摘""" 要：為了解土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)土壤和植物系統(tǒng)中重金屬元素遷移和積累的影響，以天津?qū)氎娲笏夥N植區(qū)為例，通過對(duì)土壤中pH、陽離子交換量、有機(jī)質(zhì)、陰離子、SiO2含量的測(cè)定以及對(duì)土壤和大蒜中重金屬元素Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、As、Hg含量的分析，將所得數(shù)據(jù)利用SPSS進(jìn)行相關(guān)性分析和多元回歸分析。結(jié)果表明：Ni在表層土、深層土、鱗莖、植株四類介質(zhì)中呈顯著正相關(guān)，Cu在表層土、鱗莖、植株三類介質(zhì)中呈顯著正相關(guān)，Cr、Cd在表層土、深層土兩類介質(zhì)中呈顯著正相關(guān)，Zn、As在鱗莖、植株兩類介質(zhì)中呈顯著正相關(guān)。這表明以上元素在不同介質(zhì)間的轉(zhuǎn)化運(yùn)移存在密切聯(lián)系。土壤pH、SiO2含量等因素對(duì)大蒜鱗莖中Cu、Cd的吸收和積累具有顯著的影響，硫酸根離子（SO4 2 -）對(duì)土壤和大蒜系統(tǒng)中As、Cu、Ni、Zn有明顯的調(diào)控作用。綜上，本研究為農(nóng)業(yè)管理和環(huán)境保護(hù)提供了重要的參考信息。

關(guān)鍵詞：土壤化學(xué)性質(zhì);重金屬元素;寶坻大蒜;回歸分析

中圖分類號(hào)：S153.1"""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""""""""" DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2024.09.013

收稿日期：2024-06-24

基金項(xiàng)目：天津華北地質(zhì)勘查局2022年B類科研項(xiàng)目（HK2022-B18）

作者簡介：冶北北（1990—），男，河北邢臺(tái)人，地質(zhì)-化探工程師，碩士，主要從事勘查地球化學(xué)及農(nóng)業(yè)地質(zhì)研究。

通訊作者簡介：劉洋（1988—），男，河北廊坊人，地質(zhì)工程師，主要從事資源勘查及農(nóng)業(yè)地質(zhì)研究。

Study on the Influence of Soil Chemical Properties on the Content of Heavy Metal Elements in Soil and the Bulbs of Baodi Garlic

YE Beibei， LIU Yang， ZHANG Zongqing， ZHOU Yang， SU Fan

（The Nuclear Industry 247 Brigade of Tianjin North China Geological Exploration， Tianjin 301800， China）

Abstract： To understand the impact of soil physicochemical properties on the migration and accumulation of heavy metal elements in the soil-plant system， this study took the garlic cultivation area in Baodi， Tianjin as an example. By measuring the pH， cation exchange capacity， organic matter， water-soluble salts， and SiO2 content in the soil， as well as analyzing the heavy metal element contents of Cr， Cu， Ni， Pb， Zn， Cd， As， and Hg in both the soil and garlic， the obtained data were subjected to correlation analysis and multiple regression analysis using SPSS software. The results indicated that Ni in the four media of topsoil， subsoil， bulb， and plant， Cu in the three media of topsoil， bulb， and plant， Cr and Cd in the two media of topsoil and subsoil， and Zn and As in the two media of bulb and plant， all show significant positive correlations， suggesting a close relationship in the transformation and migration of these elements among different media. Factors such as soil pH and SiO2 content significantly influenced the absorption and accumulation of Cu and Cd in garlic bulbs. Sulfate ions （SO4 2 -） played a significant regulatory role in adjusting the As， Cu， Ni， and Zn levels in the soil-garlic system. In conclusion， the study provides important reference information for agricultural management and environmental protection.

Key words： soil physicochemical properties; heavy metal elements; Baodi garlic; regression analysis

