福建龙海杨梅生态地质适生模型研究与应用

赵辰，孙彬彬，周国华，贺灵，曾道明

(1.自然资源部 地球化学勘查技术重点实验室，河北 廊坊 065000； 2.联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心，河北 廊坊 065000； 3.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000； 4.桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541004)

0 引言

杨梅果树适应性强，耐寒耐旱，树性强健，有很强的固氮能力和生态功能，是一种非常适合山地退耕还林、保持生态的理想树种[1]。龙海市是福建省著名的杨梅之乡，龙海浮宫杨梅酸甜适度，果实肉柱钝圆，柔软多汁，风味极佳[2]。龙海市现有杨梅种植面积接近10万亩，产值超10亿元，面积、产量及产值均居福建省首位。已有研究表明，名特优农产品的高品高产除了与品种、气候、管理技术等因素有关外，往往还与产地特定的生态地质环境、成土母岩的岩性以及土壤地球化学特征等具有相关性[3-5]。已有研究者开展了成土母岩、土壤类型、土壤地球化学特征对水稻、板栗和大枣品质的影响研究[6-8]。也有调查表明，土壤类型、土壤肥力、气候条件和地形地貌等因素对杨梅的生长和果实的品质起着至关重要的作用[9-12]。但目前针对龙海市的杨梅种植适生研究主要围绕气候条件等方面[2]，生态地质、成土母岩、土壤地球化学特征等方面的研究相对较少。笔者通过系统采集福建龙海浮宫杨梅主要产区及对照区的岩石、土壤和杨梅果实样品，测定营养及重金属等元素含量，结合文献及实地调研资料建立了浮宫杨梅产区的生态地质适生模型，并在此基础上应用龙海市相关地质、地球化学等调查成果，对全市杨梅适宜种植区进行了划定。

1 研究区概况

龙海市地处福建省东南部，漳州市东部，位于九龙江出海口，地理位置北纬24°11′～24°36′，东经117°29′～118°14′，属南亚热带季风气候，降水充沛，夏少酷暑，冬少严寒，自然景观四季常绿。龙海市地处闽东火山断拗带南段，以中、酸性火山岩和晚中生代陆相中酸性火山岩及燕山期花岗岩类大面积分布为特色，地层主要为上侏罗统南园组、新近系佛昙组等火山岩地层和更新统龙海组、全新统长乐组等沉积地层。侵入岩分布广泛，尤其在东、西部地区，主要岩性为酸性、偏酸性、中酸性，含少量基性岩，时代主要为晚侏罗世和早白垩世。区内地质构造以断裂为主，断裂构造控制了侵入岩、火山岩的分布，也控制了现代地貌的分布。受区域性构造带控制，发育一系列NE向、NW向脆性断层及韧性剪切带，致使部分晚侏罗世侵入岩发育片麻状构造。土壤类型复杂多样，以水稻土和红壤为主。土地利用类型齐全，其中，农耕用地包括水田、旱地、水浇地，园地主要为果园，林地主要为有林地和灌木林地。作为福建省重要的农业种植区，该区以种植水稻为主，荔枝、龙眼、柑桔、杨梅等水果名扬省内外。

2 样品采集与分析

浮宫镇及周围村镇是龙海市的优质杨梅产地，产出的果实口感好、风味佳；相比浮宫镇，东泗乡等地杨梅种植规模较小，杨梅长势及品质略差。因此本次研究将浮宫镇作为杨梅优质产区，东泗乡作为对照区，分别采集了杨梅果实及对应的根系土壤样品和土壤采样点及其附近出露的成土母岩样品。采集样品时详细记录地质背景、土壤成因、海拔、坡度、坡向、土壤类型、土壤质地等与杨梅生长可能相关的各类生态地质信息。共采集杨梅果实—根系土样品35套，以及新鲜的成土母岩样品35件，采样点位分布见图1。

图1 龙海杨梅产地地理位置及采样点分布Fig.1 Geographical location and distribution of sampling points in Myricarubra production area,Longhai

岩石样品尽量采集新鲜岩石面，破碎成0.5 cm的岩块，混匀后送至实验室测定各种化学元素含量；土壤样品自然风干，用橡胶锤充分破碎假粒级，过10目筛(<2 mm)混匀后送实验室；杨梅样品使用去离子水冲洗后沥干水分，去核后用均浆机打碎，装入水样瓶，冷冻保存送实验室测定元素含量。

