湖北恩施州農業地質條件及工作方法探討

李明龍, 楊廷安, 楊良策, 曹文勝, 許克元, 郝心宇, 余　威

(湖北省地質局 第二地質大隊,湖北 恩施　445000)

0　引言

湖北省地質局正在積極推進全省農業地質調查工作,開展恩施州農業地質條件及工作方法的研究意義重大：①恩施州農業地質條件復雜；②恩施因其天然富硒巖層的分布被譽為“世界硒都”,發展富硒農業具有得天獨厚的硒資源優勢；③恩施州伍家臺貢茶、魔芋、地道藥材等馳名中外的特色農產品種類較多。本文對恩施州農業地質條件和特色農業進行概括,并結合實際工作經驗,對該區農業地質工作方法進行了探討。

1　恩施州農業地質條件

恩施州農業地質條件復雜,具體表現為地形地貌特殊、土地利用率低、土壤類型多樣、成土母巖復雜、富硒巖層分布廣泛等。

1.1　地形地貌特征

恩施州地處鄂西南山地(圖1),屬于中國第二階梯東緣,云貴高原東部延伸部分；全州境內地勢西北、東北部高,中部相對低。恩施州絕大部分是山地,習稱“八山半水分半田”,以碳酸鹽巖組成的高原型山地為主體,兼有碳酸鹽巖型低山峽谷、砂巖型山間紅色盆地。本區海拔1 200 m以上的地區占總面積的29.4%,800～1 200 m的地區占43.6%,800 m以下的地區占27%。境內地形復雜,大河、小溪呈枝狀展布,丘原、深谷、伏流、溶洞、石林等各處可見。受新構造活動影響,境內普遍展布海拔2 000～1 700 m、1 500～1 300 m、1 200～1 000 m、900～800 m、700～500 m五級面積不等的夷平面,并存在一至二級河谷階地,呈現明顯層狀地貌。

圖1　恩施州交通位置圖Fig.1　Traffic location map of Enshi Prefecture

1.2　土地資源概況

恩施州國土總面積2 406 125.46 hm2,約占全省面積的13%。其中,農用地面積1 984 009.62 hm2,占總面積的82.45%(表1),但耕地面積384 939.02 hm2,僅占總面積的16%[1]。恩施州總體農用地占有比例較高,但以林地為主,耕地利用率非常低。

恩施州耕地坡度較大。<2°的平地11 165.11 hm2,僅占耕地總面積2.91%,而>25°的坡地及梯田180 611.49 hm2,占耕地總面積的47.03%(表2),且旱地面積占到耕地總面積的77.6%[2]。

總之,恩施州土地利用率不高,耕地面積小,坡度大,以旱地為主。

表1　恩施州土地利用結構表Table 1　The structure list of land use in Enshi Prefecture

表2　恩施州耕地坡度分布表Table 2　Gradient distribution table of cultivated land in Enshi Prefecture

1.3　土壤類型

恩施州全區土壤類型有紅壤、黃壤、黃棕壤、棕壤、暗棕壤、山地草甸土、山地沼澤土等地帶性土壤和紫色土、石灰(巖)土、潮土、水稻土等非地帶性土壤共11個土類。黃壤、黃棕壤、棕壤所占比例較高,占全區比例分別為16.89%、56.19%、16.68%,隨海拔高度變化分帶明顯,從低到高依次由黃壤—黃棕壤—棕壤過渡,分界線分別是海拔800 m和海拔1 500 m左右。

恩施州土壤大多偏酸性,土壤的有機質、含氮量隨海拔升高而增加,耕層有機質一般占2%～4%。但恩施州尚未完成系統的多目標地球化學調查工作,詳細的土壤地球化學特征尚不完全明了。

1.4　成土母巖特征

恩施州境內土壤成土母巖以灰質巖為主,其次為頁巖、石英砂巖和少量的紫色頁巖、第四紀紅色粘土及近代河流沖積物等。土壤通過巖石風化形成,其分布受到母巖制約。例如：筆者在恩施市新塘鄉、龍鳳鎮等地進行農業地質調查工作時發現,紫色土類分布區與巴東組二段(T2b2)出露區一致,成土母巖為巴東組含鐵質較高的紫色泥巖,而石灰土巖類多來自大冶組(T1d)、嘉陵江組(T1j)灰巖、白云巖等。受構造影響,恩施州地形切割深,地層出露較全,從元古界震旦系至新生界第四系,共出露11個系,45個組的地層[3],該州成土母巖復雜,巖性及元素地球化學特征也較復雜。

1.5　恩施州富硒巖層分布特征

恩施州雖然成土母巖復雜,但發育多套富硒巖層,該區因其下二疊統孤峰組硒含量居世界之首,被譽為“世界硒都”[4]。其中,恩施市雙河漁塘壩地區孤峰組產出世界唯一的沉積型獨立硒礦床。

