广东四会沙糖桔产区土壤-沙糖桔生态系统的主要影响因素

朱 鑫,陈 恩,黎旭荣

(广东省地质调查院,广州 510080)

广东四会沙糖桔产区土壤-沙糖桔生态系统的主要影响因素

朱 鑫,陈 恩,黎旭荣

(广东省地质调查院,广州 510080)

通过对广东四会沙糖桔产区土壤地球化学特征的研究,对影响土壤-沙糖桔系统的主要因素进行了探讨,认为光照、温度、湿度、地势等对沙糖桔的长势起着重要的作用。除此以外,土壤的母岩类型以及土壤物理、化学性质(包括pH值、有机质、交换性盐基、氧化还原电位)等因素都对土壤-沙糖桔生态系统有着不同程度的影响。

土壤地球化学;沙糖桔;生态系统;影响因素

沙糖桔,又名十月桔,原产广宁、四会一带,主产地有四会、广宁、云浮、清远、德庆、南盛、郁南、封开,是当地柑桔主栽品种之一。传统研究对地面环境条件(光照、温度、湿度、地势等)的适宜性、人工栽培管理(包括育苗和栽植、土壤管理及树体管理)等因素对沙糖桔生态系统的影响已明了。对于土壤地质背景所提供的矿质营养元素及其存在的环境条件以及影响土壤-沙糖桔生态系统的因素研究较少。本文通过四会沙糖桔产区地球化学特征的研究,对影响土壤-沙糖桔生态系统的主要因素进行了探讨。

1 四会沙糖桔产区概况

四会市是沙糖桔的发源地,也是我国主要的沙糖桔栽种地之一。四会市位于广东省中部偏西,处于西、北、绥三江下游,属珠江三角洲经济区边缘。四会地形酷似竖立的一片桑叶,既有平原区,又有丘陵和山区,是北回归线横贯的绿洲,属典型的南亚热带季风气候区。四会市现种植沙糖桔面积约21.76万亩(1亩≈667 m2),总产量达9.5×104t以上。四会柑桔具有显著的品牌优势,被誉为“一枝独秀”。其中,四会市于2001年被中国绿色食品发展中心评为“中国绿色食品柑桔之乡”,同年被国家林业局授予“中国柑桔之乡”称号,四会市沙糖桔被评为“中国名优果品”。2002年有黄田、石狗、江谷、地豆、威整等五个镇柑桔面积超一万亩,全市有37个村委会柑桔面积超千亩。2003年沙糖桔获得国家质监总局认证的“原产地标记”。

2 地貌地质背景及其与沙糖桔分布关系

四会沙糖桔种植区地质体可以分为五类,即第四纪、三叠纪、泥盆纪地层、寒武纪、奥陶纪片麻状花岗岩和侏罗-白垩纪花岗岩类。第四纪为由河流冲洪积物组成的大湾镇组,沿绥江两岸、江谷-四会一带及山地冲谷分布。三叠纪是石英砂岩、岩屑砂岩、炭质页岩夹杂砾岩和凸镜状煤层的小云雾山组,小面积分布于丘陵中。泥盆纪地层主要是由浅变质泥质砂岩、长石石英砂岩、变质砂岩、云母石英片岩、千枚岩、片岩等组成,分布于西北部和西部低山丘陵。寒武纪地层主要岩性为变质细砂岩、杂砂岩、粉砂岩及页岩,夹含砾砂岩、中粗粒砂岩、炭质页岩、薄层硅质岩及灰岩等,主要分布于江林丘陵地带。奥陶纪片麻状花岗岩岩性为片麻状黑云母花岗岩或片麻状黑云母二长花岗岩,分布于四会西部和西南部。侏罗-白垩纪花岗岩由四会岩体中细粒斑状黑云母花岗岩和黄田岩体中细粒黑云母花岗岩组成,分布于四会、黄田两地。

