韶关市菜地土壤理化性质分析与评价

高 磊，李海渤，冯慧敏*

（1.广东省农业技术推广中心，广东 广州 510520；2.韶关学院生物与农业学院/韶关市芥菜工程技术研究开发中心/韶关市油菜新品种选育工程技术研究中心，广东 韶关 512005）

土壤是重要的自然资源及农业生产资料，是农田生态系统的基本组成要素。土壤pH值、颗粒组成是衡量土壤质量的重要指标，土壤养分在土壤中的含量及其有效性是土壤肥力的重要方面[1]，对蔬菜产量及品质有重要的影响，其含量会因人类活动和农业生产而产生动态变化。随着城市化进程及工业的发展，我国菜园土壤也受到不同程度的重金属污染。重金属不仅对农田生态系统造成一定的潜在风险，还会通过食物链进入蔬菜，进而危害人体健康[2-3]。研究土壤理化性质及Cd含量的分布特征，对提升菜园土壤肥力和蔬菜品质具有重要意义。

广东省蔬菜产品不仅供给本省，部分还直供港澳，产品品质更容易受到关注。通过研究本地区菜地土壤的肥力状况，可了解菜地土壤养分丰缺情况。据报道，韶关市区周边耕地土壤也存在氮、磷、钾不平衡的现象，土壤中有效磷含量丰富，有机质含量和氮素含量中等，速效钾含量缺乏；土壤普遍偏酸性，pH值平均为5.8[4]。此外，韶关市作为广东省农产品主要基地，也是我国著名的有色金属产地，曾因矿产开发导致周边农田土壤Cd污染较为严重[5-8]，导致多种蔬菜Cd超标严重[9]，研究发现，市售蔬菜Cd的检出率为100%，平均含量为0.117 3±0.030 3 mg/kg[10]；大宝山上坝村农田土壤Cd超标率达89.5%，调研的8种蔬菜Cd含量均超过GB 2762—2017《食品中污染物限量》的标准值[11]。另外，杜志鹏等[12]报道，与根茎菜类蔬菜和豆类蔬菜相比，叶菜类蔬菜积累Cd的能力更高，且十字花科芸薹属植物吸收累积Cd的能力较强。因此，研究韶关市十字花科菜地土壤肥力水平及镉污染情况，对指导当地菜地合理施肥及安全生产具有重要意义。

本研究拟通过对韶关市油菜薹、芥菜等十字花科蔬菜基地的土壤肥力及镉污染状况进行调查分析，评价土壤酸化程度及土壤有机质和氮、磷、钾分布水平，并对镉污染进行分级评价，总结出韶关市目前油菜薹、芥菜等十字花科菜地肥力水平及镉污染现状，进而为蔬菜科学种植、安全生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试土壤：采自广东省韶关市28个种植芥菜、菜心、油菜薹、小白菜等十字花科蔬菜的基地，其中，韶关市浈江区（3个，油菜薹、芥菜、菜心）、武江区（1个，油菜）、曲江区（1个，芥菜）、仁化县（10个，油菜薹、芥菜、菜心）、乳源瑶族自治县（7个，油菜薹、菜心、芥菜）、乐昌市（1个，菜心、油菜薹）、南雄市（2个，油菜、菜心）、新丰县（3个，菜心、小白菜）。

土壤样品的采集与处理：采用五点法取样，除去土壤表面落叶等杂物，用塑料铲取0～20 cm耕层的土壤，并装于塑料自封袋。运回实验室后，置于阴凉干燥处，砸碎、混匀后平铺，自然风干，以四分法取样，研磨后分别过2.00、1.00、0.25、0.10 mm尼龙筛并装入塑料自封袋。

