李一晗，薛婷婷，要菲，鐘曉敏，劉興凱，王華,4,5*，李華,4,5*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.寧夏大學(xué)葡萄酒與園藝學(xué)院，寧夏銀川 750021；3.君頂酒莊有限公司，山東蓬萊 265600；4.陜西省葡萄與葡萄酒工程技術(shù)研究中心，陜西楊凌 712100；5.中國葡萄酒產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，寧夏銀川 750021）

腐殖酸（Humic acid，HA）大分子的基本結(jié)構(gòu)是芳環(huán)和脂環(huán)，同時(shí)含有多種官能團(tuán)（羥基、羧基、胺基、醌基、半醌基和烯醇基等），主要組成元素是C、H、O、N和S，具有絡(luò)合作用和吸附分散能力[1]。腐殖酸類物質(zhì)作為生物刺激素，可以調(diào)節(jié)植物的代謝過程[2]、促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收[3]、提高相關(guān)基因的表達(dá)[4-6]，從而促進(jìn)植物生長，提高植物的抗逆性。腐殖酸類液態(tài)地膜噴施于地表后會(huì)形成一層保護(hù)膜，可以提高地溫、抑制水分蒸發(fā)、固定表層土壤、防止水分流失[7-9]，且能夠自然降解，不會(huì)造成環(huán)境污染[10]。

對(duì)于腐殖酸類液態(tài)地膜在葡萄園中的應(yīng)用研究報(bào)道極少。在韓星等[11]的研究中，將可降解液態(tài)膜（Biodegradable liquid film，BLF）施用于葡萄植株及定植溝表面，嘗試用可降解液態(tài)膜來代替部分北方地區(qū)的傳統(tǒng)埋土越冬措施，結(jié)合春季修剪等技術(shù)共同構(gòu)成免埋栽培模式，提高我國埋土防寒區(qū)葡萄冬季越冬能力。研究發(fā)現(xiàn)，BLF中的乳化瀝青成分可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成重金屬或苯并[α]芘污染，但同時(shí)含有的腐殖酸成分被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬污染治理中[12-13]。因此，有必要對(duì)BLF的田間應(yīng)用進(jìn)行安全性評(píng)估。

本文通過對(duì)連續(xù)5年冬季使用BLF的葡萄園土壤及成熟果實(shí)進(jìn)行污染物檢測(cè)，并對(duì)春季短期使用BLF的葡萄園土壤及枝條進(jìn)行污染物檢測(cè)，調(diào)查并評(píng)估使用BLF在保障葡萄植株安全越冬以及預(yù)防倒春寒中的土壤安全性。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

奧普樂MD8H型微波消解儀；奧普樂GD25/40型石墨消解儀（石墨趕酸器）；安捷倫A240Duo型原子吸收光譜儀；招風(fēng)耳150 g粉碎機(jī)；試驗(yàn)所用容器均經(jīng)稀硝酸（20%）浸泡12 h以上，用蒸餾水洗凈，備用。鉛、鎘、鉻、砷及鎳單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000 mg?L-1）來源于國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心，所有試劑均為優(yōu)級(jí)純。

1.2 試驗(yàn)材料與處理

1.2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

山西省夏縣格瑞特葡萄園，海拔450～560 m，年降雨量500～700 mm，日照時(shí)數(shù)2242.8 h左右，年均活動(dòng)積溫4490.5 ℃，無霜期205.4 d。氣候溫和，晝夜溫差大，冬季極端氣溫可達(dá)-15 ℃。

陜西省楊凌示范區(qū)盛唐酒莊，海拔418～540 m，年均降雨量600～800 mm，日照時(shí)數(shù)2163.8 h左右，年均活動(dòng)積溫4708.5 ℃，無霜期211 d。氣候溫和，四季冷熱干濕分明，冬季極端氣溫可達(dá)-7 ℃。

