广西桂北峰丛岩溶生态区罗汉果的农业地质研究
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摘要
罗汉果的农业地质研究是集地质学、农学、生态学与食品科学等多学科交叉的综合研究。论文通过对罗汉果产区（永福、临桂和龙胜县）等不同地层岩石、大气降尘、灌溉水、土壤和植物样品的采集，分析测试了岩石、土壤和植物中的常量元素（Al、Ca、K、Mg、Na）、有益元素（Si、Fe、Cu、Mo、Zn、B、Se）、有害元素（As、Cd、Cr、Hg、Pb、Ni）的含量和酸碱性，同时对水样品中的氯化物、氟化物和氰化物及总As、总Cd、Cr~(6+)、总Cu、总Hg、总Pb、总Se、总Zn的含量，大气降尘中As、Cr、Cd、Hg、Ni、Pb、Se、Fe、Cu和Zn的含量进行测试分析。依据测试资料，研究了产区地球化学元素在不同地层“岩石-土壤-罗汉果”向量大系统中的迁移、分布和富集特征。结合中华人民共和国农业行业标准（NY/T391－2000）绿色食品产地环境技术条件要求标准，采用单项组分评价和综合多组分评价方法对罗汉果主产区的不同地层上的土壤类型做出了综合评价。并采用多因素的评价结果，对产区进行农业地质区划。论文主要取得以下结论：
（1）罗汉果产区的主要地层为下元古界上板溪群（Pt_1~2）、震旦系并层，未分（湘桂边境）（Z）、前寒武纪的混合花岗岩（γ2）、寒武系清溪组（q）、寒武系边溪组（b）、泥盆系莲花山组与那高岭组并层（D_1）、泥盆系郁江组与东岗岭阶并层（D_2）、白垩系的红色碎屑岩（K）。产区的土壤类型为南方红壤、砖红壤、棕壤及黄壤等酸性土壤。
（2）产区岩石地球化学特征表现为：K_2O、TFe_2O_3、Al_2O_3、SiO_2、As、Cr和Cu的含量均值都大于华南褶皱系丰度值，CaO、MgO、Cd和Hg的含量均值都低于华南褶皱系丰度值；CaO的均值含量低于华南褶皱系丰度值467.39倍，表现出岩溶环境的主要特征；Hg的均值含量低于华南褶皱系丰度值571.43倍，属于异常；岩石的pH值在5.76～7.29之间。
（3）产区土壤A层地球化学分布特征表现为：常量元素中K_(2O)、CaO和Na_2O的含量均值未达到土壤元素背景值，CaO和Na_2O的含量均值未达到中国土壤元素背景值；有益元素按照全国第二次土壤普查表层土壤分级标准， q地层上的土壤A层中TFe_2O_3均值含量以及D_1、Pt_1~2、D_2、γ2、 q和b地层上土壤A层中Se的均值含量较高为四级，Pt_1~2、 b、Z、K地层上的土壤A层中Mo的均值含量最低为级；有害元素按照土壤环境质量标准，As在Pt_1~2以及Ni在b地层上的土壤A层中均值含量较高为三级外，其余地层上的土壤A层中均值含量为、二级；土壤A层的pH值在4.45～5.76之间。
（4）罗汉果的根、茎、叶和果的地球化学元素的富集特征表现为：叶累计富集系数>根的累计富集系数>茎累计富集系数>果累计富集系数，叶是地球化学元素富集的主要部位；果的累计富集系数为K（1.944）>Ca（1.227）>Mg（0.757）>B（0.339）>Zn（0.258）>Cu（0.184）>Mo（0.100）>Se>（0.094）>Ni（0.056）>Cd（0.050）>Na（0.048）>Hg（0.015）>As（0.005）>Cr（0.003）>Al（0.001）>Fe（0.001）>Si（0.001）>Pb（0.001），罗汉果果实中富含人体必须的K、Ca、Mg、B、Zn、Cu、Mo和Se元素。
（5）地球化学元素在“岩石和土壤”中，MgO、Na_2O、Cu、Mo、Zn、Cr、Hg和Pb的相关系数呈高度正相关关系，Al_2O_3、K_(2O)、SiO_2、B、Se、Cd和Ni的相关系数呈低度正相关关系，TFe_2O_3和As的相关系数呈低度负相关关系，CaO的相关系数呈高度负相关。“土壤和果实”中，Ca和Ni的相关系数呈高度正相关关系，Na、Fe、B、Se和As的相关系数呈低度正相关关系，Al、K、Mg、Si、Cu、Mo、Cd和Hg的相关系数呈低度负相关关系，Zn、Cr和Pb的相关系数呈高度负相关。用欧式距离对罗汉果果实中的地球化学元素进行聚类分析Z地层果实中Fe-Cr-Al-Se-Pb-As-Hg-Cd-Mo-Na-Ni-Si-Cu（1），B-Zn-Ca-Mg（2），K（3）；第（1）和（2）以较小的聚类距离连接，说明它们的来源相同地层的土壤；K与其它元素较远距离连接，说明K元素不只是来自土壤，而且跟施用K肥有关。
（6）采用单项组分评价和综合多组分评价方法，对产区不同地层土壤环境质量、土壤肥力、土壤安全和罗汉果品质的评价结果表明：罗汉果产区的土壤环境质量优；Pt_1~2地层上的土壤肥力丰富，Z和γ2地层上的土壤较丰富区， b、 q、K和D_1地层上土壤肥力般，D_2地层上的土壤含量低，对于土壤肥力般和低含量区要根据元素的丰缺，采取针对性的施肥措施；K地层上的土壤为安全区，其余地层为尚清洁区；产区罗汉果果实无生物危害，属于优质罗汉果。
