农业地质背景与特色农作物品质相关性研究进展_高琳

收稿日期：2010-05-05；修订日期：2010-06-17作者简介：高琳（1986-），女，满族，辽宁鞍山人，硕士研究生，主要从事农业环境生态与地质背景研究。

E-mail:lyn19860203@ *通讯作者：E-mail:hylong@农业地质背景与特色农作物品质相关性研究进展高琳1,2，龙怀玉2*，刘鸣达1，雷秋良2，张认连2（1.沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁沈阳110161；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081）摘要：农作物的生长主要依赖于水土条件，而水土条件除受气候影响外，又直接受地层岩性、地球化学、水文特征等农业地质背景的影响而衍生变化。

所以农作物品质的优劣，又与其所处区域的农业地质背景条件有着密切的关系。

本文对成土母岩、地形地貌、地球化学背景值、水文地质等农业地质背景因子和农作物品质的关系进行综述，在此基础上提出目前研究中存在的问题，以及今后农业地质背景研究趋势的展望。

关键词：农业地质背景；成土母岩；地球化学背景；地形地貌；水文地质；农作物中图分类号：S-1文献标识码：A文章编号：0564-3945（2011）05-1263-05Vol.42,No.5Oct.,2011土壤通报Chinese Journal of Soil Science第42卷第5期2011年10月随着经济的发展和人们生活水平的提高，高品质的特色农产品需求量越来越大[1]。

但从近些年的情况来看，由于布局不合理而造成特色农产品质量不合格的现象不断出现[2]。

为此，农业部门开展了特色农产品区域布局和基地规划评价研究，并规划了35个优势作物产区[3]。

但是这些工作主要是依据光照和降雨等水热条件、生产规模、产业化基础等因素进行的，却没有考虑农作物所在地域的农业地质背景条件与农产品特色品质和质量安全密切相关的因素。

然而，随着对农学、土壤学及地质学的深入研究，在地学科技支农的过程中，国内学者发现许多优势农产品只限定于某一特定的区域内，这种特定的区域就是包括岩石类型、地球化学背景值、地形地貌等方面在内的农业地质背景条件的特定区域，这些因素综合作用的结果影响了农作物的产量和品质。

因此，人们逐渐认识到各种地质背景对特色农业的存在及特色作物品质形成的决定性影响，而农业地质背景和农作物关系的研究也逐渐引起土壤学家和地质学家的共同关注[4]。

农作物生产是一个自然因素与人为因素复合在一起的多因子复杂系统。

自从农作物产生伊始，人类就一直试图通过人工干预而提高农作物的产量和质量，经过几千年，特别是近代科学技术的积累，在农作物的品种选择、施肥、采收、栽培、灌溉、气候适宜性、土壤培肥以及作物营养等方面形成了较为成熟的理论与技术体系，相关研究文献浩如烟海。

而农业地质背景方面的研究文献显然要少的多，理论体系仍然处于探索之中。

因此，本文试图依据一定数量的、代表性较强的研究文献，对农业地质背景因子（成土母岩、地形地貌、地球化学背景值、水文地质等）和农作物品质的关系进行综述，在此基础上进一步辨析目前研究中存在的问题及今后农业地质背景研究趋势的展望。

1关于农业地质背景的概念“农业地质”一词最早是19世纪中期欧洲地质学家法鲁（F.A.Fellow ）和李希霍芬（F.V.Richfhofen ）等提出的[5~7]，当时只在于解释土壤的形成，认为土壤的形成过程就是岩石矿物的风化过程和地质循环过程，并且在这些过程中，岩石矿物的溶解淋失会使土壤肥力不断丧失[8,9]。