1.2.2 試驗(yàn)材料

山西省夏縣格瑞特葡萄園：連續(xù)5年冬季使用BLF地塊的‘赤霞珠’成熟葡萄果實(shí)和土壤。

陜西省楊凌示范區(qū)盛唐酒莊：2022年3月1日使用BLF地塊的‘媚麗’葡萄枝條和土壤。

本研究使用的BLF與韓星等[11]試驗(yàn)中的BLF均產(chǎn)自陜西明瑞科技公司，又被稱作乳化瀝青，主要由農(nóng)業(yè)用乳化瀝青、腐植酸大分子物質(zhì)加懸浮劑等制成，是一種新型的環(huán)保土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑，其中腐殖酸含量為121.6 g?kg-1。這種長鏈烴基分子構(gòu)成的液體乳劑，噴施地表后可以迅速形成膠結(jié)薄膜，具有強(qiáng)烈的粘附能力，可聯(lián)結(jié)土粒成團(tuán)聚體。

1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

山西省夏縣格瑞特葡萄園的‘赤霞珠’地塊：每年冬季埋土防寒前在葡萄園土壤表面噴施BLF，使用濃度為液態(tài)膜∶水=1∶3（Vol，下同），用量為每畝10 kg，葡萄不再采取埋土防寒措施。在葡萄成熟期取果實(shí)和土壤進(jìn)行重金屬物質(zhì)殘留檢測(cè)；對(duì)液態(tài)膜進(jìn)行土柱淋溶試驗(yàn)后接收的水、與液態(tài)膜混合的土壤以及連續(xù)5年使用液態(tài)膜試驗(yàn)地土壤中苯并[α]芘含量進(jìn)行檢測(cè)。

陜西省楊凌示范區(qū)盛唐酒莊：于2022年3月1日使用噴霧器噴施BLF，濃度為液態(tài)膜∶水=1∶3，每畝地使用10 kg，使用范圍包括植株主干、留芽部位及行內(nèi)地面。取樣方法：（1）土樣：分別于2022年3月28日（噴施BLF后1個(gè)月）、4月27日（噴施BLF后2個(gè)月）使用環(huán)刀采集噴施BLF后的干燥無雜草土樣各3處，進(jìn)行重金屬（砷、鉻、鎘、鉛、鎳）殘留檢測(cè)，并在使用BLF后每隔30 d對(duì)田間進(jìn)行液態(tài)膜降解情況觀察。（2）枝條樣品：分別于2022年3月28日、4月27日采集噴施BLF后的1年生枝條，隨機(jī)選擇粗0.5～1.0 cm、長25～50 cm，且長勢(shì)好、無病蟲害的枝條各3組，同時(shí)采集空白對(duì)照的枝條，進(jìn)行以上重金屬物質(zhì)殘留的檢測(cè)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 BLF降解情況

2022年3月1 日在盛唐酒莊葡萄園于葡萄植株及土壤使用BLF后，每隔約30 d觀察BLF在枝條和土壤表面的降解情況并進(jìn)行記錄。

1.3.2 重金屬物質(zhì)殘留測(cè)定

（1）連續(xù)5年冬季使用BLF的土壤及果實(shí)重金屬殘留的檢測(cè)。于山西省夏縣格瑞特酒莊葡萄園進(jìn)行。土壤中砷、鉻、鎘、鉛和鎳元素的檢測(cè)由農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（西安）完成；葡萄果實(shí)中鉛和鎘元素的檢測(cè)由農(nóng)業(yè)部食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（楊凌）完成。

（2）春季使用BLF的土壤及枝條重金屬殘留的檢測(cè)在蓬萊君頂酒莊邵學(xué)東創(chuàng)新工作室進(jìn)行。樣品采自陜西省楊凌示范區(qū)盛唐酒莊葡萄園。消解方法均參照奧普樂MD8H型微波消解儀操作手冊(cè)。重金屬含量使用安捷倫A240Duo型原子吸收光譜儀檢測(cè)。土壤中鉛、鎘、砷的檢測(cè)采用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定；鉻、鎳的檢測(cè)采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定；枝條中的鉛、鎘采用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定。檢測(cè)參數(shù)均參考儀器數(shù)據(jù)庫，并通過預(yù)試驗(yàn)進(jìn)行完善。

