廣東四會(huì)沙糖桔產(chǎn)區(qū)土壤-沙糖桔生態(tài)系統(tǒng)的主要影響因素

朱 鑫,陳 恩,黎旭榮

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院,廣州 510080)

廣東四會(huì)沙糖桔產(chǎn)區(qū)土壤-沙糖桔生態(tài)系統(tǒng)的主要影響因素

朱 鑫,陳 恩,黎旭榮

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院,廣州 510080)

通過(guò)對(duì)廣東四會(huì)沙糖桔產(chǎn)區(qū)土壤地球化學(xué)特征的研究,對(duì)影響土壤-沙糖桔系統(tǒng)的主要因素進(jìn)行了探討,認(rèn)為光照、溫度、濕度、地勢(shì)等對(duì)沙糖桔的長(zhǎng)勢(shì)起著重要的作用。除此以外,土壤的母巖類型以及土壤物理、化學(xué)性質(zhì)(包括pH值、有機(jī)質(zhì)、交換性鹽基、氧化還原電位)等因素都對(duì)土壤-沙糖桔生態(tài)系統(tǒng)有著不同程度的影響。

土壤地球化學(xué);沙糖桔;生態(tài)系統(tǒng);影響因素

沙糖桔,又名十月桔,原產(chǎn)廣寧、四會(huì)一帶,主產(chǎn)地有四會(huì)、廣寧、云浮、清遠(yuǎn)、德慶、南盛、郁南、封開(kāi),是當(dāng)?shù)馗探壑髟云贩N之一。傳統(tǒng)研究對(duì)地面環(huán)境條件(光照、溫度、濕度、地勢(shì)等)的適宜性、人工栽培管理(包括育苗和栽植、土壤管理及樹(shù)體管理)等因素對(duì)沙糖桔生態(tài)系統(tǒng)的影響已明了。對(duì)于土壤地質(zhì)背景所提供的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素及其存在的環(huán)境條件以及影響土壤-沙糖桔生態(tài)系統(tǒng)的因素研究較少。本文通過(guò)四會(huì)沙糖桔產(chǎn)區(qū)地球化學(xué)特征的研究,對(duì)影響土壤-沙糖桔生態(tài)系統(tǒng)的主要因素進(jìn)行了探討。

1 四會(huì)沙糖桔產(chǎn)區(qū)概況

四會(huì)市是沙糖桔的發(fā)源地,也是我國(guó)主要的沙糖桔栽種地之一。四會(huì)市位于廣東省中部偏西,處于西、北、綏三江下游,屬珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)邊緣。四會(huì)地形酷似豎立的一片桑葉,既有平原區(qū),又有丘陵和山區(qū),是北回歸線橫貫的綠洲,屬典型的南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。四會(huì)市現(xiàn)種植沙糖桔面積約21.76萬(wàn)畝(1畝≈667 m2),總產(chǎn)量達(dá)9.5×104t以上。四會(huì)柑桔具有顯著的品牌優(yōu)勢(shì),被譽(yù)為“一枝獨(dú)秀”。其中,四會(huì)市于2001年被中國(guó)綠色食品發(fā)展中心評(píng)為“中國(guó)綠色食品柑桔之鄉(xiāng)”,同年被國(guó)家林業(yè)局授予“中國(guó)柑桔之鄉(xiāng)”稱號(hào),四會(huì)市沙糖桔被評(píng)為“中國(guó)名優(yōu)果品”。2002年有黃田、石狗、江谷、地豆、威整等五個(gè)鎮(zhèn)柑桔面積超一萬(wàn)畝,全市有37個(gè)村委會(huì)柑桔面積超千畝。2003年沙糖桔獲得國(guó)家質(zhì)監(jiān)總局認(rèn)證的“原產(chǎn)地標(biāo)記”。

2 地貌地質(zhì)背景及其與沙糖桔分布關(guān)系

四會(huì)沙糖桔種植區(qū)地質(zhì)體可以分為五類,即第四紀(jì)、三疊紀(jì)、泥盆紀(jì)地層、寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)片麻狀花崗巖和侏羅-白堊紀(jì)花崗巖類。第四紀(jì)為由河流沖洪積物組成的大灣鎮(zhèn)組,沿綏江兩岸、江谷-四會(huì)一帶及山地沖谷分布。三疊紀(jì)是石英砂巖、巖屑砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖夾雜礫巖和凸鏡狀煤層的小云霧山組,小面積分布于丘陵中。泥盆紀(jì)地層主要是由淺變質(zhì)泥質(zhì)砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、變質(zhì)砂巖、云母石英片巖、千枚巖、片巖等組成,分布于西北部和西部低山丘陵。寒武紀(jì)地層主要巖性為變質(zhì)細(xì)砂巖、雜砂巖、粉砂巖及頁(yè)巖,夾含礫砂巖、中粗粒砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、薄層硅質(zhì)巖及灰?guī)r等,主要分布于江林丘陵地帶。奧陶紀(jì)片麻狀花崗巖巖性為片麻狀黑云母花崗巖或片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖,分布于四會(huì)西部和西南部。侏羅-白堊紀(jì)花崗巖由四會(huì)巖體中細(xì)粒斑狀黑云母花崗巖和黃田巖體中細(xì)粒黑云母花崗巖組成,分布于四會(huì)、黃田兩地。

