趙西強(qiáng),王存龍,王紅晉

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南　250013)

章丘大蔥特征元素農(nóng)業(yè)地球化學(xué)研究

趙西強(qiáng),王存龍,王紅晉

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南250013)

以章丘大蔥產(chǎn)區(qū)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查為基礎(chǔ)，采集了表層土壤、大蔥、根系土及出露的代表性巖石樣品，實(shí)測(cè)了大量和微量營(yíng)養(yǎng)元素的含量，查明了研究區(qū)土壤地球化學(xué)背景。通過(guò)計(jì)算大蔥對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)元素的吸收率及大蔥品質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)元素的相關(guān)性分析，查明了大蔥生長(zhǎng)的特征營(yíng)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(yíng)養(yǎng)元素在土壤中保持一定的儲(chǔ)備和積累，為大蔥的生長(zhǎng)提供了有利的農(nóng)業(yè)地球化學(xué)環(huán)境。

章丘大蔥；特征元素；吸收系數(shù)；農(nóng)業(yè)地球化學(xué)

引文格式：趙西強(qiáng),王存龍,王紅晉.章丘大蔥特征元素農(nóng)業(yè)地球化學(xué)研究[J].山東國(guó)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(nóng)業(yè)地球化學(xué)通過(guò)研究巖石和土壤微量元素對(duì)作物生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)的肥效作用，確定各種作物的特征營(yíng)養(yǎng)元素。選擇富含營(yíng)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(chǎn)量，優(yōu)化品質(zhì)。將地球化學(xué)和農(nóng)業(yè)充分結(jié)合，利用地球化學(xué)基礎(chǔ)資料，查明各種營(yíng)養(yǎng)元素和有益元素以及有害元素在基巖、土壤、農(nóng)作物中的含量特征，研究農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的特征元素與農(nóng)作物品質(zhì)的關(guān)系[1]。該文通過(guò)對(duì)章丘大蔥產(chǎn)區(qū)土壤中20種元素的含量及組合特征分析研究，結(jié)合元素的吸收系數(shù)及相關(guān)性分析，查明大蔥生長(zhǎng)的特征元素，探討了營(yíng)養(yǎng)元素在巖石、土壤及大蔥體系中的分布轉(zhuǎn)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(zhì)泥巖、灰白色長(zhǎng)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(jīng)風(fēng)化作用形成洪積沖積物，質(zhì)地較細(xì)。與風(fēng)力水力搬運(yùn)來(lái)的異地物質(zhì)，經(jīng)長(zhǎng)期耕作，形成褐土，土層厚度20～40cm。

產(chǎn)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(zhì)地為砂質(zhì)粘壤土或粘壤土。潮褐土耕種歷史久遠(yuǎn)，土體深厚，地勢(shì)平坦，灌溉水源充足，土壤肥力高，土壤養(yǎng)分含量豐富，質(zhì)地適中，構(gòu)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(chǎn)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(diǎn)/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(jì)52件。樣品測(cè)試分析由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所完成。測(cè)試As,B,Cd,Cr,Cu,F,Hg,K2O,Mn,Mo,N,Ni,orgC,P,Pb,pH,S,Se,TFe2O3,Zn等指標(biāo)。Cd,Cu,Mo,Ni采用等離子體質(zhì)譜法測(cè)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(cè)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(cè)定。 分析過(guò)程采用標(biāo)準(zhǔn)樣、密碼樣、重復(fù)樣進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，其結(jié)果滿足多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范要求[3]，并通過(guò)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局專家組驗(yàn)收。

2　結(jié)果與討論

2.1研究區(qū)土壤地球化學(xué)背景

土壤地球化學(xué)背景值是反映成土母質(zhì)在表生地球化學(xué)環(huán)境下，經(jīng)過(guò)人類活動(dòng)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(zhǔn)值關(guān)系密切，總體上受土壤基準(zhǔn)值控制。

參考多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查的方法，以表層土壤元素含量的平均值來(lái)表征土壤地球化學(xué)背景值*趙西強(qiáng)、戰(zhàn)金成、王增輝等，山東省典型市縣級(jí)土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估報(bào)告(章丘市),2013年。。研究區(qū)土壤地球化學(xué)背景參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1　研究區(qū)土壤地球化學(xué)背景參數(shù)統(tǒng)計(jì)

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(shù)較小(<0.4)，說(shuō)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(nóng)產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)。

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(shù)統(tǒng)計(jì)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(zhì)地球化學(xué)背景與大蔥的密切關(guān)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(duì)其需要的程度。研究表明，有些是大蔥生長(zhǎng)過(guò)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(zhǎng)過(guò)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(huì)影響大蔥的生理過(guò)程，促使植株產(chǎn)生變異。而那些豐度小而必需程度高的營(yíng)養(yǎng)元素，可通過(guò)吸收系數(shù)與相關(guān)性來(lái)篩選[5,6]。

2.3大蔥對(duì)元素的吸收系數(shù)