土壤及岩石样品分析测试由河南省岩石矿物测试中心完成，杨梅样品测试工作由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室完成。岩石样品、土壤样品及杨梅样品分别分析As、B、Cd、Cr、Cu等23种无机元素含量，土壤样品除无机元素含量外还测定土壤pH以及B、Cu、P、Mn、Mo、S、Zn等元素有效态含量。样品分析时插入国家一级标准物质监控分析准确度和精密度，以重复样和重复分析检验评价分析误差。经检验，分析质量满足《地质矿产实验室测试质量管理规范》与中国地质调查局颁布的《生态地球化学评价样品分析技术要求》(DD2005-03)中的分析质量要求。

3 龙海杨梅生态地质适宜性分析

与名特优农产品品质相关的生态地质、地球化学要素主要包括地质背景、土壤地球化学特征、地形地貌、土壤类型、气候等，本文主要从上述5个方面对龙海市杨梅生态地质适宜性进行分析。

3.1 地质背景

已有研究表明，成土母岩是影响名特优农产品生长和品质的关键因素，成土母岩在很大程度上决定土壤的类型和土壤理化性质，进而影响农产品对矿质元素的吸收[13]。如汪庆华等在研究浙江省特色农产品立地地质背景时发现，浙江省沿海杨梅种植园地的成土母岩岩性主要是酸性火成岩，岩石的矿物成分以石英和钾长石为主，风化后常带砂性[14]。

实地调研发现，杨梅的优质产区主要出露岩性为早白垩世中酸性侵入岩，岩性主要为二长花岗岩、花岗闪长岩、钾长花岗岩和碱长花岗岩。这类岩石易风化，成壤条件较好，多风化形成酸性—微酸性砂壤土，土壤疏松、多石砾、通透性好，有利于杨梅树生长。对照区主要为上侏罗统南园组地层，为一套巨厚的中、酸性火山岩系地层，主要由流纹质(含角砾)晶(岩)屑凝灰岩、(含角砾)晶屑熔结凝灰岩及凝灰质(砂)泥岩等组成，该类岩石相较花岗岩类岩石更不易风化，成壤后多形成黏土。实际调研发现，对照区杨梅的果树长势、口感、产量以及种植规模等均差于优质产区。经统计对比发现，受成土母岩类型影响，优质产区岩石中Cu、Mn、REE、Zn、CaO、Na2O等指标含量明显高于对照区，而重金属元素As、Cr、Hg、Ni、Pb含量低于对照区(表1)。

表1 龙海杨梅产地成土母岩元素含量均值

3.2 土壤地球化学特征

土壤中矿质元素控制养分的释放和供应以及通过影响土壤物理性质来影响土壤肥力和作物生长[15]。矿质元素是所有农作物产量和品质的基础，适宜的元素浓度和各养分间的平衡对果实品质的形成有着重要的影响[16]。一些研究表明，杨梅根系具有固氮根瘤，自身能固氮，因此对N的需求不大，P、K、B、Mn、S、Zn等含量及它们之间的相互作用决定了果实的综合品质[17-22]。其中，P充足时能加速细胞的分裂与繁殖，促进作物的生长发育；K能改善杨梅的果实品质，增强果实的抗病能力，提高耐贮性，增加其商品价值；B能促进杨梅植株固氮，提高土壤含氮量，增加植株生长量、株高、根瘤结瘤量和固氮酶活性；Mn能在一定程度上提高杨梅枝梢、叶片的生长；S能增加杨梅植枝的生物量、株高、根瘤量和固氮酶活性；Zn能促进杨梅叶绿素合成，缺锌会导致杨梅树叶片黄化或花斑。

将龙海市优质杨梅产区与对照区土壤pH值及元素含量均值进行了对比(表2)。由表可见，两地土壤pH值相近，均属酸性土壤(4.5

表2 龙海杨梅产地土壤元素全量、有效量及有效度

表层土壤中元素以各种形态存在，一般能够直接被植物吸收利用的部分称为元素有效量，通常情况，有效量与作物生长的关系更为直接。优质杨梅产区土壤中除B、Se有效量略低于对照区外，其他元素含量均高于对照区，其中Mn、P、S的有效量显著高于对照区。用土壤元素有效量与全量的比值计算营养元素有效度可以反映土壤元素活性及其可被植物吸收利用的程度[23]。由表可见，除K等个别元素外，优质杨梅产区土壤中营养元素有效度均明显高于对照区土壤。