（7）利用地质背景条件（水环境、大气环境、土壤的肥力、土壤的安全和产品安全等），依据各条件因素的正负效应综合指数对罗汉果产区土壤进行农业地质区划，Pt_1~2地层上的土壤区域属于优质适生区。γ2、 q、Z和D_2地层上的土壤区域属于适生区。D_1、K和b地层上的土壤区域属于限制适生区。
The agro-geological study of Siraitia Grosvenorii is cross-disciplinary,involving geology, agronomy, ecology, sitiology and so on. This paper delves intothe rock, dustfall, irrigation system, soil and plant samples in the growing area ofSiraitia Grosvenorii in Yongfu, Lingui and Longsheng County through analyzingcontents of the macrominerals in rock, soil and plants（Al、Ca、K、Mg、Na）, thebeneficial minerals（Si、Fe、Cu、Mo、Zn、B、Se）, harmful minerals（As、Cd、Cr、Hg、Pb、Ni）and acid-base property，and by doing test analysis of chlorides,fluorides, cyanides and the total As, Cd, Cr~(6+), Cu, Hg, Pb, Se, and Zn in the sampledwater, contents of As, Cr, Cd, Hg, Ni, Pb, Se, Fe, Cu, and Zn in the dustfall. Basedon data obtained, The migration, distribution, and enrichment of geochemicalelements in different strata of the growing area are revealed as a vector system asDrock soil Siraitia Grosvenorii. In accordance with the growing area standardfor green food of the Agriculture Industry Standard the People's Republic of China（NY/T391－2000）, soil in the growing area is assessed with the application ofSingle component evaluation and comprehensive evaluation of multiple analytes.Finally, with multiple factors into account, the growing area is agro-geologicallyzoned. Conclusions of this paper are as follows:
（1）The rock strata in the main growing area are the Lower Proterozoic upperBanxi group（Pt_1~2）、Sinian Layer，Undifferentiated stratum (Hunan and Guilinborder（)Z）, migmatitic granite of Precambrian period（γ2）, Cambrian stream group（q）, Cambrian boundary Creek group（b）, Devonian Lotus Hill group and Thekaolinite group and layer（D_1）, Devonian Yujiang group and East Ridge order andlaye（rD_2）, Red clastic rocks of Cretaceous System（K）. The agrotypes are Southernred soil, laterite, brown soil, yellow soil and acidic soil.
