福建省安溪縣茶園土壤酸化速率與改良技術(shù)

楊文儷

(安溪縣茶葉技術(shù)推廣站，福建 安溪 362400)

茶樹喜生于酸性富鋁(A1)化的土壤中，適宜生長(zhǎng)的土壤pH值范圍在4.5～5.5[1]。近幾十年來(lái)，由于工業(yè)“三廢”排放導(dǎo)致的酸雨強(qiáng)度和頻率的增加、人為不合理的施用化學(xué)肥料及茶樹自身的物質(zhì)循環(huán)特征，茶園土壤酸化呈加劇趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)茶園土壤pH值平均為4.68，約有46.0%的茶園土壤pH低于4.5，近20～30年來(lái)降低0.47～1.43個(gè)單位[2]。茶園土壤過(guò)度酸化，造成土壤營(yíng)養(yǎng)元素流失、茶樹生長(zhǎng)受阻，嚴(yán)重影響茶樹正常生長(zhǎng)和茶葉品質(zhì)，成為茶葉高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要限制因子[3]；同時(shí)土壤酸化活化土壤有害元素[4-6]，對(duì)茶葉質(zhì)量安全產(chǎn)生影響。

安溪縣是著名的“中國(guó)烏龍茶(名茶)之鄉(xiāng)”，現(xiàn)有茶園總面積4萬(wàn)hm2(其中鐵觀音茶園面積近3萬(wàn)hm2)，約占全國(guó)茶園總面積的2%；年產(chǎn)茶葉6.2～6.8萬(wàn)t，約占全國(guó)茶葉總產(chǎn)量的4%[7]。安溪茶園土壤酸化現(xiàn)狀及特征已經(jīng)有了較多研究，普查數(shù)據(jù)表明上世紀(jì)80年代至今，安溪茶園土壤pH降低1.37個(gè)單位[2]；從林地轉(zhuǎn)換為茶園，土壤pH每年平均下降0.03個(gè)單位[8]。以上研究結(jié)論均基于土壤普查數(shù)據(jù)得出，缺乏長(zhǎng)期定位樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)。本研究在系統(tǒng)調(diào)查安溪縣茶園土壤酸化現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，選擇典型茶園進(jìn)行土壤酸化速率定位監(jiān)測(cè)，并開展白云石粉施用改良茶園酸化土壤效果評(píng)估，旨在對(duì)安溪茶園土壤酸度演變規(guī)律的預(yù)測(cè)預(yù)判提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為安溪茶園科學(xué)的土壤肥料管理和尋求有效阻控茶園土壤酸化的技術(shù)措施選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 安溪縣概況

安溪縣(E117°36′～118°17′，N24°50′～25°26′)屬南、中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。由于地形地貌之差異，形成內(nèi)外安溪明顯不同氣候特點(diǎn)。東南部外安溪屬南亞熱帶，年平均氣溫19～21℃，年均降雨量1600 mm，夏季長(zhǎng)而炎熱，幾乎占近半年時(shí)間，冬季短暫而無(wú)嚴(yán)寒，農(nóng)作物一年可三熟；西北部?jī)?nèi)安溪屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫16～18℃，年均降雨量1800 mm，農(nóng)作物一年兩熟。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 茶園土壤酸度調(diào)查試驗(yàn) 根據(jù)全國(guó)測(cè)土配方施肥采樣技術(shù)規(guī)范[9]要求，依據(jù)安溪縣茶園面積分布圖，在地圖大概確定采樣位置。實(shí)地采樣時(shí)，再結(jié)合具體地形、海拔高度、茶齡、土壤類型等因素，確定代表性土樣采集點(diǎn)。土樣采集時(shí)間選擇在秋茶采收結(jié)束后基肥施用前的秋冬季，以“S”形布點(diǎn)采樣或梅花形布點(diǎn)采樣，同時(shí)記錄GPS定位信息及樣品野外調(diào)查表。每個(gè)土樣采集8～10個(gè)樣點(diǎn)，各采樣點(diǎn)的土壤混合均勻，采用四分法保留1 kg左右風(fēng)干過(guò)篩用于測(cè)試。每個(gè)樣點(diǎn)按照行間位置取3個(gè)土鉆：行中間位置(0～10 cm寬度內(nèi)隨機(jī)選擇)、偏中位置(離行間中線10～30 cm范圍隨機(jī)選擇)和靠茶行位置(離行間中線30～60 cm范圍隨機(jī)選擇)[10]；采樣深度為耕層土壤0～30 cm。采樣時(shí)間為2008年～2010年秋冬季(全年茶季結(jié)束后基肥施用前)，全縣共取茶園土壤樣品5285個(gè)。

