西藏林芝市农田土壤锌资源可利用性评价

Evaluation on Availability of Zinc Resources in Farmland Soil in Linzhi City, Xizang

摘要

锌是动植物及人类都必需的微量元素，对促进生长发育、调节免疫功能、维持生命体征具有重要意义。为了解西藏林芝市农田土壤锌的分布及其农业利用潜力，在工布江达县、米林市、波密县、察隅县和巴宜区采集农田土壤及对应栽培作物样本，检测其全锌含量。结果表明：研究区农田土壤全锌含量较高，45.5%农田土壤达到锌丰富水平；作物可食用部分则有30%样本达到富锌标准。富锌作物的分布与富锌农田土壤的分布间相关性不显著。以农用地土壤污染风险管控标准作为评价依据，研究区农田土壤耕作层锌含量均未超过农用地土壤污染风险筛选值，环境质量较好；单因子污染指标评价结果显示研究区农田土壤锌含量均无污染。了解西藏林芝市农田土壤锌分布及其资源可利用性，对后续合理利用富锌土壤资源、发展富锌产业具有积极意义。

Abstract

Zinc is an essential trace element for animals, plants and humans, which is of great significance for promoting growth and development, regulating immune function and maintaining vital signs. In order to understand the distribution and agricultural utilization potential of zinc in farmland soil in Linzhi City, Xizang, samples of farmland soil and corresponding cultivated crops were collected from Gongbujiangda County, Milin City, Bomi County, Zayu County and Bayi District to detect total zinc content. The results showed that the total zinc content of farmland soil in the study area was high, and 45.5% of farmland soil reached the zinc rich level. In the edible part of the crop, 30% of the samples met the zinc-rich standard. There was no significant correlation between the distribution of zinc-rich crops and the distribution of zinc-rich soil. Based on the soil pollution risk control standard of agricultural land as the evaluation basis, the zinc content of farmland soil layer in the study area did not exceed the screening value of agricultural land soil pollution risk, and the environmental quality was good. The evaluation results of single factor pollution index showed that the zinc content of farmland soil in the study area was pollution-free. Understanding the distribution and resource availability of zinc in farmland soil in Linzhi City, Xizang is of positive significance for rational utilization of zinc-rich soil resources and development of zinc-rich industry.

Graphical abstract

关键词

锌 / 污染评价 / 营养评价 / 藏东南

Key words

Zinc / Pollution assessment / Nutritional evaluation / Southeast Xizang

锌是人体必需的微量元素之一，被誉为“生命之花”，几乎人体所有器官都含锌，其对智力发育、增强免疫力、保持身体健康都有重要作用^[1]。锌同时也是植物生长发育必不可少的成分，能促进植物生长发育、增强植物抗逆性。土壤中缺锌往往会影响植物的生长和营养水平^[2]，从而影响当地居民和动物对锌的摄入，并关系到人体身体健康状况。锌若过度累积，长期接触会导致系统功能失调、生长和繁殖受损^[3,4]，但适量的锌则十分有利。世界范围内土壤锌平均含量为50 mg/kg^[5]，我国土壤锌含量背景值为69 mg/kg^[6]，西藏土壤锌含量略高于全国平均水平^[7]。因此，了解西藏局部地区土壤锌的分布及其资源可利用性，对发掘当地农业资源潜力具有积极意义。

本研究以西藏林芝市农田土壤和栽培作物为研究对象，对作物锌营养水平及土壤锌污染状况进行评价，旨在为该地区富锌土壤资源的合理开发利用以及富锌农业产业发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究采样范围选择在西藏林芝市的工布江达县、米林市、波密县、察隅县和巴宜区等5个县区（图1），海拔跨度1 675 ~ 3 601 m。林芝市位于西藏自治区东南部，地处雅鲁藏布江中下游，区内与拉萨市、山南市、那曲市、昌都市相邻，区外与云南毗邻，境外与印度、缅甸接壤^[8]，下辖工布江达县、米林市、墨脱县、波密县、察隅县、朗县和巴宜区。该地区被属于念青唐古拉山脉的色季拉山自然划分为东部和中西部。地形总体呈西北向东南倾斜，海拔差异悬殊。受印度洋季风和复杂的地形地貌的影响，林芝市范围内气候多样^[9]，年平均降水量650 mm左右，年平均气温7 ℃ ~ 16 ℃，年平均日照时数2 022 h，无霜期180 d^[10]。林芝市农田主要分布于河谷低丘缓坡等平坦地带，受地形切割影响，农田分布较为零散，且随河谷的宽窄变化情况差异较大，其主要类型包括潮土、亚高山灌丛草甸土河水稻土等，土壤沙粒含量较高。种植的农作物资源包括小麦、青稞、玉米、鸡爪谷等，以冬小麦、冬青稞为主^[10]。