天津農(nóng)業(yè)科學(xué)" Tianjin Agricultural Sciences

2024，30（9）：79-90

·土壤肥料與節(jié)水灌溉

天津?qū)氎媪昙t大蒜以蒜味純正、液稠多膠質(zhì)聞名于京津冀地區(qū)。近年來，華北地區(qū)春季高溫干旱，寶坻大蒜賴以生長的自然條件也受到一定破壞，土壤質(zhì)量問題愈發(fā)突顯，其中土壤重金屬含量高低更不容忽視。土壤的化學(xué)特性深刻影響著重金屬的形態(tài)、遷移能力和生物有效性[1]。土壤的結(jié)構(gòu)、類型、各項(xiàng)化學(xué)性質(zhì)均可影響重金屬的有效性，進(jìn)而影響到農(nóng)作物的吸收與積累[2-3]。為深入探究土壤化學(xué)性質(zhì)如何具體影響重金屬的遷移和積累，本研究對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)與土壤-大蒜系統(tǒng)中重金屬元素的關(guān)系進(jìn)行研究分析，以為改良土壤和提升寶坻大蒜品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于天津市北部的寶坻區(qū)林亭口鎮(zhèn)。該區(qū)地處華北平原北部、燕山南麓，地貌為河流沖積型和濱海型平原地貌，地勢(shì)較平坦。研究區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫11.6 ℃，年降水量612.5 mm，并且降水多集中在夏季，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展提供了便利條件。土壤類型以濕潮土為主，土壤母質(zhì)為沖積、湖積砂質(zhì)黏土[4]。寶坻大蒜是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部批準(zhǔn)的國家農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志登記保護(hù)的地區(qū)特產(chǎn)，蒜頭4～6瓣，口感辛辣味濃而聞名，深受消費(fèi)者喜愛[5]。

1.2 土壤樣品采集

采樣區(qū)范圍為寶坻區(qū)林亭口鎮(zhèn)后圈村、小靳莊和泥窩村的大蒜種植區(qū)，土壤樣品在大蒜生長后期的鱗莖膨大期采集，以反映采樣地塊重金屬元素的真實(shí)狀況。土壤采樣要求質(zhì)量約1 kg，在0～25 cm土層范圍內(nèi)采集表層土壤樣品，同一點(diǎn)位垂直采樣深度25～45 cm為深層土壤樣品，從每個(gè)布設(shè)采樣點(diǎn)向四周輻射5～10 m確定分樣點(diǎn)，由4～6個(gè)子樣等量混合組成1件樣品。采集表層、深層土壤樣品各54 件。樣品采集完成后在室內(nèi)干燥，清除根系、碎石等雜質(zhì)，粉碎研磨后過60 目尼龍篩，截取500 g備用。

1.3 大蒜樣品采集

大蒜樣品包括鱗莖和大蒜植株樣品。大蒜收獲期，在采樣區(qū)地塊內(nèi)，視不同情況采用棋盤法、梅花點(diǎn)法等進(jìn)行多點(diǎn)隨機(jī)取樣，每個(gè)混合樣由5～20個(gè)以上的植株組成，采集大蒜鱗莖和大蒜植株樣品各54件。通常情況下，鱗莖和植株樣品分別為1～2 kg（鮮質(zhì)量樣）。大蒜樣品用蒸餾水沖洗2～3次，在室溫下晾干，放入80～90 ℃烘箱中烘干，逐盡水分，粉碎后，過20～40目篩，供分析微量元素含量備用。

1.4 樣品測(cè)試與分析方法

1.4.1 土壤及大蒜樣品重金屬元素測(cè)試 土壤樣品：土壤中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定，Cd采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定，As采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測(cè)定，Hg采用蒸汽發(fā)生-冷原子熒光光譜法測(cè)定。

大蒜樣品：大蒜鱗莖及植株樣品中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、As采用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定，Hg采用微波消解-原子熒光光譜法測(cè)定。1.4.2 土壤化學(xué)指標(biāo)測(cè)定 土壤pH：采用電位法測(cè)定[6]，采用去二氧化碳的蒸餾水作為浸提劑，浸提劑與土壤比例為2.5∶1，浸提液經(jīng)平衡后，用酸度計(jì)測(cè)定pH值。

土壤陽離子交換量（CEC）：土壤膠體多能吸附的各種陽離子總量，即土壤陽離子交換量（CEC），以cmol·kg-1表示，采用三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法測(cè)定[7]，根據(jù)浸提前后浸提液吸光度差值，計(jì)算土壤陽離子交換量。

土壤有機(jī)質(zhì)：采用重鉻酸鉀-硫酸溶液氧化土壤有機(jī)碳，多余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，計(jì)算土壤有機(jī)質(zhì)含量[8]。

土壤水溶性鹽：土壤水溶性鹽包括HCO3 - 、Cl-、SO4 2 -。重碳酸根（HCO3 - ）含量采用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定酚酞和甲基橙指示劑測(cè)定，氯根（Cl-）含量采用硝酸銀（AgNO3）標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定氯離子測(cè)定，硫酸根（SO4 2 -）采用氯化鋇溶液和EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定測(cè)定。

土壤SiO2：采用波長色散X射線熒光光譜法測(cè)定土壤SiO2含量。

1.4.3 數(shù)據(jù)分析 本研究使用Excel 2023軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)，采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析和多元回歸分析，采用圖圖云平臺(tái)繪制相關(guān)性熱圖，采用Origin 2022制作箱線圖和堆積折線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量特征與化學(xué)性狀