一般情況下,花崗巖類風(fēng)化遠(yuǎn)較變質(zhì)地層強(qiáng),因此,泥盆紀(jì)、三疊紀(jì)、寒武紀(jì)地層分布區(qū)山勢(shì)較陡峻,而花崗巖分布區(qū)多緩坡丘陵,四會(huì)巖體一帶強(qiáng)風(fēng)化露頭都很難見(jiàn)。

沙糖桔分布與地質(zhì)體有一定關(guān)系。據(jù)1:25萬(wàn)廣州市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告,沙糖桔種植主要位于黃田巖體和四會(huì)巖體之低緩坡地、沖溝和綏江兩岸沖洪積物區(qū),前泥盆系和奧陶紀(jì)片麻狀花崗巖的強(qiáng)風(fēng)化沖溝或緩坡地有一定面積種植,小云霧山組分布區(qū)極少量柑橘種植。野外實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn),黃田巖體曾經(jīng)為沙糖桔的原產(chǎn)地,且產(chǎn)量穩(wěn)居前茅,但近幾年可能由于種植的不科學(xué)性,導(dǎo)致原產(chǎn)地的沙糖桔成片死亡,目前僅有零星分布。而在泥盆、三疊紀(jì)地層上種植的大量沙糖桔已成規(guī)模,且該地區(qū)產(chǎn)出的沙糖桔口味據(jù)說(shuō)在市面上最為正宗。同時(shí),在以花崗巖體和第四紀(jì)為主的地豆、江谷兩鎮(zhèn),近幾年也是發(fā)展了較大規(guī)模的沙糖桔種植。因此,我們針對(duì)這一系列沙糖桔種植地的發(fā)展、變遷,開(kāi)展了沙糖桔種植區(qū)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查。

3 沙糖桔生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境的一般要求

(1)溫度:溫度是限制沙糖桔優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的主要因素,適宜沙糖桔生長(zhǎng)的年平均氣溫為15～22℃。年積溫1 000～4 500℃。沙糖桔樹(shù)體生長(zhǎng)最適氣溫為23～29℃。生理活動(dòng)的有效溫度為12.8～37℃。低于12.8℃或高于37℃都會(huì)使生理活動(dòng)處于抑制狀態(tài)而停止生長(zhǎng)、根系生長(zhǎng)要求的土溫和地上部相似,但其生理活動(dòng)的最適土溫為17～26℃。

(2)水份:水份是沙糖桔樹(shù)體重要組成部分,枝葉中的水份含量占總重的50～75%,根中的水分占60～85%,果肉中的水分占85%。水份亦是沙糖桔生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的因素,當(dāng)水份不足,生長(zhǎng)停滯,從而引起枯萎,卷葉、落葉、落花、落果、減低產(chǎn)量和品質(zhì)。當(dāng)水份過(guò)多,土壤積水,土壤中含氧量降低,根系生長(zhǎng)緩慢或停止,也會(huì)產(chǎn)生落葉落果及根部危害。柑桔年平均相對(duì)濕度80%±。

(3)光照:光是沙糖桔葉片進(jìn)行光合作用合成有機(jī)養(yǎng)分的必需條件,沙糖桔果樹(shù)一般耐陰性較強(qiáng),要求適度光照,尤喜漫射光、日照過(guò)弱,對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育也不利。年日照時(shí)數(shù)在1 400 h以上,沙糖桔生長(zhǎng)結(jié)果良好。

(4)地勢(shì):四會(huì)沙糖桔主要種植于緩坡丘陵、山谷沖溝和綏江兩岸洪沖積土中,近幾年有些沿坡度角>25°的山根種植。沙糖桔種植區(qū)地貌上總體屬丘陵微型沖積平原,海拔高度一般小于500 m,四周高而中間低,僅在南、北邊部有少數(shù)>500 m之低山山峰。丘陵區(qū)溝壑切割中等,中部微型沖積平原水網(wǎng)發(fā)育。

