茅台原料基地土壤镉砷空间分布特征及对高梁品质的影响
The Spatial Distribution of Cd and As in Soil and It's Influence to Sorghum in the Material Base on MouTai

本人以贵州省仁怀市为研究区,依托课题"茅台酒原料基地建设关键技术研究与应用",利用GIS空间分析方法,借助地统计学理论,从空间变异角度来系统研究该市镉、砷的空间分布规律,并评价土壤的环境质量.利用数理统计学的方法,研究土壤中重金属元素镉、砷与高粱品质的关系.主要内容如下:(1)仁怀市土壤中各测定项目的范围和平均值分别为:pH 4.01-8.50(7.22)、有机质4.01-38.62(22.88)g.kg-1、全量镉0.045-0.890(0.336)mg.kg-1、全量砷8.738-46.975 mg.kg-1、有效态镉0.006-0.117(0.042)mg·kg-1、有效态砷0.355-1.989(0.798)mg·kg-1.六种物质含量的总体平均变异程度由大到小排列顺序为:有机质、有效态镉、全量镉、有效态砷、全量砷、pH,其变异系数分别为54.06%,49.76%,49.60%,28.71%,28.06%,18.14%.(2)土壤中的pH与砷呈负相关关系,相关系数为-0.103,砷的吸附量随着体系pH的升高而降低.有机质与全量镉的相关系数为0.113,随着有机质含量的提高,土壤吸附镉的能力上升.全量镉和全量砷呈极显著的相关关系,相关系数为0.991,推断镉、砷的含量主要取决于土壤母质,受人为活动污染较小.(3)全量镉、全量砷、有效态镉、有效态砷含量的半方差变化均可用指数模型很好的拟合.全量镉的块金值为0.007463,块金值/基台值为25.40%;全量砷的块金值为13.914,块金值/基台值为45.71%,有效态镉的块金值为1.0746E-4,块金值/基台值为24.17%;有效态砷的块金值为0.018608,块金值/基台值为34.90%,这4个指标基本上均属于中等程度的空间相关.空间相关域分别为全量镉6.41km,全量砷6.72km,有效态镉6.41km,有效态砷6.55km.就块金值/基台值来说,随机性因素对砷的空间相关性的削弱程度稍大.(4)根据各指标的空间分布Kriging差值预测图可以看出:全量镉在空间上的分布表现为斑块状分布,三合镇、二合镇、高大坪乡、喜头镇、鲁班镇、后山布依族苗族自治乡附近的全量镉含量相对较高,在0.30-0.90 mg.kg-1的范围内,其余大部分地区全量镉含量相对较低,含量在0.30mg·kg-1以下,沙滩乡、火石岗乡、学孔乡、中枢、长岗镇、龙井乡、茅坝镇附近最低,一般在0.20 mg.kg-1以下;全量砷在空间上的分布表现为斑块状分布,在空间分布上差异明显.三合镇、茅台、中枢、鲁班镇、五马镇、长岗镇附近全量砷的含量相对较高,一般在20mg·kg-1以上,最大为46.98 mg·kg-1,火石岗乡、学孔乡、喜头镇、坛厂镇、茅坝镇、龙井乡、九仓镇附近的全量砷含量相对较低,一般在15 mg·kg-1以下;有效态镉的空问分布与全量镉的分布有一定的相关性,也呈斑块状分布,三合镇、二合镇、高大坪乡、喜头镇、鲁班镇、后山布依族苗族自治乡、九仓镇附近的有效态镉含量相对较高,在0.045-0.117mg·kg-1的范围内,其余大部分地区有效态镉含量相对较低,一般在0.045 mg.kg-1g以下,沙滩乡、火石岗乡、学孔乡、中枢、长岗镇、龙井乡、茅坝镇附近最低;效态砷在空间上的分布表现为斑块状分布,在空间分布上与全量砷也有一定的相关性,三合镇、茅台、中枢、鲁班镇、五马镇、长岗镇附近有效态砷的含量相对较高,一般在0.921mg·kg-1以上,最大为1.989mg·kg-1,火石岗乡、学孔乡、喜头镇、坛厂镇、茅坝镇、龙井乡、九仓镇附近的有效态砷含量相对较低,一般在0.740 mg.kg-1以下,其余乡镇在0.740mg·kg-1与0.921mg·kg-1之间.(5)总体来看,仁怀市绝大部分地区土壤中镉、砷含量符合绿色食品产地环境技术条件.茅台大部分地区的镉处于优良级水平,优级占21%、良级占39%,但是不合格的也比较多,达到29%.仁怀市各乡镇镉的土壤质量变化差异较大,其中茅坝镇和沙滩乡的镉均处于优级水平,茅台、龙井乡、大坝镇、火石岗乡、长岗镇、合马镇、中枢的镉的土壤质量相对较好,优良率分别达到100%、87%、87%、82%、80%、73%、70%;坛厂镇、五马镇、九仓镇、二合镇、喜头镇、鲁班镇、三合镇、高大坪乡、学孔乡、后山的镉的土壤环境质量相对较差,不合格率分别为25%、33%、43%、43%、44%、48%、52%、57%、58%、80%;仁怀大部分地区的砷处于优良级水平,优级占28%、良级占46%,不合格的地区比较少,仅为3%.沙滩乡、龙井乡、坛厂镇、火石岗乡、茅坝镇的砷的土壤环境质量评价较高,优良率分别达到100%、100%、95%、92%,其余乡镇绝大部分地区处于合格以上的水平,只有坛厂镇、大坝镇、五马镇、茅台的部分地区砷的含量超标,不合格率分别为4%、9%、11%和33%.(6)仁怀市高粱的品质较高.高粱中各物质的范围和平均值分别为淀粉65.93%-75.84%(71.79),直链淀粉15.64%-28.73%,蛋白质7.46%-15.89%(10.29%),单宁1.12%-3.98%(2.06%),仁怀市的高粱与"十五"期间新保存到国家种质库中的高粱选育品种相比的显著特点是淀粉含量和单宁含量明显较高.镉的范围和平均值为0.001mg/kg-0.242mg/kg(0.012),砷在检测线以下,符合高粱的绿色食品标准.(7)土壤中镉砷对高粱品质有一定的影响.镉对高粱产生了胁迫危害,致使高粱中的淀粉含量下降;镉与高粱中的蛋白质呈正相关关系,在一定范围内蛋白质随着土壤中镉含量的增加而增加;有效态砷对高粱中的单宁影响明显,相关系数为0.195,随着土壤中砷含量的增加,高粱中的单宁含量增高.高粱中的镉与土壤中的有效态镉含量呈正相关关系,相关系数为0.135.