贵州遵义虾子一带辣椒品质与区域地质背景关系研究

摘要

辣椒是贵州喀斯特地区的优势特色农作物。近年来，贵州辣椒种植面积快速增大，辣椒产业得到快速发展，目前辣椒种植面积和产量居全国第一位。长期以来，形成了地理标志农产品（例如虾子辣椒、花溪辣椒）。辣椒产业在推动贵州经济社会发展中作出了巨大贡献。其中，贵州遵义辣椒种植面积、产量最大，最著名。因此，从农业地质角度，探明遵义虾子一带辣椒种植区的区域地质地球化学特征，摸清区域地质背景对辣椒品质的影响，对遵义虾子一带辣椒的规模化种植、品质产量提高具有重要现实意义。本研究以贵州遵义虾子及周边乡镇为主要研究区域，以研究区地层岩石、土壤（原生土和耕土）、辣椒为主要研究对象，开展种植区野外实地调查采样，系统测试岩石、土壤（原生土和耕土）、辣椒样品的常量元素、有益元素、重金属元素的含量及辣椒的品质生物化学指标（干物质、辣椒碱、维生素C、蛋白质）含量，初步分析岩石、土壤（原生土和耕土）的元素地球化学特征，探讨辣椒中常量元素、有益元素、重金属元素分布特征、富集规律及辣椒品质与土壤、辣椒中矿物元素的关系，采用相关性分析的方法，结合研究区区域地质图，对贵州遵义虾子一带所产辣椒品质与区域地质背景的关系进行系统研究，主要得出以下结论：
　　1.贵州遵义虾子一带的辣椒主要种植于下三叠统夜郎组（T1y）、茅草蒲组（T1m）、中三叠统松子坎组（T2s）、狮子山组（T2sh）等地层岩石风化土壤之上。岩石类型主要为紫红色白云质泥岩、紫红色砂岩、深灰色泥质白云岩。研究区岩石样（n=30）矿物元素K、Ca、Mg、Bi、Pb、As、Th、U、Ce、Cs较地壳化学元素丰度呈富集特征，Ag、Cd、Cr、Tl、Sb、Ni、Y、La、Co、Ti、S、Na、Mn、P、Cu、Zn呈亏损特征。岩石中 K、Ca、Mg等营养元素富集为辣椒优质高产提供良好的岩石地球化学背景。
　　2.辣椒种植区原生土（n=6）中矿物元素K、Ca、Mg、Na、Fe、Cu、Co、Mn、Sn较贵州省A层土壤背景值呈现富集，Cr、As、Cd、Pb、Tl、Sb、Th、U表现为亏损。与贵州省 A层土壤背景值相比，辣椒种植区耕作层土壤（n=15）中K、Ca、Na、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn呈现富集的特征，As、Cd、Hg、Cr、Sb、Tl、V、Be、Bi、Th、U表现为亏损。原生土的pH在7.29~8.26之间，平均7.88， 耕作层土壤的pH在6.23~8.13之间，平均7.32。原生土和耕土中有益矿质元素富集，有害重金属元素亏损，中性偏弱碱性的土壤环境条件是遵义虾子一带辣椒优质高产的主要土壤地球化学因素。内梅罗综合污染指数显示遵义虾子辣椒种植区耕层土26.67%（n=15）处于轻度污染水平，比例较低，可能与区域为传统农耕区，三叠系地层无矿化作用，重金属元素背景值低有关。
　　3.遵义虾子辣椒的常量元素中K、Mg、Ca、S、P含量较高，辣椒K平均含量高达25850mg/kg（n=16），而Al、Na、Ti含量较低。微量元素Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Rb、Sr的含量丰富。与食品安全国家标准（GB2762-2012）相比，遵义辣椒中重金属Pb、Hg、Sn、Cr、Ni、As含量均低于食品安全国家标准限值，但遵义辣椒Cd含量较高，范围为0.176~0.700mg/kg，均值为0.382mg/kg（n=16），部分样品存在超标现象。健康风险评估结果表明食用遵义虾子辣椒途径的Cd临时性每周摄入量（PWI）远小于世界卫生组织（WHO）提出的专门针对敏感人群的临时性每周人体可耐受摄入量（PTWI），仅通过食用遵义辣椒途径超标重金属Cd暴露不会对人体健康产生危害。
　　4.遵义虾子辣椒对S、P、K、Cd为强烈富集（BCF>1），对Mg、Ca、Mo、Cu、Zn、Rb、Ge、Hg、Tl、Sn为中等富集（0.1　　5.不同地区所产辣椒具有各自的矿物元素指纹特征，一些矿物元素（As、Ba、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Mo、Ni、P、Pb、Sb、Sn、Sr、Y、Zn）在不同地区（毕节赫章、贵阳花溪、遵义虾子）所产辣椒之间存在显著性差异（p<0.05），基于存在显著性差异的矿物元素指纹数据与多元统计分析方法（方差分析、主成分分析、聚类分析、线性判别分析）相结合可用于不同地区所产辣椒的产地来源判别。对线性判别分析（LDA）筛选出的3个矿物元素（Fe、Cr、Sn）建立的判别模型进行回代检验和交叉验证，整体正确判别率均为92.0%，比例较高。矿物元素指纹分析与多元统计分析相结合是贵州辣椒原产地溯源的可靠方法。
　　6.辣椒品质指标辣椒碱、蛋白质、干物质与辣椒中多数矿物元素含量无明显的相关性，辣椒维生素C含量与辣椒中的P、Mg、Cu、Zn、Ca等有益矿质元素含量呈一定程度的正相关。辣椒碱与土壤中Co、Ni含量呈显著正相关（r=0.586， p<0.05；r=0.641，p<0.01），与耕土中Cu、Zn、Cr存在一定的正相关关系，而辣椒蛋白质、维生素C、干物质与耕土Cu、Zn、Co、Ni呈负相关关系，各微量元素对辣椒品质的影响机理不同。
　　7.遵义虾子一带适宜生产优质辣椒的条件是：
　　（1）三叠系地层风化形成的土壤分布区；
　　（2）土壤pH值在6.2-8.0之间；
　　（3）海拔在800-1000m之间。结合辣椒品质与地层岩性分布、土壤地球化学的研究区农业地质区划结果为：
　　1）优质区，主要受三叠系地层风化形成的土壤分布区所控制，主要分布于遵义市、遵义县、深溪镇、龙坪镇、虾子镇、新舟镇、郑场镇、永乐镇、西坪镇境内。
　　2）适宜区，主要受奥陶系地层风化形成的土壤分布区所控制，主要分布于小关乡、高坪镇。