一般情况下,花岗岩类风化远较变质地层强,因此,泥盆纪、三叠纪、寒武纪地层分布区山势较陡峻,而花岗岩分布区多缓坡丘陵,四会岩体一带强风化露头都很难见。

沙糖桔分布与地质体有一定关系。据1:25万广州市幅区域地质调查报告,沙糖桔种植主要位于黄田岩体和四会岩体之低缓坡地、冲沟和绥江两岸冲洪积物区,前泥盆系和奥陶纪片麻状花岗岩的强风化冲沟或缓坡地有一定面积种植,小云雾山组分布区极少量柑橘种植。野外实地调查发现,黄田岩体曾经为沙糖桔的原产地,且产量稳居前茅,但近几年可能由于种植的不科学性,导致原产地的沙糖桔成片死亡,目前仅有零星分布。而在泥盆、三叠纪地层上种植的大量沙糖桔已成规模,且该地区产出的沙糖桔口味据说在市面上最为正宗。同时,在以花岗岩体和第四纪为主的地豆、江谷两镇,近几年也是发展了较大规模的沙糖桔种植。因此,我们针对这一系列沙糖桔种植地的发展、变迁,开展了沙糖桔种植区生态地球化学调查。

3 沙糖桔生长对环境的一般要求

(1)温度:温度是限制沙糖桔优质丰产的主要因素,适宜沙糖桔生长的年平均气温为15～22℃。年积温1 000～4 500℃。沙糖桔树体生长最适气温为23～29℃。生理活动的有效温度为12.8～37℃。低于12.8℃或高于37℃都会使生理活动处于抑制状态而停止生长、根系生长要求的土温和地上部相似,但其生理活动的最适土温为17～26℃。

(2)水份:水份是沙糖桔树体重要组成部分,枝叶中的水份含量占总重的50～75%,根中的水分占60～85%,果肉中的水分占85%。水份亦是沙糖桔生长发育不可缺少的因素,当水份不足,生长停滞,从而引起枯萎,卷叶、落叶、落花、落果、减低产量和品质。当水份过多,土壤积水,土壤中含氧量降低,根系生长缓慢或停止,也会产生落叶落果及根部危害。柑桔年平均相对湿度80%±。

(3)光照:光是沙糖桔叶片进行光合作用合成有机养分的必需条件,沙糖桔果树一般耐阴性较强,要求适度光照,尤喜漫射光、日照过弱,对其生长发育也不利。年日照时数在1 400 h以上,沙糖桔生长结果良好。

(4)地势:四会沙糖桔主要种植于缓坡丘陵、山谷冲沟和绥江两岸洪冲积土中,近几年有些沿坡度角>25°的山根种植。沙糖桔种植区地貌上总体属丘陵微型冲积平原,海拔高度一般小于500 m,四周高而中间低,仅在南、北边部有少数>500 m之低山山峰。丘陵区沟壑切割中等,中部微型冲积平原水网发育。

四会市境地处北回归线以南,属亚热带季风气候,年平均气温22.3℃,年总日照量2 225.4 h,年总降雨量1 396.7 mm,均符合沙糖桔生长时对地面环境的要求。

4 土壤-沙糖桔生态系统的主要影响因素

4.1 母岩类型的影响

沙糖桔种植园多数在山坡上。一般花岗岩体发育的土层较厚,山坡坡度较缓。据实地调查表明,坡地土壤物质完全来自岩石。据研究[1],岩石不仅是土壤的支托体,而且是土壤的物质基础,植物营养元素的天然供应库。在同一生物气候条件下,岩石的矿物组成直接决定了土壤的碎屑和粘土的成分,土壤的化学组成亦依赖于岩石的化学组成。虽然作物主要经由土壤摄取矿物质,但岩石通过对土壤的矿物、化学组成的控制,对土壤理化特性的影响,直接或间接地对作物的正常生长及品质有着重要的影响,并且岩石体实质上是潜在的农业资源。

表1所列为沙糖桔产区不同地质背景下的基岩和表层土壤中营养元素的含量丰缺状况。为保证数据的严谨性,笔者根据《GB/T 4882-2001数据的统计处理和解释正态性检验》筛选均值方法,其均值的选取,根据变量服从正态分布的情况,可能取算术均值、几何均值或者中位数[2]。从表中可以看出,不同类型母岩的元素含量存在明显差异,从而导致表层土壤中各元素的全量值有差别。全量值的不同,又导致有效态含量的不同。而在植物生长过程中,从土壤吸收营养物质主要取决于元素有效态含量,一般认为,除个别元素如Si之外,多数元素的全量与有效态含量成正相关关系。当然,在pH值、有机质等因素的共同影响下,土壤中元素的有效量值亦不同。

表1 沙糖桔产区不同基岩、土壤中各元素的均值统计Table 1 Elements composition of different bedrock and soil of Shatang C itrus produc ing area

4.2 pH值的影响

在表生作用中,pH值是影响元素在溶液中迁移与沉积的重要因素之一。根据研究报导[3],土壤pH值对土壤环境有很大的影响,主要表现在:

