影響從化荔枝生長及果實品質的地球化學特征

陳 恩，賈 磊，朱 鑫

（廣東省地質調查院，廣東 廣州 510080）

荔枝是廣東省的優勢作物，植物生態學觀點認為，一種優勢作物的形成和發展與其土壤母質、地形、有機體、氣候及時間有關。也就是說，即使是在同一農業地質環境中，也由于具體的地質背景的不同，作物的生長條件也不一樣。花崗巖地區與石灰巖分布區，變質巖與火山巖分布區各自宜種的作物就不一樣[1]。由生理學可知，植物需從它們所依存的環境介質中吸取必需的營養元素（即所謂的礦物質、或稱微量元素），也就是說環境介質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、發育及其品質好壞。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在品質有密切聯系且來自于土壤的營養元素。本文通過對從化荔枝的一些優勢產地進行調查研究，發現優質荔枝產于一定元素組合的地球化學背景區內。

1 從化荔枝產區概況

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，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，屬亞熱帶季風氣候，北回歸線橫跨境內南端太平鎮，境內氣候溫和，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，時有大風和暴雨；秋季氣爽少雨，常遇干旱和“寒露風”；冬季多晴天，氣候干燥，常見霜凍。

1.2 種植現狀

從化市大面積種植荔枝，主要產區有太平、神崗、城郊、江埔、溫泉等地，棋桿、灌村、鰲頭、龍潭民樂在1980年代后也發展為荔枝新產區。另外，良口以北大面積地區零星有荔枝種植。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年度獲廣州市名優農產品稱號，2005年被評為從化市首批“一村一品”，2009年更是申報“國家地理標識保護產品”成功，可以說糯米糍是從化市乃至廣州地區的一個響當當的品牌。

1.3 地質背景

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

云開巖群出露于評價區的東部，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，巖性為一套海相砂泥質夾鈣質沉積。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、砂質粘土。

評價區內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DD2008-05①規范要求，項目組在工作區內按1:5萬精度進行面上調查，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，根據不同地質背景、地球化學環境，在農作物長勢、品質和產量具代表性的地塊，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，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品質指標，包括可溶性固形物、總酸、可溶性糖、維生素C、蛋白質、粗纖維等項指標。

3 荔枝中特征元素組合

元素進入植物體內，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在聯系，有些是被迫積累的，但積累過多，會對品質產生一定影響。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在品質產生什么樣的影響，這正是我們要查明特征元素的意義所在。可從三個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）；

二是作物元素和營養品質的相關性；

三是同類作物在不同地區的元素地球化學特征。

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，而植物對其生長環境中元素的吸收利用程度則可通過吸收系數來表示。本文采用果實中某元素含量和對應的根系土樣品中該元素全量之比作為該元素的吸收系數。

荔枝果實對元素的吸收能力和吸收強度因地貌、地質背景的不同而表現出一定差異:

（1）元素之間的差異。總體上，元素 N、S、P、Cu、K、Mg的吸收系數很高，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）不同地質背景的荔枝果肉吸收系數具有較大的差異。例如，侏羅紀花崗巖體中多數元素吸收系數較高，如 B、Cu、N、P、Zn、K、Mg、Na 等，而這些元素在泥盆紀地層中除S以外，均被較少吸收。由于地質條件的不同，賦存于不同地質背景的元素有較大差異，導致荔枝吸收系數產生了一定的差異，從而影響了果實的品質和產量。從表中可以看出，種植于第四紀、云開巖群地層和侏羅紀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較大者并按出現次數多少元素排序，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。但吸收系數較小的元素，

