石家莊市元氏縣石榴種植區(qū)巖石、土壤元素地球化學特征

石家莊市元氏縣石榴種植區(qū)巖石、土壤元素地球化學特征

《石岸香經(jīng)》記載了2000多年的中國石榴栽培歷史，尤其是在《莊子志》和《光群芳書》中。元氏縣的石榴種植歷史悠久,三道坡和南子溝部分石榴樹已有200多年的樹齡。在太行山區(qū)各種植縣中,元氏縣的種植規(guī)模最大,全縣現(xiàn)有種植面積5.05萬畝,年產(chǎn)量400萬公斤左右,形成了元氏的一大經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)。然而,在石榴市場開發(fā)的過程中,特別是近年來開發(fā)國際市場的過程中,對石榴的品質(zhì)要求越來越高。不僅對其外觀、大小、顏色有具體的要求,同時對石榴的含糖量、酸度、固形物等內(nèi)在指標也有了具體的要求。這就給石榴的開發(fā)帶來了新的要求,即在發(fā)展規(guī)模效益的同時,必須重視品質(zhì)效益。只有這樣,才能夠使石榴的開發(fā)走上可持續(xù)發(fā)展的道路。實地調(diào)查表明,在品種相同、管理水平大致相同的情況下,無論酸石榴還是甜石榴,其品質(zhì)在不同的地域有顯著的差別(表1)。酸石榴優(yōu)質(zhì)區(qū)主要分布在南子溝、北子溝。甜石榴的質(zhì)量分布在空間上也有規(guī)律,其中以胡家莊、三道坡較為著名,品質(zhì)較優(yōu)。對石榴的部分品質(zhì)指標測定結果表明,三道坡、胡家莊一帶的石榴固形物含量高,糖酸比值高,一般達到21.00左右,品質(zhì)優(yōu)。相對而言,鹿臺、南子溝、北正等地的甜石榴品質(zhì)稍差。為什么同在元氏縣境內(nèi),石榴的品質(zhì)會有明顯的差別呢?這個問題的解決不僅涉及到石榴開發(fā)的優(yōu)化布局,同時對石榴的園藝管理技術與合理施肥具有指導意義。研究認為,影響石榴品質(zhì)的因素是多方面的,包括地貌特征、巖石類型、土壤理化特征及地球化學特征。本文重點探討元素地球化學特征對石榴品質(zhì)的影響,為發(fā)展優(yōu)質(zhì)石榴產(chǎn)區(qū)提供科學依據(jù)。1石榴有效品質(zhì)與土壤元素含量關系目前認為作物生長的必須元素有16種,這些元素的缺乏或過量都會影響植物的正常生長,影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。對元氏縣石榴來講,幾百年來其生長主要吸收當?shù)啬笌r與土壤中的養(yǎng)分(極少部分增施一些農(nóng)家肥),因此當?shù)氐牡厍蚧瘜W背景,對石榴的產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生了重要的影響。本項研究對該區(qū)域1∶20萬水系沉積物地球化學資料進行整理,并補充測試了相應的土壤有效態(tài)含量,研究結果表明優(yōu)質(zhì)石榴產(chǎn)區(qū)與地球化學的空間分布具有顯著的對應關系(圖1)。元氏縣丘陵山區(qū)大部分元素含量高于河北、中國和世界土壤背景值。其中與石榴品質(zhì)的空間分布吻合程度最好的是P、Zn、Mg、Fe、Cu、Na等元素。在元氏縣優(yōu)質(zhì)酸石榴產(chǎn)區(qū)的南子溝、北子溝一帶,P(指P2O5,下同)含量大于500mg/kg,優(yōu)質(zhì)甜石榴產(chǎn)區(qū)的胡家莊、三道坡一帶的P含量大于1000mg/kg,而且速效磷高達50mg/kg,達到了豐富-極豐富水平。而北正鄉(xiāng)的P含量僅在300~400mg/kg之間,石榴的品質(zhì)相對較差。在黑水河的西北方向為P的富集區(qū),與優(yōu)質(zhì)石榴的分布吻合程度高。胡家莊三道坡一帶也為鋅元素的富集區(qū),一般大于80mg/kg,最高可達125mg/kg,有效鋅的含量也是最高區(qū),達1.4mg/kg。但優(yōu)質(zhì)酸石榴產(chǎn)區(qū)南子溝與三道坡一帶相比Zn含量較低,一般在63~80mg/kg之間。鎂是組成葉綠素的成分之一,對植物的生命活動起調(diào)節(jié)作用,也參與某些酶的反應,是植物必須的微量元素之一。黑水河西北方向Mg的含量較高,大于2.5%,最高達3.5%,與優(yōu)質(zhì)石榴的分布區(qū)一致,與該區(qū)石榴中的Mg含量高吻合。對元氏境內(nèi)有效鐵含量的測定結果表明:片麻巖區(qū)有效鐵含量達到正常-豐富的水平,個別地方達到極豐富水平。