1.2.2 土壤酸化速率的定位觀測(cè) 于2010年，采用GPS定位技術(shù)分別在安溪縣選擇虎邱鎮(zhèn)高山村、龍涓鄉(xiāng)錢塘村、感德鎮(zhèn)岐陽(yáng)村、祥華鄉(xiāng)新寨村等安溪茶葉4個(gè)重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)4個(gè)村建立定位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)地各4個(gè)，每個(gè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)地面積100 m2，共16個(gè)定位觀測(cè)點(diǎn)。定位觀測(cè)樣點(diǎn)茶園日常管理同常規(guī)管理。在初始年(2010年)及2019年秋茶結(jié)束后基肥施用前分別采集土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)。土壤樣品采集方法同1.2.1。

1.2.3 土壤酸化改良試驗(yàn) 分別在安溪縣龍涓鄉(xiāng)錢塘村、感德鎮(zhèn)歧陽(yáng)村和祥華鄉(xiāng)新寨村隨機(jī)選擇樹齡12年以上的茶園設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)地3個(gè)，研究白云石粉施用對(duì)茶園酸化土壤的改良效應(yīng)，試驗(yàn)地面積100 m2，4次重復(fù)。各試驗(yàn)地分別于2018年、2019年11月上旬施用白云石粉(過(guò)60 目篩)300 kg·hm-2，在茶樹行間均勻撒施，結(jié)合深耕采用旋耕機(jī)翻耕35 cm，使其與土壤充分混合。分別在2018年11月上旬(試驗(yàn)開始前)及2020年秋茶結(jié)束后基肥施用前，在每個(gè)試驗(yàn)茶園的茶樹行間隨機(jī)設(shè)6個(gè)采樣點(diǎn)，采集土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)。土壤樣品采集方法同1.2.1。

1.3 檢測(cè)方法

土壤pH值采用電位法(土：水=2.5：1)，交換性鈣鎂含量用1 mol·L-1NH4COOH提取，原子吸收分光光度法測(cè)定提取液中的Ca2+和Mg2+含量[11]。

1.4 茶園土壤酸化狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)茶園土壤營(yíng)養(yǎng)診斷指標(biāo)[12]，將土壤pH值劃分為四個(gè)等級(jí)，即：pH小于4.0稱為重度酸化土壤，pH在4.0～4.5稱為酸化土壤，pH在4.5～5.5稱為適宜土壤，pH大于5.5則稱為不適宜土壤。

1.5 數(shù)據(jù)處理

酸化速率=(初始年pH-結(jié)束年pH)/時(shí)間(年)。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行整理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 安溪縣茶園土壤酸度現(xiàn)狀分析

依據(jù)茶園土壤營(yíng)養(yǎng)診斷指標(biāo)[12]，安溪縣茶園土壤總體偏酸。表1結(jié)果顯示，安溪縣茶園土壤pH平均值為4.28，酸度屬于適宜水平(pH在4.5至5.5)的土樣數(shù)僅占28.19%，其中pH值介于4.0～4.5的酸化土壤的樣品數(shù)占到40.06%，尤其是pH值小于4.0的嚴(yán)重酸化土壤的樣品數(shù)占到28.38%。