從表1和圖1可以看出，重金屬元素在表層土和深層土表現(xiàn)出相同的含量特征，特征排序?yàn)閆ngt;Crgt;Nigt;Cugt;Pbgt;Asgt;Cdgt;Hg。除Cd、Hg外，其他元素在表層土與深層土的背景值相近，并且變異系數(shù)范圍為4.59%～21.36%。這說明元素分布較為均勻。表土中Cd含量最大值是深層土壤的3.5倍，而表土中Hg含量最大值比深層土壤高1.3倍。在縱向上，Cd變異系數(shù)范圍為40.17%～96.75%，Hg變異系數(shù)范圍為54.37%～60.54%，變異系數(shù)高值集中在0～25 cm的表層土壤。這表明Cd、Hg元素的含量在表層土壤有較大的空間變異性，即分布不均勻。

由表2可知，研究區(qū)土壤pH值范圍為7.4～8.1，偏弱堿性;參考DB12/T 1142—2022《耕地地力主要指標(biāo)分級(jí)診斷》[9]，研究區(qū)有機(jī)質(zhì)平均值19.67 g·kg-1，以中-較高級(jí)為主，即土壤有機(jī)質(zhì)中等-豐富;陽離子交換量gt;20 cmol·kg-1，為保肥能力強(qiáng)的土壤;土壤中HCO3 - 、Cl-和SO4 2 -陰離子平均值比值為1.0∶1.4∶0.7，土壤鹽分以Cl-離子為主，Cl-離子平均含量為0.256（lt;1.0 g·kg-1），為非鹽漬化土壤。

2.2 大蒜中重金屬含量特征

由表3和圖2可知，重金屬元素在大蒜鱗莖和植株內(nèi)表現(xiàn)出相同的含量特征，特征排序?yàn)閆ngt;Cugt;Nigt;Crgt;Cdgt;Asgt;Pbgt;Hg，這與重金屬元素在土壤的含量特征有所不同。鋅（Zn）是大蒜生長所必需的微量元素之一，汞（Hg）則對(duì)大蒜生長起到抑制作用，而在大蒜樣品中均未檢測(cè)到Hg。主要原因：一是跟土壤中汞的離子化合物形態(tài)難以被植物根系吸收有關(guān)，二是大蒜可能通過自身調(diào)節(jié)機(jī)制限制汞的吸收，三是土壤中的汞含量極小[10-13]。以大蒜鱗莖和植株的重金屬元素平均值比值表征大蒜對(duì)重金屬元素的吸收特點(diǎn)，特征排序?yàn)閆ngt;Cugt;Cdgt;Cr≈Ni=Asgt;Pb，除Pb外，鱗莖的重金屬元素平均值普遍高于大蒜植株，鱗莖中Zn平均含量是大蒜植株的7.4倍，而鱗莖中Pb平均含量則是大蒜植株的0.7倍，鱗莖中Cr變異系數(shù)是植株的0.5倍。這說明鱗莖中Cr含量分布比較集中。圖3-B中植株P(guān)b出現(xiàn)較多的離群值，鱗莖和植株中Pb的變異系數(shù)均大于1，并且鱗莖中Pb變異系數(shù)是植株的1.8倍。這說明大蒜體內(nèi)的Pb積累含量小且有高度變異性，即分布極不均勻。由圖3-B可知，大蒜鱗莖和植株Cu、Ni、Zn、Cd、As的變異系數(shù)比值均接近于1。這表明以上元素在大蒜體內(nèi)分布均勻，大蒜具有均衡吸收和分配這些元素的機(jī)制[14]。

2.3 大蒜、土壤重金屬元素、化學(xué)性質(zhì)相關(guān)性分析

2.3.1 土壤與大蒜重金屬相關(guān)性分析 土壤的形成受到氣候、成土環(huán)境、人類活動(dòng)的影響。因此，土壤在空間上存在連續(xù)性。一般情況下，表層土壤的重金屬元素的總體含量要高于深層土壤[15-16]。由圖3可知，表層土壤中Cd與深土中Cd、Zn顯著正相關(guān)，表層土壤中Cr與深土中Cr、Cu、Ni顯著正相關(guān)，表層土壤中Ni與深土中Ni、Cu顯著正相關(guān)，表層土壤中Zn與深土中Zn、Cr、Cu、Cd、Pb顯著正相關(guān)。這意味著元素在土壤中遷移和富集可能受到相似的地球化學(xué)過程控制。同理，元素在植物不同部位的富集模式也存在密切聯(lián)系，Cd和Cu分別在大蒜鱗莖和植株中存在很強(qiáng)的相關(guān)性。除此之外，鱗莖中Cu與植株中Ni、Zn顯著正相關(guān)，鱗莖中Zn與植株中Cu顯著正相關(guān)，而鱗莖中Cu與植株中As顯著負(fù)相關(guān)，鱗莖中Zn與植株中As顯著負(fù)相關(guān)。以上元素在土壤和大蒜中的差異富集現(xiàn)象表明，元素的積累模式可能受到大蒜不同的生理機(jī)制或土壤化學(xué)性質(zhì)的影響[17]。