四會(huì)市境地處北回歸線以南,屬亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均氣溫22.3℃,年總?cè)照樟? 225.4 h,年總降雨量1 396.7 mm,均符合沙糖桔生長(zhǎng)時(shí)對(duì)地面環(huán)境的要求。

4 土壤-沙糖桔生態(tài)系統(tǒng)的主要影響因素

4.1 母巖類型的影響

沙糖桔種植園多數(shù)在山坡上。一般花崗巖體發(fā)育的土層較厚,山坡坡度較緩。據(jù)實(shí)地調(diào)查表明,坡地土壤物質(zhì)完全來(lái)自巖石。據(jù)研究[1],巖石不僅是土壤的支托體,而且是土壤的物質(zhì)基礎(chǔ),植物營(yíng)養(yǎng)元素的天然供應(yīng)庫(kù)。在同一生物氣候條件下,巖石的礦物組成直接決定了土壤的碎屑和粘土的成分,土壤的化學(xué)組成亦依賴于巖石的化學(xué)組成。雖然作物主要經(jīng)由土壤攝取礦物質(zhì),但巖石通過(guò)對(duì)土壤的礦物、化學(xué)組成的控制,對(duì)土壤理化特性的影響,直接或間接地對(duì)作物的正常生長(zhǎng)及品質(zhì)有著重要的影響,并且?guī)r石體實(shí)質(zhì)上是潛在的農(nóng)業(yè)資源。

表1所列為沙糖桔產(chǎn)區(qū)不同地質(zhì)背景下的基巖和表層土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的含量豐缺狀況。為保證數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性,筆者根據(jù)《GB/T 4882-2001數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋正態(tài)性檢驗(yàn)》篩選均值方法,其均值的選取,根據(jù)變量服從正態(tài)分布的情況,可能取算術(shù)均值、幾何均值或者中位數(shù)[2]。從表中可以看出,不同類型母巖的元素含量存在明顯差異,從而導(dǎo)致表層土壤中各元素的全量值有差別。全量值的不同,又導(dǎo)致有效態(tài)含量的不同。而在植物生長(zhǎng)過(guò)程中,從土壤吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要取決于元素有效態(tài)含量,一般認(rèn)為,除個(gè)別元素如Si之外,多數(shù)元素的全量與有效態(tài)含量成正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)然,在pH值、有機(jī)質(zhì)等因素的共同影響下,土壤中元素的有效量值亦不同。

表1 沙糖桔產(chǎn)區(qū)不同基巖、土壤中各元素的均值統(tǒng)計(jì)Table 1 Elements composition of different bedrock and soil of Shatang C itrus produc ing area

4.2 pH值的影響

在表生作用中,pH值是影響元素在溶液中遷移與沉積的重要因素之一。根據(jù)研究報(bào)導(dǎo)[3],土壤pH值對(duì)土壤環(huán)境有很大的影響,主要表現(xiàn)在:

(1)影響土壤層中進(jìn)行的各項(xiàng)化學(xué)反應(yīng),包括吸附-解吸、氧化-還原、絡(luò)合-解離以及溶解和沉淀等一系列的化學(xué)平衡,都在不同程度上受pH值的影響。

(2)影響微生物的活動(dòng)、有機(jī)質(zhì)的合成與分解、氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素的形態(tài)轉(zhuǎn)化與釋放、微量元素的有效性、土壤保持養(yǎng)分的能力以及土壤發(fā)生過(guò)程中元素的遷移等。

(3)各種植物都有其適宜的pH范圍,超過(guò)這個(gè)范圍時(shí),生長(zhǎng)將受阻。

(4)可通過(guò)人工調(diào)節(jié)土壤酸堿度來(lái)改善土壤環(huán)境質(zhì)量。

表2為表層土中pH值與不同元素之間的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)表。從表中可以看出,N、CaO、Zn、Mn、SiO2、Cd、Hg等元素與pH呈顯著正相關(guān),而K2O、Al2O3、Mo、Fe2O3、Se、V、As、F等元素與pH顯著負(fù)相關(guān)。pH與多種元素的顯著相關(guān),體現(xiàn)了pH在調(diào)節(jié)土壤元素含量的重要性。據(jù)福斯研究,pH對(duì)植物生長(zhǎng)最重要的影響可能是pH對(duì)養(yǎng)分有效性的影響,通過(guò)根系從土壤中吸收水分及各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而生長(zhǎng)的植物,其養(yǎng)分取決于土壤溶液中的養(yǎng)分濃度,也就是說(shuō)土壤元素的有效性影響沙糖桔中養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)化[3～4]。另外,據(jù)前人研究成果表明[5],pH、Eh值的高低將影響土壤硒的化學(xué)形態(tài)和溶解度,進(jìn)而影響土壤硒的含量。例如:在酸性條件下,鐵和錳的氧化物對(duì)硒的吸附作用比任何粘土礦物和有機(jī)質(zhì)對(duì)硒的吸附作用都強(qiáng);在酸性氧化條件下形成的亞硒酸鹽離子穩(wěn)定且易遷移,常被礦物和有機(jī)質(zhì)顆粒吸附;在堿性氧化環(huán)境土壤中,不同的Eh條件下硒呈SeO、Se、HSe-形態(tài)淋溶隨水遷移,不易被Fe氧化物固定。