（2）Geochemical features of the rock in the growing area are that the contentsof K_(2O), TFe_2O_3, Al_2O_3, SiO_2, As, Cr, and Cu are greater than the abundance values of those in Southern China fold system，that the contents of CaO, MgO, Cd, and Hgare smaller than in Southern China fold system, that the mean contents of CaO is467.39times smaller than the abundance value of Southern China fold system whichis sharply typical of Karst environment, and that the mean contents of Hg isabnormally571.43times smaller than then abundance value of Southern China foldsystem, and that the rock’s pH value arranges from5.76to7.29.
（3）The geochemical features of the soil in the growing area are that the meancontents K_(2O), CaO, and Na_2O in the macrominerals are smaller than the backgroundvalue of soil element，the mean contents of CaO and Na_2O are smaller than Soilelement background values in China, that according to the second national soilsurvey soil classification standard, that the mean content of beneficial elementTFe_2O_3in soil level A above q stratum and D_1, Pt_1~2, D_2, γ2, q, and the meancontent of Se in soil level A above b stratum is assessed as Grade4, and the lowestmean content of Mo in soil level A above strata Pt_1~2, b, Z and K is assessed as Grad1, and that in accordance with national soil environmental quality standards, theharmful elements are found as: except that the mean content of As in soil level Aabove strata Pt_1~2and Ni in soil level A above stratum b are assessed as Grade3, Asand Ni in the soil above other strata are assessed as Grade1and2, the soil pH valueranges from4.45to5.76.
（4）The geochemical enrichment features of the root, stem, leaf and fruit ofSiraitia grosvenorii are revealed as: leaf total enrichment coefficient> root totalenrichment coefficient> stem total enrichment coefficient> fruit total enrichmentcoefficient, and leaf is the main part of geochemical enrichment; the accumulatedfruit enrichment coefficient is K（1.944）>Ca（1.227）>Mg（0.757）>B（0.339）>Zn（0.258）>Cu（0.184）>Mo（0.100）>Se>（0.094）>Ni（0.056）>Cd（0.050）>Na（0.048）>Hg（0.015）>As（0.005）>Cr（0.003）>Al（0.001）>Fe（0.001）>Si（0.001）>Pb（0.001）; Siraitia Grosvenorii is rich in minerals like K, Ca, Mg, B, Cu,Mo, and Se which are necessary to human health.
（5）Among the geochemicals in rock and soil, MgO, Na_2O, Cu, Mo, Zn, Cr,Hg, and Pb are of a high positive correlation; Al_2O_3, K_(2O), SiO_2, B, Se, Cd, and Niare of low positive correlation; TFe_2O_3and As are of lower negative correlation;CaO is of high negative correlation. Among the geochemical in soil and SiraitiaGrosvenorii，Ca and Ni is of a high positive correlation; Na, Fe, B, Se, and As are oflow positive correlation; Al, K, Mg, Si, Cu, Mo, Cd, and Hg are of low negativecorrelation; Zn, Cr, and Pb are of high negative correlation. By applying Euclidean distance, cluster analysis of the geochemicals in Siraitia Grosvenorii shows thatFe-Cr-Al-Se-Pb-As-Hg-Cd-Mo-Na-Ni-Si-Cu（1），B-Zn-Ca-Mg（2），K（3）in thefruits above Z stratum;（1）and（2）have a fairly small cluster distance connection，implying that they come from soil above similar strata, and that K and otherelements have a remote connection，implying that K does not come from soil butfrom fertilization.
