章丘大蔥特征元素農業(yè)地球化學研究

趙西強,王存龍,王紅晉

(山東省地質調查院，山東 濟南　250013)

章丘大蔥特征元素農業(yè)地球化學研究

趙西強,王存龍,王紅晉

(山東省地質調查院，山東 濟南250013)

以章丘大蔥產區(qū)生態(tài)地球化學調查為基礎，采集了表層土壤、大蔥、根系土及出露的代表性巖石樣品，實測了大量和微量營養(yǎng)元素的含量，查明了研究區(qū)土壤地球化學背景。通過計算大蔥對土壤營養(yǎng)元素的吸收率及大蔥品質與營養(yǎng)元素的相關性分析，查明了大蔥生長的特征營養(yǎng)元素為N，K2O，Zn，B,P,Cu,Mn。在巖石-土壤-大蔥這一生態(tài)體系中，營養(yǎng)元素在土壤中保持一定的儲備和積累，為大蔥的生長提供了有利的農業(yè)地球化學環(huán)境。

章丘大蔥；特征元素；吸收系數；農業(yè)地球化學

引文格式：趙西強,王存龍,王紅晉.章丘大蔥特征元素農業(yè)地球化學研究[J].山東國土資源，2015，31(1)：55-58.ZHAO Xiqiang，WANG Cunlong，WANG Hongjin.Study on Agricultural Geochemistry of Characteristic Elements of Green Onion Plantation in Zhangqiu Area[J].Shandong Land and Resources,2015，31(1)：55-58.

農業(yè)地球化學通過研究巖石和土壤微量元素對作物生長和果實品質的肥效作用，確定各種作物的特征營養(yǎng)元素。選擇富含營養(yǎng)元素的土壤及巖石分布地區(qū)規(guī)劃種植布局，可以提高產量，優(yōu)化品質。將地球化學和農業(yè)充分結合，利用地球化學基礎資料，查明各種營養(yǎng)元素和有益元素以及有害元素在基巖、土壤、農作物中的含量特征，研究農作物生長所需的特征元素與農作物品質的關系[1]。該文通過對章丘大蔥產區(qū)土壤中20種元素的含量及組合特征分析研究，結合元素的吸收系數及相關性分析，查明大蔥生長的特征元素，探討了營養(yǎng)元素在巖石、土壤及大蔥體系中的分布轉化。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于章丘市中南部，北部以寧家埠鎮(zhèn)為界，南部至山地前緣，面積為849.3km2。大蔥最佳種植區(qū)位于章丘市繡惠鎮(zhèn)西北2km，女郎山西麓的王金家村—大高家村一帶。該區(qū)域廣泛分布早三疊世孫家溝組紫紅色粉砂巖、粉砂質泥巖、灰白色長石石英砂巖夾凝灰?guī)r，并有2條輝綠巖墻穿插其中[2]。母巖經風化作用形成洪積沖積物，質地較細。與風力水力搬運來的異地物質，經長期耕作，形成褐土，土層厚度20～40cm。

產地土壤類型屬于洪沖積物潮褐土，pH平均值為7.5以上，屬微堿性，耕作層質地為砂質粘壤土或粘壤土。潮褐土耕種歷史久遠，土體深厚，地勢平坦，灌溉水源充足，土壤肥力高，土壤養(yǎng)分含量豐富，質地適中，構型上輕下重，保水、保肥性能較好，土性暖，耕性良好，適合各種旱作物，基本不存在障礙土層，目前，潮褐土屬山東的優(yōu)良高產土壤。

1.2樣品采集與分析

該文選擇章丘大蔥種植區(qū)849.3km2，采樣密度4點/km2，采集表層土壤樣品3245件，貫穿大蔥種植區(qū)布置一條水平剖面，分別采集大蔥、根系土及出露的代表性基巖樣品共計52件。樣品測試分析由湖北省地質實驗研究所完成。測試As,B,Cd,Cr,Cu,F,Hg,K2O,Mn,Mo,N,Ni,orgC,P,Pb,pH,S,Se,TFe2O3,Zn等指標。Cd,Cu,Mo,Ni采用等離子體質譜法測定；K2O,TFe2O3,Mn,Cr,P,Pb,Zn采用X射線熒光光譜法分析;As,Hg,Se采取原子熒光光譜法測定;F,pH用離子電極法分析;N,orgC,B,S分別采取酸堿容量法、氧化還原法、發(fā)射光譜法及碘量法測定。 分析過程采用標準樣、密碼樣、重復樣進行質量監(jiān)控，其結果滿足多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范要求[3]，并通過中國地質調查局專家組驗收。

2　結果與討論

2.1研究區(qū)土壤地球化學背景

土壤地球化學背景值是反映成土母質在表生地球化學環(huán)境下，經過人類活動與自然改造后元素在表層土壤中的含量水平與分布狀況，其與土壤基準值關系密切，總體上受土壤基準值控制。