1.2 样品分析与测试

土壤pH值的测定采用电位法，土壤颗粒组成测定（物理性黏粒含量，即＜0.1 mm土粒的百分含量）采用甲种比重计法[13]，有机质的测定采用重铬酸钾—外加热法，全氮含量的测定采用全自动凯氏定氮仪法，碱解氮含量的测定采用碱解扩散法，速效磷含量的测定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—钼锑抗分光光度法[14]，速效钾含量的测定采用1 mol/L CH3COONH4浸提—火焰原子吸收分光光度计法，Cd含量的测定采用酸溶（HFHClO4）—石墨炉原子吸收分光光度法[15]。

1.3 指标评价

土壤质地按卡庆斯基制分类[13]；土壤pH值和养分采用全国第二次土壤污染普查分级标准（表1），根据GB 15618—2018（农用地土壤污染风险管控标准（试行））及HJ/T 166—2004（土壤环境监测技术规范）[16-17]标准计算土壤Cd单因子污染指数及超标倍数，其分级方法采用崔良满[18]的方法，将单因子污染指数（污染等级）划分为4个等级，即：Pi＜1（清洁）、1≤Pi＜2（轻度污染）、2≤Pi＜3（中度污染）、Pi≥3（重度污染），Cd单因子污染指数及超标倍数的计算公式：Pi＝Ci/Si，其中Pi为土壤中i污染物的环境质量指数，Ci为实测值，Si是相应标准值；Ni＝（Ci－Si）/Si，其中Ni为土壤中i污染物的超标倍数，Ci为实测值，Si是相应标准值。

表1 土壤养分及pH值分级标准

1.4 数据统计分析

本文结果为3次重复的平均值。采用Excel和SPSS进行数据处理和统计分析及制图。

2 结果与分析

2.1 土壤理化指标的统计分析与评价

由表2可知，供试土壤物理性黏粒含量在21.55%～53.08%，算术平均值34.26%；土壤pH值在5.16～8.52，算术平均值6.73，为3级；土壤有机质含量在8.48～40.75 g/kg，算术平均值25.72 g/kg，为3级；土壤全氮含量在0.33～3.37 g/kg，算术平均值1.21 g/kg，为3级；土壤碱解氮含量在35.52～319.77 mg/kg，算术平均值164.83 mg/kg，为1级；土壤速效磷含量在7.32～109.65 mg/kg，算术平均值44.73 mg/kg，为1级；土壤速效钾含量在37.66～309.96 mg/kg，算术平均值142.10 mg/kg，为3级；土壤Cd含量在0.03～1.09 mg/kg，算术平均值0.18 mg/kg，未超标（标准为＜0.3 mg/kg）。

表2 土壤理化指标统计分析结果

《2016年全国耕地质量监测报告》显示全国耕地土壤pH值变化幅度为3.3～9.1，有机质含量、全氮含量、速效磷含量、速效钾含量、镉含量的平均值分别为24.30 g/kg、1.45 g/kg、27.90 mg/kg、129.00 mg/kg、0.26 mg/kg；与之相比，本研究pH值（5.16～8.52）在其范围内，土壤有机质含量、速效磷含量、速效钾含量分别高出1.42 g/kg、16.83 mg/kg、13.10 mg/kg，全氮含量、镉含量则分别降低了0.24 g/kg、0.08 mg/kg（表2）。

土壤各理化指标的变异系数在15.17%～121.55%，其大小顺序为：镉含量＞全氮含量＞速效磷含量＞速效钾含量＞碱解氮含量＞有机质含量＞物理性黏粒含量＞pH值，其中物理性黏粒含量、pH值的变异系数较小，均在20.00%以下；Cd含量的变异系数最大（121.55%），可能是因为部分点位镉超标，而大部分点位镉含量远低于超标限值（表2）。

2.2 土壤理化指标的分级评价

2.2.1 土壤质地的分级评价

根据卡庆斯基制土壤质地分类，对土壤物理性黏粒含量（＜0.01 mm土粒含量）进行分级，结果表明：供试菜地土壤质地以壤土为主，无砂土和黏土，壤土中有轻壤土、中壤土、重壤土3种，其占比依次为14.29%、75.00%、10.71%，中壤土占比最多，较适合蔬菜生长（表3）。