这一概念阐明了岩石与土壤之间的继承关系，为后来的农业地质研究奠定了一定的基础，但是对土壤肥力的解释还是相对比较片面的，而且这一概念也没有涉及到相关的农业问题。

因此，李正积提出了农业地质的新概念，即为研究大农业（农、林、牧、副、渔）的地质背景条件及相关因素的科学，具有边缘学科的特点[10,11]，此概念包含了与地质相关的农业条件，并首次提出了“农业地质背景”一词，在后来的一些研究和论述中，他又进一步说明了农业地质背景的概念，认为农业地质背景是大农业与相关的地质体及地质营力的特殊综合，对大农业能起到制约作用[12]，包括岩石体和第四纪地质体的作用、地质构造作用、地球化学条件制约作用、地形地貌以及水文地质等[10]。

自李正积提出“农业地质背景”和编著《地质与农业》以来，农业地质背景作为地质与农业结合的新领域就引起了人们的关注[13]，现经过多年的发展，农业地质背景的研究逐渐受到各领域学者的广泛重视[14,15]。

许多国内学者对农业地质背景的概念进行总结和归纳，但由于农业地质背景本身具有交叉和边缘学科的特点[16,17]，所以涉及到的领域和内容很广泛，不同领域的第42卷土壤通报专家对其阐述较多，如周俊认为农业地质背景是指在一定区域对大农业生产和发展有着一定影响或作用的各种地质组成及有关地质作用的综合[18]；又如张水根[19]认为农业地质背景主要是从地质构造、岩石地质、地球化学、水文、地貌等地质因素入手，结合地理、气候、土壤、植被、水利、环境等农业因素，综合研究农业地质背景条件等等。

总体来看，农业地质背景是地质科学、农业科学及土壤科学等交叉结合而形成的自然资源类的实证性运用科学，具有多学科知识效应、多因子组合、综合性和区域性等特点。

因此，可以认为农业地质背景是指在一定的自然地理区域内，同大农业生产（农、林、牧、副、渔）密切相关的地质体(岩石体或第四纪堆积层)与地质营力作用(内、外营力作用)的特殊结合，即与农业相关的地质体、地质作用、地貌等因素的综合体，常常与地理、气候及其他相关因子相结合。

例如，土壤粘土矿物、成土母质、下垫岩石、地质构造、地层年代和地貌特征等都属于农业地质背景范畴。

2农业地质背景对农作物品质的影响农作物的生长主要依赖于水土条件，而水土条件除受气候影响外，又直接受岩石类型、地球化学、地质构造、水文地质等方面的严格控制而衍生变化，这后者即是农业地质背景[20]。

不同的农作物都要求适合自身生长的地质背景[21]，农作物的品质优劣，也与其所处区域的农业地质背景条件密切相关[22,23]。

根据现有的一些文献资料和调查研究，可以发现即使在气候相似和人为条件也基本相同的地区，只有某些地区是优质高产的，或者显示出独特的品质特征。

长期以来，人们对这种现象归之于土壤的差别，如果用地质学的观点进行观察，就会发现这一优势作物总与一定的地质背景相关联[10,24]。

此外，还有学者分别对山东金乡县大蒜[25]、小店西瓜[26]、广西沙田柚[27]、河北赞皇大枣[28]、福建省天宝香蕉[29]、寿光市蔬菜[30]等特色农业进行研究，发现这些作物所处区域的农业地质背景具有制约它们生长发育和产量品质的作用，这些研究都充分证明了农业地质背景与农作物品质存在着密切的关系。

而农业地质背景又是一个复杂的多因子组合，土壤的母岩、成土母质、地质构造、地球化学、水文地质、地形地貌、地表地质作用等都属于农业地质背景范畴[31,32]。

下面本文主要针对成土母岩、地形地貌、地球化学背景值、水文地质四个方面内容作些具体探讨。

2.1成土母岩对农作物品质的影响近年来国内学者在成土母岩方面做了大量研究，如在成土母岩的概念及分类和成土母岩对土壤性质的影响等方面都取得了显著的成果，但是大部分研究都集中在成土母岩和土壤之间的关系方面。

