香榧林地土壤养分和重金属含量的时空变化研究

刘亚群，刘荣昌，程诗明，成亮，柏明娥，胡单，刘汝明，韩素芳

（1.浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；2.淳安县富溪林场，浙江 杭州 311700；3.柯城区林业技术推广中心，浙江 衢州 324000）

香榧Torreya grandis‘Merrillii’为我国特有珍稀干果树种，是近年来发展较快、经济效益较好的名特优果树之一，在我国已有1 000 多年的栽培历史[1-2]，主产于浙江会稽山脉的诸暨、绍兴、嵊州、东阳和磐安5 县（市）[3-5]。浙江省诸暨市赵家镇钟家岭村及其附近村庄，是当今香榧栽培最为集中的产地，再加上周边嵊州市谷来镇、绍兴市稽东镇、诸暨市和东阳市相接的会稽山余脉东白山区以及磐安县的玉山至墨林一带，形成了目前的香榧中心产地[6-7]，其产量约占我国香榧总产量的95%[8]。

香榧喜深厚肥沃、土质疏松的砂壤土、壤土[9-10]。王小明等[11]对会稽山区香榧种群生境的调查结果表明，香榧分布区母岩类型主要为酸性凝灰岩，75.2%的分布区土壤有机质含量大于2%，61.6%的分布区土层厚度大于80 cm，最适宜的土壤类型为山地黄泥土和黄泥土。20 世纪90 年代以来，随着香榧价格的大幅上升，香榧林的管理水平也得到大幅提高，施肥作为主要的管理措施被应用于香榧栽培和管理中，使得土壤的营养水平发生了很大的变化。戴文圣等[12]对香榧主产区的诸暨、绍兴、嵊州、东阳、磐安5 县（市）11 个乡镇的林地土壤养分进行了研究，结果表明，香榧林地土壤中的全N、全P、全K 和水解性N 的质量分数较为丰富，速效K 相对不足，Fe、B、Mn 等营养元素丰富，且变异系数较小。近年来，随着浙江省各地香榧引种栽培面积的不断扩大，管理水平参差不齐，为追求产量，大量施用肥料特别是无机肥等问题凸显[13-16]。董家琦[17]等的研究结果显示，2019 年，香榧主产区诸暨、嵊州、柯桥及东阳的土壤肥力存在显著的空间差异，土壤酸化及养分失衡现象较为严重，土壤养分受人为活动影响明显；存在重金属超标风险[18]。

为进一步摸清浙江省香榧林地土壤肥力的时空变异情况，科学合理地制定土壤养分管理和施肥决策，2019年，本研究对浙江省香榧主产区土壤养分及重金属含量状况进行了调查分析，并与2003 年戴文圣等[12,19-20]的调查数据进行同区域纵向对比研究，以期为香榧产地制定精准土壤管理技术，促进林地可持续经营。

1 材料与方法

1.1 样品采集

为研究香榧主产区长期施肥等人为经营活动对土壤肥力及重金属含量的影响，2019 年9—10 月，选择香榧主产区嵊州、诸暨、磐安、东阳、柯桥5 县（市）7 个乡镇19 个香榧林地进行调查取样。根据林地面积，在样地的上、中、下坡各确定3 个采样单元（保证每13.33 hm2至少有1 个采样单元），采样单元内按照S 形曲线随机确定采集点3～ 5 个，按照0～ 20 cm 和＞20～ 40 cm 土层分两层取样，每层取1～ 2 kg，同一采样单元内的土壤样品按上、下两层分别合并，并依据四分法留取1 kg 左右土壤样品。共计采集114 个土壤样品，于实验室风干、去杂、研磨、过筛后保存备用。2020 年1—3 月，进行土壤肥力指标测定。各样地基本情况见表1。

表1 样地概况Table 1 Information of sample plots

表1 （续）

1.2 土壤指标测定

1.2.1 土壤大量元素含量和pH 值测定 土壤有机质含量测定采用总有机碳分析仪燃烧法（LY/T 1237—1999）；土壤pH 值测定采用电位法（LY/T 1239—1999）；土壤水解性N 含量测定采用碱解扩散法（LY/T 1228—2015）；土壤有效P 含量测定采用盐酸-硫酸双酸浸提一钼锑抗比色法（LY/T 1232—2015）；土壤速效K 含量测定采用乙酸铵浸提-火焰光度法（LY/T 1234—2015）。

1.2.2 土壤中、微量元素含量测定 土壤Ca、Mg 含量测定用原子吸收光谱法（NY/T 296—1995）；土壤Zn含量测定用原子吸收光谱法（GB/T 17138—1997）；土壤B 含量测定用姜黄素吸光度法（全国农业技术推广服务中心土壤分析技术规范（第二版）；土壤Mn、Fe 含量测定用原子吸收光谱法（全国农业技术推广服务中心土壤分析技术规范（第二版））；土壤Mo 含量测定用电感耦合等离子质谱仪法（HJ 803—2016）；土壤Se 含量测定用原子荧光光度法（NY/T 1104—2006）。

