高 磊，李海渤，馮慧敏*

（1.廣東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，廣東 廣州 510520；2.韶關(guān)學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)學(xué)院/韶關(guān)市芥菜工程技術(shù)研究開發(fā)中心/韶關(guān)市油菜新品種選育工程技術(shù)研究中心，廣東 韶關(guān) 512005）

土壤是重要的自然資源及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的基本組成要素。土壤pH值、顆粒組成是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，土壤養(yǎng)分在土壤中的含量及其有效性是土壤肥力的重要方面[1]，對蔬菜產(chǎn)量及品質(zhì)有重要的影響，其含量會因人類活動和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而產(chǎn)生動態(tài)變化。隨著城市化進(jìn)程及工業(yè)的發(fā)展，我國菜園土壤也受到不同程度的重金屬污染。重金屬不僅對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)造成一定的潛在風(fēng)險，還會通過食物鏈進(jìn)入蔬菜，進(jìn)而危害人體健康[2-3]。研究土壤理化性質(zhì)及Cd含量的分布特征，對提升菜園土壤肥力和蔬菜品質(zhì)具有重要意義。

廣東省蔬菜產(chǎn)品不僅供給本省，部分還直供港澳，產(chǎn)品品質(zhì)更容易受到關(guān)注。通過研究本地區(qū)菜地土壤的肥力狀況，可了解菜地土壤養(yǎng)分豐缺情況。據(jù)報道，韶關(guān)市區(qū)周邊耕地土壤也存在氮、磷、鉀不平衡的現(xiàn)象，土壤中有效磷含量豐富，有機質(zhì)含量和氮素含量中等，速效鉀含量缺乏；土壤普遍偏酸性，pH值平均為5.8[4]。此外，韶關(guān)市作為廣東省農(nóng)產(chǎn)品主要基地，也是我國著名的有色金屬產(chǎn)地，曾因礦產(chǎn)開發(fā)導(dǎo)致周邊農(nóng)田土壤Cd污染較為嚴(yán)重[5-8]，導(dǎo)致多種蔬菜Cd超標(biāo)嚴(yán)重[9]，研究發(fā)現(xiàn)，市售蔬菜Cd的檢出率為100%，平均含量為0.117 3±0.030 3 mg/kg[10]；大寶山上壩村農(nóng)田土壤Cd超標(biāo)率達(dá)89.5%，調(diào)研的8種蔬菜Cd含量均超過GB 2762—2017《食品中污染物限量》的標(biāo)準(zhǔn)值[11]。另外，杜志鵬等[12]報道，與根莖菜類蔬菜和豆類蔬菜相比，葉菜類蔬菜積累Cd的能力更高，且十字花科蕓薹屬植物吸收累積Cd的能力較強。因此，研究韶關(guān)市十字花科菜地土壤肥力水平及鎘污染情況，對指導(dǎo)當(dāng)?shù)夭说睾侠硎┓始鞍踩a(chǎn)具有重要意義。

本研究擬通過對韶關(guān)市油菜薹、芥菜等十字花科蔬菜基地的土壤肥力及鎘污染狀況進(jìn)行調(diào)查分析，評價土壤酸化程度及土壤有機質(zhì)和氮、磷、鉀分布水平，并對鎘污染進(jìn)行分級評價，總結(jié)出韶關(guān)市目前油菜薹、芥菜等十字花科菜地肥力水平及鎘污染現(xiàn)狀，進(jìn)而為蔬菜科學(xué)種植、安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試土壤：采自廣東省韶關(guān)市28個種植芥菜、菜心、油菜薹、小白菜等十字花科蔬菜的基地，其中，韶關(guān)市湞江區(qū)（3個，油菜薹、芥菜、菜心）、武江區(qū)（1個，油菜）、曲江區(qū)（1個，芥菜）、仁化縣（10個，油菜薹、芥菜、菜心）、乳源瑤族自治縣（7個，油菜薹、菜心、芥菜）、樂昌市（1個，菜心、油菜薹）、南雄市（2個，油菜、菜心）、新豐縣（3個，菜心、小白菜）。

土壤樣品的采集與處理：采用五點法取樣，除去土壤表面落葉等雜物，用塑料鏟取0～20 cm耕層的土壤，并裝于塑料自封袋。運回實驗室后，置于陰涼干燥處，砸碎、混勻后平鋪，自然風(fēng)干，以四分法取樣，研磨后分別過2.00、1.00、0.25、0.10 mm尼龍篩并裝入塑料自封袋。