表2 pH值與不同元素的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of dependence between pH value and different elements

4.3 有機(jī)質(zhì)的影響

有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的標(biāo)志性物質(zhì),其含有豐富的植物所需要的養(yǎng)分,調(diào)節(jié)土壤的理化性狀,是衡量土壤養(yǎng)分的重要指標(biāo)。在植物生長(zhǎng)發(fā)育所必須的16種元素中,除C、H、O這3種元素取自空氣和水以外,其余13種營(yíng)養(yǎng)元素都是來(lái)自土壤,其中N、S以及一大部分的P來(lái)自土壤有機(jī)質(zhì),其他幾種營(yíng)養(yǎng)元素則來(lái)自土壤的礦質(zhì)部分。

土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮量密切相關(guān)。一般全氮量相當(dāng)于該土壤有機(jī)質(zhì)含量的8～12%,因此有機(jī)質(zhì)含量多少就直接影響著土壤氮素的供應(yīng)[6]。根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),將土壤養(yǎng)分含量共分為6個(gè)級(jí)別。以有機(jī)質(zhì)含量<0.6%為六級(jí),0.6～1%為五級(jí),1～2%為四級(jí),2～3%為三級(jí),3～4%為二級(jí),>4%為一級(jí)。

雖然含氮量時(shí)有變化,但含碳量變化較少,通常認(rèn)為是58%。假定含58%的碳,有機(jī)質(zhì)含量能用含碳百分率乘1.724估算出來(lái)[4]。按照此估算,可得出2個(gè)沙糖桔產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均含量(表4)。從表中顯示來(lái)看,不同地質(zhì)背景下的有機(jī)質(zhì)含量變化不大,都處于中等含量水平。雖然沙糖桔產(chǎn)區(qū)在不同地質(zhì)背景下的有機(jī)質(zhì)含量差別不大,但三疊紀(jì)表層土壤有機(jī)質(zhì)含量稍高,使得其表層土壤中N、P、Ca等元素的含量高于其他沙糖桔種植區(qū)。

表4 沙糖桔產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均含量Table 4 Average organ ic mater ial content in soils of Shatang C itrus producing area wB/10-2

4.4 交換性鹽基的影響

土壤中的交換性陽(yáng)離子通常包含Ca2+、M g2+、K+和Na+,酸性土壤中還有H+和A l3+。前4種陽(yáng)離子總稱為交換性鹽基,這是因?yàn)樗鼈兯夂罂墒雇寥廊芤旱膒H上升。以陽(yáng)離子交換量除土壤的交換性鹽基離子的數(shù)量,即為鹽基飽和度。交換性鹽基的飽和度越高,土壤的pH越高;反之,在交換性陽(yáng)離子中H+和A l3+所占的比例越高,則pH越低[7]。

交換性陽(yáng)離子的組成可以影響土壤性質(zhì)。例如,Ca是有機(jī)質(zhì)與礦質(zhì)之間的橋接離子,是形成良好的土壤結(jié)構(gòu)時(shí)不可少的。交換性Ca的比例下降時(shí),土壤變酸,并出現(xiàn)交換性M g和A l的毒害。交換性K雖然含量很低,但卻是植物的重要速效養(yǎng)分[8]。

沙糖桔產(chǎn)區(qū)表層土壤中3種交換性鹽基數(shù)(Ca +M g+K)的有效量平均值分別是:三疊紀(jì)地層表土505×10-6、泥盆紀(jì)地層土壤1 244×10-6、寒武紀(jì)地層土壤340×10-6、花崗巖體土壤1 064× 10-6。四個(gè)地區(qū)的交換性鹽基的數(shù)量差別較大,這與它們的母質(zhì)不同有關(guān)。鹽基狀況的差異不僅直接影響植物Ca、M g、K的供給,而且也影響土壤酸堿度、活性鋁的毒害程度以及交換復(fù)合體的特性等各種物理的、化學(xué)的和生物學(xué)性質(zhì),并與土壤肥力密切相關(guān)[9]。說(shuō)明交換性鹽基直接影響土壤中有益、營(yíng)養(yǎng)元素的遷移、轉(zhuǎn)換,進(jìn)而影響著這些物質(zhì)由土壤向沙糖桔的運(yùn)移和富集。