1.3.3 苯并[α]芘殘留測(cè)定

（1）實(shí)驗(yàn)室使用土壤BLF混合水殘留檢測(cè)。混合水殘留苯并[α]芘檢測(cè)使用高壓液相色譜GB/T5750.8—2006方法，送樣至西安國聯(lián)質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)股份有限公司進(jìn)行檢測(cè)。具體方法：稱取0.14 g的BLF樣品加入到土壤柱（長175 cm，直徑10 cm）表層厚度20 cm的土壤中混勻，裝入柱子中加入5 L水進(jìn)行土柱淋溶試驗(yàn)。接收淋洗液于聚乙烯容器中，共接收500 mL的淋洗液供試驗(yàn)測(cè)定，供試水為實(shí)驗(yàn)室三級(jí)蒸餾水。

（2）實(shí)驗(yàn)室使用BLF混合土壤殘留檢測(cè)?；旌贤寥罋埩魴z測(cè)使用高壓液相色譜GB/T5750.8—2006方法。檢測(cè)由西安國聯(lián)質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)股份有限公司完成。具體方法：稱取0.14 g的BLF樣品噴施到面積為0.00785 m2的土壤表面進(jìn)行混勻，混勻后1～2 h內(nèi)取表層4 cm的土樣1 kg用于分析，試驗(yàn)用土為黃黏土。

（3）田間使用BLF土壤殘留檢測(cè)。使用高效液相色譜HJ784—2016方法。于山西省夏縣格瑞特酒莊葡萄園取連續(xù)5年冬季使用BLF地塊土壤，用鄰近未使用BLF的土壤為對(duì)照。檢測(cè)由青島斯坦德檢測(cè)股份有限公司完成。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

采用Office excel 2021對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，使用SPSS 26.0軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差顯著性分析，所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均設(shè)3個(gè)重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 BLF降解情況觀察

由表1可知，在葡萄枝條和土壤噴施BLF后均會(huì)逐漸降解。噴施60 d后，枝條表面及土壤表面的膜出現(xiàn)破洞，開始降解；120 d后，枝條表面及土壤表面的膜降解程度達(dá)到50%以上；180 d后，枝條表面及土壤表面的膜基本完成降解。由此說明在葡萄園噴施BLF后，其會(huì)在5—6個(gè)月完全降解，保證葡萄植株安全越冬的同時(shí)具有很大的安全性。

表1 可降解液態(tài)膜的降解度Table 1 Degradation level of biodegradable liquid film

2.2 使用BLF對(duì)土壤及植株重金屬元素殘留的影響

2.2.1 連續(xù)使用BLF對(duì)土壤及果實(shí)重金屬殘留的影響

由表2可知，砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉛（Pb）和鎳（Ni）元素的含量均小于《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—2018）中相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。由此數(shù)據(jù)可知，冬季長期使用BLF試驗(yàn)地土壤中重金屬元素殘留均在安全范圍內(nèi)，進(jìn)一步證明了使用BLF的安全性。

表2 連續(xù)使用5年且當(dāng)年噴施BLF后對(duì)土壤重金屬元素殘留的影響Table 2 Eあects on soil heavy metal element residues after five consecutive years of use and the current year of BLF spraying mg·kg-1

由表3可知，連續(xù)5年冬季使用BLF試驗(yàn)地塊上，葡萄果實(shí)中未檢測(cè)出主要重金屬元素Cd、Pb元素殘留，且兩元素的檢出限值均小于參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2012）國家標(biāo)準(zhǔn)，其中Cd元素檢出限值為0.001 mg?kg-1，國家標(biāo)準(zhǔn)值為0.05 mg?kg-1；Pb元素檢出限值為0.005 mg?kg-1，國家標(biāo)準(zhǔn)值為0.2 mg?kg-1。本研究沒有對(duì)未噴施BLF的果實(shí)進(jìn)行重金屬檢測(cè)。因此試驗(yàn)是為了驗(yàn)證BLF是否會(huì)引起重金屬在果實(shí)中富集，噴施BLF的果實(shí)中未檢出重金屬，且檢出限遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)值，故推測(cè)出未噴施BLF的果實(shí)中更不會(huì)有重金屬檢出。