(1)影响土壤层中进行的各项化学反应,包括吸附-解吸、氧化-还原、络合-解离以及溶解和沉淀等一系列的化学平衡,都在不同程度上受pH值的影响。

(2)影响微生物的活动、有机质的合成与分解、氮磷等营养元素的形态转化与释放、微量元素的有效性、土壤保持养分的能力以及土壤发生过程中元素的迁移等。

(3)各种植物都有其适宜的pH范围,超过这个范围时,生长将受阻。

(4)可通过人工调节土壤酸碱度来改善土壤环境质量。

表2为表层土中pH值与不同元素之间的相关性统计表。从表中可以看出,N、CaO、Zn、Mn、SiO2、Cd、Hg等元素与pH呈显著正相关,而K2O、Al2O3、Mo、Fe2O3、Se、V、As、F等元素与pH显著负相关。pH与多种元素的显著相关,体现了pH在调节土壤元素含量的重要性。据福斯研究,pH对植物生长最重要的影响可能是pH对养分有效性的影响,通过根系从土壤中吸收水分及各种营养物质而生长的植物,其养分取决于土壤溶液中的养分浓度,也就是说土壤元素的有效性影响沙糖桔中养分的吸收和转化[3～4]。另外,据前人研究成果表明[5],pH、Eh值的高低将影响土壤硒的化学形态和溶解度,进而影响土壤硒的含量。例如:在酸性条件下,铁和锰的氧化物对硒的吸附作用比任何粘土矿物和有机质对硒的吸附作用都强;在酸性氧化条件下形成的亚硒酸盐离子稳定且易迁移,常被矿物和有机质颗粒吸附;在碱性氧化环境土壤中,不同的Eh条件下硒呈SeO、Se、HSe-形态淋溶随水迁移,不易被Fe氧化物固定。

表2 pH值与不同元素的相关性统计Table 2 Statistics of dependence between pH value and different elements

4.3 有机质的影响

有机质是土壤肥力的标志性物质,其含有丰富的植物所需要的养分,调节土壤的理化性状,是衡量土壤养分的重要指标。在植物生长发育所必须的16种元素中,除C、H、O这3种元素取自空气和水以外,其余13种营养元素都是来自土壤,其中N、S以及一大部分的P来自土壤有机质,其他几种营养元素则来自土壤的矿质部分。

土壤有机质含量和全氮量密切相关。一般全氮量相当于该土壤有机质含量的8～12%,因此有机质含量多少就直接影响着土壤氮素的供应[6]。根据全国第二次土壤普查及有关标准,将土壤养分含量共分为6个级别。以有机质含量<0.6%为六级,0.6～1%为五级,1～2%为四级,2～3%为三级,3～4%为二级,>4%为一级。

虽然含氮量时有变化,但含碳量变化较少,通常认为是58%。假定含58%的碳,有机质含量能用含碳百分率乘1.724估算出来[4]。按照此估算,可得出2个沙糖桔产区土壤有机质平均含量(表4)。从表中显示来看,不同地质背景下的有机质含量变化不大,都处于中等含量水平。虽然沙糖桔产区在不同地质背景下的有机质含量差别不大,但三叠纪表层土壤有机质含量稍高,使得其表层土壤中N、P、Ca等元素的含量高于其他沙糖桔种植区。

表4 沙糖桔产区土壤有机质平均含量Table 4 Average organ ic mater ial content in soils of Shatang C itrus producing area wB/10-2

4.4 交换性盐基的影响

土壤中的交换性阳离子通常包含Ca2+、M g2+、K+和Na+,酸性土壤中还有H+和A l3+。前4种阳离子总称为交换性盐基,这是因为它们水解后可使土壤溶液的pH上升。以阳离子交换量除土壤的交换性盐基离子的数量,即为盐基饱和度。交换性盐基的饱和度越高,土壤的pH越高;反之,在交换性阳离子中H+和A l3+所占的比例越高,则pH越低[7]。

交换性阳离子的组成可以影响土壤性质。例如,Ca是有机质与矿质之间的桥接离子,是形成良好的土壤结构时不可少的。交换性Ca的比例下降时,土壤变酸,并出现交换性M g和A l的毒害。交换性K虽然含量很低,但却是植物的重要速效养分[8]。