（6）By applying single component evaluation and comprehensive evaluationof multiple analytes，the evaluation of soil quality of different strata, soil fertility,soil safety and the quality of Siraitia grosvenorii shows that the soil quality in thegrowing area is excellent, that soil fertility above stratum Pt12is rich, that above Zand γ2stratum fairly rich, that above strata b, q, K, and D1ordinary，that abovestratum D_2low. It is suggested that as for the soil with ordinary fertility or lownecessary geochemicals, targeted fertilization is required, and that soil above stratumK is safe, and other strata are clean zones, the fruits of Siraitia grosvenorii do notcause biohazard, being of high quality.
（7）In terms of the positive and negative effect indexes of the geologicalconditions water environment, atmospheric environment, soil fertility, soil safety,and fruit quality, the growing area of the Siraitia grosvenorii is zoned as mostsuitable growing area the soil above strata Pt12, the normal growing area the soilabove strataγ2, q, Z and D_2, and the conditional area soil above strata K,D1and b.
（1）罗汉果产区的主要地层为下元古界上板溪群（Pt_1~2）、震旦系并层，未分（湘桂边境）（Z）、前寒武纪的混合花岗岩（γ2）、寒武系清溪组（q）、寒武系边溪组（b）、泥盆系莲花山组与那高岭组并层（D_1）、泥盆系郁江组与东岗岭阶并层（D_2）、白垩系的红色碎屑岩（K）。产区的土壤类型为南方红壤、砖红壤、棕壤及黄壤等酸性土壤。
（2）产区岩石地球化学特征表现为：K_2O、TFe_2O_3、Al_2O_3、SiO_2、As、Cr和Cu的含量均值都大于华南褶皱系丰度值，CaO、MgO、Cd和Hg的含量均值都低于华南褶皱系丰度值；CaO的均值含量低于华南褶皱系丰度值467.39倍，表现出岩溶环境的主要特征；Hg的均值含量低于华南褶皱系丰度值571.43倍，属于异常；岩石的pH值在5.76～7.29之间。
（3）产区土壤A层地球化学分布特征表现为：常量元素中K_(2O)、CaO和Na_2O的含量均值未达到土壤元素背景值，CaO和Na_2O的含量均值未达到中国土壤元素背景值；有益元素按照全国第二次土壤普查表层土壤分级标准， q地层上的土壤A层中TFe_2O_3均值含量以及D_1、Pt_1~2、D_2、γ2、 q和b地层上土壤A层中Se的均值含量较高为四级，Pt_1~2、 b、Z、K地层上的土壤A层中Mo的均值含量最低为级；有害元素按照土壤环境质量标准，As在Pt_1~2以及Ni在b地层上的土壤A层中均值含量较高为三级外，其余地层上的土壤A层中均值含量为、二级；土壤A层的pH值在4.45～5.76之间。
（4）罗汉果的根、茎、叶和果的地球化学元素的富集特征表现为：叶累计富集系数>根的累计富集系数>茎累计富集系数>果累计富集系数，叶是地球化学元素富集的主要部位；果的累计富集系数为K（1.944）>Ca（1.227）>Mg（0.757）>B（0.339）>Zn（0.258）>Cu（0.184）>Mo（0.100）>Se>（0.094）>Ni（0.056）>Cd（0.050）>Na（0.048）>Hg（0.015）>As（0.005）>Cr（0.003）>Al（0.001）>Fe（0.001）>Si（0.001）>Pb（0.001），罗汉果果实中富含人体必须的K、Ca、Mg、B、Zn、Cu、Mo和Se元素。
（5）地球化学元素在“岩石和土壤”中，MgO、Na_2O、Cu、Mo、Zn、Cr、Hg和Pb的相关系数呈高度正相关关系，Al_2O_3、K_(2O)、SiO_2、B、Se、Cd和Ni的相关系数呈低度正相关关系，TFe_2O_3和As的相关系数呈低度负相关关系，CaO的相关系数呈高度负相关。“土壤和果实”中，Ca和Ni的相关系数呈高度正相关关系，Na、Fe、B、Se和As的相关系数呈低度正相关关系，Al、K、Mg、Si、Cu、Mo、Cd和Hg的相关系数呈低度负相关关系，Zn、Cr和Pb的相关系数呈高度负相关。用欧式距离对罗汉果果实中的地球化学元素进行聚类分析Z地层果实中Fe-Cr-Al-Se-Pb-As-Hg-Cd-Mo-Na-Ni-Si-Cu（1），B-Zn-Ca-Mg（2），K（3）；第（1）和（2）以较小的聚类距离连接，说明它们的来源相同地层的土壤；K与其它元素较远距离连接，说明K元素不只是来自土壤，而且跟施用K肥有关。
（6）采用单项组分评价和综合多组分评价方法，对产区不同地层土壤环境质量、土壤肥力、土壤安全和罗汉果品质的评价结果表明：罗汉果产区的土壤环境质量优；Pt_1~2地层上的土壤肥力丰富，Z和γ2地层上的土壤较丰富区， b、 q、K和D_1地层上土壤肥力般，D_2地层上的土壤含量低，对于土壤肥力般和低含量区要根据元素的丰缺，采取针对性的施肥措施；K地层上的土壤为安全区，其余地层为尚清洁区；产区罗汉果果实无生物危害，属于优质罗汉果。