1.2.3 土壤重金属含量测定 土壤Cd、Pb 含量测定用石墨炉原子吸收分光光度法（GB/T 17141—1997）；土壤Hg 含量测定用冷原子吸收分光光度法（NY/T 1121.10—2006）；土壤As 含量测定用共价氢化物原子荧光光度法（NY/T 1121.11—2006）；土壤Cu 含量测定用火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17138—1997）。

1.3 分级标准

土壤养分分级标准参照全国第二次土壤普查养分分级标准，见表2；土壤重金属含量限值按国家农业行业标准《绿色食品产地环境质量标准（NY/T391—2013）》[21]，见表3。

表2 土壤养分含量分级标准Table 2 Grading standard of soil nutrient content

表3 土壤重金属含量限值Table 3 Limit of heavy metal content in soil

1.4 数据处理与统计分析

试验结果采用Microsoft Excel 2003 软件进行数据分析，并与同一区域戴文圣等[12,19-20]的研究结果进行对比，对19 个样地的土壤样品肥力进行统计分析。将每个采样单元0～ 20 cm 和＞20～ 40 cm 两个剖面的土样测定数据进行平均，得到采样单元土壤养分分析数据，再将每个样地所有采样单元的数值进行平均，得到19 个样地的土壤养分分析数据，以平均值±标准偏差表示。

2 结果与分析

2.1 香榧林地土壤养分状况

由表4 和表5 土壤养分分析结果表明，19 个样地的土壤有机质含量平均为33.76 g·kg-1，94.73%以上样地的土壤有机质含量大于2%，处于中等以上水平，其中1 级水平的林地占31.57%，2 级（高）水平的林地占26.32%，说明香榧林地的土壤有机质含量丰富，且空间分布差异不大，变异系数为26.07%；土壤水解N 含量平均为223.54 mg·kg-1，均处于2 级及以上水平，其中1 级水平的林地占89.47%，2 级水平的林地占10.53%，说明香榧林地的土壤水解N 含量总体处于极高水平，且空间分布差异不大，变异系数为30.17%；土壤有效P 含量为28.01～ 440.92 mg·kg-1，平均为241.83 mg·kg-1，除磐安县安文街道东川村10 号样地的土壤有效P 含量处于2 级水平外，其余94.73%的林地土壤有效P 含量均处于1 级水平，说明香榧林地的土壤有效P 含量水平极高，空间分布差异也不大，变异系数为30.17%；土壤速效K 含量平均为159.52 mg·kg-1，处于中等以上水平的林地占78.94%，其中，1 级水平的林地占42.11%，2 级水平的林地占15.79%，3 级水平的林地占21.04%，处于极低水平的林地占5.27%，相较于土壤水解N 和土壤有效P 含量，香榧林地的土壤速效K 含量总体水平居中，且分布不均匀，变异系数达57.10%；土壤pH 值的变幅为4.23～ 5.60，平均为4.75，大部分林地的土壤呈酸性和强酸性，其中，酸性土壤（4.5～ 5.5）占52.63%，强酸性土壤（<4.5）占36.84%，弱酸性土壤（5.5～ 6.5）仅占10.53%，说明香榧林地的土壤pH 值总体偏低，土壤有酸化趋势。

表4 香榧林地土壤养分状况Table 4 Soil nutrient contentof T.grandis ‘Merrillii’ stand

表5 香榧林地土壤养分等级Table 5 Soil nutrient grade of T.grandis‘Merrillii’ stand

2.2 香榧林地土壤中、微量元素含量状况

香榧林地土壤中、微量元素的含量及分布等级分析表明（表6），土壤中量元素Ca 含量的变幅为0.33～ 3.65 g·kg-1，平均为1.36 g·kg-1；土壤中量元素Mg 含量平均为3.54 g·kg-1，变幅为1.66～ 5.67 g·kg-1，各样地间Ca、Mg 含量差异较大，分布不均匀，其变异系数分别为66.64%和29.16%。土壤微量元素变异系数最大的为Se，其变异系数高达92.30%，含量平均为1.14 mg·kg-1；其次是B，含量平均为168.89 mg·kg-1，其变异系数为66.89%。变异系数最小的为Mo，其变异系数仅为21.22%。

表6 香榧林地土壤中、微量元素含量Table 6 Medium and trace element contents in soil of T.grandis‘Merrillii’ stand

2.3 香榧林地土壤重金属含量状况

由表7可以看出，香榧林地中土壤重金属As平均含量为12.01 mg·kg-1，除13号样地的平均含量为26.68 mg·kg-1，超出NY/T391—2013 限值25 mg·kg-1外，在其余样地土壤中的含量均未超标。重金属Cd 含量平均为0.2 mg·kg-1，其中1、3、5、10 号样地的Cd 含量超出限值。重金属Pb、Hg 和Cu 含量的平均值分别为31.66 mg·kg-1、0.08 mg·kg-1和10.56 mg·kg-1，所有样地土壤中的含量均在限值范围内，且变异系数均在50%以下，相对于As、Cd 其空间分布差异不大。以上分析表明，香榧林地中土壤重金属含量除个别样品超标外，大部分样品的含量符合NY/T391—2013。

