～20cm土层的土柱，取样重1～1.5kg，用聚乙烯塑料袋盛装，系紧袋口编号后，备用。

2.2研究方法

2.2.1杜仲土壤元素的含量

样品测定使用DELTA手持式XRF分析仪，仪器采用4WX射线管，200μA电流，检测前挖取新鲜土壤剖面，进行仪器校正，完成后开始测定样品元素含量。根据前期资料查询，本次检测土壤中K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、Rb、Sr、Zr、Ba、Pb、Y等与杜仲相关的15种地球化学元素。

2.2.2杜仲土壤元素的浓集系数特征

浓集系数(k)表示土壤元素的含量特征，为营养元素的平均含量与对应的中国土壤元素背景值的比值。k>1.5为相对富集，k<0.5为显著贫瘠，0.5

2.2.3杜仲土壤元素的变异系数特征

土壤元素的变异系数分析方法参照盛奇[11]。变异系数越小说明元素分布越均匀，反之则越不均匀，且在局部范围可能存在相对富集或贫瘠状态。

2.2.4土壤元素的等级

本研究根据土壤环境质量标准[12]选取Cu、Cr、Zn、Pb 4种重金属元素作为有害元素，研究其在土壤中的含量是否符合环境质量标准或是否造成污染。

2.2.5土壤元素聚类分析

按照某些相似性或差异性指标，定量地确定土壤样本之间的亲疏关系，并按这种亲疏关系程度对样本进行聚类，将性质相近的归为一类，将性质差别较大的归入不同的类[13]。

2.3试验数据处理

数据处理采用Excel 2007和SPSS 16.0软件。

3　结果与分析

3.1杜仲土壤元素的含量

彭州、什邡两地杜仲土壤元素含量测量结果见表1。由表1可知,两个研究区内土壤元素含量差异明显，除Ca含量在什邡土壤的含量超出彭州3 000.40μg/g，其他14种元素彭州土壤的含量均大于什邡。其中相差最大的是Fe，差值达14 147.80μg/g，其次为Ti，差值为1 958.80μg/g，Rb含量在两个地区土壤中含量相差最小，差值为3.10μg/g。彭州地区Ca、Ti、Cr、Fe、Cu、Zn、Sr、Pb、V土壤含量均达到国家土壤元素背景值，而Zr、Mn、K、Y、Rb、Ba 6种元素土壤含量均低于国家土壤元素背景值，土壤元素含量由大到小排序为Fe>Ca>K>Ti>Mn>Ba>Sr>Zr>Cr>Zn>V>Rb>Cu>Pb>Y；什邡地区Ca、Cu、Zn、Pb、Cr各元素土壤含量达国家土壤元素背景值，Ti、Mn、Fe、Rb、Ba、Sr、Y、Zr、V、K各元素含量则未达到国家土壤元素背景值，其土壤元素含量大小排序为Ca>Fe>K>Ti>Ba>Mn>Zr>Zn>Sr>Rb>Cr>V>Pb>Cu>Y。

对比克拉克值(表1)可得，彭州、什邡地区的杜仲土壤各元素含量均与克拉克值存在较大差异，且大部分元素均未达到克拉克值，只有Zn、Pb以及彭州地区的Sr超过克拉克值，且Zn含量远超克拉克值。

注：中国土壤元素背景值和克拉克值来源于《中国土壤元素背景值》[9]。

3.2杜仲土壤元素的浓集系数特征

彭州、什邡杜仲林的土壤元素浓度系数计算结果见表2。

表2　彭州-什邡杜仲土壤元素的特征值

从表2可知，彭州地区杜仲土壤的Cu(kCu=2.02)、Cr(kCr=1.95)及什邡地区杜仲土壤的Ca(kCa=1.60)相对富集，而Mn(kMn=0.47)则处于贫瘠水平，两地区的其他元素含量均接近标准。浓集系数由大到小排序为：彭州Cu>Cr>Zn>Sr>Ca>Pb>Ti>V>Fe>Y>Zr>K>Rb>Mn=Ba，其中Zn(kZn=1.47)、Sr(kSr=1.42)、Ca(kCa=1.41)均接近富集水平；什邡Ca>Zn>Cu>Pb>Cr>Y>Ti>V>Rb>Zr>K>Fe=Ba>Sr>Mn，Zn(kZn=1.42)同样接近富集水平。彭州、什邡2地杜仲土壤元素浓集系数差异明显。在彭州富集的元素Cu、Cr在什邡地区则均不富集，而在什邡富集的元素Ca在彭州则不富集。除Ca在两地区的浓集系数为什邡大于彭州(差值为0.19)外，彭州各元素浓集系数均比什邡大，两地区浓集系数相差最大的是Cr(差值为0.88)，Sr次之(差值为0.84)，相差最小的是Rb(差值为0.03)。由此可见，彭州地区杜仲土壤元素含量整体比什邡地区较为丰沛。