1.2 樣品分析與測試

土壤pH值的測定采用電位法，土壤顆粒組成測定（物理性黏粒含量，即＜0.1 mm土粒的百分含量）采用甲種比重計法[13]，有機質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀—外加熱法，全氮含量的測定采用全自動凱氏定氮儀法，堿解氮含量的測定采用堿解擴散法，速效磷含量的測定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗分光光度法[14]，速效鉀含量的測定采用1 mol/L CH3COONH4浸提—火焰原子吸收分光光度計法，Cd含量的測定采用酸溶（HFHClO4）—石墨爐原子吸收分光光度法[15]。

1.3 指標(biāo)評價

土壤質(zhì)地按卡慶斯基制分類[13]；土壤pH值和養(yǎng)分采用全國第二次土壤污染普查分級標(biāo)準(zhǔn)（表1），根據(jù)GB 15618—2018（農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行））及HJ/T 166—2004（土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范）[16-17]標(biāo)準(zhǔn)計算土壤Cd單因子污染指數(shù)及超標(biāo)倍數(shù)，其分級方法采用崔良滿[18]的方法，將單因子污染指數(shù)（污染等級）劃分為4個等級，即：Pi＜1（清潔）、1≤Pi＜2（輕度污染）、2≤Pi＜3（中度污染）、Pi≥3（重度污染），Cd單因子污染指數(shù)及超標(biāo)倍數(shù)的計算公式：Pi＝Ci/Si，其中Pi為土壤中i污染物的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，Ci為實測值，Si是相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；Ni＝（Ci－Si）/Si，其中Ni為土壤中i污染物的超標(biāo)倍數(shù)，Ci為實測值，Si是相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 土壤養(yǎng)分及pH值分級標(biāo)準(zhǔn)

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

本文結(jié)果為3次重復(fù)的平均值。采用Excel和SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析及制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化指標(biāo)的統(tǒng)計分析與評價

由表2可知，供試土壤物理性黏粒含量在21.55%～53.08%，算術(shù)平均值34.26%；土壤pH值在5.16～8.52，算術(shù)平均值6.73，為3級；土壤有機質(zhì)含量在8.48～40.75 g/kg，算術(shù)平均值25.72 g/kg，為3級；土壤全氮含量在0.33～3.37 g/kg，算術(shù)平均值1.21 g/kg，為3級；土壤堿解氮含量在35.52～319.77 mg/kg，算術(shù)平均值164.83 mg/kg，為1級；土壤速效磷含量在7.32～109.65 mg/kg，算術(shù)平均值44.73 mg/kg，為1級；土壤速效鉀含量在37.66～309.96 mg/kg，算術(shù)平均值142.10 mg/kg，為3級；土壤Cd含量在0.03～1.09 mg/kg，算術(shù)平均值0.18 mg/kg，未超標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn)為＜0.3 mg/kg）。

表2 土壤理化指標(biāo)統(tǒng)計分析結(jié)果

《2016年全國耕地質(zhì)量監(jiān)測報告》顯示全國耕地土壤pH值變化幅度為3.3～9.1，有機質(zhì)含量、全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、鎘含量的平均值分別為24.30 g/kg、1.45 g/kg、27.90 mg/kg、129.00 mg/kg、0.26 mg/kg；與之相比，本研究pH值（5.16～8.52）在其范圍內(nèi)，土壤有機質(zhì)含量、速效磷含量、速效鉀含量分別高出1.42 g/kg、16.83 mg/kg、13.10 mg/kg，全氮含量、鎘含量則分別降低了0.24 g/kg、0.08 mg/kg（表2）。

土壤各理化指標(biāo)的變異系數(shù)在15.17%～121.55%，其大小順序為：鎘含量＞全氮含量＞速效磷含量＞速效鉀含量＞堿解氮含量＞有機質(zhì)含量＞物理性黏粒含量＞pH值，其中物理性黏粒含量、pH值的變異系數(shù)較小，均在20.00%以下；Cd含量的變異系數(shù)最大（121.55%），可能是因為部分點位鎘超標(biāo)，而大部分點位鎘含量遠(yuǎn)低于超標(biāo)限值（表2）。

2.2 土壤理化指標(biāo)的分級評價

2.2.1 土壤質(zhì)地的分級評價

根據(jù)卡慶斯基制土壤質(zhì)地分類，對土壤物理性黏粒含量（＜0.01 mm土粒含量）進(jìn)行分級，結(jié)果表明：供試菜地土壤質(zhì)地以壤土為主，無砂土和黏土，壤土中有輕壤土、中壤土、重壤土3種，其占比依次為14.29%、75.00%、10.71%，中壤土占比最多，較適合蔬菜生長（表3）。