不一定都不是植物所需，只能靠相關性篩選[3]。

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

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

3.2 荔枝果實營養品質與根系土營養元素的相關性

由荔枝果實營養品質與配套根系土元素含量的相關系數（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系。

維生素 C 與元素 Co、N、P、S、Sb、Zn、MgO 和有機碳顯著正相關，其中與N、Zn的相關性最好，與pH顯著負相關。可食率與常量組分SiO2呈顯著負相關關系，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為顯著正相關關系，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；營養元素Mo、S與可食率表現為顯著正相關關系，適當提高這些營養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，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性較差，僅與P顯著正相關，與Sb及MgO顯著負相關。可溶性固形物與P顯著正相關，而與B、Al2O3顯著負相關，可溶性糖與B顯著負相關。粗蛋白、總酸與根系土元素的相關性較不顯著，總酸與V顯著正相關。糖酸比值與Na、K顯著正相關，與Cu、V顯著負相關。水分與S、N顯著正相關。

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

從上面各項果實品質與根系土各元素的相關性來看，土壤中部分元素與荔枝果實品質相關性較好，將根系土各元素與荔枝果實品質的相關系數（|r|＞0.3）取絕對值相加，其總和表現出該元素與荔枝果實品質相關性方面的重要性（表3）。取相關系數總和 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的主要營養元素。

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]。由于相關系數對營養成分貢獻大，其權數確定為0.6；吸收系數代表了作物對元素的選擇吸收，權數定為0.4，將各元素加權分之和排序，結果如表4.

綜上所述，發現影響荔枝生長及果實品質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分布狀況

評價區主要發育第四紀、古近紀、石炭紀、泥盆紀、云開巖群地層和白堊紀、侏羅紀花崗巖體，對不同巖石地層分布區表層土壤特征元素含量進行統計分析（表5），為保證數據的嚴謹性，筆者根據GB/T 4882-2001[4]篩選均值方法，選取中值進行統計[5]。

1、比較各巖石地層出露區表層土壤元素含量可以得出:第四紀地層區土壤相對富集B、N、P、K2O；古近紀、石炭紀地層區土壤以多元素相對較貧化為特征；泥盆紀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；侏羅紀花崗巖區土壤相對富集N、S、Al2O3，相對貧乏 B、P、Na2O、CaO、MgO；白堊紀花崗巖區土壤相對富集 N、P、Na2O、S、CaO、Al2O3，相對貧乏B、MgO。

2、與珠江三角洲經濟區表層土壤（平均值）相比，本區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，本區表層土壤元素均相對較富集。

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

表5 各巖石地層區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 結論

本文采用生態地球化學調查方法，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據，通過上述分析與討論，得到以下認識:

（1）通過計算荔枝對其生長環境中元素的吸收利用程度，獲知營養元素 N、S、P、Cu、K、Mg 等最易被荔枝吸收。通過討論不同地質背景的荔枝果肉吸收系數，獲知種植于第四紀、云開巖群地層和侏羅紀花崗巖體上荔枝均具有較好的吸收性；選擇吸收系數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元素與配套根系土中營養元素的相關關系，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。粗纖維僅與P顯著正相關，與Sb及MgO顯著負相關。

可溶性固形物與P顯著正相關，而與B、Al2O3顯著負相關，可溶性糖與B顯著負相關。糖酸比值與Na、K顯著正相關，與Cu、V顯著負相關。綜合上述討論，最終獲得與果實品質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）對比不同地質背景種植區特征元素含量狀況，獲知第四紀堆積物區、白堊紀花崗巖區表層土壤特征元素較為富集，最適合荔枝的生長，此外，在白堊紀花崗巖區種植荔枝時要注意多施含硼的化肥。

注釋:

①中國地質調查局.局部生態地球化學評價技術要求（DD2008-05）.

②中國地質調查局.生態地球化學評價樣品分析技術要求（DD2005-03）.

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

[2]曾群望,楊雙蘭.云煙生產的土壤地質背景[M].云南科學出版社,1993.

[3]李新虎.土壤地球化學環境對寧夏枸杞品質的制約影響研究[D].北京.中國地質大學,2007.

[4]GB/T 4882-2001數據的統計處理和解釋正態性檢驗[S].

[5]張利田,卜慶杰,等.環境科學領域學術論文中常用數理統計方法的正確使用問題[J].環境科學學報,2007,27（1）:171-173.