目录

第一章 前 言

1.1选题背景及研究意义

1.2研究现状及进展

1.3 研究内容及技术路线

1.4 完成的工作量、主要成果及创新点

2.1种植区自然环境

2.2种植区地质环境

第三章 研究方法

3.1样品采集

3.2 样品测试与分析

3.3数据处理与图件绘制

4.1辣椒种植区地质特征

4.2 岩石中常量元素分析

4.3岩石中微量元素分布特征

4.4岩石-原生土体系元素迁移特征

4.5本章小结

第五章 种植区土壤元素地球化学分布特征

5.1种植区原生土中元素分布特征

5.2耕土中元素地球化学分布特征

5.3本章小结

第六章 辣椒中矿物元素含量特征

6.1辣椒中元素含量特征

6.2耕土-辣椒体系化学元素生物富集特征

6.3耕土与辣椒的化学元素相关性

6.4本章小结

第七章 基于矿物元素指纹的辣椒产地溯源研究

7.1基于矿物元素指纹的贵州辣椒溯源

7.2遵义辣椒果实化学元素聚类分析

7.3本章小结

第八章 遵义虾子一带辣椒的品质分析

8.1干物质、辣椒碱、维生素C、蛋白质的含量分布

8.2遵义虾子所产辣椒品质指标间的相关性

8.3品质指标与辣椒中矿物元素的相关性

8.4品质指标与土壤元素相关性

8.5本章小结

第九章 种植区辣椒优质品质控制因素分析及种植规划

9.1辣椒品质的控制因素分析

9.2研究区辣椒种植区划

第十章 结论和展望

10.1主要结论

10.2展望

致谢

参考文献

附录一 攻读硕士学位期间公开发表的论文

附录二 攻读硕士学位期间参与的科研项目

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