沙糖桔产区表层土壤中3种交换性盐基数(Ca +M g+K)的有效量平均值分别是:三叠纪地层表土505×10-6、泥盆纪地层土壤1 244×10-6、寒武纪地层土壤340×10-6、花岗岩体土壤1 064× 10-6。四个地区的交换性盐基的数量差别较大,这与它们的母质不同有关。盐基状况的差异不仅直接影响植物Ca、M g、K的供给,而且也影响土壤酸碱度、活性铝的毒害程度以及交换复合体的特性等各种物理的、化学的和生物学性质,并与土壤肥力密切相关[9]。说明交换性盐基直接影响土壤中有益、营养元素的迁移、转换,进而影响着这些物质由土壤向沙糖桔的运移和富集。

4.5 氧化还原电位的影响

图1 不同深度土壤中Eh值的变化情况Fig.1Eh value of soils in different depth

从沙糖桔产区垂直剖面土壤样品测定的Eh值结果来看(图1),1m深度以内,不同类型土壤中的Eh值都是随着深度增大而减小。由于Eh值与盐分含量关系密切,这一结论又表明随着土壤深度增大,盐分含量逐渐减少。并且,由于成土母质的不同,使得在不同类型土壤中Eh值差异较大。研究资料表明[10],棚栽土壤(土水比1∶5)电导率<0.5 mS/cm时,蔬菜生长正常,当电导率>0.5mS/cm时,吸收水分养分开始受阻,超过1.0mS/cm或1. 5mS/cm时,蔬菜作物生长急剧下降。当然,季节不同时电导率对作物吸收水分、养分会有所不同。另外,前文提到pH、Eh值的高低将影响土壤硒的化学形态和溶解度,进而影响土壤硒的含量。而土壤pH与Eh值的高低对植物吸收硒的影响最明显,植物吸收利用硒的最佳条件是碱性氧化环境[11],土壤有机质和粘度的升高,都使植物吸收硒的能力降低,而且有机质增高引起植物吸收性的降低比粘度更明显[5]。

5 结论

研究结果表明,地面环境条件是影响沙糖桔长势的重要因素。对于土壤-沙糖桔生态系统而言,不同的成土母质不仅影响土壤中元素的全量值,还影响其有效量值,进而影响到沙糖桔根系从土壤溶液中对养分的吸收和转换;pH值影响元素在土壤溶液中的迁移和沉积,间接影响沙糖桔对土壤养分的吸收;有机质含量的高低直接影响土壤中氮素等多种营养物质的供给;交换性盐基的差异不仅直接影响沙糖桔的Ca、M g、K供给,还影响土壤的酸碱度及土壤肥力;Eh值的高低影响土壤元素的化学形态和溶解度,进而影响土壤元素的含量,最终会影响作物对水分和养分的吸收。综上所述,影响土壤-沙糖桔生态系统的主要因素为:土壤地质背景环境条件--成土母质,土壤理化性质--有机质、pH值、交换性盐基、氧化还原电位等和地面环境条件——温度、湿度、光照及地势等。

[1]陈德兴,胡国俊.湖北省优质柑桔林地质-地球化学背景[J].地球科学,1994,19(3):364-374.

[2]张利田,卜庆杰,杨桂华,等.环境科学领域学术论文中常用数理统计方法的正确使用问题[J].环境科学学报. 2007,27(1):171-173.

[3]周爱国,蔡鹤生.地质环境质量评价理论及应用[M].武汉.中国地质大学出版社,1998.

[4]福斯H D.土壤科学原理[M].北京:农业出版社,1984.

[5]汪庆华,唐根年.浙江省特色农产品立地地质背景研究[M].北京:地质出版社,2007.

[6]北京农业大学.农业化学(总论)[M].北京:农业出版社,1990.

[7]于天仁,王振权.土壤分析化学[M].北京:科学出版社, 1988.

[8]王徽.莆田枇杷产区土壤-枇杷生态系统的主要影响因素[J].物探与化探,2008,32(5):564-566.

[9]龚子同.土壤地球化学的进展和应用[M].北京:科学出版社,1985.

[10]王美英.宁波市郊菜地土壤障碍因子研究与治理[J].宁波农业科技,2005,(4):26-28.

[11]龚子同,黄标.我国土壤地球化学及其在农业生产中的意义[J].地理科学,1998,18(1):1-9.

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

“广东省珠江三角洲经济区农业地质与生态地球化学调查项目(1212010511216)”和“珠江三角洲经济区主要特色与优质农产品基地地球化学评价(1212010511216-3-1)”资助.

朱鑫(1983-),男,助理工程师,主要从事农业地质调查与研究工作.E-mail:ddystar@163.com