影响蔬菜品质的生态地球化学研究论文范文

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1、生态地球化学背景要素

1.1土壤中有益有害元素迁移富集规律众所周知重金属的土壤及作物的影响程度本并不是尤其所含总量所决定的，而是取决于土壤中各种重金属元素的赋存形态。决定重金属元素迁移、转化能力及富集量的主要是水溶态和离子交换态这两个赋存形态。重金属元素各形态平均量及与全量比值为表中所示(表3)。表3反映了在土壤中各重金属元素由于其化学性质的不同，在各赋存形态分配量方面的差异。Hg、As、Cu、Zn在土壤中的非活动态量与总量的比值均在50%以上，其次是Pb为40%左右，Cd相对较低为27%。而活性较强、迁移能力较大的水溶态、离子交换态的量除Cd达27.45%，其它元素的量一般仅占总量的2-3%左右。说明进入土壤中的重金属元素汞、砷、锌相对较稳定，活化、迁移能力较低，主要以残渣态形式赋存于土壤中；铜、铅主要以与有铁锰、腐殖质及碳酸盐有关的结合态形式存在，具一定的活化、迁移能力；镉则以具高可活动态，低残渣态形式存在，具有较强的活性和迁移能力，对土壤的污染程度也相对较高。

1.2种植区灌溉水地球化学背景区内灌溉水中Ph在6.1～8.3之间，平均值为7.8为中性-碱性，Se、Cr、Zn、Pb、Cd等重金属元素及NO3-、F-、N、P含量均较低，Hg、K以及总硬度、高锰酸钾指数的平均值与江汉流域区平均值的比值>1.5，区内对地表水构成明显污染的是SO42-硫酸盐，其平均值为全区的16.4倍以上。

2、影响蔬菜品质的生态地球化学制约因素

2.1蔬菜品质特征

表4为本次工作所采集的蔬菜样本的品质各主要养分的统计结果，包菜、大白菜两类蔬菜中总糖、维生素C等养分的含量大致相当，前者略高于后者。按蔬菜种植区母质层划分对品质对比，冲积层两类蔬菜中的总糖、粗纤维含量高于湖冲积层包菜中的含量，而维生素C、粗蛋白的含量在湖冲积层包菜中相对较高；按种植区土类划分对比，蔬菜中总糖含量：粘土类蔬菜＞砂土类蔬菜＞壤土类蔬菜；维生素C：壤土类包菜＞砂土类包菜＞粘土类包菜，粘土类大白菜＞砂土类大白菜＞壤土类蔬菜；粗蛋白砂土蔬菜中含量最高，其次是壤土、粘土；粗纤维在各土类蔬菜中的含量基本相当。总体上种植区的白菜类蔬菜的品质较优，以蔬菜品质主要养分平均总量计（图4），湖冲积层区的蔬菜品质优于冲积层区的蔬菜品质；不同土类区蔬菜的品质，壤土种植区最好，其次是砂土种植区，粘土种植区的蔬菜品质相对较次。

2.2不同母质层重金属元素赋存量对蔬菜品质的影响

在作物赖以生长的根作层土壤中重金属有害物质主要源自于土壤母质，为了进一步了解不同母质层对蔬菜作物的重金属污染影响程度，在区内主要土壤母质冲积层分布区采集了同点配套蔬菜样、根系土样品44件，其中湖冲积层区18件，冲积层分布区26件。分析统计结果显示见表5：在两种不同母质的根系土中，主要重金属含量均未超过土壤标准阀值，总量较低，如Hg在根系土中的平均含量0.07μg/g，最高含量也仅为0.116μg/g；Cd在湖冲积层根系土和冲积层根系土中的平均含量大致相当，但在蔬菜中则表现为Hg的含量较低而Cd的含量则相对较高已接近于标准限值，这是由于土壤胶体溶液中可供作物吸收的可交换活动态离子量存在的的差异所引起的，这一特性在在图5中体现的更为清晰。由此可见，作物中重金属富集量的大小并不完全取决于与根系土中重金属全量的高低，而与重金属在介质中的重金属离子的可活动态量占全量比值的大小关系密切。

2.3有益组分含量对蔬菜品质的影响

在蔬菜的生长过程中，土壤的一个重要功能就是为作物提供所必须的营养组分，其供给力的大小直接影响着作物的生长和品质的优劣。本次选取了主要有益元素铜、锌、铁、锰、钼、磷在蔬菜生长过程中的影响特征加以讨论。

2.3.1耕作母质层中有益元素的全量与蔬菜品质的关系作物在生长过程中对土壤中营养组分的摄入其实是对养分元素中可活动离子的一种解吸、交换的过程，这是由土壤结构组成和蔬菜作物的吸收功能所决定的。这一特性产生的结果如图6所示。上图是部分有益元素在土壤中的全量与在作物中的富集量的对比图示解析，对比结果显示，同一元素在作物中的富集量和在土壤中的富集量，不仅在量的大小上存在明显的差异，且在含量变化特征上也存在明显的不一致性，说明养分的总量反映了土壤中该类养分的潜在供应能力。

