影響從化荔枝生長及果實品質(zhì)的地球化學(xué)特征

陳 恩，賈 磊，朱 鑫

（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080）

荔枝是廣東省的優(yōu)勢作物，植物生態(tài)學(xué)觀點認(rèn)為，一種優(yōu)勢作物的形成和發(fā)展與其土壤母質(zhì)、地形、有機體、氣候及時間有關(guān)。也就是說，即使是在同一農(nóng)業(yè)地質(zhì)環(huán)境中，也由于具體的地質(zhì)背景的不同，作物的生長條件也不一樣?；◢弾r地區(qū)與石灰?guī)r分布區(qū)，變質(zhì)巖與火山巖分布區(qū)各自宜種的作物就不一樣[1]。由生理學(xué)可知，植物需從它們所依存的環(huán)境介質(zhì)中吸取必需的營養(yǎng)元素（即所謂的礦物質(zhì)、或稱微量元素），也就是說環(huán)境介質(zhì)中微量元素的含量狀況、賦存形式等在一定程度上決定著作物的生長、發(fā)育及其品質(zhì)好壞。對于任何一種作物來說，它都有對某種或某些元素特殊的需求，也就是說，任一種作物都有富集某種或某些元素的特點，如荔枝對Mg、B的富集等，把這些元素叫做某種作物的特征元素或特征元素組合。這些特征元素都是與作物內(nèi)在品質(zhì)有密切聯(lián)系且來自于土壤的營養(yǎng)元素。本文通過對從化荔枝的一些優(yōu)勢產(chǎn)地進行調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)荔枝產(chǎn)于一定元素組合的地球化學(xué)背景區(qū)內(nèi)。

1 從化荔枝產(chǎn)區(qū)概況

1.1 自然地理

從化市地處廣東省中部，廣州市東北面，屬廣州市縣級市，是廣東省著名的主要荔枝栽種地之一。從化市屬半山區(qū)，東北部以山地、丘陵為主，中南部以丘陵、谷地為主，西部以丘陵、臺地為主。境內(nèi)川流縱橫，主要有流溪河、琶江河和蓮麻河。從化市地處低緯度地帶，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，北回歸線橫跨境內(nèi)南端太平鎮(zhèn)，境內(nèi)氣候溫和，雨量充沛。年平均氣溫19.5～21.4℃，7月為高溫期，12月為低溫期；年平均雨量1800～2200 mm，主要集中在5到7月份。四季特征為春季冷暖多變，陰濕多雨，有“倒春寒”；夏季晴多溫高，時有大風(fēng)和暴雨；秋季氣爽少雨，常遇干旱和“寒露風(fēng)”；冬季多晴天，氣候干燥，常見霜凍。

1.2 種植現(xiàn)狀

從化市大面積種植荔枝，主要產(chǎn)區(qū)有太平、神崗、城郊、江埔、溫泉等地，棋桿、灌村、鰲頭、龍?zhí)睹駱吩?980年代后也發(fā)展為荔枝新產(chǎn)區(qū)。另外，良口以北大面積地區(qū)零星有荔枝種植。主要為黃竹郎、桂峰和京坑三地，荔枝主要沿流溪河水庫和黃龍帶水庫邊緣、北溪以東河谷旁側(cè)種植。種植的荔枝品種主要有槐枝、桂味、糯米糍三類，其中糯米糍在2002年度獲廣州市名優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品稱號，2005年被評為從化市首批“一村一品”，2009年更是申報“國家地理標(biāo)識保護產(chǎn)品”成功，可以說糯米糍是從化市乃至廣州地區(qū)的一個響當(dāng)當(dāng)?shù)钠放啤?/p>

1.3 地質(zhì)背景

從化荔枝種植區(qū)內(nèi)出露地層較多，由老至新有云開巖群（Pt2-3Y）、泥盆紀(jì)春灣組（D2-3c）和帽子峰組（D3C1m）、石炭紀(jì)大賽壩組（C1ds）、古近紀(jì)寶月組（E2by）、第四紀(jì)大灣鎮(zhèn)組（Qhd）。

云開巖群出露于評價區(qū)的東部，主要巖性為云母片巖、黑云母斜長片麻巖等。春灣組出露于從化市西北側(cè)，巖性為一套海相砂泥質(zhì)夾鈣質(zhì)沉積。帽子峰組出露于從化市東北和北部，主要為粉砂巖與頁巖、細砂巖互層。大賽壩組出露于從化市中西部，主要巖性為粉砂巖、細砂巖，夾頁巖、炭質(zhì)頁巖等。寶月組出露于從化神崗、太平等地，巖性主要為砂巖和泥巖。大灣鎮(zhèn)組出露于流溪河兩岸，巖性主要為黃色砂卵石層、淺土黃色含礫中粗砂層及細砂層、砂質(zhì)粘土。