1.2 采样方法

选择林芝市农田土壤和对应栽培作物为研究对象，于2022年6月下旬至7月上旬在林芝市工布江达县、米林市、波密县、察隅县和巴宜区共5个县（区）进行农田土壤及作物样品的采集。根据不同农田的种植面积和地形，采用“五点法”在预先选定的采样点内布点取样，并用四分法对样品进行缩分，最终获得33份农田耕作层（0 ~ 20 cm）土壤样品，样品采集后迅速装入塑料自封袋中。同时采集对应栽培作物青稞、小麦、龙爪稷等共33份作物样品装入网袋中，带回实验室。将土壤样品阴干，剔除动、植物残体以及石块等杂物，研磨过筛后装袋待测；将作物样品脱粒后烘干至恒重，研磨过筛后装袋待测。

1.3 样品测定方法

本研究土壤及作物可食用部分中全锌含量的测定均采用消煮—原子吸收分光光度法^[11]。

1.4 农田土壤锌丰缺状况及污染评价

1.4.1 土壤锌含量丰缺评价

土壤锌含量的丰缺指标主要参考土壤养分指标等级划分标准（DZ /T 0295—2016）^[12]和黑龙江省地方标准《富锌土壤评价技术要求》（DB23/T 2410—2019）^[13]，具体分级标准见表1和表2。

1.4.2 土壤锌污染指数评级

土壤重金属锌污染评价方法主要采用单因子污染指数法对土壤锌污染程度进行分级，对土壤锌污染风险筛选值的选取见表3，具体污染等级见表4。

单项污染指数可通过下式进行计算：Pi=Ci/S^[12]（其中Pi为污染物单因子指数；Ci为土壤重金属实测含量；Si为土壤环境质量标准值）。关于单项污染等级的判定标准如表5所示：若单因子指数Pi ≤ 1，则认为该区域内土壤无污染；若单因子指数1 < Pi ≤ 2，则认为该区域内土壤轻微污染；若单因子指数2 < Pi ≤ 3，则认为该区域内土壤轻度污染；若单因子指数3 < Pi ≤ 5，则认为该区域内土壤中度污染；若单因子指数Pi > 5，则认为该区域内土壤受污染水平为重度。

1.5 数据分析

使用Arcmap10.8软件制作采样点图；使用Microsoft Office Excel 2016、IBM SPSS Statistics 20.0和Origin 2022进行数据的整理、分析和图表绘制。

2 结果与讨论

2.1 土壤和作物锌营养评价

2.1.1 土壤及作物锌含量特征

土壤微量元素的分布受地质背景及成土等自然因素的影响，这些因素可能会使得部分区域的土壤呈现富锌的现象。我国西南地区是典型的锌元素地质高背景区，如广西典型喀斯特地质高背景区土壤锌平均含量159 mg/kg^[14]，重庆黑色页岩地区土壤锌平均含量高达609 mg/kg^[15]。

研究区林芝市农田土壤锌含量变幅为37.96 ~ 194.17 mg/kg，平均含量为96.94 mg/kg，高于西藏自治区土壤锌元素背景值（73.7 mg/kg）^[7]。其中察隅县农田土壤锌含量变幅为96.44 ~ 194.17 mg/kg，锌平均含量最高；巴宜区农田土壤锌含量变幅为37.96 ~ 70.7 mg/kg，锌平均含量最低。统计分析结果显示，察隅县农田土壤锌含量与米林市、巴宜区农田土壤锌含量存在显著差异（P < 0.05），波密县农田土壤锌含量与巴宜区同样存在显著差异（P < 0.05）。巴宜区的小麦栽培土壤锌含量与察隅、波密、工布江达3县均存在显著差异（P < 0.05）；米林市小麦栽培土壤锌含量也与察隅县和波密县存在显著差异（P < 0.05）（图2）。