（7）利用地质背景条件（水环境、大气环境、土壤的肥力、土壤的安全和产品安全等），依据各条件因素的正负效应综合指数对罗汉果产区土壤进行农业地质区划，Pt_1~2地层上的土壤区域属于优质适生区。γ2、 q、Z和D_2地层上的土壤区域属于适生区。D_1、K和b地层上的土壤区域属于限制适生区。
The agro-geological study of Siraitia Grosvenorii is cross-disciplinary,involving geology, agronomy, ecology, sitiology and so on. This paper delves intothe rock, dustfall, irrigation system, soil and plant samples in the growing area ofSiraitia Grosvenorii in Yongfu, Lingui and Longsheng County through analyzingcontents of the macrominerals in rock, soil and plants（Al、Ca、K、Mg、Na）, thebeneficial minerals（Si、Fe、Cu、Mo、Zn、B、Se）, harmful minerals（As、Cd、Cr、Hg、Pb、Ni）and acid-base property，and by doing test analysis of chlorides,fluorides, cyanides and the total As, Cd, Cr~(6+), Cu, Hg, Pb, Se, and Zn in the sampledwater, contents of As, Cr, Cd, Hg, Ni, Pb, Se, Fe, Cu, and Zn in the dustfall. Basedon data obtained, The migration, distribution, and enrichment of geochemicalelements in different strata of the growing area are revealed as a vector system asDrock soil Siraitia Grosvenorii. In accordance with the growing area standardfor green food of the Agriculture Industry Standard the People's Republic of China（NY/T391－2000）, soil in the growing area is assessed with the application ofSingle component evaluation and comprehensive evaluation of multiple analytes.Finally, with multiple factors into account, the growing area is agro-geologicallyzoned. Conclusions of this paper are as follows:
（1）The rock strata in the main growing area are the Lower Proterozoic upperBanxi group（Pt_1~2）、Sinian Layer，Undifferentiated stratum (Hunan and Guilinborder（)Z）, migmatitic granite of Precambrian period（γ2）, Cambrian stream group（q）, Cambrian boundary Creek group（b）, Devonian Lotus Hill group and Thekaolinite group and layer（D_1）, Devonian Yujiang group and East Ridge order andlaye（rD_2）, Red clastic rocks of Cretaceous System（K）. The agrotypes are Southernred soil, laterite, brown soil, yellow soil and acidic soil.
（2）Geochemical features of the rock in the growing area are that the contentsof K_(2O), TFe_2O_3, Al_2O_3, SiO_2, As, Cr, and Cu are greater than the abundance values of those in Southern China fold system，that the contents of CaO, MgO, Cd, and Hgare smaller than in Southern China fold system, that the mean contents of CaO is467.39times smaller than the abundance value of Southern China fold system whichis sharply typical of Karst environment, and that the mean contents of Hg isabnormally571.43times smaller than then abundance value of Southern China foldsystem, and that the rock’s pH value arranges from5.76to7.29.