由圖4和圖5可知，表層土壤中Cr、Cu、Ni與大蒜鱗莖和植株中相應(yīng)元素含量呈顯著正相關(guān)。這表明這些元素具有較高的生物有效性，容易被植物吸收和積累。然而，表層土壤中Cu和Hg的存在可能分別影響大蒜對(duì)As和Ni、Cu的吸收。深層土壤中Ni和Hg與大蒜鱗莖中相應(yīng)元素含量顯著相關(guān)，其中Ni直接影響鱗莖中Ni的含量，而Hg可能促進(jìn)鱗莖對(duì)Cr的吸收。深層土壤中Cd、Cr、Ni、Pb、Zn等元素與大蒜鱗莖和植株中元素含量普遍呈負(fù)相關(guān)。這表明在深層土壤中，這些元素的濃度并不能促進(jìn)植物的吸收。

另外，Ni在表層土、深層土、鱗莖、植株的垂向系統(tǒng)中呈顯著正相關(guān)，Cu在表層土、鱗莖、植株的垂向系統(tǒng)中呈顯著正相關(guān)，Cr、Cd在表層土、深層土的垂向系統(tǒng)中呈顯著正相關(guān)，Zn、As在鱗莖、植株的垂向系統(tǒng)中呈顯著正相關(guān)。這表明以上元素在不同介質(zhì)間的轉(zhuǎn)化運(yùn)移存在密切聯(lián)系。植物的不同部位（如鱗莖和植株）對(duì)土壤中重金屬元素的吸收能力不同，這可能與植物生理特性和根系所在土壤的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)[17]。

2.3.2 土壤化學(xué)性質(zhì)與土壤重金屬相關(guān)性 由圖6可知，陽離子交換量與表層土中Cu、Cd、Hg，深層土中As-Cu-Cd-Hg呈正相關(guān);Cl-含量與表層土中Pb、Cd呈正相關(guān);pH值與表土中As呈正相關(guān);SO4 2 -含量與表層土中Hg和深層土中Hg呈正相關(guān);有機(jī)質(zhì)含量與深層土中Hg呈正相關(guān)，SiO2含量與表層土中Cr、As、Ni和深層土中Cr、Ni、Zn呈正相關(guān)。此外，陽離子交換量與表層土中As、Cr、Ni呈負(fù)相關(guān);Cl-含量與表層土中As和深層土中As、Pb呈負(fù)相關(guān);HCO3 - 含量與表層土中Zn和深層土中As、Cu、Pb呈負(fù)相關(guān);pH值與深層土中Cu呈負(fù)相關(guān);SO4 2 -含量與表層土中As、Cr、Ni和深層土中Cd、Cu、Ni呈負(fù)相關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量與表層土中As呈負(fù)相關(guān);SiO2含量與表層土中Cu和深層土中As呈負(fù)相關(guān)。以上內(nèi)容反映了土壤物化性質(zhì)與重金屬元素之間的復(fù)雜關(guān)系。

2.3.3 土壤化學(xué)性質(zhì)與大蒜重金屬相關(guān)性 由圖7可知，土壤中陽離子交換量與鱗莖中Cu、Zn呈正相關(guān)，植株中Cu、Zn，SO4 2 -含量與鱗莖中Pb、As、Cr和植株As呈正相關(guān);有機(jī)質(zhì)與鱗莖中Cr、Pb呈正相關(guān);植株中Cr、As;SiO2含量與鱗莖Cr和植株As呈正相關(guān)。此外，Cl-含量與鱗莖中Ni、Cd和植株中Cd、Cu呈負(fù)相關(guān);HCO3 - 含量與鱗莖中Cd、Ni和植株中Cd呈負(fù)相關(guān);pH值與鱗莖中Cd、Cu和植株中Cd、Cu、Cr、Ni呈負(fù)相關(guān);SO4 2 -含量與鱗莖中Cu、Ni、Zn和植株中Cu、Ni、Zn呈負(fù)相關(guān);有機(jī)質(zhì)含量與鱗莖Ni呈負(fù)相關(guān);SiO2含量與鱗莖中Cu、Zn和植株中Cu、Zn、Ni呈負(fù)相關(guān)。土壤的物化性質(zhì)與大蒜植物體內(nèi)金屬元素含量的相關(guān)性由多種復(fù)雜的生物地球化學(xué)過程所驅(qū)動(dòng)?？傮w而言，正相關(guān)通常表明土壤中某些成分可能促進(jìn)了金屬元素的生物可利用性，而負(fù)相關(guān)表明它們限制了金屬元素的有效性[19-20]。