2.3.2耕作母质层中有益元素的有效量与蔬菜品质的关系元素对农作物的生长发育提供了必要的物质基础，但是能被作物吸收利用的仅是其有效部分，由于母质层的成因类型的不同以及土壤质地上的差异，区内各营养组分在根系土中的有效供给量存在着不均匀性。区内主要湖冲积层、冲积层根系土及不同质地土壤中主要营养元素的有效态丰缺标准及含量分布特征见表6、表7。对比湖北省地调院推荐的省二次农业普查有效态丰缺标准（表7），区内两冲积层根系土中：有效磷的供给力充足，速效钾在湖冲积层根系土中含量偏低，在冲积层根系土中适度；其它微量元素的有效量在两类冲积层根系土中表现为：有效铜、有效铁很富足，有效锌、有效钼偏低；有效锰缺乏。不同质地土类中各有益元素的含量特征为：沙土中有效态量很富足的是Cu、Fe；Zn、B偏低，Mn缺乏，K、P的有效态量能基本满足作物的所需量。从根系土各有益元素的有效态量与蔬菜中同类元素的富集量特征对比来看两者呈正相关关系（图7）。说明土壤中营养组分的有效态量的高低直接影响着作物的生长质量。

2.4土壤酸碱度与蔬菜品质的关系

土壤中的酸碱度是又一个对蔬菜作物生长具有重要影响的理化指标，pH值的高低以及变化直接影响着蔬菜作物的生长和品质的优劣。

2.4.1土壤有效态与土壤酸碱度的关系目前种植区作物生长的根系土中Ph值的平均值一般在7.7左右，属中-偏碱性土，在当前这种土壤有益元素的有效组分和作物所需养分的供需关系的平衡状态下，当土壤中Ph值继续升高至8.0或8.0以上时，有益元素的有效态量明显降低（图8），特别是土壤中的碱解氮、钾以及微量元素铜、铁、硼的有效量下降的尤为显著。由此可见，偏碱-碱性土壤在抑制了有害元素的活化迁移的同时，也降低了作物生长所需的营养组分的活性，对作物生长产生了不利的因素。

2.4.2蔬菜中Hg、Cd生物富集系数与土壤Ph值的关系土壤的酸碱度是影响农作物的生物富集的一个重要条件。白菜类蔬菜中元素生物富集系数（图9），土壤pH值<7.5-7.5中偏碱性环境下，Hg、Pb、As的生物富集系数较稳定，均在0.01以下，Cd的富集系数呈上升趋势由0.025左右升至0.04左右。当土壤中的Ph值继续升高7.5—8.0时，Cd的生物富集系数趋于平稳降低在0.035-0.04之间，而Hg的生物富集系数急剧升高，Pb、As的生物富集系数无明显变化。说明在Ph值大于7.5的碱性环境条件下蔬菜对土壤中的Hg反应更为敏感，吸取量随着土壤中Ph值的增大升高。对Cd、Pb、As则反应相对较平稳，富集系数变化不大。

2.5土壤肥力与蔬菜品质的关系

土壤是蔬菜生长发育的母体，在衡量土壤质量的诸多要素中，土壤肥力是一个极为重要的指标。通常在土壤学中是将土壤中的阳离子交换量以及与之存在有相关关系的盐基总量参数来评价土壤肥力高低优劣的。土壤中的阳离子交换量直接反映了土壤保肥、供肥性能和缓冲的能力，盐基总量则是判断土壤肥力水平的一个重要参数。

2.5.1母质根系土中阳离子交换量种植区土壤中阳离子交换量平均值为14.4cmol/kg。湖冲积层15.61cmol/kg>冲积层13.53cmol/kg；粘土16.44cmol/kg>砂土13.15cmol/kg>壤土12.13cmol/kg。说明湖冲积层土壤的保肥、供肥能力要优于冲积层土壤；保肥、供肥能力最好的是粘土，其次是砂土和壤土。

2.5.2土壤盐基总量土壤中的盐基总量通常是作为判断土壤肥力的一个重要参数，种植区根系土中盐基总量的平均值为30.8cmol/kg，高于阳离子交换量的均值，说明总体上土壤肥力达到了中等偏上的水平；各母质层及不同质地的土壤中盐基总量均值冲积层（34.52cmol/kg）>湖冲积层（29.059cmol/kg）；粘土和砂土中的盐基总量基本相当为33.73cmol/kg左右，壤土中的盐基总量值较低仅为19.87cmol/kg，说明粘土、砂土中的肥力要优于壤土。

2.6地表灌溉水对蔬菜品质的影响另一个对蔬菜作物的生长至关重要的影响因素就是水，作物在其生长过程中，很大一部分所需营养主要是通过对水的摄入进行自身补给的，同时水又是土壤溶液的重要组成部分，是有益有害元素发生迁移转化的载体。本次评价区两种白菜种植区内的灌溉水体中，主要重金属污染物均未超标。大白菜种植区灌溉水中的重金属含量略高于包菜种植区灌溉水中的含量，其它污染物指标氟化物、氯化物和磷在灌溉水体中的平均含量和最高值均在标准允许范围内，对水体未构成污染，适合蔬菜种植的灌溉。

3、结语

综上所述，在目前的环境条下，种植区耕作层土壤中主要重金属有害物质Hg、Cd、As、Pb的含量在国家有关无公害蔬菜卫生指标规定限值内，仍然处于一个较低的水平状态，说明种植区土壤质量是相对安全的；种植区白菜类蔬菜中主要重金属指标含量按卫生标准衡量（5003-2001）具含量低，生物富集系数小的特点，其质量均达到了无公害蔬菜标准，属优质产品。区内优质包菜最适宜种植的土壤为第四系全新世冲积层壤土；大白菜的最适宜种植的土壤为第四系全新世湖冲积层壤土，土壤酸碱度控制在7.5-8.5为好。

作者：胡瑞春项剑桥罗军强胡云飞单位：湖北省地球物理勘察技术研究院