恩施州富硒巖層的產出導致富硒土壤廣泛分布,硒元素來自成土母巖的風化,可分為兩種類型：石煤型和燃煤型。其中,石煤型富硒土壤是由寒武系下統牛蹄塘組(∈1n)、奧陶系上統—志留系下統龍馬溪組(O3S1l)、二疊系下統孤峰組(P1g)、二疊系上統大隆組(P2d)[5]等黑色巖系中的石煤風化作用與成壤作用而形成的(表3)；此外,中國燃煤層中硒含量總體偏高,是地球上富集硒的主要地質體[6],該州燃煤型富硒土壤是由二疊系上統龍潭組(P2l)、二疊系下統梁山組(P1l)、侏羅系下統桐竹園組(J1t)等煤系地層風化作用與成壤作用而形成的。

表3　恩施地區富硒石煤地層特征表Table 3　Selenium-ultra anthracite ages and characteristics of Enshi Prefecture

恩施州黑色巖系與煤系地層出露較廣,富硒巖石、富硒土壤、富硒動植物資源聚集形成了天然富硒地質環境與富硒生物圈,恩施州發展富硒農業具有得天獨厚的硒資源優勢。

2　恩施州特色農業

恩施州是農業部定點扶貧地區,生物資源富集,特色農產品種類較多。加之,恩施具有天然的富硒地質環境,發展富硒特色農業條件極佳。

2.1　魔芋

魔芋為喜陰、喜濕、怕熱、不耐寒、怕漬水的作物,生長環境要求特殊,全世界范圍內適宜種植的區域極為有限。恩施州夏無酷暑,冬少嚴寒,土壤微酸性,自然條件得天獨厚,魔芋是恩施州極具優勢的特色資源,恩施州魔芋產量、產值均占全國的1/4以上。魔芋制品絕大部分出口日本、韓國等國家,需求量巨大,市場前景十分廣闊。

2.2　茶葉

恩施州為中國茶葉重要產區,茶產業已成為其優勢支柱產業。該州享有“世界硒都” 美譽,是世界上罕見的高硒地區,是天然富硒茶的最佳產地,恩施玉露、恩施富硒茶、伍家臺貢茶、鶴峰茶、馬坡茶等均為國家地理標志產品。而飲用含硒茶又被認為是缺硒地區人們補硒的重要途徑,富硒茶不僅受到國內市場歡迎,而且在國際市場亦具較強的競爭力,恩施發展富硒茶產業具有資源優勢。

2.3　藥材

恩施的行政區域早年為巴蜀管轄之地,恩施藥材具有“川藥”地道性毋庸置疑。且恩施州藥材資源十分豐富,全州藥用植物資源達到2 088種,被稱為“華中藥庫”。歷史上已形成了“雞爪黃連”、“紫油厚樸”、“湖北貝母”、“板橋黨參”、“窯歸”等著名品牌,是傳統出口創匯品種。隨著國家中藥現代綱要的實施,生物醫藥蓬勃發展,天然植物藥物走俏全球,地道藥材產業前景十分廣闊。

2.4　蔬菜

恩施州獨特的自然氣候和環境條件,孕育了豐富的特色蔬菜資源,其中人工種植蔬菜以鳳頭姜、白皮大蒜、山藥等為主,山野菜以薇菜、粉葛、莼菜為主,很多產品不僅暢銷國內,還走向了海外市場。同時,該州二高山以上地區發展蔬菜也具有優勢和特色,在大山頂等地區種植蔬菜,無污染且品質良好,又能在季節上和上市時間與平原南北蔬菜錯開,目前已成為湖北省重要的蔬菜基地。

2.5　山羊

恩施州牧草資源十分豐富,草山草坡面積達到106萬hm2,理論載畜量100萬個牛單位。隨著草場改良和退耕還草工程的實施,草山草坡面積還將進一步擴大。山羊在該州養殖歷史悠久,有宜昌白山羊、狗頭山羊等獨具特色的地方良種,發展養羊業優勢明顯。

3　恩施州農業地質工作方法探討

首先農業地質要以地質為基礎。系統收集工作區內的構造、地層、區域地球化學特征與成土母巖的分布資料,以地質圖、土壤類型圖以及土地利用現狀圖為基礎,找出各種土壤形成的地質背景,以確定農業地質背景,然后開展農業地質野外工作。農業地質野外工作是否合理,是得到全面客觀農業地質資料的基礎,是農業地質工作的重中之重。