调查范围内农田土壤缺锌和非缺锌的田块比例分别为24.2%和75.8%。分析结果表明（图3），缺锌农田作物籽粒锌含量介于13.45 ~ 48.63 mg/kg，平均锌含量为34 mg/kg，38%的样本籽粒锌含量达到人体锌营养需求的推荐值下限40 mg/kg。非缺锌农田作物籽粒锌含量介于3.82 ~ 55.54 mg/kg，平均锌含量32.3 mg/kg，28%的样本锌含量超过40 mg/kg。其中栽培青稞籽粒锌含量范围为13.45 ~ 42.88 mg/kg，平均值为34.3 mg/kg，高于日喀则地区青稞籽粒锌含量最大值19.96 mg/kg^[16]，也高于其平均值18.59 mg/kg。林芝市青稞栽培农田土壤锌含量最小值为41.89 mg/kg，低于日喀则地区青稞栽培农田土壤锌含量最小值；最大值为100.1 mg/kg，高于日喀则地区青稞栽培农田土壤锌含量最大值。

2.1.2 频数分布

为明确锌在土壤及作物可食用部分的不同含量样点所占比例，利用统计分析软件SPSS 20.0做研究区内农田土壤和作物可食用部分锌含量的频数分布图。用单样本Kolmogorov-Smirnov检验，土壤锌含量检验结果P > 0.05，土壤锌含量符合正态分布，土壤中锌含量大多在25 ~ 200 mg/kg之间；作物可食用部分检验结果P > 0.05，作物可食用部分锌含量符合正态分布，锌含量大多处于20 ~ 50 mg/kg。

2.1.3 富锌土壤养分评价

根据土壤养分指标等级划分标准（DZ /T 0295—2016）（表1），调查区域内农田土壤锌含量以一等（锌养分丰富类）土壤为主，占调查区总量的45.5%，主要分布在波密县和察隅县；15.2%的农田样地锌含量较缺乏，15.2%为中等，15.2%为较丰富，土壤锌养分缺乏的农田占比最少，占调查区总样本量的8.9%。

土壤是成土母质经过气候、地形、生物等因素长时间的作用下形成的自然产物，土壤锌含量可能因土壤类型的不同有所差异，其根本是受到成土母质的影响^[17]。不同的土壤母质、土壤理化性质以及不同区域的气候条件等均可能对土壤中微量元素的含量和分布产生影响，已有研究显示区域土壤锌水平与成土母质和土壤理化性质间存在密切关系^[18]。也有前人研究发现，土壤pH值对土壤中锌元素含量的影响极其显著^[19]。我国土壤锌含量的地理分布趋势大致为由东向西逐渐降低^[20]，本研究区内锌丰富类土壤主要集中在色季拉山以东的波密县和察隅县，在小范围内同样符合东多西少的规律，这与山脉两侧地质背景存在差异有关。

由于对富锌土壤的评价目前还没有国家统一标准，本研究参照黑龙江省地方标准《富锌土壤评价技术要求》（DB23/T 2410—2019）（表2），选取适用于pH值为6.5 ~ 7.5的土壤锌等级评价标准作为参考依据，对调查范围内农田土壤资源进行更为细致的评价，该标准中锌过量的上限值与《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618—2018）标准（表3）^[21]中土壤环境质量污染风险筛选值相吻合。结果表明，调查区域内农田土壤6.1%处于缺锌状态，12.1%处于低锌状态，12.1%的农田土壤锌适量，15.2%为足锌水平，54.5%的农田土壤达到富锌水平，未发现土壤锌含量超出250 mg/kg上限的情况。

土壤全锌含量不适合直接作为评价锌供给能力的指标，而植物有效态锌含量能够在一定程度上反应土壤的锌供给水平，刘铮^[20]绘制的中国土壤中有效态锌含量示意图显示林芝市土壤有效态锌含量处于中等和高水平。研究区内部分高锌农田土壤的锌总量较高，但栽培作物锌含量却远低于富锌水平，该结果可能说明即使土壤全锌含量丰富，作物也可能受其他因素影响而使锌吸收过程受阻。

本研究未涉及土壤和作物中有效锌含量及土壤理化性质的测定。因此，在后续研究中，应加入对上述因素的考虑，以便更准确地评价土壤锌供给能力。李孟华等^[22]对旱地小麦灌水的研究发现，小麦生长关键期灌水能提高小麦各部分锌含量，提高锌肥的利用率。针对林芝部分农田土壤全锌含量较高，但锌供给水平不高的现状，可考虑通过调节土壤pH值、有机质及微生物状况和控制水肥来提高土壤有效锌的含量^[23]，从而优化作物的锌吸收环境。