大蔥對(duì)元素的吸收系數(shù)表示植株從土壤中攝取元素強(qiáng)烈程度，吸收系數(shù)計(jì)算公式：

K=Tj/S

式中：Tj為元素在j介質(zhì)中的含量；S為在土壤中的含量；K為吸收率。按大蔥對(duì)元素的吸收程度的大小，將吸收系數(shù)分成4個(gè)等級(jí)：強(qiáng)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(qiáng)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(duì)部分元素的吸收系數(shù)

吸收系數(shù)包含了大蔥對(duì)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(shuō),吸收系數(shù)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(shù)小的元素,不一定都不是大蔥需要的元素。因?yàn)楸M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(jì)算出的吸收系數(shù)小。這種情況,還可以通過(guò)研究其在大蔥植株中的含量及相關(guān)性等確認(rèn)。

2.4營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)大蔥品質(zhì)的關(guān)系

大蔥品質(zhì)主要包括內(nèi)質(zhì)和外觀2個(gè)方面。外觀上的品質(zhì)差異主要有品種、種植技術(shù)決定。而內(nèi)質(zhì)方面則取決于大蔥中有機(jī)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(biāo)。通過(guò)對(duì)大蔥中礦物質(zhì)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(biāo)的R型聚類分析(圖1)，來(lái)探討土壤地球化學(xué)背景對(duì)大蔥品質(zhì)的影響。

圖1　大蔥中營(yíng)養(yǎng)元素與有機(jī)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(guān)系數(shù)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(guān)系數(shù)為0.71；K2O，Cr與蛋白質(zhì)、氨基酸、總酸的相關(guān)系數(shù)為0.85；Zn，Mn與蛋白質(zhì)、氨基酸、總酸的相關(guān)系數(shù)為0.80；而Pb與粗纖維的相關(guān)系數(shù)為0.57。據(jù)此，可認(rèn)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(guān)系密切；K2O,Cr,Zn和Mn與大蔥中的蛋白質(zhì)、氨基酸、總酸關(guān)系密切，而元素Pb則和大蔥中的粗纖維關(guān)系密切。

綜上所述，依據(jù)大蔥中營(yíng)養(yǎng)元素含量、元素吸收系數(shù)及與大蔥品質(zhì)相關(guān)性，可選擇元素N,K2O,Zn,B,P,Cu,Mn作為該研究區(qū)大蔥生長(zhǎng)特征營(yíng)養(yǎng)元素。

2.5營(yíng)養(yǎng)元素在巖石-土壤-大蔥體系中的運(yùn)移和平衡

營(yíng)養(yǎng)元素在巖石-土壤-大蔥體系中的運(yùn)移和轉(zhuǎn)化，是影響大蔥生長(zhǎng)和品質(zhì)的基礎(chǔ)地球化學(xué)因素。元素在巖石-土壤-大蔥生態(tài)體系中的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程較為復(fù)雜，通常用元素的吸收系數(shù)(X=T/S)和富集系數(shù)(F=S/R)來(lái)表述元素在這一過(guò)程中的行為特征[7]。吸收系數(shù)表明大蔥對(duì)土壤中某一元素的攝取程度，富集系數(shù)則為元素從母巖進(jìn)入土壤后富集或淋漓的程度。根據(jù)調(diào)查分析取得的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，計(jì)算大蔥各元素的吸收系數(shù)和土壤富集系數(shù)，繪制研究區(qū)大蔥對(duì)營(yíng)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(shù)F>1，證明了土壤地球化學(xué)元素組成對(duì)成土母質(zhì)的繼承性，同時(shí)表層土壤中元素在成壤過(guò)程中有所富集，其中元素P，K2O在土壤中的強(qiáng)烈富集顯然與農(nóng)業(yè)施肥有關(guān)；而元素Pb，Hg，Cr在土壤中的較高的富集水平應(yīng)引起重視；營(yíng)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(yíng)養(yǎng)元素在土壤中保持了一定程度的儲(chǔ)備和積累，可以為大蔥生長(zhǎng)供給充分的養(yǎng)分，這也是有利于大蔥種植的基本農(nóng)業(yè)地球化學(xué)條件。

3　結(jié)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(duì)營(yíng)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(zhǎng)的必需生理元素。

(3)通過(guò)對(duì)大蔥吸收系數(shù)及大蔥品質(zhì)相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)元素研究，認(rèn)為N,K2O,Zn,B,P,Cu,Mn作為該研究區(qū)大蔥生長(zhǎng)特征營(yíng)養(yǎng)元素。

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

[1]朱立新.農(nóng)業(yè)地球化學(xué)的研究進(jìn)展及近期的主要任務(wù)[J].地質(zhì)科技情報(bào)，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(duì)大蔥品質(zhì)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011,39(27)：16577-16580.

[3]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(DD2005-01)[S].

[4]萬(wàn)廣華.山東土壤[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)出版社，1994.

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

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

[7]葉榮，李蔚萍.桂東南荔枝生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)元素農(nóng)業(yè)地球化學(xué)研究[J].地學(xué)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(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估(基[2008]GZTR03-24)

趙西強(qiáng) (1980—)，男，山東曹縣人，工程師，主要從事生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)研究;E-mail：382129295@qq.com

S633.1

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