使用《绿色食品产地土壤环境质量标准》(NY/T 391—2000)对两地土壤环境质量进行评价，结果表明，两地均符合绿色食品产地要求。使用《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(GB 2762—2012)对采集的杨梅果实中重金属含量进行评价，结果表明，两地杨梅中重金属元素含量均远低于标准限值，食用安全。但从整体上看，对照区土壤及杨梅中重金属元素含量明显高于优质杨梅产区。

Se作为人体中必需的微量元素，主要从食物中获取[24-26]，作物对土壤中Se的吸收主要受土壤中Se全量、有效量及土壤理化性质等因素影响。使用《富硒食品硒含量分类标准》(DB 36-T566—2017)及《富有机硒食品硒含量要求》(DBS 42/002—2014)对所采集杨梅样品富硒情况进行评价，结果表明，杨梅样品中Se含量范围为(0.003～0.055)×10-6，平均值0.019×10-6，超过了富硒水果标准0.01×10-6。在35件杨梅样品中共有26件达到富Se标准，富Se率高达74.3%，其中，优质产区杨梅富硒率77.42%，对照区50%。可见，虽然优质杨梅产区土壤中Se全量与有效量略低于对照区，但优质杨梅产区采集的杨梅样品可能受土壤理化性质影响，导致富硒率高于对照区。

综上所述，土壤地球化学特征是影响龙海市优质杨梅产出的重要因素。优质杨梅产区土壤呈酸性，富含Mn、P、S、Zn、K2O、Se等营养及重要生命元素，Mn、P、S等有效量较高，As、Cd、Cr、Hg等重金属元素含量较低。

3.3 地形地貌

已有研究表明坡向、海拔和坡度对杨梅的长势和品质有明显的影响。牛海林等对余姚杨梅进行精细化农业气候区划时发现，北坡杨梅果实柔软多汁、风味佳，而南坡日照强烈，导致肉柱尖而硬、汁少而味较差[27]。姜向勇等总结杨梅种植技术时提出杨梅种植的适宜海拔应在500 m以下，坡度最好在30°以下[11]。海拔较低的低山、丘陵区热量充足，雨量充沛，低坡度山坡便于管理，防止水土流失，可以很好地避免较强的太阳辐射，符合杨梅喜阴耐湿，怕高温的特性。

龙海市土壤的形成在一定程度上受到成土母岩的影响。从第二次土壤普查资料了解到，福建龙海市地处九龙江下游冲积平原，中部为平原，东南部临海，北西南三面环山，地势中间低缓，南北较高。地貌类型主要为侵蚀剥蚀地貌，有中低山、高低丘陵等，其次为平原，有海、冲积平原等。龙海市东西部山地和丘陵地区是龙海市重要的经济作物产区，海拔500 m以上的高山山峰有40余座，其中区内最高峰是海拔953.6 m的大尖山，位于程溪镇。龙海市的山地和丘陵区整体的海拔和坡度适宜杨梅的种植。

将35个采样点的坡向、高程和坡度进行了统计，结果见表3。由表可见，龙海杨梅在不同坡向均有种植，海拔小于250 m，坡度小于35°。通过实地调研、走访以及对杨梅果树和果实长势以及外观的观察，暂未发现杨梅品质较明显受控于坡向情况，并且不同坡向条件下所种植的杨梅果实中各元素含量未见明显差异(表4)。由此可见，就龙海地区而言，优质杨梅主要分布在海拔0～250 m，坡度<35°的丘陵山区，且未呈现出明显的受坡向影响的特征。

表3 不同坡向、高程和坡度条件下杨梅分布比例(N=35)

表4 不同坡向条件下杨梅果实中元素含量均值统计

3.4 土壤类型

根系是果树的重要器官之一，植物生长发育所需大部分营养物质主要依靠根系吸收。杨梅的根系特征是主根不明显，侧根与须根发达，细根多分布在50 cm土层范围内，30 cm内根系占总根量的60%，根系水平分布大于树冠[28]。由于其根系与好气性根菌(如放线菌)共生，适合种植在疏松、排水性良好、富含石砾的砂性黄壤和红壤区[29]。在土壤质地为砂土和砂黏土的土壤中种植的杨梅果实含糖量增加，含酸量降低，品质提高[30]。

龙海市红壤和黄壤的分布区主要是成土母岩为花岗岩类岩石的丘陵山区。实地调研发现，龙海市优质杨梅产区与对照区的土壤类型均为赤红、红、黄壤土，是杨梅种植的最适土壤类型。