表3 連續(xù)5年使用BLF對(duì)葡萄果實(shí)重金屬元素殘留的影響Table 3 Eあects on grape fruit heavy metal element residues after five consecutive years of use BLF mg·kg-1

由此可知，連續(xù)5年冬季使用BLF不會(huì)引起鎘（Cd）、鉛（Pb）元素在葡萄果實(shí)中富集，確保長期在冬季使用BLF的安全性。

2.2.2 春季使用BLF對(duì)土壤及枝條重金屬殘留的影響

由圖1可知，As、Cr、Cd、Pb和Ni元素的含量均小于《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—2018）中相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值（As、Cr、Cd、Pb、Ni分別為25、250、0.6、350、60 mg?kg-1）。且使用BLF顯著降低了土壤中Cr、Pb和Ni元素的含量。由此可知，春季使用BLF的試驗(yàn)地土壤，重金屬元素殘留均在安全范圍內(nèi)，證明了春季使用BLF的安全性。

圖1 噴施BLF后不同取樣時(shí)間的土壤中重金屬元素含量Figure 1 Heavy metal elements in soil at diあerent sampling times after BLF spraying

由圖2可知，春季使用BLF試驗(yàn)地塊上，葡萄枝條中重金屬元素殘留量與對(duì)照無明顯差別。使用BLF 1個(gè)月（3月28日）的葡萄枝條Cd元素的檢出值高于對(duì)照，而使用2個(gè)月（4月27日）的枝條檢出值低于對(duì)照，但三者無顯著性差異；使用BLF 1個(gè)月的葡萄枝條Pb元素的檢出值為0.2 mg?kg-1，明顯低于對(duì)照，但使用BLF兩個(gè)月的枝條檢出值稍有升高，但低于對(duì)照。以上數(shù)據(jù)說明，春季使用BLF不會(huì)使重金屬在葡萄植株內(nèi)富集，確保春季使用BLF的安全性。

圖2 噴施BLF后不同取樣時(shí)間的枝條中重金屬元素含量Figure 2 Heavy metal elements in branches at diあerent sampling times after BLF spraying

2.3 使用BLF對(duì)土壤和水中苯并[α]芘殘留的影響

由表4可知，使用BLF時(shí)土壤中的苯并[α]芘含量從0.00164 mg?kg-1增加到0.00245 mg?kg-1，但也低于《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—2018）中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值0.55 mg?kg-1；在連續(xù)使用5年BLF的土壤中未檢出苯并[α]芘，檢出限為4×10-4mg?kg-1，低于GB15618—2018中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值0.55 mg?kg-1；在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土柱淋溶試驗(yàn)的混合水中未檢出苯并[α]芘，檢出限為1.4×10-6mg?kg-1，低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值10-5mg?kg-1。

表4 BLF對(duì)土壤和水苯并[α]芘殘留的影響Table 4 Eあect of BLF on benzo[α]pyrene residues in soil and water

以上數(shù)據(jù)說明，田間使用BLF不會(huì)造成土壤中苯并[α]芘污染，且對(duì)水源苯并[α]芘的影響很小。

3 討論與結(jié)論

可降解液態(tài)膜為棕黑色乳劑，將其噴施于植株和土表后，會(huì)形成一層薄膜。在之前的研究[14]中發(fā)現(xiàn)，使用可降解液態(tài)膜后在土表形成的薄膜，可以抑制土壤表面水分蒸發(fā)，起到保水作用，同時(shí)對(duì)土壤有明顯的增溫效果，可以改良土壤結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高植株越冬成活率及增產(chǎn)的效果[15]。BLF除了對(duì)土壤有眾多改良作用外，還可以增強(qiáng)作物的抗逆性，提高果實(shí)品質(zhì)[11]。但BLF應(yīng)用于葡萄園的安全性不可忽視，本研究對(duì)其降解特性，相關(guān)重金屬和苯并[α]芘殘留進(jìn)行了綜合分析。