4.5 氧化還原電位的影響

圖1 不同深度土壤中Eh值的變化情況Fig.1Eh value of soils in different depth

從沙糖桔產(chǎn)區(qū)垂直剖面土壤樣品測(cè)定的Eh值結(jié)果來(lái)看(圖1),1m深度以內(nèi),不同類型土壤中的Eh值都是隨著深度增大而減小。由于Eh值與鹽分含量關(guān)系密切,這一結(jié)論又表明隨著土壤深度增大,鹽分含量逐漸減少。并且,由于成土母質(zhì)的不同,使得在不同類型土壤中Eh值差異較大。研究資料表明[10],棚栽土壤(土水比1∶5)電導(dǎo)率<0.5 mS/cm時(shí),蔬菜生長(zhǎng)正常,當(dāng)電導(dǎo)率>0.5mS/cm時(shí),吸收水分養(yǎng)分開(kāi)始受阻,超過(guò)1.0mS/cm或1. 5mS/cm時(shí),蔬菜作物生長(zhǎng)急劇下降。當(dāng)然,季節(jié)不同時(shí)電導(dǎo)率對(duì)作物吸收水分、養(yǎng)分會(huì)有所不同。另外,前文提到pH、Eh值的高低將影響土壤硒的化學(xué)形態(tài)和溶解度,進(jìn)而影響土壤硒的含量。而土壤pH與Eh值的高低對(duì)植物吸收硒的影響最明顯,植物吸收利用硒的最佳條件是堿性氧化環(huán)境[11],土壤有機(jī)質(zhì)和粘度的升高,都使植物吸收硒的能力降低,而且有機(jī)質(zhì)增高引起植物吸收性的降低比粘度更明顯[5]。

5 結(jié)論

研究結(jié)果表明,地面環(huán)境條件是影響沙糖桔長(zhǎng)勢(shì)的重要因素。對(duì)于土壤-沙糖桔生態(tài)系統(tǒng)而言,不同的成土母質(zhì)不僅影響土壤中元素的全量值,還影響其有效量值,進(jìn)而影響到沙糖桔根系從土壤溶液中對(duì)養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)換;pH值影響元素在土壤溶液中的遷移和沉積,間接影響沙糖桔對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收;有機(jī)質(zhì)含量的高低直接影響土壤中氮素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供給;交換性鹽基的差異不僅直接影響沙糖桔的Ca、M g、K供給,還影響土壤的酸堿度及土壤肥力;Eh值的高低影響土壤元素的化學(xué)形態(tài)和溶解度,進(jìn)而影響土壤元素的含量,最終會(huì)影響作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收。綜上所述,影響土壤-沙糖桔生態(tài)系統(tǒng)的主要因素為:土壤地質(zhì)背景環(huán)境條件--成土母質(zhì),土壤理化性質(zhì)--有機(jī)質(zhì)、pH值、交換性鹽基、氧化還原電位等和地面環(huán)境條件——溫度、濕度、光照及地勢(shì)等。

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The Factors Affect ing the Soil-Shatang Citrus Ecological System in SihuiCity,Guangdong Prov ince

ZHU X in,CHENEn,LI Xu-rong
(1.Guangdong Geology Survey,Guangzhou510080,China)

The factors affecting soil-Shatang citrus ecological systemare investigated by soil geochemical characteristics analysis in Sihui city,Guangdong province.The research indicated that the earth’s surface environment conditions,such as sunshine,temperature,humidity and terrain are important factors affecting the growth of Shatang citrus,while parent rock type of soil,physical-chemical qualities of soil(such as pH values,organic material content,exchangeable base cations and Eh values)are also affect in different degree on the soil-Shatang citrus ecological system.

soil geochemistry;Shatang citrus;ecological system;affecting factors;Sihui area,Guangdong province

S666.1;S666.2

A

1007-3701(2010)02-0060-06

2010-02-28

“廣東省珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查項(xiàng)目(1212010511216)”和“珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)主要特色與優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品基地地球化學(xué)評(píng)價(jià)(1212010511216-3-1)”資助.

朱鑫(1983-),男,助理工程師,主要從事農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查與研究工作.E-mail:ddystar@163.com