3.5 气候条件

前人研究表明，杨梅果树喜温暖气候，好湿耐荫。温度和降水是决定杨梅地理分布的主要因子，也是影响杨梅产量和质量的主要气象因子[31]。龙海市属南亚热带季风气候，温暖湿润为气候的显著特色，日照时间、年均温度和降雨量均满足杨梅树生长的需求。但龙海市地理跨度相对较小，东西跨度约75 km，南北跨度仅46 km，海拔差异也不大，区内各地气候环境没有较大差异。因此，就龙海市范围内而言，气候条件对杨梅种植未显示出明显的差异性影响。

4 龙海杨梅生态地质适生模型建立

通过对龙海杨梅生态地质适宜性分析，总结建立了生态地质适生模型(表5)，将各要素按重要程度划分为“很重要”、“重要”及“不重要”3类。其中“地质背景”和“地球化学元素”要素为很重要，“地形地貌”和“土壤类型”为重要，“气候条件”为不重要。

表5 龙海市杨梅生态地质适生模型

5 龙海市杨梅种植区划

龙海市全域已完成1∶5万土地质量地球地球化学调查工作，共采集0～20 cm表层土壤样品4 394件，平均调查密度约为4 点/km2，耕地区调查密度约为9 点/km2，分析了N、P、K、B、Mn、S、Zn等营养元素及Cd、Hg、Pb、As等8个重金属元素全量，并依据《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)对全域土地质量地球化学等级进行了评价。

种植规划以上文建立的龙海市杨梅生态地质适生模型为基础，地质背景、地球化学元素、地形地貌和土壤类型等因素必须考虑。地质背景因素使用龙海市1∶5万地质图，划出花岗岩、花岗闪长岩及正长岩等区域；地球化学元素因素使用龙海市1∶5万土地质量地球化学调查评价结果，按照模型中“最适宜”和“适宜”条件分别划区，其中龙海市1∶5万土地质量地球化学调查工作未分析土壤中营养元素有效量，划定时主要使用了全量数据评价成果，综合考虑花岗岩区土壤B元素全量达“缺乏”级但有效量等级划分为“中等”的事实，划定过程中B元素全量缺乏未作为划分“不适宜”区的依据；地形地貌及土壤类型使用相关图件资料，划分出低缓坡山地丘陵区以及红、黄壤区，发现两者区域基本一致。气候条件与坡向因素没有考虑在内。在GIS软件中使用空间分析功能将空间内属性数据进行叠加，从而得到该地区的多重属性及空间关系，最终对龙海市杨梅适宜种植区进行划分(图2)。

图2 龙海市杨梅种植规划建议Fig.2 Recommended map of Myricarubra rubra planting planning in Longhai City

划定的杨梅适宜种植区面积330.51 km2(49.57万亩)，含“最适种植区”259.89 km2(38.98万亩)及“适宜种植区”70.62 km2(10.59万亩)。主要分布在龙海市东南部的浮宫镇、港尾镇和白水镇以及西部的程溪镇，在龙海市中部的东泗乡以及北部的角美镇也有零星分布。本次划定面积约为龙海市现有杨梅种植面积的5倍。

6 结论与建议

地质背景与土壤地球化学元素对龙海市杨梅的高品高产有很重要的影响。龙海市优质杨梅区成土母岩主要为花岗岩类，表层土壤中重金属元素含量低，营养元素Mn、P、S、Zn、Al2O3、Na2O、K2O等含量较高；地形地貌与土壤类型对杨梅品质有一定程度的影响，高程小于500 m及坡度小于35°的低山缓坡地以及土壤类型为红壤和黄壤的地区，更适合龙海市优质杨梅的产出；受龙海市地理跨度相对较小因素影响，气候条件未显示出对杨梅品质的影响特征。

根据建立的生态地质模型，以龙海市地质图、1∶5万土地质量地球化学调查等地质、地球化学数据资料为基础对龙海市杨梅适宜种植区进行了区划，划定龙海市杨梅 “最适种植区”259.89 km2，“适宜种植区”70.62 km2，是现有种植面积的约5倍，可为龙海市杨梅种植规划提供地质、地球化学依据。

值得一提的是，本次龙海市杨梅种植规划主要以生态地质、地球化学条件等因素为主，未考虑种植习惯、市场需求和农产品价格等人为因素。此外，名特优农产品的品质往往与作物品种及田间管理等因素具有密切的关系。在实际种植布局规划时，建议参考本文成果的同时，需充分考虑各种人为及社会经济因素。