3.1　農業地質野外工作

主要由農業生態地質填圖、農業生態地質剖面測量、農業生態地質調查樣品采集三種手段完成,結合恩施州農業地質條件,每種工作手段注意如下要點：

3.1.1農業生態地質填圖

具體包括填圖路線布置、觀測點定點、填圖記錄、農業綜合調查。針對恩施州高原型山地為主的地貌特征,調查工作必須與地形圖相結合,填圖路線要垂直于區域構造地貌單元,以便穿越不同的基巖、土壤和植被類型分布區,盡量做到不同農業區的全面覆蓋；由于本區基巖出露面積大,土壤堆積類型以殘坡積為主,殘坡積土壤的元素地球化學性質很大程度上取決于母巖的元素地球化學特征,在選取觀測點時要仔細觀察界線點(土壤界線點和地層界線點),尤其要重點觀察地層界線,最后圈出地層界線和土壤界線；由于本區富硒巖層出露廣泛,在填圖記錄中尤其要加強對富硒巖層分布區相關農業地質因素的描述,以便在布點時更有針對性；農業綜合調查包括土地利用現狀、農藥化肥使用情況、單面積產量、農業結構情況、農產品加工及開發前景,筆者認為本區調查工作要加強與當地農業部門和農業生產者的交流,因為本地農業種植調整頻繁,例如農田水改旱、旱改水情況很常見,加強交流有助于我們更全面了解調查區的農業生產情況,避免工作人員在野外“一葉障目”,主觀臆斷。

3.1.2農業生態地質剖面

具體包括巖石地球化學剖面和土壤剖面,土壤剖面又分為水平剖面和垂直剖面,剖面應盡量布置在巖石類型、土壤類型和地貌單元發育相對齊全的區域。恩施是“世界硒都”,本區巖石地球化學剖面強調涵蓋富硒巖層,土壤水平剖面要穿越不同土壤類型分布區和不同母巖分布區,土壤垂直剖面也要在不同土壤類型區域分別布置,每種類型至少有1～2條剖面控制,在剖面上取樣進行測試,得出不同類型母巖、不同類型土壤、不同深度土壤的硒含量及有用有害元素含量,研究各種元素在表生環境下的擴散特征。

3.1.3農業生態地質調查樣品采集

主要包括土壤樣品、農作物樣品、水樣的采集。恩施地區淺層土壤樣取樣深度一般為0～20 cm,深層樣取樣深度視土壤深度而定,能達到200 cm的土壤分布區要連續采集到200 cm,恩施州很多區域基巖埋深淺,土壤甚至不足50 cm,在這種區域采集深層樣,除了連續采集土壤樣品外,至少要取一件與土壤直接接觸的下伏基巖樣品進行測試,以便對比研究基巖對土壤元素地球化學特征的影響；農作物樣品應根據不同的采樣對象具體設計,主要采取農作物直接被利用部分和根系土,進行元素遷移規律研究；本區水樣采集條件亦較特殊,筆者實地調查時發現本區山泉特別發育,山泉匯入小溪,小溪再匯入大河或水庫,農業生產者普遍將同一泉眼流出的泉水同時用于飲用和灌溉,在本區采集水樣,應在不同基巖出露區進行布置,以了解流經不同基巖的泉水地球化學性質,樣品可以布置在農村居民直接使用的泉水出露點,也可以布置在用于農業和生活用水的水庫或大河。

3.2　為農業生產服務

向農業部門系統收集區內農業生產的基本情況、農作物分布規律、所處的地理環境、氣候水文等生態環境也是必要的工作。在此項工作中,尤其強調要建立完善的農作物采樣規劃,恩施州各地區地形和氣候條件差異較大,即使相同的農產品生長期也不一致,農作物采樣是該區農業地質調查工作中的難點工作,應多向農業部門收集資料并進行詳細的實地調查,建立完善的農作物采樣規劃。

3.3　深入分析總結調查結果

在對所采取的母巖、土壤、水系、植物樣品的調查結果基礎上,繪制各種圖件,進行有關元素遷移和分布的研究,按照地質學和生物學原理進行估計評價。

總之,農業地質總的技術路線應以基礎地質為依托,以地球化學調查為手段,以土壤環境和農作物質量評價為核心。在系統收集區內地質、地球化學成果和土壤及農業利用方面的成果資料,結合野外的母質、土壤、農作物的實地調查,評價土壤環境和農作物質量,并研究其相關性。

4　恩施州農業地質工作建議

(1) 盡快開展并完成恩施州多目標區域地球化學調查工作：恩施州各項農業地質調查工作的開展急需該工作的成果資料,建議盡快開展并完成各種比例尺的多目標地球化學調查工作。

(2) 立項開展專項農業地質調查工作：農產品優良品質的形成與其農業地質背景的關系密切[7],恩施州被譽為“世界硒都”,開發富硒農業具有得天獨厚的資源優勢,建議充分利用農業地質學理論進行特色農產品的合理布局規劃,結合多目標區域地球化學調查成果,重點開展恩施州名優茶葉、魔芋、地道藥材等特色農產品主產區的專項農業地質調查工作。

(3) 加大對恩施州富硒巖層的勘查力度：加大對恩施州富硒巖層,尤其是孤峰組富硒巖層的勘查力度,為湖北省甚至全國的富硒農業生產提供硒肥原料,促進富硒農業全面發展。

參考文獻：

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