評價區(qū)內(nèi)侵入巖有晚志留世侵入巖（S3ηγ）、晚侏羅世侵入巖（J3ηγ）和早白堊世侵入巖（K1ηγ），巖性主要為黑云母二長花崗巖。

2 研究方法

2.1 樣品采集及測試方法

根據(jù)DD2008-05①規(guī)范要求，項目組在工作區(qū)內(nèi)按1:5萬精度進行面上調(diào)查，以1 km2為單位大格均勻布點，采集表層土壤樣（地表0～20 cm）。另外，根據(jù)不同地質(zhì)背景、地球化學(xué)環(huán)境，在農(nóng)作物長勢、品質(zhì)和產(chǎn)量具代表性的地塊，采集了荔枝果實以及與之配套的根系土樣品。

2.2 樣品處理與測試

土壤樣品自然風(fēng)干，剔除樣品中的植物根系、有機殘渣以及可見侵入體，用木棍碾碎并用瑪瑙研缽研磨，分別過20目和100目尼龍篩。按DD2005-03②要求測試方法測定土樣和荔枝全量指標(biāo)，包括N、P、K2O、CaO、MgO、Na2O、Al2O3、B、Mo、Cu、Zn、Fe2O3、Mn、Se、Si、S、Co、V、Cd、Hg、Pb、As、F、Cr、Ni、Sb、Tl共27項；另外測試了荔枝樣品營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)，包括可溶性固形物、總酸、可溶性糖、維生素C、蛋白質(zhì)、粗纖維等項指標(biāo)。

3 荔枝中特征元素組合

元素進入植物體內(nèi)，有些是主動吸收進來的，必然會與植物中有機物存在某種內(nèi)在聯(lián)系，有些是被迫積累的，但積累過多，會對品質(zhì)產(chǎn)生一定影響。哪些元素是主動吸收的，哪些元素是被迫積累的，這些元素會對作物的內(nèi)在品質(zhì)產(chǎn)生什么樣的影響，這正是我們要查明特征元素的意義所在?？蓮娜齻€方面來確定作物的特征元素:

一是作物從土壤中吸收元素的強烈程度（吸收系數(shù)）；

二是作物元素和營養(yǎng)品質(zhì)的相關(guān)性；

三是同類作物在不同地區(qū)的元素地球化學(xué)特征。

考慮上述三種情況，綜合確定特色作物的特征元素組合[2]。

3.1 荔枝對元素的選擇性吸收

植物對土壤背景中微量元素的吸收有一定的選擇性，而植物對其生長環(huán)境中元素的吸收利用程度則可通過吸收系數(shù)來表示。本文采用果實中某元素含量和對應(yīng)的根系土樣品中該元素全量之比作為該元素的吸收系數(shù)。

荔枝果實對元素的吸收能力和吸收強度因地貌、地質(zhì)背景的不同而表現(xiàn)出一定差異:

（1）元素之間的差異?？傮w上，元素 N、S、P、Cu、K、Mg的吸收系數(shù)很高，Cd、Zn、Ca、B 較高，而 Sb、Co、Tl、Se、Na 較低，Al、Si、Fe、F、Pb、Cr、V、As 均很低（見表 1）。

（2）不同地質(zhì)背景的荔枝果肉吸收系數(shù)具有較大的差異。例如，侏羅紀(jì)花崗巖體中多數(shù)元素吸收系數(shù)較高，如 B、Cu、N、P、Zn、K、Mg、Na 等，而這些元素在泥盆紀(jì)地層中除S以外，均被較少吸收。由于地質(zhì)條件的不同，賦存于不同地質(zhì)背景的元素有較大差異，導(dǎo)致荔枝吸收系數(shù)產(chǎn)生了一定的差異，從而影響了果實的品質(zhì)和產(chǎn)量。從表中可以看出，種植于第四紀(jì)、云開巖群地層和侏羅紀(jì)花崗巖體上荔枝均具有較好的吸收性。

綜上所述，本文取荔枝吸收系數(shù)較大者并按出現(xiàn)次數(shù)多少元素排序，包括 N、S、P、Cu、K、Mg、Cd、Zn、Ca、B共10個元素作為首選特征元素。吸收系數(shù)表示了植物對元素的必需程度，一般中等吸收以上的元素，是植物從土壤中主動選擇吸收進來的，是其生理所必須的元素。但吸收系數(shù)較小的元素，