3.3杜仲土壤元素的变异系数特征

元素变异系数与均匀性等级关系见表3。

表3　杜仲土壤元素均匀程度等级分布

由表2、表3可知,彭州杜仲产地土壤元素除Ca(变异系数为75.69%)分布有分异外，其他元素分布均达到基本均匀及以上；什邡杜仲产地土壤元素中Sr和Ca处于分异状态，其中Ca属于强分异(变异系数为113.77%)，其他元素变异系数均小于45%，分布基本均匀。

3.4土壤元素的等级

根据土壤环境质量标准[12](表4)和表1可知，彭州地区杜仲土壤元素中Cu、Cr含量符合二级标准，Zn、Pb虽然也属二级标准，但已极接近一级标准；什邡地区杜仲土壤元素中Cu、Cr、Pb含量完全符合国家一级标准，Zn符合二级标准。由此可见，两调查区内杜仲土壤生存环境良好，符合国家土壤环境标准。

表4　土壤环境质量标准

3.5土壤元素聚类分析

什邡和彭州地区的杜仲土壤元素聚类分析图如图1～图2所示，两地区的多元素聚类分组存在一定差别。什邡地区聚类图谱(图1)显示，元素大体可以分为2类，分别为Fe、Sr、Mn、Rb、Y、V、K、Ti、Zr组合和Cu、Zn、Cr、Ba、Pb、Ca组合。前者可进一步分为Fe、Sr、Mn、Rb、Y、V、K组合和Ti、Zr组合；后者除Ca元素外，其他Cu、Zn、Cr、Ba、Pb 5种元素构成一组。彭州区内聚类图谱(图2)显示，可分为Ca、Sr、Rb、Ba组合和V、Fe、K、Cr、Zn、Y、Zr、Pb、Cu、Ti、Mn组合。前者元素可进一步分为Ca、Sr组合和Rb、Ba组合；后者可分为V、Fe、K组合和Cr、Zn、Y、Zr、Pb、Cu、Ti、Mn组合。

对比什邡和彭州杜仲产区土壤元素的聚类分析结果，发现两者存在一定的相似性。V、Fe、K一组在什邡和彭州均聚为一类，Cu、Zn、Cr、Pb一组以及Mn、Y一组也同样在两个地区都聚为一类。说明这3组元素在什邡和彭州的研究区内土壤的分布规律相似，其在土壤中受地球化学作用的影响相近。从图1～图2中还可看出，两个研究区土壤元素中V、Fe、K均与Ca、Ba属于不同的分组，且在聚类分析结果中相距较远，说明V、Fe、K与Ca、Ba关系较为疏远，其在土壤中化学特征相差较大。同样，Cu、Zn、Cr、Pb一组在两个研究区的聚类分析结果中也均不和Sr、Rb聚为一类，表现出较大的特征差异。

图1　什邡杜仲产区土壤元素聚类分析图

4　结论与讨论

彭州—什邡研究区内土壤元素含量差异较大，除Ca外，其余元素在彭州杜仲产区土壤内含量均大于什邡。彭州杜仲产区土壤元素中Ca、Ti、Cr、Fe、Cu、Zn、Sr、Pb、V含量均高于国家土壤元素背景值，而什邡地区只有Ca、Cu、Zn、Pb、Cr 5种元素含量高于国家土壤元素背景值。在与克拉克值的比较中，两地区的Zn、Pb以及彭州地区的Sr高于克拉克值，其余元素均低于克拉克值。

彭州杜仲产地土壤元素含量整体比什邡地区高。彭州产区土壤中Cu、Cr相对富集，且Zn、Sr、Ca均接近富集水平，而什邡杜仲产区土壤中只有Ca相对富集。其余元素在彭州产区的富集程度也高于什邡。