表3 土壤质地分级结果

2.2.2 pH值的分析评价

由图1可知，土壤pH值1～6级点位占比分别为3.57%、25.00%、21.43%、39.29%、10.71%、0.00%，各级占比顺序为：4级＞2级＞3级＞5级＞1级＞6级。2～4级点位较多，占比85.72%，1～3级（强碱性、碱性、中性）与4～5级（弱酸性、酸性）各占比50.00%，无强酸性点位（6级为0.00%）。

图1 土壤pH值分级占比情况

2.2.3 土壤养分的分级评价

由图2可知，土壤有机质含量在1～6级点位占比依次为7.14%、35.71%、28.57%、21.44%、7.14%、0.00%，各级占比顺序为：2级＞3级＞4级＞1级＝5级＞6级，2～4级点位较多，占比85.72%，1～3级（中等及以上水平）占比71.42%，4～5级（缺乏及很缺乏）占比28.58%，不存在极缺乏点位（6级为0.00%）。

图2 土壤有机质含量分级占比情况

由图3可知，土壤全氮含量1～6级点位占比依次为14.29%、0.00%、39.29%、21.43%、10.70%、14.29%，各级占比依次为：3级＞4级＞1级＝6级＞5级＞2级。除2级点位为0.00%外，其他各级均有分布，3～4级点位较多，占比60.72%，1～3级（中等及以上水平）共占比53.58%，4～6级（缺乏及以下水平）占比46.42%。

图3 土壤全氮含量分级占比情况

由图4可知，土壤碱解氮含量1～6级点位占比依次为60.71%、10.71%、10.71%、14.29%、3.58%、0.00%，各级占比大小依次为1级＞4级＞2级＝3级＞5级＞6级。1级点位较多（60.71%），1～3级（中等及以上水平）占比82.13%，4～5级（缺乏及很缺乏）占比17.87%，未出现极缺乏现象（6级占比为0.00%）。

图4 土壤碱解氮含量分级占比情况

由图5可知，土壤速效磷含量1～6级点位占比依次为：57.15%、25.00%、10.71%、7.14%、0.00%、0.00%，各级占比大小依次为1级＞2级＞3级＞4级＞5级＝6级。1级点位最多（57.15%），1～3级（中等及以上水平）占比92.86%，4级（缺乏）占比7.14%，未出现很缺乏、极缺乏现象（5、6级均占比0.00%）。

图5 土壤速效磷含量分级占比情况

由图6可知，土壤速效钾含量1～6级点位占比依次为14.29%、28.57%、28.57%、17.86%、10.71%、0.00%，各级占比大小依次为2级＝3级＞4级＞1级＞5级＞6级。2～3级占比较多，达57.14%，1～3级（中等及以上水平）占比71.43%，4～5级（缺乏及很缺乏）占比28.57%，未出现极缺乏现象（6级占比为0.00%）。

图6 土壤速效钾含量分级占比情况

2.2.4 土壤中Cd含量的评价

有4个供试菜地土壤Cd含量超标，超标率为14.28%，超标倍数在0.12～0.97，单因子污染指数在1.12～1.97，属轻度污染（1≤Pi＜2）（表4）。

表4 土壤Cd含量评价结果

2.3 土壤理化指标相关性分析

土壤物理性黏粒含量同全氮含量极显著正相关；土壤pH值同碱解氮含量极显著负相关；土壤有机质含量同碱解氮含量显著正相关；土壤速效磷含量同速效钾含量极显著正相关；其他各指标间相关性不显著（表5）。

表5 土壤理化指标相关性分析结果

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）土壤养分平均水平：供试土壤质地为壤土；土壤平均pH值属中性（6.73，3级），未出现强酸性点位，土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾的平均含量分别为25.72 g/kg、1.21 g/kg、164.83 mg/kg、44.73 mg/kg、142.10 mg/kg，分别为3级、3级、1级、1级、3级，速效磷含量、速效钾含量水平相对较高。土壤Cd平均含量0.18 mg/kg，未超标。