2.1.4 富锌谷物标准评价

世界卫生组织推荐的谷物锌目标强化值为40 ~ 60 mg/kg^[24]。据此标准，33份作物籽粒样品锌含量均未超标，并有30%达到富锌谷物标准。国家粮食作物锌含量限制标准要求锌农作物样品允许限为50 mg/kg^[25]，以此为上限值，所采集作物籽粒样品中有27%符合富锌农作物标准，有1份样品锌含量超标，锌超标率3%。为进一步评估作物样品的锌含量水平，参考刘志坚等^[26]根据中国国民平衡膳食宝塔的每日健康膳食结构及中国居民膳食营养素参考摄入量，推算出的富锌谷物籽粒锌含量下限值26.5 mg/kg，研究区样品有24份满足该标准，锌富集率72.7%。

2.2 土壤锌污染评价

因研究区存在较多富锌土壤，为探究该范围内土壤锌是否造成土壤污染及污染水平如何，本文采用单因子评价指数法进行土壤锌污染评价。

林芝市农田土壤pH值平均为6.78^[27]。依据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618-2018）^[28]农用地土壤污染风险筛选值（表4），选用土壤pH值在6.5 ~ 7.5范围内的土壤锌风险筛选值（250 mg/kg）作为基准值对土壤锌单项污染指数进行计算。根据土壤单因子污染分级标准，结果显示采样区域内锌单因子指数均< 1.0，未出现高于土壤污染风险筛选值的样地，表明研究区域内土壤重金属锌未达到污染水平，环境质量良好。

2.3 作物与土壤锌含量相关性

Pearson相关性分析结果表明，本研究中作物籽粒含量与土壤锌含量未表现出显著相关性；仅有茎秆中锌含量与土壤锌含量极显著正相关（P < 0.01），其余各器官中锌含量两两间未表现出显著相关性。Spearman相关性分析结果表明，农田耕层土壤锌含量与栽培作物不同器官间均呈正相关；且根、茎、叶中锌含量与土壤锌含量显著相关（P < 0.05），茎和叶间锌含量呈极显著正相关（P < 0.01）。调查范围内的富锌点位中，仅有46.7%的农田土壤对应的栽培作物籽粒同样达到富锌水平；有3个点位土壤处于锌适量或低锌状态，但栽培作物籽粒锌含量达到富锌谷物标准，甚至达到较高水平。察隅县农田土壤锌含量均达到富锌水平，且该区域栽培小麦达到富锌谷物标准，但该区域栽培土壤全锌含量同样较高的龙爪稷籽粒锌含量仅为富锌标准的一半，这一结果表明不同作物对锌的吸收具有差异性。

3 结论

林芝市研究区域内农田土壤锌含量变幅为37.96 ~ 194.17 mg/kg，平均含量为96.94 mg/kg。从土地质量评价的角度，研究区农田耕作层土壤锌含量以锌丰富类土壤为主，45.5%达到锌丰富水平，锌丰富土壤多分布于色季拉山以东的波密县和察隅县；从环境质量评价的角度，研究区农田土壤耕作层锌含量均未超过农用地土壤污染风险筛选值，环境质量较好，无锌污染分布区。

研究区域内所获取的作物样本中有30%满足世界卫生组织推荐的谷物锌推荐值，且不存在锌超标的作物样品。耕层土壤锌含量与作物不同部位中锌含量均呈正相关，但与籽粒间未达到显著水平。可能受土壤锌供给水平较低的影响，富锌作物的分布与富锌土壤的分布之间相关性不显著。今后的研究应开展土壤及作物有效锌的监测，使评价结果更具准确性，确保评价结果的准确性。

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基金资助

西藏农牧学院研究生处2025年研究生实践基地（科技小院）建设项目(YJSXY2025-07)

西藏自治区科学技术协会“基于猕猴桃矿物质强化技术的功能农业基层服务”(藏科协发字［2024］21号)

2024年中央财政支持地方高校发展改革专项资金：高原特色农牧科技小院建设及综合服务能力提升(JD2024-05)

西北农林科技大学-西藏农牧学院科研联合基金项目(XNLH2022-04)