蜜柚园土壤锌、锰含量状况及其环境风险研究

作     者：甘增光 

作者单位：福建农林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李延

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0902[农学-园艺学] 090201[农学-果树学] 

主      题：蜜柚 锌、锰含量 影响因素 淋失 环境风险 

摘      要：柑橘是我国和世界第一大宗水果,我国柑橘种植面积和产量均居世界首位。锌、锰是柑橘生长必需的微量元素,但有关影响柑橘园土壤锌、锰含量的因素以及锌、锰环境风险的研究还少见报道。本文以福建省平和县的蜜柚作为研究对象,通过对312个蜜柚园土壤和叶片锌、锰含量测定,分析蜜柚土壤和树体锌、锰含量状况及其影响因素;通过室内土柱淋洗试验,确定土壤锌、锰淋失的环境风险阈值,评价蜜柚园土壤锌、锰淋失的环境风险,并对影响土壤代森锰锌中锰淋失的因素进行研究。主要结果如下:1、蜜柚园土壤和树体锌含量状况312个蜜柚园的土壤全锌含量范围为37.17～418.32 mg·kg,平均值为99.26 mg·kg,高于福建省土壤全锌含量的背景值(82.7mg·kg)。土壤有效锌含量范围和平均值分别为1.73～32.46 mg·kg和5.50 mg·kg,其中有效锌含量属于低量(8 mg?kg)的比例分别为2.56%、80.45%和16.99%。蜜柚叶片的锌含量范围和平均值分别是21.08～95.97 mg·kg和35.18mg·kg,其中低量(44mg?kg)的比例分别为1.60%、88.78%和9.62%,表明平和县蜜柚园土壤和树体锌含量总体丰富。相关分析显示,蜜柚叶片锌含量与土壤有效锌含量呈显著正相关,说明土壤有效锌是蜜柚树体锌营养的重要来源。2、影响蜜柚园土壤有效锌含量的因素蜜柚园土壤有效锌含量随土壤剖面深度的增加而降低,不同土层土壤有效锌含量的平均值表现为0～20 cm20～40 cm40～60 cm。相关分析表明,土壤有效锌含量与土壤p H、碱解氮、速效钾、交换性钙和交换性镁含量呈极显著正相关,有效锌含量的平均值和高量(8mg?kg)样品的比例均随土壤CEC、有机质含量和种植年限的增加而增加。土壤有效锌与有效磷的关系因有效磷含量不同而异,当土壤有效磷含量300 mg?kg时,有效锌含量随有效磷的增加而下降。3、蜜柚园土壤锌淋失的环境风险评价室内土柱淋洗实验表明,蜜柚园土壤淋失液的锌浓度随土壤有效锌含量的提高而增加,耕地柚园和山地柚园土壤锌淋失浓度(y)与土壤有效锌含量(x)的相关方程分别是y=0.001 x+0.0276 x和y=0.001x+0.0222 x。依据《地下水质量标准GB/T 14848-2017》中Ⅳ类水Zn限制值(5.0 mg·L)计算的耕地柚园和山地柚园土壤有效锌淋失阈值分别为58.24 mg·kg和60.47 mg·kg,312个蜜柚园土壤的有效锌含量均明显低于阈值,说明平和县蜜柚园土壤的锌淋失并不会导致地下水锌含量超标。4、蜜柚园土壤和树体的锰含量状况蜜柚园土壤全锰含量范围为60.46～3378.51 mg·kg,平均值为319.09 mg·kg,明显高于福建省土壤全锰含量的背景值(280mg·kg)。土壤交换性锰含量范围为0.28～170.36mg·kg,平均值11.78mg·kg,土壤交换性锰含量属于低量(3 mg?kg)的比例分别为17.63%、11.12%和71.15%,有35.90%和14.74%蜜柚园土壤交换性锰含量分别超过高量标准的3倍(9 mg?kg)和7倍(21 mg?kg),表明蜜柚园土壤锰含量过高的问题普遍且严重。蜜柚叶片锰含量的范围和平均值分别为5.45～942.00 mg·kg和80.58 mg·kg,其中叶片锰含量为低量(140 mg?kg)的样品比例分别为2.24%、85.58%和12.18%,叶片锰含量与土壤交换性锰含量存在极显著正相关,说明土壤交换性锰是蜜柚树体锰的重要来源。5、影响蜜柚园土壤交换性锰含量的因素蜜柚园土壤交换性锰含量与土壤全锰、易还原性锰、有效硫含量呈极显著正相关,土壤交换性锰含量的平均值和高量(3 mg?kg)样品的占比均随土壤有机质、碱解氮含量的增加而提高。培养试验结果表明,交换性锰含量会因土壤p H的降低而显著提高。上述结果表明,土壤酸化、氮硫营养富集、含锰有机肥施用是蜜柚园土壤锰富集的重要原因。6、蜜柚园土壤锰淋失的环境风险评价室内土柱淋洗实验结果显示,耕地柚园和山地柚园土壤淋失液的锰浓度(y)与土壤交换性锰含量(x)呈极显著的正相关,相关方程分别为y=0.0007 x+0.0949 x和y=0.0006 x+0.0618 x,依据《地下水质量标准GB/T 14848-2017》中Ⅳ类水Mn限制值(1.5 mg·L)计算的耕地柚园和山地柚园土壤交换性锰淋失阈值分别为14.30 mg·kg和20.28 mg·kg。平和县312个蜜柚园中有24.29%的耕地柚园和18.22%的山地柚园,其土壤交换性锰含量高于锰淋失阈值,其中土壤交换性锰含量超过锰淋失阈值2倍以上的耕地柚园和山地柚园比例分别为7.14%和6.98%,说明平和县蜜柚园存在锰淋失导致地下水锰污染的环境风险。7、影响土壤代森锰锌中锰淋失的因素Freundlich方程和Henry方程可以很好反映土壤代森锰锌中锰的解吸特征,随土壤代森锰锌含量的提高,锰的解吸量明显增加。提高土壤p H、增加土壤有机质含量可降低土壤对代森锰锌中锰的解吸量和淋失量,而提高土壤有效硫含量则会提高土壤对代森锰锌中锰的解吸量和淋失量。综上所述,蜜柚园土壤的锌含量丰富,而锰含量过量的问题普遍且严重,土壤锰淋失的环境风险应引起足够的关注。土壤酸化、氮硫养分富集、含锰有机肥和农药的使用是蜜柚园土壤锰富集的原因。生产上可通过施用石灰提高土壤p H,减少含硫肥料的使用,选择施用低锰含量的有机肥,来降低蜜柚园土壤锰以及土壤代森锰锌中锰淋失的环境风险。