表3 土壤質(zhì)地分級結(jié)果

2.2.2 pH值的分析評價

由圖1可知，土壤pH值1～6級點位占比分別為3.57%、25.00%、21.43%、39.29%、10.71%、0.00%，各級占比順序為：4級＞2級＞3級＞5級＞1級＞6級。2～4級點位較多，占比85.72%，1～3級（強堿性、堿性、中性）與4～5級（弱酸性、酸性）各占比50.00%，無強酸性點位（6級為0.00%）。

圖1 土壤pH值分級占比情況

2.2.3 土壤養(yǎng)分的分級評價

由圖2可知，土壤有機質(zhì)含量在1～6級點位占比依次為7.14%、35.71%、28.57%、21.44%、7.14%、0.00%，各級占比順序為：2級＞3級＞4級＞1級＝5級＞6級，2～4級點位較多，占比85.72%，1～3級（中等及以上水平）占比71.42%，4～5級（缺乏及很缺乏）占比28.58%，不存在極缺乏點位（6級為0.00%）。

圖2 土壤有機質(zhì)含量分級占比情況

由圖3可知，土壤全氮含量1～6級點位占比依次為14.29%、0.00%、39.29%、21.43%、10.70%、14.29%，各級占比依次為：3級＞4級＞1級＝6級＞5級＞2級。除2級點位為0.00%外，其他各級均有分布，3～4級點位較多，占比60.72%，1～3級（中等及以上水平）共占比53.58%，4～6級（缺乏及以下水平）占比46.42%。

圖3 土壤全氮含量分級占比情況

由圖4可知，土壤堿解氮含量1～6級點位占比依次為60.71%、10.71%、10.71%、14.29%、3.58%、0.00%，各級占比大小依次為1級＞4級＞2級＝3級＞5級＞6級。1級點位較多（60.71%），1～3級（中等及以上水平）占比82.13%，4～5級（缺乏及很缺乏）占比17.87%，未出現(xiàn)極缺乏現(xiàn)象（6級占比為0.00%）。

圖4 土壤堿解氮含量分級占比情況

由圖5可知，土壤速效磷含量1～6級點位占比依次為：57.15%、25.00%、10.71%、7.14%、0.00%、0.00%，各級占比大小依次為1級＞2級＞3級＞4級＞5級＝6級。1級點位最多（57.15%），1～3級（中等及以上水平）占比92.86%，4級（缺乏）占比7.14%，未出現(xiàn)很缺乏、極缺乏現(xiàn)象（5、6級均占比0.00%）。

圖5 土壤速效磷含量分級占比情況

由圖6可知，土壤速效鉀含量1～6級點位占比依次為14.29%、28.57%、28.57%、17.86%、10.71%、0.00%，各級占比大小依次為2級＝3級＞4級＞1級＞5級＞6級。2～3級占比較多，達(dá)57.14%，1～3級（中等及以上水平）占比71.43%，4～5級（缺乏及很缺乏）占比28.57%，未出現(xiàn)極缺乏現(xiàn)象（6級占比為0.00%）。

圖6 土壤速效鉀含量分級占比情況

2.2.4 土壤中Cd含量的評價

有4個供試菜地土壤Cd含量超標(biāo)，超標(biāo)率為14.28%，超標(biāo)倍數(shù)在0.12～0.97，單因子污染指數(shù)在1.12～1.97，屬輕度污染（1≤Pi＜2）（表4）。

表4 土壤Cd含量評價結(jié)果

2.3 土壤理化指標(biāo)相關(guān)性分析

土壤物理性黏粒含量同全氮含量極顯著正相關(guān)；土壤pH值同堿解氮含量極顯著負(fù)相關(guān)；土壤有機質(zhì)含量同堿解氮含量顯著正相關(guān)；土壤速效磷含量同速效鉀含量極顯著正相關(guān)；其他各指標(biāo)間相關(guān)性不顯著（表5）。

表5 土壤理化指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）土壤養(yǎng)分平均水平：供試土壤質(zhì)地為壤土；土壤平均pH值屬中性（6.73，3級），未出現(xiàn)強酸性點位，土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀的平均含量分別為25.72 g/kg、1.21 g/kg、164.83 mg/kg、44.73 mg/kg、142.10 mg/kg，分別為3級、3級、1級、1級、3級，速效磷含量、速效鉀含量水平相對較高。土壤Cd平均含量0.18 mg/kg，未超標(biāo)。