2.4 影響分析

2.4.1 土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)土壤中重金屬元素含量的影響 前文研究結(jié)果表明，土壤重金屬元素與理化指標(biāo)存在密切聯(lián)系，利用堆積折線圖可以探究不同理化指標(biāo)下重金屬元素的分布情況。由圖8可以看出，在不同pH值統(tǒng)計(jì)水平下，重金屬元素在7.43～7.58（pH值）、7.85～8.11（pH值）內(nèi)集中分布，在折線圖上呈“啞鈴”狀分布;在不同有機(jī)質(zhì)和二氧化硅含量統(tǒng)計(jì)水平下，重金屬元素表現(xiàn)出相似的“右偏”分布趨勢(shì)，分別在57.1%～57.51%（SiO2）、18.4～23.3 g·kg-1（E有機(jī)質(zhì)）集中分布，這與有機(jī)質(zhì)和二氧化硅同為土壤固相重要組成成分存在關(guān)系。在不同陰離子交換量統(tǒng)計(jì)水平下，重金屬元素在0.078～0.126 g·kg-1（SO4 2 -）、0.127～0.239 g·kg-1（HCO3 -" ）、0.233～0.265 g·kg-1（Cl-）內(nèi)集中分布，在堆積折線圖上表現(xiàn)出相似的“左偏”分布趨勢(shì);在不同陽離子交換量統(tǒng)計(jì)水平下，重金屬在28.9～32.8 cmol·kg-1（CEC）集中分布，在堆積折線圖上表現(xiàn)出“居中”分布趨勢(shì)。

2.4.2 土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)大蒜中重金屬元素含量的影響 通過圖9堆積折線圖，觀察在不同土壤化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)水平下，大蒜鱗莖與大蒜植株的含量分布變化。由前文研究成果可知，大蒜鱗莖重金屬元素整體含量水平大于大蒜植株，又可以總結(jié)為以下規(guī)律：

（1）大蒜鱗莖與植株含量差異顯著。Cu、Zn、Cd等重金屬元素在鱗莖中的含量顯著高于植株，并且在不同土壤化學(xué)指標(biāo)下，鱗莖的含量變化趨勢(shì)與植株相似。

（2）大蒜鱗莖與植株含量趨近。Ni和As在鱗莖和植株中的總體含量接近，但鱗莖含量略高。在不同pH值和二氧化硅含量條件下，二者含量分布相似。在不同陰離子和有機(jī)質(zhì)含量條件下，植株As含量波動(dòng)較大，而在HCO3 - 含量為0.127～0.156 g·kg-1、CEC含量為30～34.9 cmol·kg-1條件下，鱗莖和植株表現(xiàn)出相反趨勢(shì)。

（3）鱗莖與植株含量交叉分布。Cr和Pb在鱗莖和植株中的含量分布出現(xiàn)交叉。Cr含量在特定pH值和有機(jī)質(zhì)含量水平下趨近，但在其他條件下差異明顯。Pb含量總體上植株高于鱗莖，但其含量在不同土壤化學(xué)條件下波動(dòng)顯著，顯示出大蒜中Pb含量的不穩(wěn)定性。

2.4.3 大蒜鱗莖重金屬元素多因素回歸分析 大蒜生長經(jīng)歷萌芽期、退母期、鱗芽分化期、鱗莖形成期和鱗莖膨大期5個(gè)階段，大蒜在前4個(gè)階段主要依靠根系從土壤中汲取營養(yǎng)成分。在鱗莖膨大期，根系和葉片逐漸衰老，需要靠大蒜植株自身營養(yǎng)再分配[21-22]。因此，大蒜鱗莖元素的來源主要為土壤和自身調(diào)節(jié)。通過前文分析，土壤化學(xué)性質(zhì)與大蒜的生長活動(dòng)有密切聯(lián)系[23]。為了更好地理解這一作用機(jī)理，以鱗莖重金屬元素作為因變量，以表土、深土、大蒜植株中重金屬元素和土壤化學(xué)指標(biāo)因素作為自變量，利用SPSS進(jìn)行多元回歸分析，量化多個(gè)自變量對(duì)因變量的影響程度，探索和解釋自變量與因變量之間的線性關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)對(duì)因變量的預(yù)測(cè)。

由表8可以看出，各個(gè)影響自變量與鱗莖重金屬元素的具體關(guān)系。從擬合度上看，鱗莖重金屬元素的回歸系數(shù)R大于0.36[24]。這說明這3個(gè)因變量與自變量之間存在中強(qiáng)度的線性關(guān)系，即擬合度較好。從預(yù)測(cè)性上看，土壤化學(xué)性質(zhì)等多變量對(duì)鱗莖中Cu、Cd分別具有82%、76%的解釋力，其他元素的決定系數(shù)R2小于0.6[25]。這說明自變量未能充分捕捉因變量變異信息。通過使用多元回歸步進(jìn)法可以剔除掉無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的變量，篩選出對(duì)因變量有顯著影響的自變量。由表9可以看出，鱗莖中Cu、Ni、Zn、Cd、As的回歸系數(shù)R分別為0.86、0.52、0.46、0.86、0.40gt;0.36，模型擬合度較好，多自變量對(duì)鱗莖中Cu、Cd仍然具有73%、74%的解釋力。土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)土壤和大蒜中重金屬元素Cu和Cd的多元回歸方程如下：