（3）The geochemical features of the soil in the growing area are that the meancontents K_(2O), CaO, and Na_2O in the macrominerals are smaller than the backgroundvalue of soil element，the mean contents of CaO and Na_2O are smaller than Soilelement background values in China, that according to the second national soilsurvey soil classification standard, that the mean content of beneficial elementTFe_2O_3in soil level A above q stratum and D_1, Pt_1~2, D_2, γ2, q, and the meancontent of Se in soil level A above b stratum is assessed as Grade4, and the lowestmean content of Mo in soil level A above strata Pt_1~2, b, Z and K is assessed as Grad1, and that in accordance with national soil environmental quality standards, theharmful elements are found as: except that the mean content of As in soil level Aabove strata Pt_1~2and Ni in soil level A above stratum b are assessed as Grade3, Asand Ni in the soil above other strata are assessed as Grade1and2, the soil pH valueranges from4.45to5.76.
（4）The geochemical enrichment features of the root, stem, leaf and fruit ofSiraitia grosvenorii are revealed as: leaf total enrichment coefficient> root totalenrichment coefficient> stem total enrichment coefficient> fruit total enrichmentcoefficient, and leaf is the main part of geochemical enrichment; the accumulatedfruit enrichment coefficient is K（1.944）>Ca（1.227）>Mg（0.757）>B（0.339）>Zn（0.258）>Cu（0.184）>Mo（0.100）>Se>（0.094）>Ni（0.056）>Cd（0.050）>Na（0.048）>Hg（0.015）>As（0.005）>Cr（0.003）>Al（0.001）>Fe（0.001）>Si（0.001）>Pb（0.001）; Siraitia Grosvenorii is rich in minerals like K, Ca, Mg, B, Cu,Mo, and Se which are necessary to human health.
（5）Among the geochemicals in rock and soil, MgO, Na_2O, Cu, Mo, Zn, Cr,Hg, and Pb are of a high positive correlation; Al_2O_3, K_(2O), SiO_2, B, Se, Cd, and Niare of low positive correlation; TFe_2O_3and As are of lower negative correlation;CaO is of high negative correlation. Among the geochemical in soil and SiraitiaGrosvenorii，Ca and Ni is of a high positive correlation; Na, Fe, B, Se, and As are oflow positive correlation; Al, K, Mg, Si, Cu, Mo, Cd, and Hg are of low negativecorrelation; Zn, Cr, and Pb are of high negative correlation. By applying Euclidean distance, cluster analysis of the geochemicals in Siraitia Grosvenorii shows thatFe-Cr-Al-Se-Pb-As-Hg-Cd-Mo-Na-Ni-Si-Cu（1），B-Zn-Ca-Mg（2），K（3）in thefruits above Z stratum;（1）and（2）have a fairly small cluster distance connection，implying that they come from soil above similar strata, and that K and otherelements have a remote connection，implying that K does not come from soil butfrom fertilization.
（6）By applying single component evaluation and comprehensive evaluationof multiple analytes，the evaluation of soil quality of different strata, soil fertility,soil safety and the quality of Siraitia grosvenorii shows that the soil quality in thegrowing area is excellent, that soil fertility above stratum Pt12is rich, that above Zand γ2stratum fairly rich, that above strata b, q, K, and D1ordinary，that abovestratum D_2low. It is suggested that as for the soil with ordinary fertility or lownecessary geochemicals, targeted fertilization is required, and that soil above stratumK is safe, and other strata are clean zones, the fruits of Siraitia grosvenorii do notcause biohazard, being of high quality.
（7）In terms of the positive and negative effect indexes of the geologicalconditions water environment, atmospheric environment, soil fertility, soil safety,and fruit quality, the growing area of the Siraitia grosvenorii is zoned as mostsuitable growing area the soil above strata Pt12, the normal growing area the soilabove strataγ2, q, Z and D_2, and the conditional area soil above strata K,D1and b.
引文
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