（2）土壤養(yǎng)分分級結(jié)果：土壤質(zhì)地有輕壤土、中壤土、重壤土3種，占比依次為：14.29%、75.00%、10.71%；土壤pH值、有機質(zhì)含量、全氮含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量1～3級占比依次為50.00%、71.42%、53.58%、82.13%、92.86%、71.43%，堿解氮含量、速效磷含量相對較高；土壤Cd含量超標(biāo)點位屬輕度污染（1≤Pi＜2）。

（3）土壤物理性黏粒含量同全氮含量呈極顯著正相關(guān)；pH值同堿解氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；土壤有機質(zhì)含量與堿解氮含量呈顯著正相關(guān)；土壤速效磷含量同速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)。

3.2 討論

3.2.1 土壤肥力指標(biāo)分布特征

土壤有機質(zhì)和氮、磷、鉀含量是衡量土壤基礎(chǔ)肥力的重要指標(biāo)，土壤肥力對土壤酶活性和微生物種群、數(shù)量也有一定的影響[19-21]，進(jìn)而破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡。因此，研究這些養(yǎng)分的豐缺水平可為菜地土壤的培肥及改良提供理論依據(jù)。供試菜地土壤質(zhì)地屬于壤土，適宜蔬菜生產(chǎn)，這與菜地有機肥用量相對較大、精耕細(xì)作有一定的關(guān)系。土壤物理性黏粒含量同全氮呈極顯著正相關(guān)，說明土壤越黏重，越有利于含蓄土壤養(yǎng)分，土壤全氮含量就越高，這與肖飛等[22]及郭樹江等[23]的研究結(jié)果類似。

土壤pH值平均水平為中性（3級），但4級點位占比（39.29%）最高，為弱酸性，且4級、5級（弱酸性、酸性）占比達(dá)到50.00%，說明有一半點位存在酸化現(xiàn)象，這與供試區(qū)域酸雨淋溶、土壤類型（紅黃壤呈酸性）有關(guān)，也與蔬菜產(chǎn)地大量施用化肥、復(fù)種指數(shù)高（1年3熟制）、作物帶走的鹽基離子較多有關(guān)。鹽基性陽離子淋失減少而氫、鋁離子增加是導(dǎo)致土壤酸化的根本原因，致使土壤肥力降低、重金屬的生物有效性提高[24]。因此，土壤酸化問題應(yīng)采取改良措施解決。另外，土壤pH值與堿解氮含量極顯著負(fù)相關(guān)，分析是因為大量使用化學(xué)氮肥，造成土壤酸化，由于土壤處在微酸的環(huán)境中，H＋與NH＋競爭性增強，導(dǎo)致植物根系對氮的吸收受到競爭性抑制，減少對氮的吸收，致使土壤堿解氮含量較高，當(dāng)土壤pH值增加時氮的吸收量增加，土壤堿解氮含量則相應(yīng)下降[25]。據(jù)報道，十字花科蔬菜的根腫病菌喜好偏酸性的土壤，在偏酸性環(huán)境中發(fā)病明顯[26]；黃蓉等[27]在對江西省十字花科作物根腫病區(qū)土壤研究發(fā)現(xiàn)，田間根腫病情以土壤pH值4.5～6.5相對較多，可通過施用適量石灰（667 m2用75～100 kg）來解決該問題。

土壤有機質(zhì)、全氮、速效鉀的平均含量均屬于中等偏上水平（3級），堿解氮、速效磷的平均含量均屬于豐富水平（1級），說明土壤平均肥力在中等偏上水平；從分級結(jié)果來看，土壤有機質(zhì)含量、全氮含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量分別有71.42%、53.58%、82.13%、92.86%、71.43%的點位含量較為豐富（1～3級），有28.57%、46.42%、17.87%、7.14%、28.56%的點位含量較為缺乏（4～6級，除全氮外，其他指標(biāo)6級均為0.00%）；其中，土壤速效磷的1～3級占比最高，其次是堿解氮，這進(jìn)一步說明速效態(tài)氮、磷水平均較高。而土壤有機質(zhì)和速效鉀的水平有待進(jìn)一步提升。有研究表明，廣東省蔬菜生產(chǎn)中P2O5肥投入偏高，氮、磷、鉀比例不均衡，而有機肥提供的N∶P2O5∶K2O占比較小，分別為27.35%、17.95%和17.69%，化肥施用量N∶P2O5∶K2O＝1.00∶1.03∶0.99，總施肥量N∶P2O5∶K2O＝1.00∶0.91∶0.88[28]。有機肥用量小，化肥使用量大，特別是氮磷肥用量大，這可能是造成本研究堿解氮含量、速效磷含量較高，而有機質(zhì)含量、全氮含量、速效鉀含量略低的因素之一。