表1 安溪縣茶園土壤酸度現(xiàn)狀

安溪縣典型茶區(qū)茶園土壤酸度具有明顯差別，其中以山地茶園為主的內(nèi)安溪傳統(tǒng)茶區(qū)(感德鎮(zhèn)、祥華鄉(xiāng)、西坪鎮(zhèn)、龍涓鄉(xiāng)、福田鄉(xiāng)、長(zhǎng)坑鄉(xiāng)、桃舟鄉(xiāng)、大坪鄉(xiāng)、蘆田鎮(zhèn)、藍(lán)田鄉(xiāng)、劍斗鎮(zhèn)及白瀨鄉(xiāng))茶園土壤酸化較為嚴(yán)重，pH<4.5的樣點(diǎn)比例57.37%～91.17%。而以水田改植及新墾茶園為主的外安溪茶區(qū)(城廂鎮(zhèn)、龍門鎮(zhèn)、官橋鎮(zhèn)、湖頭鎮(zhèn)、參內(nèi)鄉(xiāng)、金谷鎮(zhèn)、蓬萊鎮(zhèn)、魁斗鎮(zhèn)、虎邱鎮(zhèn)、尚卿鄉(xiāng)、湖上鄉(xiāng))土壤酸化程度相對(duì)較輕，土壤平均pH值4.47～5.22；pH<4.5的土壤樣點(diǎn)比例均低于50%。

2.2 安溪縣茶園土壤酸化速率分析

將茶園土壤pH每年降低值定義為茶園土壤酸化速率[13]，分別計(jì)算16個(gè)定位觀測(cè)點(diǎn)茶園土壤酸化速率。表2結(jié)果顯示，2010～2019年間，4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)16個(gè)茶園定位觀測(cè)點(diǎn)土壤pH均表現(xiàn)為下降，pH平均值從2010年的4.85降低至2019年的4.05，平均降低0.81個(gè)單位；各定位觀測(cè)點(diǎn)茶園土壤酸化速率為每年0.02～0.17個(gè)pH單位，平均為每年0.09個(gè)單位。

表2 2010年與2019年安溪縣部分茶園土壤pH值比較

在安溪不同茶區(qū)茶園土壤酸化速率也表現(xiàn)出明顯差異，虎邱鎮(zhèn)4個(gè)定位觀測(cè)點(diǎn)茶園土壤酸化速率為每年0.02～0.07個(gè)pH單位，平均為每年0.04個(gè)單位；龍涓鄉(xiāng)4個(gè)定位觀測(cè)點(diǎn)平均酸化速率為每年0.12個(gè)單位，感德鎮(zhèn)觀測(cè)點(diǎn)為每年0.10個(gè)單位，祥華鄉(xiāng)觀測(cè)點(diǎn)為每年0.09個(gè)單位。外安溪茶區(qū)(虎邱鎮(zhèn))土壤酸化速率低于內(nèi)安溪茶區(qū)(龍涓鄉(xiāng)、感德鎮(zhèn)、祥華鄉(xiāng))。

2.3 白云石粉施用對(duì)酸化土壤的改良效果

田間條件下，連續(xù)兩年施用白云石粉300 kg·hm-2對(duì)茶園酸化土壤的改良效果見圖1。與初始pH相比，茶園土壤平均pH提高0.94個(gè)單位，其中感德鎮(zhèn)試驗(yàn)點(diǎn)提高1.16個(gè)單位，龍涓鄉(xiāng)試驗(yàn)點(diǎn)提高0.94個(gè)單位，祥華鄉(xiāng)試驗(yàn)點(diǎn)提高0.71個(gè)單位；土壤交換性鎂感德鎮(zhèn)試驗(yàn)點(diǎn)提高25.25 mg·kg-1，龍涓鄉(xiāng)試驗(yàn)點(diǎn)提高25.90 mg·kg-1，祥華鄉(xiāng)試驗(yàn)點(diǎn)提高31.43 mg·kg-1；土壤交換性鈣感德鎮(zhèn)試驗(yàn)點(diǎn)提高68.03 mg·kg-1，龍涓鄉(xiāng)試驗(yàn)點(diǎn)提高28.50 mg·kg-1，祥華鄉(xiāng)試驗(yàn)點(diǎn)提高64.75 mg·kg-1。說(shuō)明施用白云石粉顯著提高茶園土壤交換鹽基離子含量，提高土壤pH值，茶園酸化土壤得到有效改良。