Y（鱗-Cu）=22.614+2.78A+0.218B-0.42C（1）

式中，Y（鱗-Cu）為大蒜鱗莖Cu含量;22.614為常數(shù)項(xiàng);A為大蒜植株中Cu的含量;B為土壤中pH值;C為土壤中SiO2含量。

Y（鱗-Cd）=0.004+2.396X（2）

式中，Y（鱗-Cd）為大蒜鱗莖Cd含量;0.004為常數(shù)項(xiàng);X為大蒜植株中Cd含量。

從上述分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Cu、Ni、Zn、Cd、As在大蒜植株中普遍對(duì)大蒜鱗莖中同種元素起到正效應(yīng)作用。這說明在鱗莖膨大期，前述重金屬元素可能通過自調(diào)節(jié)作用從植株回流到鱗莖中，從而使鱗莖中這些元素的含量增加[21]。深層土壤Ni對(duì)鱗莖Ni起到正效應(yīng)作用。這說明土壤深層的Ni可以被大蒜吸收并積累在鱗莖中。pH對(duì)鱗莖Cu起到正效應(yīng)作用。這表明pH是影響Cu累計(jì)和分布的主控因素[25-26]。氯離子（Cl-）對(duì)鱗莖Ni，硫酸根離子（SO4 2 -）對(duì)鱗莖Zn，SiO2對(duì)鱗莖Cu分別起到負(fù)效應(yīng)作用。這說明以上陰離子可能與相應(yīng)的金屬離子存在某種競(jìng)爭或拮抗作用，影響了這些金屬離子在植物鱗莖中的有效性、吸收或利用[27]。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

土壤的化學(xué)性質(zhì)對(duì)土壤中重金屬元素的生物有效性、吸附、釋放和遷移具有顯著影響，進(jìn)而直接或間接地決定了植物對(duì)這些元素的吸收效率及其生長狀況[28]。具體來說，土壤中陽離子交換量（CEC）是衡量土壤膠體吸附陽離子能力的重要指標(biāo)，高CEC的土壤能夠吸附更多的陽離子，如Cu、Cd、Hg、Zn，特別是對(duì)大蒜有益的Cu和Zn，可以通過土壤和大蒜系統(tǒng)被吸收并積累在大蒜體內(nèi)[29]。

氯離子（Cl-）在土壤和大蒜系統(tǒng)中具有多方面作用，與Pb和Cd在表層土壤形成可溶性復(fù)合物，增加其移動(dòng)性，又可通過吸附競(jìng)爭和離子交換作用，降低深層土壤中As和Pb的濃度[30]。此外，氯離子（Cl-）還能與Ni、Cr、Cu等金屬離子形成不溶性鹽，從而降低它們?cè)谕寥乐械囊苿?dòng)性和生物可利用性[31]。

硫酸根離子（SO4 2 -）對(duì)土壤和大蒜系統(tǒng)中重金屬元素的調(diào)控作用比較明顯，SO4 2 -與土壤Hg形成的穩(wěn)定硫酸鹽化合物，硫酸汞的溶解度較低，從而減少植物對(duì)汞的吸收[27]。SO4 2 -與土壤中As、Cu、Ni、Zn呈正相關(guān)，而與大蒜中As呈正相關(guān)，與大蒜中Cu、Ni、Zn呈負(fù)相關(guān)。這表明SO4 2 -與這些金屬離子形成難溶的硫酸鹽，降低了前述元素的生物有效性和遷移性。由于大蒜的吸收機(jī)制，SO4 2 -促進(jìn)了As的吸收，而對(duì)Cu、Ni、Zn的吸收受到了硫酸根離子的競(jìng)爭抑制[28]。

有機(jī)質(zhì)與對(duì)土壤和大蒜系統(tǒng)中重金屬元素的影響比較復(fù)雜。富含有機(jī)質(zhì)的土壤能夠通過吸附或絡(luò)合作用增加土壤中Hg的固定，又可通過形成穩(wěn)定的復(fù)合物降低土壤中As、Cr、Ni的生物有效性，這與有機(jī)質(zhì)的官能團(tuán)如羧基、酚基等有關(guān)[32]。前文研究顯示，有機(jī)質(zhì)與大蒜植株中As、Cr呈正相關(guān)性，而與Cu呈負(fù)相關(guān)。這表明3種元素在大蒜中的轉(zhuǎn)運(yùn)受到有機(jī)質(zhì)的調(diào)控。