參考多目標區(qū)域地球化學調查的方法，以表層土壤元素含量的平均值來表征土壤地球化學背景值*趙西強、戰(zhàn)金成、王增輝等，山東省典型市縣級土地質量地球化學評估報告(章丘市),2013年。。研究區(qū)土壤地球化學背景參數統(tǒng)計見表1。

表1　研究區(qū)土壤地球化學背景參數統(tǒng)計

由表1可見，土壤中元素含量范圍變化較小，與山東土壤背景值相比，As,Cr,Cu,F,Mn,Mo,Pb等含量水平接近；orgC,Se,Fe,Zn,B等元素則顯著偏高，其中Se平均含量為山東土壤背景值的2.2倍。從變異程度看，除Hg外所有元素變異系數較小(<0.4)，說明研究區(qū)土壤中元素分布較為均勻。綜合分析，表層土壤有益元素的含量水平較高，而有害元素含量水平略低，因此，研究區(qū)土壤有益元素是Se的高背景成為發(fā)展特色富硒農產品的重要基礎。

2.2大蔥種植區(qū)基巖及土壤中元素含量

研究區(qū)20件大蔥、20件根系土及12件巖石樣品元素含量參數統(tǒng)計見表2。

表2　研究區(qū)大蔥、土壤、巖石中元素平均含量

注：Hg單位為10-9;其余元素為10-6。

由表2可知，大蔥中含量較高的元素為K2O,N,P,Zn,Cu,Mn,B。這些元素也是土壤和巖石中含量較高的元素，有力證明地質地球化學背景與大蔥的密切關系。大蔥中的有益元素主要是從土壤中吸取的，含量大小不完全反映大蔥對其需要的程度。研究表明，有些是大蔥生長過程中必需的元素，如K，Cu，Zn等，而另一些是由于土壤環(huán)境中含量高而被迫攝入的，甚至于還能大量積累。反之，有些元素雖然是大蔥生長過程中很必需的，卻因其需要量甚微，只在大蔥中少量存在。盡管如此，大蔥中含量最高的元素，即使是被迫吸收而大量積累的，也會影響大蔥的生理過程，促使植株產生變異。而那些豐度小而必需程度高的營養(yǎng)元素，可通過吸收系數與相關性來篩選[5,6]。

2.3大蔥對元素的吸收系數

大蔥對元素的吸收系數表示植株從土壤中攝取元素強烈程度，吸收系數計算公式：

K=Tj/S

式中：Tj為元素在j介質中的含量；S為在土壤中的含量；K為吸收率。按大蔥對元素的吸收程度的大小，將吸收系數分成4個等級：強烈攝取的元素(K≥1)；中等攝取的元素(K≥0.1)；弱攝取的元素(K<0.1)；極弱攝取元素(K<0.01)。

由表3可知，大蔥強烈攝取的元素為N和P；中等攝取的元素為Cu，K2O和Zn；弱攝取的元素為B,Cd,Hg,Mo,Ni和Se；極弱攝取的元素為As,Cr,F,Pb,Mn。

表3　大蔥對部分元素的吸收系數

吸收系數包含了大蔥對元素需要的程度、攝入量及該元素在土壤中的豐度等含義。一般說,吸收系數較大(K≥0.1)的元素,是大蔥從土壤中主選擇吸收的組分,為其生理必需元素。但是,吸收系數小的元素,不一定都不是大蔥需要的元素。因為盡管某元素為大蔥必需,但是由于它在土壤中含量太高,以致計算出的吸收系數小。這種情況,還可以通過研究其在大蔥植株中的含量及相關性等確認。

2.4營養(yǎng)元素對大蔥品質的關系

大蔥品質主要包括內質和外觀2個方面。外觀上的品質差異主要有品種、種植技術決定。而內質方面則取決于大蔥中有機成分的含量如總糖、總酸、可溶性固形物、糖酸比、維生素C及粗纖維等指標。通過對大蔥中礦物質元素與總糖、總酸、可溶性固形物、糖酸比、維生素C及粗纖維等指標的R型聚類分析(圖1)，來探討土壤地球化學背景對大蔥品質的影響。

圖1　大蔥中營養(yǎng)元素與有機成分R型聚類分析圖

由圖1可知，元素N與總糖、糖酸比和可溶性固形物的相關系數為0.90，元素B與維生素C、糖酸比、總糖及可溶性固形物的相關系數為0.71；K2O，Cr與蛋白質、氨基酸、總酸的相關系數為0.85；Zn，Mn與蛋白質、氨基酸、總酸的相關系數為0.80；而Pb與粗纖維的相關系數為0.57。據此，可認為元素N，B和大蔥中總糖、糖酸比和可溶性固形物及維生素C關系密切；K2O,Cr,Zn和Mn與大蔥中的蛋白質、氨基酸、總酸關系密切，而元素Pb則和大蔥中的粗纖維關系密切。