圖1 施用白云石粉對(duì)土壤pH、交換性鎂和鈣的影響Fig.1 Effect of dolomitic application on soil pH

3 討論與結(jié)論

安溪縣茶園土壤呈現(xiàn)明顯酸化現(xiàn)象，平均pH值為4.28，低于安溪縣農(nóng)田土壤平均pH值1.01個(gè)單位，低于安溪縣果園及菜園土壤平均pH值0.87個(gè)單位，亦低于全國(guó)茶園土壤平均pH值0.40個(gè)單位，略高于福建省茶園pH值(pH4.11)[2]。茶樹適宜生長(zhǎng)的pH范圍為4.5～5.5，當(dāng)土壤pH低于4.0時(shí)，茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)將產(chǎn)生負(fù)面影響[1]。本研究表明，安溪茶園土壤pH值小于4.5的樣點(diǎn)占到68.44%，尤其是小于4.0的嚴(yán)重酸化土壤的樣點(diǎn)占到28.38%，這將嚴(yán)重制約安溪茶業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

本研究通過(guò)多年多點(diǎn)定位觀測(cè)表明，安溪縣茶園土壤平均酸化速率為每年0.09個(gè)pH單位，酸化速率明顯高于我國(guó)其他作物類型土壤。Guo研究表明1980～2009近30年間，中國(guó)土壤pH降低0.13～0.80個(gè)單位，其中南方大田作物和經(jīng)濟(jì)作物土壤分別降低0.23和0.30個(gè)單位，并認(rèn)為氮肥過(guò)量施用是我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤酸化加速的首要原因[4]。茶園土壤酸化速率顯著高于其它作物土壤，可能是以下原因造成的：(1)高的氮肥投入和低的養(yǎng)分利用率，統(tǒng)計(jì)表明我國(guó)茶園氮肥施用量為281～745 kg·hm-2，全國(guó)約有1/3茶園施肥過(guò)量[14]；劉揚(yáng)等[15]調(diào)查了安溪50個(gè)茶園施肥狀況，過(guò)度施氮茶園達(dá)到20個(gè)，占比40%。鄒振浩等[16]統(tǒng)計(jì)了我國(guó)茶園氮肥利用現(xiàn)狀，指出我國(guó)茶園氮肥農(nóng)學(xué)效率較低，而且呈不斷下降的趨勢(shì)；約有33.9%的氮肥通過(guò)硝態(tài)氮淋溶的形式損失，硝態(tài)氮的淋溶損失同時(shí)引起鈣、鎂等鹽基離子的淋濕，引起土壤pH降低。(2)茶樹自身物質(zhì)循環(huán)代謝的原因。茶樹喜銨態(tài)氮，吸收銨態(tài)氮的同時(shí)置換出質(zhì)子，降低根際土壤pH值[17]；同時(shí)，茶樹是典型的聚鋁植物，大量的鋁富集在茶樹葉片，又通過(guò)修剪、凋落物等形式歸還到茶園土壤，加劇茶園土壤酸化進(jìn)程[18-19]。因此，為緩解茶園土壤酸化，實(shí)現(xiàn)茶園長(zhǎng)期綠色可持續(xù)發(fā)展，必須優(yōu)化氮肥管理，降低氮肥損失，提高氮肥利用率。

茶園土壤酸化過(guò)程是土壤接受H+之后，一方面H+與土壤膠體上的鹽基陽(yáng)離子發(fā)生交換反應(yīng)而被吸附在土粒表面，被交換下來(lái)的鹽基陽(yáng)離子隨滲漏水淋失；另一方面，土粒表面的H+又自發(fā)地與礦物晶格表面的鋁反應(yīng),迅速轉(zhuǎn)化為交換性Al3+[20]。茶園土壤酸度主要受鈣、鎂等鹽基離子的制約[21]，白云石粉是碳酸鈣與碳酸鎂的天然復(fù)鹽，施入土壤后可有效補(bǔ)充土壤鈣、鎂鹽基離子，提高土壤鹽基飽和度。本研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)兩年施用白云石粉300 kg·hm-2茶園酸化土壤pH值平均提高0.94個(gè)單位，同時(shí)交換性鈣、鎂離子顯著提升，說(shuō)明施用白云石粉可以有效改良茶園酸化土壤。但由于茶樹的喜酸特征，施用白云石粉后，土壤pH迅速上升，因此在實(shí)際操作過(guò)程中，應(yīng)對(duì)茶園土壤進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，使其保持在適宜茶樹生長(zhǎng)范圍內(nèi)。