然而，成土母岩和农作物也有着密切的关系，成土母岩不同，所形成的土壤亦不同，进而影响到农作物的品质。

例如，陆景冈等[33]比较研究了浙江省不同母岩发育的土壤上所产茶叶的品质，其中花岗岩、石英砂岩和变质岩（片麻岩为主）上常产优质茶叶，而玄武岩、石灰岩和中新更世（Q2）红土上所产的茶叶品质较差。

国外在波兰圣十字山脉三种地质背景系统的研究中，也发现不同母岩发育的土壤理化性质和矿物学特性差异较大，而这些性质决定了元素的生物利用率和生物指标的化学特征[34]；还有研究表明巴西中央高原玄武岩发育的土壤中微量元素丰富，在矿物风化时，可以缓慢地释放营养元素[35]。

根据目前的资料来看，成土母岩对农作物的作用主要表现在两个方面[36]。

首先，成土母岩的矿物组成通过影响土壤理化性状而影响作物品质，如辽宁盖县的优质国光苹果易生长在含有云母类、石英、斜长石的片岩、片麻岩和变质岩地区，因为此区域岩石风化破碎形成的砂质土壤，结构性良好，通气性强，酸碱度适当，可促进植物根系的发育，并增强养分的吸取能力[37]。

其次，成土母岩的化学成分通过地球化学元素影响土壤状况进而影响特色作物的品质，因为成土母岩的化学元素不同，其发育的土壤的化学元素含量差异也较为明显。

如赵兵等[38]研究山东沂水县烤烟品质与农业地质背景的关系，结果表明沉积岩所衍生的土壤中，Si，Al，Ca，M g，K等化学元素含量较高，而这些元素都是有益于烟叶品质的元素。

康桂玲等[39]研究显示由碳酸盐风化物和第四纪黄土母质的混合物质发育而成的褐土是山东肥城桃优势区的岩土条件，因为此区域衍生的土壤中富含Ca、M g、K、P、N和Fe等元素。

由上所述可以看出，国内外学者把土壤作为“生态桥”，来进一步研究成土母岩与各种农作物的关系，成土母岩不同，衍生的土壤理化性质、营养元素含量也千差万别，因此造成农作物的长势、产量和品质各异。

2.2地形地貌对农作物品质的影响地形地貌条件的变化影响着区域小气候，进而影响到热量和水分的分布[2]，水热条件不同又影响到地表物质和能量的再分配，进而影响到各地农作物的生长发育和品质的优劣[40]。

如在地表起伏、坡度和坡向方面，已有学者对其做过一些研究，如罗洪等[41]对江西不同坡度和坡位上杨梅的产量进行了调查分析，得出坡度小于10度，中坡时杨梅的产量最高，大于10度或12645期高琳等:农业地质背景与特色农作物品质相关性研究进展位于其他坡位的杨梅产量均较低。

而在海拔方面的研究相对较多一些，如张永安等[42]在全国18个有代表性的烟叶产区定点取样，发现烟碱含量随着海拔的变化而呈现升高或降低的趋势，而蛋白质含量随着海拔升高而升高。

李继新等[43]也通过试验和示范分析研究显示，随着海拔升高，烟碱含量逐渐降低，糖含量逐渐升高。

此外还有研究表明，农作物生长地域因具体条件不同应有其最适宜的海拔高度范围，低于或高于这个范围，农作物品质会有所下降[40]。

如简永兴[44]在湘西北石门县和慈利县海拔200~1200m范围内，进行了烤烟盆栽试验，结果表明，随着海拔高度的上升，烤烟的评吸总分、香气量及石油醚提取物总量均与海拔高度呈显著的正相关；烤烟的外观品质及内在质量均随海拔高度的上升而提高。

胡元才等[45]经三年试验认为黔西南州以海拔1460~1700m地区烟叶的外观质量和内在品质最佳。

而穆彪等[46]的研究表明，随着海拔从700m上升到1300m，烟叶的外观品质、内在质量和评吸总分都略有下降；他们认为黔北大娄山烟区以海拔900~1100m范围内的烟叶品质较佳。