影響蔬菜品質的生態地球化學研究論文范文
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1、生態地球化學背景要素
1.1土壤中有益有害元素遷移富集規律眾所周知重金屬的土壤及作物的影響程度本并不是尤其所含總量所決定的，而是取決于土壤中各種重金屬元素的賦存形態。決定重金屬元素遷移、轉化能力及富集量的主要是水溶態和離子交換態這兩個賦存形態。重金屬元素各形態平均量及與全量比值為表中所示(表3)。表3反映了在土壤中各重金屬元素由于其化學性質的不同，在各賦存形態分配量方面的差異。Hg、As、Cu、Zn在土壤中的非活動態量與總量的比值均在50%以上，其次是Pb為40%左右，Cd相對較低為27%。而活性較強、遷移能力較大的水溶態、離子交換態的量除Cd達27.45%，其它元素的量一般僅占總量的2-3%左右。說明進入土壤中的重金屬元素汞、砷、鋅相對較穩定，活化、遷移能力較低，主要以殘渣態形式賦存于土壤中；銅、鉛主要以與有鐵錳、腐殖質及碳酸鹽有關的結合態形式存在，具一定的活化、遷移能力；鎘則以具高可活動態，低殘渣態形式存在，具有較強的活性和遷移能力，對土壤的污染程度也相對較高。
1.2種植區灌溉水地球化學背景區內灌溉水中Ph在6.1～8.3之間，平均值為7.8為中性-堿性，Se、Cr、Zn、Pb、Cd等重金屬元素及NO3-、F-、N、P含量均較低，Hg、K以及總硬度、高錳酸鉀指數的平均值與江漢流域區平均值的比值>1.5，區內對地表水構成明顯污染的是SO42-硫酸鹽，其平均值為全區的16.4倍以上。
2.1蔬菜品質特征
表4為本次工作所采集的蔬菜樣本的品質各主要養分的統計結果，包菜、大白菜兩類蔬菜中總糖、維生素C等養分的含量大致相當，前者略高于后者。按蔬菜種植區母質層劃分對品質對比，沖積層兩類蔬菜中的總糖、粗纖維含量高于湖沖積層包菜中的含量，而維生素C、粗蛋白的含量在湖沖積層包菜中相對較高；按種植區土類劃分對比，蔬菜中總糖含量：粘土類蔬菜＞砂土類蔬菜＞壤土類蔬菜；維生素C：壤土類包菜＞砂土類包菜＞粘土類包菜，粘土類大白菜＞砂土類大白菜＞壤土類蔬菜；粗蛋白砂土蔬菜中含量最高，其次是壤土、粘土；粗纖維在各土類蔬菜中的含量基本相當?？傮w上種植區的白菜類蔬菜的品質較優，以蔬菜品質主要養分平均總量計（圖4），湖沖積層區的蔬菜品質優于沖積層區的蔬菜品質；不同土類區蔬菜的品質，壤土種植區最好，其次是砂土種植區，粘土種植區的蔬菜品質相對較次。
2.2不同母質層重金屬元素賦存量對蔬菜品質的影響
在作物賴以生長的根作層土壤中重金屬有害物質主要源自于土壤母質，為了進一步了解不同母質層對蔬菜作物的重金屬污染影響程度，在區內主要土壤母質沖積層分布區采集了同點配套蔬菜樣、根系土樣品44件，其中湖沖積層區18件，沖積層分布區26件。分析統計結果顯示見表5：在兩種不同母質的根系土中，主要重金屬含量均未超過土壤標準閥值，總量較低，如Hg在根系土中的平均含量0.07μg/g，最高含量也僅為0.116μg/g；Cd在湖沖積層根系土和沖積層根系土中的平均含量大致相當，但在蔬菜中則表現為Hg的含量較低而Cd的含量則相對較高已接近于標準限值，這是由于土壤膠體溶液中可供作物吸收的可交換活動態離子量存在的的差異所引起的，這一特性在在圖5中體現的更為清晰。由此可見，作物中重金屬富集量的大小并不完全取決于與根系土中重金屬全量的高低，而與重金屬在介質中的重金屬離子的可活動態量占全量比值的大小關系密切。
2.3有益組分含量對蔬菜品質的影響
在蔬菜的生長過程中，土壤的一個重要功能就是為作物提供所必須的營養組分，其供給力的大小直接影響著作物的生長和品質的優劣。本次選取了主要有益元素銅、鋅、鐵、錳、鉬、磷在蔬菜生長過程中的影響特征加以討論。
2.3.1耕作母質層中有益元素的全量與蔬菜品質的關系作物在生長過程中對土壤中營養組分的攝入其實是對養分元素中可活動離子的一種解吸、交換的過程，這是由土壤結構組成和蔬菜作物的吸收功能所決定的。這一特性產生的結果如圖6所示。上圖是部分有益元素在土壤中的全量與在作物中的富集量的對比圖示解析，對比結果顯示，同一元素在作物中的富集量和在土壤中的富集量，不僅在量的大小上存在明顯的差異，且在含量變化特征上也存在明顯的不一致性，說明養分的總量反映了土壤中該類養分的潛在供應能力。