不一定都不是植物所需，只能靠相關(guān)性篩選[3]。

表1 荔枝元素吸收系數(shù)平均值（%）（N=30）Table 1 Average value of element absorption coefficient of litchi

表2 荔枝各地層區(qū)元素吸收系數(shù)均值（%）Table 2 Average value of elements absorption coefficient for litchi in different stratas

3.2 荔枝果實營養(yǎng)品質(zhì)與根系土營養(yǎng)元素的相關(guān)性

由荔枝果實營養(yǎng)品質(zhì)與配套根系土元素含量的相關(guān)系數(shù)（表3）可見，總酸、可溶性固形物、維生素C與多種土壤常量組分及微量元素具有十分密切的關(guān)系。

維生素 C 與元素 Co、N、P、S、Sb、Zn、MgO 和有機碳顯著正相關(guān)，其中與N、Zn的相關(guān)性最好，與pH顯著負(fù)相關(guān)。可食率與常量組分SiO2呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明土壤中SiO2含量越高，荔枝的可食率越低；而Al2O3、K2O等組分與可食率表現(xiàn)為顯著正相關(guān)關(guān)系，說明這些組分含量越高（即土壤中細粒級、粘粒級組分越高）則越有利于果實可食率的提高；營養(yǎng)元素Mo、S與可食率表現(xiàn)為顯著正相關(guān)關(guān)系，適當(dāng)提高這些營養(yǎng)元素的含量有利于可食率的提高，另外pH與可食率顯著正相關(guān)，說明pH對荔枝可食率也有一定的影響。粗纖維與根系土大部分元素的相關(guān)性較差，僅與P顯著正相關(guān)，與Sb及MgO顯著負(fù)相關(guān)?？扇苄怨绦挝锱cP顯著正相關(guān)，而與B、Al2O3顯著負(fù)相關(guān)，可溶性糖與B顯著負(fù)相關(guān)。粗蛋白、總酸與根系土元素的相關(guān)性較不顯著，總酸與V顯著正相關(guān)。糖酸比值與Na、K顯著正相關(guān)，與Cu、V顯著負(fù)相關(guān)。水分與S、N顯著正相關(guān)。

表3 荔枝果實品質(zhì)與根系土元素相關(guān)關(guān)系（N=30）Table 3 Correlation between litchi fruit quality and elements in root soil

從上面各項果實品質(zhì)與根系土各元素的相關(guān)性來看，土壤中部分元素與荔枝果實品質(zhì)相關(guān)性較好，將根系土各元素與荔枝果實品質(zhì)的相關(guān)系數(shù)（|r|＞0.3）取絕對值相加，其總和表現(xiàn)出該元素與荔枝果實品質(zhì)相關(guān)性方面的重要性（表3）。取相關(guān)系數(shù)總和 較 大 的 B、S、P、N、Sb、V、SiO2、Al2O3、MgO、Na2O作為根系土中影響荔枝品質(zhì)的主要營養(yǎng)元素。

3.3 特征元素的確定

將上述候選元素按100分向下給出順序分（間隔為5分）[2]。由于相關(guān)系數(shù)對營養(yǎng)成分貢獻大，其權(quán)數(shù)確定為0.6；吸收系數(shù)代表了作物對元素的選擇吸收，權(quán)數(shù)定為0.4，將各元素加權(quán)分之和排序，結(jié)果如表4.

綜上所述，發(fā)現(xiàn)影響荔枝生長及果實品質(zhì)的特征元素主要包括常量組分 N、P、MgO、NaO、CaO、Al2O3和微量元素 B、S、Sb、V。

表4 荔枝特征元素Table 4 Characteristic elements of Litchi

4 特征元素在荔枝種植區(qū)分布狀況

評價區(qū)主要發(fā)育第四紀(jì)、古近紀(jì)、石炭紀(jì)、泥盆紀(jì)、云開巖群地層和白堊紀(jì)、侏羅紀(jì)花崗巖體，對不同巖石地層分布區(qū)表層土壤特征元素含量進行統(tǒng)計分析（表5），為保證數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性，筆者根據(jù)GB/T 4882-2001[4]篩選均值方法，選取中值進行統(tǒng)計[5]。