綜上所述，依據大蔥中營養(yǎng)元素含量、元素吸收系數及與大蔥品質相關性，可選擇元素N,K2O,Zn,B,P,Cu,Mn作為該研究區(qū)大蔥生長特征營養(yǎng)元素。

2.5營養(yǎng)元素在巖石-土壤-大蔥體系中的運移和平衡

營養(yǎng)元素在巖石-土壤-大蔥體系中的運移和轉化，是影響大蔥生長和品質的基礎地球化學因素。元素在巖石-土壤-大蔥生態(tài)體系中的遷移轉化過程較為復雜，通常用元素的吸收系數(X=T/S)和富集系數(F=S/R)來表述元素在這一過程中的行為特征[7]。吸收系數表明大蔥對土壤中某一元素的攝取程度，富集系數則為元素從母巖進入土壤后富集或淋漓的程度。根據調查分析取得的地球化學數據，計算大蔥各元素的吸收系數和土壤富集系數，繪制研究區(qū)大蔥對營養(yǎng)元素的吸收曲線和土壤富集曲線(圖2)。

圖2　研究區(qū)元素的吸收曲線和富集曲線

由圖2可以看出：幾乎所有元素富集系數F>1，證明了土壤地球化學元素組成對成土母質的繼承性，同時表層土壤中元素在成壤過程中有所富集，其中元素P，K2O在土壤中的強烈富集顯然與農業(yè)施肥有關；而元素Pb，Hg，Cr在土壤中的較高的富集水平應引起重視；營養(yǎng)元素的吸收曲線均處于富集曲線的下方表明，在巖石-土壤-大蔥這一生態(tài)體系中，營養(yǎng)元素在土壤中保持了一定程度的儲備和積累，可以為大蔥生長供給充分的養(yǎng)分，這也是有利于大蔥種植的基本農業(yè)地球化學條件。

3　結論

(1)研究區(qū)土壤中有益元素N,P,orgC,Se,B,Zn,Fe等相比山東土壤背景顯著偏高，而元素As,Pb,Mo,Cr,Mn略低或接近山東土壤背景值。

(2)大蔥對營養(yǎng)元素的吸收具有顯著差異性，N,P,Cu,K2O,Zn為大蔥從土壤中主選吸收的組分，是大蔥生長的必需生理元素。

(3)通過對大蔥吸收系數及大蔥品質相關的營養(yǎng)元素研究，認為N,K2O,Zn,B,P,Cu,Mn作為該研究區(qū)大蔥生長特征營養(yǎng)元素。

(4)研究區(qū)土壤中有害元素Pb,Hg,Cd呈現出的富集性是值得關注的土壤環(huán)境問題。

[1]朱立新.農業(yè)地球化學的研究進展及近期的主要任務[J].地質科技情報，1994,13(3):63-68.

[2]王存龍，王增輝，鄭偉軍，等.章丘市富硒土壤環(huán)境對大蔥品質的影響[J].安徽農業(yè)科學，2011,39(27)：16577-16580.

[3]中國地質調查局.多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范(DD2005-01)[S].

[4]萬廣華.山東土壤[M].北京：中國農業(yè)科學出版社，1994.

[5]劉慧，常向陽，付善明，等.廣東陽春雙滘原產地產品沙姜的特征元素[J].土壤，2011,43(2):317.

[6]陳德興，胡國俊，柯愛榮.湖北省優(yōu)質柑桔地質-地球化學背景[J].地球科學，1994,19(3)：364-374.

[7]葉榮，李蔚萍.桂東南荔枝生長營養(yǎng)元素農業(yè)地球化學研究[J].地學前緣，2006,13(1)：119-127.

Study on Agricultural Geochemistry of Characteristic Elements of Green Onion Plantation in Zhangqiu Area

ZHAO Xiqiang，WANG Cunlong，WANG Hongjin

(Shandong Geological Surveying Institute, Shandong Jinan 250013, China)

Based on agricultural geochemistry survey of green onions plantation field in Zhangqiu area, collecting the samples of topsoil, green onions, root soil and representative outcropped rocks, contents of major elements and nutrients have been tested, and geochemical background of soil in studying area has been identified. Through calculation of absorption coefficient and correlation analysis between green onion varieties and nutrients, it is showed that N, K2O, Zn, B, P, Cu, Mn are the specific nutrient elements. Through analyzing the migration and mass balance of nutrient elements in rock-soil-green onion ecologic system, it is found that certain reserve and accumulation of nutrient elements in soil will provide beneficial geochemical environment for the growth of green onion.

Green onion in Zhangqiu; characteristic elements； absorption coefficient; agricultural geochemistry

2014-02-26；

2014-04-03；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

山東省章丘市土地質量地球化學評估(基[2008]GZTR03-24)

趙西強 (1980—)，男，山東曹縣人，工程師，主要從事生態(tài)地球化學調查與評價研究;E-mail：382129295@qq.com

S633.1

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