二氧化硅（SiO2）影響元素在土壤-植物系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)吸收的研究有限，但二氧化硅可通過多種因素影響重金屬元素的分布和積累[33]。本研究中，SiO2樣品取自表層土壤，SiO2與土壤中As和Cr、鱗莖Cr、植株As呈正相關(guān)性，同時(shí)又與表層土中Cu呈負(fù)相關(guān)性，這與前述有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬元素的影響相似。這表明二氧化硅與有機(jī)質(zhì)之間存在密切聯(lián)系。

土壤pH值的變化對(duì)微量元素的活性和遷移性有顯著影響。在弱堿性土壤條件下，As的化學(xué)形態(tài)的溶解度增加，提高了其遷移性和植物的可吸收性，而Cu的溶解度降低，導(dǎo)致其在深層土壤中的有效性降低，限制了植物對(duì)Cu的吸收[34]，但在前文回歸分析中，pH對(duì)鱗莖中Cu起到正效應(yīng)作用。這表明仍有部分銅離子被大蒜吸收，這與銅的有效性有關(guān)[35]。受堿性條件的影響，碳酸氫根離子（HCO3 - ）能夠與Cd和Ni形成沉淀，減少它們?cè)谕寥乐械挠行?，從而影響植物?duì)這些元素的吸收。

3.2 結(jié)論

本研究表明，重金屬元素在表層土和深層土兩類介質(zhì)和在鱗莖和植株兩類介質(zhì)中分別表現(xiàn)出相同的含量特征，但系統(tǒng)間的元素含量特征存在差異，其中Cd和Hg在表層土壤中 易于富集，Zn含量最高，而大蒜中未檢測(cè)到Hg。土壤、大蒜系統(tǒng)的重金屬元素相關(guān)性分析顯示，相同元素在不同系統(tǒng)間存在密切聯(lián)系，如Ni在表層土、深層土、鱗莖、植株四類介質(zhì)中存在密切聯(lián)系，Cu在表層土、鱗莖、植株三類介質(zhì)中存在密切聯(lián)系，Cr、Zn、Cd在表層土、深層土兩類介質(zhì)中存在密切聯(lián)系，Zn、As、Cd在鱗莖、植株兩類介質(zhì)中存在密切聯(lián)系;土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)土壤、大蒜系統(tǒng)中重金屬元素的影響比較復(fù)雜。多元回歸分析結(jié)果表明，土壤pH是Cu在土壤、大蒜系統(tǒng)中分布的主控因素，SO4 2 -對(duì)土壤、大蒜系統(tǒng)中As、Cu、Ni、Zn有明顯的調(diào)控作用，有機(jī)質(zhì)和SiO2在影響重金屬元素分布方面存在密切聯(lián)系。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鐘曉蘭， 周生路， 黃明麗， 等. 土壤重金屬的形態(tài)分布特征及其影響因素[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2009， 18（4）： 1266-1273.

[2] 曹光輝， 張宗慶， 楊國建. 寶坻林亭口地區(qū)土壤有益元素含量分布與大蒜品質(zhì)關(guān)系研究報(bào)告 2019[R]. 天津： 天津華北地質(zhì)勘查局， 2019.

[3] 李紅英， 潘平， 安曉驥， 等. 土壤和植物中重金屬元素含量與土壤性質(zhì)關(guān)系探討[J]. 寧夏農(nóng)林科技， 2007（4）： 14-15.

[4] 全國地質(zhì)資料館. 天津市典型縣區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果報(bào)告[A]. 天津： 天津市地質(zhì)調(diào)查研究院， 2010.

[5] 馬少軍. 天津市寶坻區(qū)特色農(nóng)業(yè) （“三辣”） 產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及對(duì)策研究[D]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2004.

[6] 中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部. 土壤 pH值的測(cè)定 電位法： HJ 962-2018[S]. 北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版社， 2019.

[7] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部. 土壤 陽離子交換量的測(cè)定 三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法： HJ 889-2017[S]. 北京： 中國環(huán)境出版社， 2018.

[8] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部. 土壤檢測(cè) 第6部分： 土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定： NY/T 1121.6-2006[S]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社， 2006.

[9] 天津市市場(chǎng)監(jiān)督管理委員會(huì). 耕地地力主要指標(biāo)分級(jí)診斷： DB12/T 1142-2022[S]. 天津： 天津市農(nóng)業(yè)農(nóng)村委員會(huì)， 2022.

[10] PATRA M， SHARMA A. Mercury toxicity in plants[J]. The Botanical Review， 2000， 66（3）： 379-422.

[11] 朱雅蘭. 重金屬污染土壤植物修復(fù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2010， 49（6）： 1495-1499.