2.3.2耕作母質層中有益元素的有效量與蔬菜品質的關系元素對農作物的生長發育提供了必要的物質基礎，但是能被作物吸收利用的僅是其有效部分，由于母質層的成因類型的不同以及土壤質地上的差異，區內各營養組分在根系土中的有效供給量存在著不均勻性。區內主要湖沖積層、沖積層根系土及不同質地土壤中主要營養元素的有效態豐缺標準及含量分布特征見表6、表7。對比湖北省地調院推薦的省二次農業普查有效態豐缺標準（表7），區內兩沖積層根系土中：有效磷的供給力充足，速效鉀在湖沖積層根系土中含量偏低，在沖積層根系土中適度；其它微量元素的有效量在兩類沖積層根系土中表現為：有效銅、有效鐵很富足，有效鋅、有效鉬偏低；有效錳缺乏。不同質地土類中各有益元素的含量特征為：沙土中有效態量很富足的是Cu、Fe；Zn、B偏低，Mn缺乏，K、P的有效態量能基本滿足作物的所需量。從根系土各有益元素的有效態量與蔬菜中同類元素的富集量特征對比來看兩者呈正相關關系（圖7）。說明土壤中營養組分的有效態量的高低直接影響著作物的生長質量。
2.4土壤酸堿度與蔬菜品質的關系
土壤中的酸堿度是又一個對蔬菜作物生長具有重要影響的理化指標，pH值的高低以及變化直接影響著蔬菜作物的生長和品質的優劣。
2.4.1土壤有效態與土壤酸堿度的關系目前種植區作物生長的根系土中Ph值的平均值一般在7.7左右，屬中-偏堿性土，在當前這種土壤有益元素的有效組分和作物所需養分的供需關系的平衡狀態下，當土壤中Ph值繼續升高至8.0或8.0以上時，有益元素的有效態量明顯降低（圖8），特別是土壤中的堿解氮、鉀以及微量元素銅、鐵、硼的有效量下降的尤為顯著。由此可見，偏堿-堿性土壤在抑制了有害元素的活化遷移的同時，也降低了作物生長所需的營養組分的活性，對作物生長產生了不利的因素。
2.4.2蔬菜中Hg、Cd生物富集系數與土壤Ph值的關系土壤的酸堿度是影響農作物的生物富集的一個重要條件。白菜類蔬菜中元素生物富集系數（圖9），土壤pH值<7.5-7.5中偏堿性環境下，Hg、Pb、As的生物富集系數較穩定，均在0.01以下，Cd的富集系數呈上升趨勢由0.025左右升至0.04左右。當土壤中的Ph值繼續升高7.5—8.0時，Cd的生物富集系數趨于平穩降低在0.035-0.04之間，而Hg的生物富集系數急劇升高，Pb、As的生物富集系數無明顯變化。說明在Ph值大于7.5的堿性環境條件下蔬菜對土壤中的Hg反應更為敏感，吸取量隨著土壤中Ph值的增大升高。對Cd、Pb、As則反應相對較平穩，富集系數變化不大。
2.5土壤肥力與蔬菜品質的關系
土壤是蔬菜生長發育的母體，在衡量土壤質量的諸多要素中，土壤肥力是一個極為重要的指標。通常在土壤學中是將土壤中的陽離子交換量以及與之存在有相關關系的鹽基總量參數來評價土壤肥力高低優劣的。土壤中的陽離子交換量直接反映了土壤保肥、供肥性能和緩沖的能力，鹽基總量則是判斷土壤肥力水平的一個重要參數。
2.5.1母質根系土中陽離子交換量種植區土壤中陽離子交換量平均值為14.4cmol/kg。湖沖積層15.61cmol/kg>沖積層13.53cmol/kg；粘土16.44cmol/kg>砂土13.15cmol/kg>壤土12.13cmol/kg。說明湖沖積層土壤的保肥、供肥能力要優于沖積層土壤；保肥、供肥能力最好的是粘土，其次是砂土和壤土。
2.5.2土壤鹽基總量土壤中的鹽基總量通常是作為判斷土壤肥力的一個重要參數，種植區根系土中鹽基總量的平均值為30.8cmol/kg，高于陽離子交換量的均值，說明總體上土壤肥力達到了中等偏上的水平；各母質層及不同質地的土壤中鹽基總量均值沖積層（34.52cmol/kg）>湖沖積層（29.059cmol/kg）；粘土和砂土中的鹽基總量基本相當為33.73cmol/kg左右，壤土中的鹽基總量值較低僅為19.87cmol/kg，說明粘土、砂土中的肥力要優于壤土。
2.6地表灌溉水對蔬菜品質的影響另一個對蔬菜作物的生長至關重要的影響因素就是水，作物在其生長過程中，很大一部分所需營養主要是通過對水的攝入進行自身補給的，同時水又是土壤溶液的重要組成部分，是有益有害元素發生遷移轉化的載體。本次評價區兩種白菜種植區內的灌溉水體中，主要重金屬污染物均未超標。大白菜種植區灌溉水中的重金屬含量略高于包菜種植區灌溉水中的含量，其它污染物指標氟化物、氯化物和磷在灌溉水體中的平均含量和最高值均在標準允許范圍內，對水體未構成污染，適合蔬菜種植的灌溉。
3、結語
綜上所述，在目前的環境條下，種植區耕作層土壤中主要重金屬有害物質Hg、Cd、As、Pb的含量在國家有關無公害蔬菜衛生指標規定限值內，仍然處于一個較低的水平狀態，說明種植區土壤質量是相對安全的；種植區白菜類蔬菜中主要重金屬指標含量按衛生標準衡量（5003-2001）具含量低，生物富集系數小的特點，其質量均達到了無公害蔬菜標準，屬優質產品。區內優質包菜最適宜種植的土壤為第四系全新世沖積層壤土；大白菜的最適宜種植的土壤為第四系全新世湖沖積層壤土，土壤酸堿度控制在7.5-8.5為好。
作者：胡瑞春項劍橋羅軍強胡云飛單位：湖北省地球物理勘察技術研究院