冬季在葡萄枝條和土壤表面噴施BLF，180 d后調(diào)查得出，土壤表面的液態(tài)膜降解程度達(dá)98%以上，枝條表面的液態(tài)膜降解程度達(dá)95%以上。說明田間使用BLF會(huì)在6個(gè)月左右完全降解。

土壤中有機(jī)質(zhì)含量的多少影響土壤的營養(yǎng)狀況，并能通過與土壤中重金屬元素形成穩(wěn)定態(tài)絡(luò)合物[16]，降低土壤中重金屬元素的生物有效性[17]，從而降低植物對(duì)其的吸收積累。Boruvka等[12]和Spark等[18]的研究中將腐殖酸類物質(zhì)作為絡(luò)合劑、離子交換劑和表面活性劑，用于土壤和水中重金屬離子的吸附處理。因此可降解液態(tài)膜除了在生產(chǎn)中的效用，對(duì)生態(tài)環(huán)境也有一定程度的保護(hù)作用。本研究中使用可降解液態(tài)膜的土壤，除Cd元素以外的其他重金屬元素含量均有一定程度的降低，且Cr、Pb和Ni的含量均顯著降低。這可能是因?yàn)榭山到庖簯B(tài)膜中腐殖酸成分所含有的COOH、-OH、CO-、-NH2和-SH等官能團(tuán)螯合或絡(luò)合了部分重金屬元素[18-19]，也有研究證明了利用腐殖酸治理土壤中重金屬污染的可行性[13,20-21]。土壤中重金屬元素含量降低，也會(huì)影響植株中重金屬元素的富集，本試驗(yàn)也證明了噴施可降解液態(tài)膜的葡萄枝條中Pb元素含量顯著降低。而使用可降解液態(tài)膜對(duì)Cd元素含量無明顯影響，可能是因?yàn)榭山到庖簯B(tài)膜為弱堿性，因?yàn)橛性囼?yàn)[22]表明在土壤pH＞6時(shí)，腐殖酸無法去除其中的Cd。

苯并[α]芘作為一種環(huán)境和食品污染物質(zhì)，是多環(huán)芳烴中毒性最大的一種致癌物[23]，廣泛存在于瀝青等物質(zhì)中，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)人類健康及生態(tài)安全有重要意義。本研究中，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土柱淋溶條件下，水中未檢出苯并[α]芘，檢出限1.4×10-6mg?kg-1，低于國家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)；混合土壤中苯并[α]芘的含量從0.00164 mg?kg-1增加到0.00245 mg?kg-1，說明未降解前的可降解液態(tài)膜會(huì)增加土壤中苯并[α]芘的含量，但也在國家標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)；對(duì)連續(xù)5年使用可降解液態(tài)膜的試驗(yàn)地塊土壤進(jìn)行苯并[α]芘含量檢測(cè)，結(jié)果未檢出，檢出限為4×10-4mg?kg-1，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，說明隨著可降解液態(tài)膜的降解，土壤中的苯并[α]芘也會(huì)在陽光、微生物等的作用下逐步消失。

以上結(jié)果說明，田間使用可降解液態(tài)膜不會(huì)引起Cd、Pb元素在葡萄果實(shí)中含量超標(biāo)或在枝條中富集，也不會(huì)引起土壤中重金屬污染；使用BLF不會(huì)造成水體和土壤中苯并[α]芘污染。

可降解液態(tài)膜作為一種有效的葡萄越冬保護(hù)劑，田間使用對(duì)環(huán)境和植株均不具有重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，為埋土防寒區(qū)的葡萄越冬以及倒春寒預(yù)防提供了一種有效途徑。