[12] 陳懷滿. 土壤—植物系統(tǒng)中的重金屬污染[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 1996： 7-15.

[13] 李俊成， 于慧， 楊素欣， 等. 植物對(duì)鐵元素吸收的分子調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 植物生理學(xué)報(bào)， 2016， 52（6）： 835-842.

[14] 丁士明， 梁濤， 王立軍， 等. 稀土元素在土壤-小麥體系中的遷移和分餾特征[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2003， 22（5）： 519-523.

[15] 張沁瑞， 李歡， 鄧宇飛， 等. 北京東南郊土壤重金屬元素分布及其在表層土壤中的富集特征[J]. 物探與化探， 2022， 46（2）： 490-501.

[16] 馬志抒， 劉?，? 土壤表層與深層元素含量比值系數(shù)研究[J]. 地質(zhì)與資源， 2013， 22（2）： 155-158.

[17] 官麗莉， 劉菊秀， 周小勇. 土壤條件與植物響應(yīng)[J]. 生態(tài)環(huán)境， 2003， 12（4）： 478-481.

[18] 周國華. 土壤重金屬生物有效性研究進(jìn)展[J]. 物探與化探， 2014， 38（6）： 1097-1106.

[19] 曹昀， 湯思文， 劉燕燕. 沼氣肥中的重金屬在土壤-大蒜中的遷移轉(zhuǎn)化[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2019， 47（10）： 291-296.

[20] 李福燕， 李許明， 吳鵬飛， 等. 海南省農(nóng)用地土壤重金屬含量與土壤有機(jī)質(zhì)及pH的相關(guān)性[J]. 土壤， 2009， 41（1）： 49-53.

[21] LIU P X， WENG R， XU Y Y， et al. Distinct quality changes of garlic bulb during growth by metabolomics analysis[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2020， 68（20）： 5752-5762.

[22] LIU P X， WENG R， SHENG X J， et al. Profiling of organosulfur compounds and amino acids in garlic from different regions of China[J]. Food Chemistry， 2020， 305： 125499.

[23] 華智超， 高淼， 汪甜， 等. 不同連作年限不同生長時(shí)期對(duì)大蒜土壤性質(zhì)的影響[J]. 中國土壤與肥料， 2023（6）： 97-101.

[24] 徐維超. 相關(guān)系數(shù)研究綜述[J]. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2012， 29（3）： 12-17.

[25] 李錦芬， 瞿明凱， 劉剛， 等. 縣域尺度土壤銅的有效性及相關(guān)影響因素評(píng)估[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2018， 39（1）： 363-370.

[26] 潘泳興， 陳盟， 王櫹橦. 典型鉛鋅礦流域土壤重金屬累積與分布的影響因素分析[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2023， 44（11）： 6071-6084.

[27] 鄒獻(xiàn)中， 陳勇， 劉輝， 等. 硫酸根離子添加順序?qū)勺冸姾赏寥牢姐~離子的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)， 2014， 51（4）： 860-867.

[28] 林青， 徐紹輝. 土壤中重金屬離子競(jìng)爭吸附的研究進(jìn)展[J]. 土壤， 2008， 40（5）： 706-711.

[29] 白志強(qiáng)， 張世熔， 鐘欽梅， 等. 四川盆地西緣土壤陽離子交換量的特征及影響因素[J]. 土壤， 2020， 52（3）： 581-587.

[30] 楊夢(mèng)麗， 馬友華， 黃文星， 等. 土壤Cd和Pb有效態(tài)與全量和pH相關(guān)性研究[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2019， 46（4）： 74-80.

[31] 李靜， 林青， 徐紹輝. 不同pH/離子強(qiáng)度時(shí)Cu/Cd復(fù)合污染土壤解吸和遷移特征[J]. 土壤學(xué)報(bào)， 2023， 60（4）： 1026-1034.

[32] 李愛民， 冉煒， 代靜玉. 天然有機(jī)質(zhì)與礦物間的吸附及其環(huán)境效應(yīng)的研究進(jìn)展[J]. 巖石礦物學(xué)雜志， 2005， 24（6）： 671-680.

[33] 劉麗君， 黃張婷， 孟賜福， 等. 中國不同生態(tài)系統(tǒng)土壤硅的研究進(jìn)展[J]. 土壤學(xué)報(bào)， 2021， 58（1）： 31-41.

[34] HORTIN J M， ANDERSON A J， BRITT D W， et al. Copper oxide nanoparticle dissolution at alkaline pH is controlled by dissolved organic matter： influence of soil-derived organic matter， wheat， bacteria， and nanoparticle coating[J]. Environmental Science： Nano， 2020， 7（9）： 2618-2631.

[35] 丁園， 史蓉蓉， 趙幗平， 等. 土壤中Cu、Cd植物有效性模型的建立與檢驗(yàn)[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2012， 34（6）： 1286-1290.