沿長山—西城角—南蘇洋一線有效鐵最低,但也在50mg/kg左右,其他地區(qū)一般在50~100mg/kg之間。三道坡、胡家莊一帶是Fe2O3的富集區(qū),一般大于6.3%,也是有效鐵的高含量區(qū),在50~100mg/kg之間。酸石榴產(chǎn)地南子溝、北子溝Fe2O3一般大于5.0%,最高值為6.05%。元氏縣銅的背景值普遍高于全國平均水平,但濃集程度較低,反映在各種巖石類型中的差異較小,而且在同一種巖石類型中的分布也比較均勻,對各種果樹的果實品質(zhì)制約程度相對較小。有效態(tài)基本處于正常-豐富水平。在元氏縣境內(nèi),鹿臺北—諸家莊—南沙灘—北正范圍內(nèi),有效銅為缺乏水平,而鹿臺—西臺城一帶有效銅含量達到極豐富水平,南子溝—胡家莊—三道坡一帶屬正常-豐富水平?？h內(nèi)優(yōu)質(zhì)石榴產(chǎn)區(qū),銅含量一般在25~32mg/kg之間,有效銅處于正?！S富范圍內(nèi)。胡家莊、三道坡一帶也為Na高值區(qū)(2.0%~2.18%),酸石榴的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)區(qū)更確切的是Na含量相對較低區(qū),一般也在1.6%~1.8%之間。綜上所述,石榴品質(zhì)的好壞與土壤元素地球化學含量的高低具有很大的相關性,石榴品質(zhì)好的地區(qū)元素含量豐富,但元素含量高的地區(qū)并不一定有品質(zhì)高的石榴產(chǎn)出。如圖1所示,牛金寨,P的含量最高可達1727mg/kg,由于其海拔高度在500m以上,且為背陰坡,其石榴的品質(zhì)不佳?？梢?地球化學元素背景值的高低是影響石榴品質(zhì)的最主要的因素之一,此外還受海拔高度、坡度、坡向等多種因素的影響。2幾種巖石類型及其風化土壤養(yǎng)分含量的差異元氏縣的巖石類型有黑云斜長片麻巖、斜長角閃片麻巖、甘淘河群淺變質(zhì)砂礫巖及變質(zhì)花崗巖等。品質(zhì)較好的石榴主要分布在黑云斜長片麻巖和淺變質(zhì)砂礫巖區(qū)。研究認為主要是由巖石的風化程度、礦物組成、化學成分所決定。在石榴分布區(qū),各種巖石類型的風化程度差別不太明顯,但黑云斜長片麻巖和變質(zhì)砂礫巖的裂隙發(fā)育程度高于其它幾種類型的巖石,裂隙發(fā)育,但裂隙寬度較小,有利于水分保存和植物根系的下扎。因而,黑云斜長片麻巖的風化帶的含水性能要高于其它類型的巖石,這對于果樹的生長及品質(zhì)的提高是非常重要的因素。對于長期不上肥的果樹來講,巖石中植物必需的常量元素氮、磷、鉀含量對果樹的生長及品質(zhì)的好壞起關鍵作用。對比元氏縣石榴分布區(qū)的幾種巖石類型及其風化土壤中的植物營養(yǎng)元素可以看出(表2):黑云斜長片麻巖和變質(zhì)砂礫巖中的各種營養(yǎng)元素都高于花崗巖。在相應風化而成的土壤中營養(yǎng)元素全量和有效態(tài)也表現(xiàn)出類似的特征(表2)。對石榴的果實和葉片的營養(yǎng)元素含量分析結果表明(表3、4):石榴果實中的P、Ca、Mg相對富集,葉片中最富集的是Ca,其次是K和Mg;產(chǎn)于片麻巖區(qū)和變質(zhì)砂礫巖區(qū)的石榴果實中的各種營養(yǎng)元素的含量全部高于花崗巖區(qū)的含量;同是變質(zhì)砂礫巖區(qū),南子溝石榴果實中的營養(yǎng)元素含量高于牛家莊的含量。這是由于同種巖石類型其含量在不同的空間上也有一定變化的原因,但總體而言,變質(zhì)砂礫巖和黑云斜長片麻巖中的植物營養(yǎng)元素都高于花崗巖,而且黑云斜長片麻巖較其它巖石類型含有更多的黑云母,其中的K屬于緩效態(tài),可以被植物吸收。果實中微量元素含量與相應產(chǎn)地的巖石和土壤中的營養(yǎng)元素含量相比有一定相關性,即土壤和巖石中的某種元素含量高,在果實中也有較高的含量,P、Mg、Mn、Zn、Cu表現(xiàn)得最明顯(表5)。這些都說明了為什么在黑云斜長片麻巖和變質(zhì)砂礫巖分布區(qū)生長的石榴比其他巖石類型分布區(qū)生長的石榴產(chǎn)量高、品質(zhì)好。3巖石類型、土壤特征對石榴品質(zhì)的影響1∶20萬化探資料表明,優(yōu)質(zhì)石榴的分布與Fe2O3、MgO、Na2O、Cu、Zn、B、K等植物元素的富集程度在空間上有較好的耦合關系,結合地貌、水熱條件、巖石類型、土壤特征可以此做為種植石榴布局的依據(jù)。在元氏縣,品質(zhì)較好的石榴主要分布在黑云斜長片麻巖和淺變質(zhì)沙礫巖區(qū)。黑云斜長片麻巖風化成的土壤中P