1、比較各巖石地層出露區(qū)表層土壤元素含量可以得出:第四紀(jì)地層區(qū)土壤相對富集B、N、P、K2O；古近紀(jì)、石炭紀(jì)地層區(qū)土壤以多元素相對較貧化為特征；泥盆紀(jì)土壤含量呈富集特征的元素有B，相對貧化的元素有N、P、CaO；云開巖群表層土壤含量呈富集特征的元素有N、P、S；相對貧化的元素有Na2O、MgO；侏羅紀(jì)花崗巖區(qū)土壤相對富集N、S、Al2O3，相對貧乏 B、P、Na2O、CaO、MgO；白堊紀(jì)花崗巖區(qū)土壤相對富集 N、P、Na2O、S、CaO、Al2O3，相對貧乏B、MgO。

2、與珠江三角洲經(jīng)濟區(qū)表層土壤（平均值）相比，本區(qū)表層土壤中相對富集 B、N、P、CaO，相對貧乏 S、Al2O3、Na2O；與廣東土壤（平均值）相比，本區(qū)表層土壤元素均相對較富集。

綜合以上資料，對比不同地質(zhì)背景種植區(qū)特征元素含量狀況，獲知第四紀(jì)松散堆積物區(qū)、白堊紀(jì)花崗巖區(qū)表層土壤特征元素較為富集，最適合荔枝的生長，此外，在白堊紀(jì)花崗巖區(qū)種植荔枝時要注意多施含硼化肥。

表5 各巖石地層區(qū)表層土壤元素含量中值（元素含量單位10-6，氧化物%）Table 5 Elements content median of surface soil in different stratas

5 結(jié)論

本文采用生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查方法，利用荔枝園中表層土壤、根系土以及荔枝樣品的元素含量數(shù)據(jù)，通過上述分析與討論，得到以下認(rèn)識:

（1）通過計算荔枝對其生長環(huán)境中元素的吸收利用程度，獲知營養(yǎng)元素 N、S、P、Cu、K、Mg 等最易被荔枝吸收。通過討論不同地質(zhì)背景的荔枝果肉吸收系數(shù)，獲知種植于第四紀(jì)、云開巖群地層和侏羅紀(jì)花崗巖體上荔枝均具有較好的吸收性；選擇吸收系數(shù)較大的元素組成了首選特征元素，包括N、S、P、Cu、K、Mg、Cd、Zn、Ca、B。

（2）通過討論荔枝果實營養(yǎng)元素與配套根系土中營養(yǎng)元素的相關(guān)關(guān)系，獲知維生素C與元素Co、N、P、S、Sb、Zn、MgO、pH 和有機碳顯著正相關(guān)。粗纖維僅與P顯著正相關(guān)，與Sb及MgO顯著負(fù)相關(guān)。

可溶性固形物與P顯著正相關(guān)，而與B、Al2O3顯著負(fù)相關(guān)，可溶性糖與B顯著負(fù)相關(guān)。糖酸比值與Na、K顯著正相關(guān)，與Cu、V顯著負(fù)相關(guān)。綜合上述討論，最終獲得與果實品質(zhì)較為密切的元素包括常量組分 N、P、SiO2、Al2O3、MgO、Na2O 以及微量元素 B、V、Sb、S等。

（3）通過研究，獲得影響荔枝生長及果實品質(zhì)的特征元素包括常量組分 N、P、MgO、Na2O、CaO、Al2O3和微量元素 B、S、Sb、V。

（4）對比不同地質(zhì)背景種植區(qū)特征元素含量狀況，獲知第四紀(jì)堆積物區(qū)、白堊紀(jì)花崗巖區(qū)表層土壤特征元素較為富集，最適合荔枝的生長，此外，在白堊紀(jì)花崗巖區(qū)種植荔枝時要注意多施含硼的化肥。

注釋:

①中國地質(zhì)調(diào)查局.局部生態(tài)地球化學(xué)評價技術(shù)要求（DD2008-05）.

②中國地質(zhì)調(diào)查局.生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求（DD2005-03）.

[1]陳德興,胡國俊,柯愛蓉.湖北省優(yōu)質(zhì)柑桔林地質(zhì)-地球化學(xué)背景[J].地球科學(xué),1994,19（3）:364-374.

[2]曾群望,楊雙蘭.云煙生產(chǎn)的土壤地質(zhì)背景[M].云南科學(xué)出版社,1993.

[3]李新虎.土壤地球化學(xué)環(huán)境對寧夏枸杞品質(zhì)的制約影響研究[D].北京.中國地質(zhì)大學(xué),2007.

[4]GB/T 4882-2001數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理和解釋正態(tài)性檢驗[S].

[5]張利田,卜慶杰,等.環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域?qū)W術(shù)論文中常用數(shù)理統(tǒng)計方法的正確使用問題[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2007,27（1）:171-173.