（2）土壤养分分级结果：土壤质地有轻壤土、中壤土、重壤土3种，占比依次为：14.29%、75.00%、10.71%；土壤pH值、有机质含量、全氮含量、碱解氮含量、速效磷含量、速效钾含量1～3级占比依次为50.00%、71.42%、53.58%、82.13%、92.86%、71.43%，碱解氮含量、速效磷含量相对较高；土壤Cd含量超标点位属轻度污染（1≤Pi＜2）。

（3）土壤物理性黏粒含量同全氮含量呈极显著正相关；pH值同碱解氮含量呈极显著负相关；土壤有机质含量与碱解氮含量呈显著正相关；土壤速效磷含量同速效钾含量呈极显著正相关。

3.2 讨论

3.2.1 土壤肥力指标分布特征

土壤有机质和氮、磷、钾含量是衡量土壤基础肥力的重要指标，土壤肥力对土壤酶活性和微生物种群、数量也有一定的影响[19-21]，进而破坏土壤生态系统的平衡。因此，研究这些养分的丰缺水平可为菜地土壤的培肥及改良提供理论依据。供试菜地土壤质地属于壤土，适宜蔬菜生产，这与菜地有机肥用量相对较大、精耕细作有一定的关系。土壤物理性黏粒含量同全氮呈极显著正相关，说明土壤越黏重，越有利于含蓄土壤养分，土壤全氮含量就越高，这与肖飞等[22]及郭树江等[23]的研究结果类似。

土壤pH值平均水平为中性（3级），但4级点位占比（39.29%）最高，为弱酸性，且4级、5级（弱酸性、酸性）占比达到50.00%，说明有一半点位存在酸化现象，这与供试区域酸雨淋溶、土壤类型（红黄壤呈酸性）有关，也与蔬菜产地大量施用化肥、复种指数高（1年3熟制）、作物带走的盐基离子较多有关。盐基性阳离子淋失减少而氢、铝离子增加是导致土壤酸化的根本原因，致使土壤肥力降低、重金属的生物有效性提高[24]。因此，土壤酸化问题应采取改良措施解决。另外，土壤pH值与碱解氮含量极显著负相关，分析是因为大量使用化学氮肥，造成土壤酸化，由于土壤处在微酸的环境中，H＋与NH＋竞争性增强，导致植物根系对氮的吸收受到竞争性抑制，减少对氮的吸收，致使土壤碱解氮含量较高，当土壤pH值增加时氮的吸收量增加，土壤碱解氮含量则相应下降[25]。据报道，十字花科蔬菜的根肿病菌喜好偏酸性的土壤，在偏酸性环境中发病明显[26]；黄蓉等[27]在对江西省十字花科作物根肿病区土壤研究发现，田间根肿病情以土壤pH值4.5～6.5相对较多，可通过施用适量石灰（667 m2用75～100 kg）来解决该问题。

土壤有机质、全氮、速效钾的平均含量均属于中等偏上水平（3级），碱解氮、速效磷的平均含量均属于丰富水平（1级），说明土壤平均肥力在中等偏上水平；从分级结果来看，土壤有机质含量、全氮含量、碱解氮含量、速效磷含量、速效钾含量分别有71.42%、53.58%、82.13%、92.86%、71.43%的点位含量较为丰富（1～3级），有28.57%、46.42%、17.87%、7.14%、28.56%的点位含量较为缺乏（4～6级，除全氮外，其他指标6级均为0.00%）；其中，土壤速效磷的1～3级占比最高，其次是碱解氮，这进一步说明速效态氮、磷水平均较高。而土壤有机质和速效钾的水平有待进一步提升。有研究表明，广东省蔬菜生产中P2O5肥投入偏高，氮、磷、钾比例不均衡，而有机肥提供的N∶P2O5∶K2O占比较小，分别为27.35%、17.95%和17.69%，化肥施用量N∶P2O5∶K2O＝1.00∶1.03∶0.99，总施肥量N∶P2O5∶K2O＝1.00∶0.91∶0.88[28]。有机肥用量小，化肥使用量大，特别是氮磷肥用量大，这可能是造成本研究碱解氮含量、速效磷含量较高，而有机质含量、全氮含量、速效钾含量略低的因素之一。