土壤有機質(zhì)含量同堿解氮含量呈顯著正相關(guān)，有效磷含量同速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)，這與林萬樹[29]、吳志丹等[30]、李鑫[31]的研究結(jié)果均相同。土壤有機質(zhì)含量同堿解氮含量呈顯著正相關(guān)，說明土壤有機質(zhì)含量高的土壤，其土壤堿解氮含量也相應(yīng)較高。這可能跟菜地土壤注重增施有機肥有關(guān)，施用有機肥是提高土壤有機質(zhì)含量的有效途徑，且其富含其他養(yǎng)分元素[32]；因此，可以同時提高土壤中氮、磷、鉀和其他微量元素的含量。另外，土壤微生物對根腫病的防控起著重要作用[33]，而增施有機肥可在提高土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量的同時，改善微生物的生活環(huán)境，增加微生物的數(shù)量。據(jù)報道，有機肥的施入能夠提高土壤中真菌和細(xì)菌群落的豐富度和多樣性，而僅施無機肥則反之[34]。因此，可增施有機肥改善十字花科根腫病的問題。

3.2.2 土壤Cd分布特征

土壤Cd平均含量0.18 mg/kg，未超標(biāo)，但存在超標(biāo)點位，經(jīng)單污染因子評價其污染等級為輕度污染。作為蔬菜產(chǎn)地，這些Cd污染菜地應(yīng)采取有效的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行治理，或者改種其他經(jīng)濟作物，如花卉、景觀樹木等，不宜再種植蔬菜等農(nóng)作物。

pH值與重金屬的有效態(tài)往往呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，據(jù)邢丹等[35]報道，黃壤土中酸溶態(tài)Cd含量高于pH值偏高的石灰土。廣東省地處華南，酸雨嚴(yán)重、土壤多呈酸性，而低pH值會加劇重金屬的溶出和毒性；此外，施肥等因素也會將Cd帶入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，由于磷礦中含Cd，隨著磷肥和復(fù)合肥的施用，土壤有效Cd的含量逐漸增加[36-40]。

據(jù)相關(guān)報道，部分十字花科蔬菜具有較強的吸收Cd能力[41]，如印度芥菜、油菜等[42-46]；因此，土壤Cd含量一旦超標(biāo)，將會威脅到十字花科蔬菜的安全生產(chǎn)。因此，對于Cd含量未超標(biāo)但存在低濃度的菜地，也要引起重視，可通過增施有機肥、調(diào)節(jié)土壤酸堿度（施石灰）、種植綠肥作物等來改善土壤理化性質(zhì)，從而降低土壤Cd的有效性。

3.2.3 施肥建議

土壤是蔬菜生長的基礎(chǔ)，蔬菜生物學(xué)性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)與土壤養(yǎng)分和施肥技術(shù)有著密切關(guān)系，土壤的改良與培肥工作對蔬菜生產(chǎn)尤其重要。根據(jù)研究結(jié)果，建議提高本地區(qū)菜地有機肥的用量，合理施用氮肥、適量施用磷肥、增施鉀肥，平衡氮、磷、鉀3元素。

針對個別重壤土可增施有機肥加以改良；輕壤土可以種植花生、姜及番薯等作物來提高作物產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。酸化土壤可通過施加一定量的石灰來改良，同時增施腐熟的糞肥、餅肥、菇渣肥等有機肥，或采取種植綠肥、秸稈還田等措施加以改良，有條件的可增施生物有機肥以改善微生態(tài)環(huán)境[47-50]，同時提高土壤有機質(zhì)的含量；針對氮磷水平高、鉀素略為缺乏的土壤，可適當(dāng)提高鉀肥的施用量或施入草木灰（熏制火糞）等措施來改善。

由于十字花科蔬菜在酸性土壤上易于發(fā)生根腫病，且部分品種具有較強的吸收Cd的能力的問題，建議增施有機肥來調(diào)節(jié)pH值、改善土壤質(zhì)地、提高有機質(zhì)含量和全氮含量、降低Cd的有效性，在保證氮、磷肥的前提下，合理補充鉀肥，均衡氮、磷、鉀養(yǎng)分，達(dá)到十字花科蔬菜優(yōu)質(zhì)、高效、安全生產(chǎn)的目標(biāo)。土壤酸化問題可通過施加石灰改善，土壤Cd污染應(yīng)采取措施治理修復(fù)或改種其他經(jīng)濟作物。