彭州杜仲产区土壤元素除Ca分布不均匀外，其余元素分布均较为均匀。什邡地区则是Sr、Ca处于分异状态，其中Ca属强分异，其余元素分布均匀或基本均匀。Ca作为植物生长所必需的营养元素，在什邡杜仲产区土壤中可能存在局部范围相对富集或贫瘠状态，这将不利于杜仲在该区域的生长。在对杜仲种植规划与管理中，可施加适量的肥料以补充相对贫瘠的养分，改善该区域土壤中营养元素分布情况，实行科学的栽培管理措施。

彭州及什邡杜仲产区土壤元素中重金属元素Cu、Cr、Zn、Pb均达到国家土壤环境质量标准的二级标准及以上，符合农业生产安全要求，不会对人体健康造成威胁。杜仲产区土壤生存环境良好，没有受到重金属元素的污染。聚类分析结果表明两地区杜仲产区土壤元素中Cu、Cr、Zn、Pb均属于一类，这4种元素作为有害元素在土壤中拥有相近的化学特征，分布规律相似。

虽然研究区土壤中的Cu、Cr、Zn、Pb 4种有害元素达到国家二级标准，但其含量均高于国家土壤元素背景值，Zn、Pb高于克拉克值，且都达到相对富集或接近富集水平，需要相关部门注意，防止其有害元素大量积累，造成土壤污染。为保证产区土壤适宜杜仲的种植和生长，需加强对土壤中有害元素含量监测，切实做好防范工作，确保杜仲产区土壤中有害元素含量控制在安全范围。

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[5]艾训儒,刘煊章.杜仲对土壤营养元素的富集能力初探[J].湖北民族学院学报(自然科学版),1997,15(3):24-26.

[6]伍庆,王兴宁,夏品华.土壤养分因子对杜仲有效成分含量影响研究[J].安徽农业科学,2008,36(25):11002-11004.

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Soil Element Characteristics of Eucommia ulmoides Oliver Introduction and Domestication Areas in Northern Chengdu Plain

WANG Yue-lin1,HU Ji-zhen1,CHEN Wen-de2

(1.Faculty of Ecotourism,Southwest Forestry University,Kunming Yunnan 650224,P.R.China;2.College of Tourism and the Urban and Rural Planning ,Chengdu University of Technology,Chengdu Sichuan 610059,P.R.China)

By field investigation,sample collection and XRF analysis,the soil element the characteristics of genuineEucommiaulmoidesOliver introduction and domestication areas in Pengzhou and Shifang were studied.The result showed that the soil elements contents in these two study areas were difference.Except Ca,the other 14 elements in Pengzhou were higher than Shifang, the contents of Ca,Ti,Cr,Fe,Cu,Zn,Sr,Pb in Pengzhou and the contents of Ca,Cu,Zn,Pb,Cr in Shifang were higher than the China soil background values.The soil elements contents of the both areas had significant difference with the Clark Value,and most elements contents of the both areas were lower than the Clark Value except the content of Zn and Pb of the two areas and the content of Sr of Pengzhou.Cu and Cr in Pengzhou and Ca in Shifang were relatively concentrated,and the content of Mn was poor in Shifang.The distribution of Ca in Pengzhou was heterogeneous,and the differentiation of Sr and Ca in Shifang was high,in addition,other elements of the two areas were distributed evenly.The contents of Cu and Cr reached the Soil Environmental Quality Standard II,and Zn and Pb were close to Standard I in Pengzhou.The contents of Cu,Cr,and Pb reached Standard I,and Zn meet Standard II requirements in Shifang.The cluster analysis showed that V,Fe,K had similar chemical characteristics in Pengzhou and Shifang,and the that of Cu,Zn,Cr,and Pb group and the Mn and Y group were also similar.

soil chemical characteristics;elemental analysis;EucommiaulmoidesOliver;Pengzhou;Shifang

2015-09-30

四川省教育厅自然科学重点项目(14ZA0068)，四川科技支撑计划(2014SZ0068)，成都理工大学培养计划。

王玥琳(1990-)，女，硕士生，主要从事土壤元素特征分析方面的研究。E-mail：wangyuelin001@163.com

简介：胡冀珍(1962-)，女，教授，博士，主要从事生态旅游资源与环境管理以及竹文化旅游方面的研究。

E-mail：jizhenhu0359@163.com

S 714

A

1672-8246(2016)04-0084-06

doi:10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.04.014