土壤有机质含量同碱解氮含量呈显著正相关，有效磷含量同速效钾含量呈极显著正相关，这与林万树[29]、吴志丹等[30]、李鑫[31]的研究结果均相同。土壤有机质含量同碱解氮含量呈显著正相关，说明土壤有机质含量高的土壤，其土壤碱解氮含量也相应较高。这可能跟菜地土壤注重增施有机肥有关，施用有机肥是提高土壤有机质含量的有效途径，且其富含其他养分元素[32]；因此，可以同时提高土壤中氮、磷、钾和其他微量元素的含量。另外，土壤微生物对根肿病的防控起着重要作用[33]，而增施有机肥可在提高土壤有机质和养分含量的同时，改善微生物的生活环境，增加微生物的数量。据报道，有机肥的施入能够提高土壤中真菌和细菌群落的丰富度和多样性，而仅施无机肥则反之[34]。因此，可增施有机肥改善十字花科根肿病的问题。

3.2.2 土壤Cd分布特征

土壤Cd平均含量0.18 mg/kg，未超标，但存在超标点位，经单污染因子评价其污染等级为轻度污染。作为蔬菜产地，这些Cd污染菜地应采取有效的修复技术进行治理，或者改种其他经济作物，如花卉、景观树木等，不宜再种植蔬菜等农作物。

pH值与重金属的有效态往往呈显著负相关关系，据邢丹等[35]报道，黄壤土中酸溶态Cd含量高于pH值偏高的石灰土。广东省地处华南，酸雨严重、土壤多呈酸性，而低pH值会加剧重金属的溶出和毒性；此外，施肥等因素也会将Cd带入农田生态系统，由于磷矿中含Cd，随着磷肥和复合肥的施用，土壤有效Cd的含量逐渐增加[36-40]。

据相关报道，部分十字花科蔬菜具有较强的吸收Cd能力[41]，如印度芥菜、油菜等[42-46]；因此，土壤Cd含量一旦超标，将会威胁到十字花科蔬菜的安全生产。因此，对于Cd含量未超标但存在低浓度的菜地，也要引起重视，可通过增施有机肥、调节土壤酸碱度（施石灰）、种植绿肥作物等来改善土壤理化性质，从而降低土壤Cd的有效性。

3.2.3 施肥建议

土壤是蔬菜生长的基础，蔬菜生物学性状、产量及品质与土壤养分和施肥技术有着密切关系，土壤的改良与培肥工作对蔬菜生产尤其重要。根据研究结果，建议提高本地区菜地有机肥的用量，合理施用氮肥、适量施用磷肥、增施钾肥，平衡氮、磷、钾3元素。

针对个别重壤土可增施有机肥加以改良；轻壤土可以种植花生、姜及番薯等作物来提高作物产量和经济效益。酸化土壤可通过施加一定量的石灰来改良，同时增施腐熟的粪肥、饼肥、菇渣肥等有机肥，或采取种植绿肥、秸秆还田等措施加以改良，有条件的可增施生物有机肥以改善微生态环境[47-50]，同时提高土壤有机质的含量；针对氮磷水平高、钾素略为缺乏的土壤，可适当提高钾肥的施用量或施入草木灰（熏制火粪）等措施来改善。

由于十字花科蔬菜在酸性土壤上易于发生根肿病，且部分品种具有较强的吸收Cd的能力的问题，建议增施有机肥来调节pH值、改善土壤质地、提高有机质含量和全氮含量、降低Cd的有效性，在保证氮、磷肥的前提下，合理补充钾肥，均衡氮、磷、钾养分，达到十字花科蔬菜优质、高效、安全生产的目标。土壤酸化问题可通过施加石灰改善，土壤Cd污染应采取措施治理修复或改种其他经济作物。