表7 香榧林地土壤重金属含量Table 7 Heavy metal content in soil of T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.4 香榧林地土壤养分和重金属含量变化

将本次测定结果与2003 年戴文圣等[12,19-20]对同一区域19 个样地的土壤养分和重金属含量测定结果进行对比，结果见表8。由表8 中可看出，2003 年和2019 年，土壤有机质平均含量分别为14.53 g·kg-1和 33.76 g·kg-1，增加了19.23 g·kg-1，提高了132.35%；土壤水解性N 含量2019 年比2003 年增加32.04 mg·kg-1，提高了16.73%；土壤有效P 含量2019 年比2003 年增加165.29 mg·kg-1，提高了215.95%；土壤速效K 含量比2003 年增加57.31 mg·kg-1，提高了56.07%；而土壤pH 2019 年比2003 年下降0.78，下降了14.10 %，土壤酸性增强。

表8 2003 年与2019 年香榧林地土壤养分和重金属含量变化Table 8 Comparison on soil nutrient and heavy metal content in T.grandis ‘Merrillii’ stand in 2003 and 2019

中、微量元素的含量变化情况为：Ca、Mg、Zn、Mn 含量2019 年比2003 年均有不同程度地减少，下降最多和最少的分别为Ca、Mg（分别下降47.69%、4.32%），微量元素Mo、Fe、B 含量等均有不同程度地增加，其中Mo 和Fe 含量增加较大，分别增加0.60 mg·kg-1（增加461.54%）和15.50 mg·kg-1（增加90.12%）。

从土壤重金属含量变化来看，除Cd 和Hg 含量2019 年比2003 年稍有增加外，其余指标均有不同程度的下降，其中As 和Pb 含量2019 年比2003 年分别下降了12.21 mg·kg-1（下降50.41%）和18.1 mg·kg-1（下降36.37%），Cu 含量下降了0.62 mg·kg-1（下降5.55%）。

3 讨论与结论

3.1 讨论

自浙江省实施“香榧南扩”战略以来，截至2019 年，全省香榧种植面积达4.8 万hm2，与主产区立地条件的差异对新发展香榧林地施肥等生产管理水平提出了更高的要求[22]。笔者于2018—2020 年对全省香榧种植面积逾333 hm2共计20 个县（市、区）的香榧林地土壤肥力进行了肥力测定。目前，对浙江省香榧土壤肥力的评价研究较少，没有相应的等级划分标准，亟需根据全省特别是主产区香榧土壤肥力情况制定科学的划分标准。戴文圣等[12]采用南方红黄壤养分分级标准和农业农村部有关绿色食品产地土壤养分分级标准对诸暨、绍兴、嵊州、东阳和磐安5 县（市）的香榧林地土壤肥力（2003 年）进行了评价，香榧林地土壤中N、P、K 比例失调，表现为多数土壤N 过量，少数土壤P 过量或不足，多数土壤K 缺乏，并提出“控氮稳磷增钾”的施肥方案。

近年来，随着香榧价格的不断提高，香榧林地的经营管理水平也大幅提高，科研人员在提高土壤肥力及改善林地土壤理化性质等方面开展了一系列的研究工作[23-29]，为香榧的高产优质栽培提供了较好的理论基础和实践经验。本研究采用全国第二次土壤普查标准进行土壤肥力评价，与2003 年同一村级区域相比，香榧林地土壤有效P、有机质及速效K 含量分列大量养分增幅的前三，Mo、B、Se 等微量元素总量增幅较大，说明通过“控氮稳磷增钾”以及增施微量元素等经营理念的加强，香榧林地的土壤理化性质得到整体提升，但土壤养分失衡问题仍然存在，速效K 含量仍有5.27%样地处于极低水平。与2003 年相比，土壤pH 下降了0.78，土壤酸化严重，交换性盐基阳离子随降雨淋失，其中，以中、微量元素中的Ca 含量降幅最大（47.69%），施肥种类、配比、数量及方式的不合理是不可忽视的原因之一[17]。同时，随土壤pH 下降，土壤重金属活性增加，As 和Cd含量存在超标的潜在风险，与王敏等[18]的香榧主产区土壤Cd 重金属潜在风险最大，整体处于轻微生态危害研究结论相符。因此，强化生态化经营，制定精准土壤管理方案仍是目前香榧提升产量、保证品质和质量安全的重要技术措施。

3.2 结论

除速效K（含量极低，为5.27%），香榧主产区土壤大量元素的含量均处于中等以上水平；中、微量元素处于不同程度的中等变异；少量土壤存在重金属As、Cd 超标风险。与2003 年同一区域相比，土壤有效P 和有机质含量增幅较大，土壤酸化严重，Ca 含量降幅较大，建议香榧主产区林地土壤管理以提升现有养分利用率、改善物理性质为目标，制定“控氮减磷平衡钾”的科学配施方案，增加生物有机肥和生物菌肥用量；严格控制重金属施入性外源污染。新发展香榧林宜根据土壤肥力测定结果，参照主产区管理经验制定科学施肥方案。