海拔高度和植茶年限對(duì)茶園土壤肥力和酸度的影響

顏明娟，林 誠(chéng)，陳子聰，吳一群

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，福建 福州 350013)

目前我國(guó)南方大部分茶園土壤呈酸化趨勢(shì)，福建茶園有86.9%土壤的pH值低于4.5[1]。在茶園土壤總酸度中，交換性Al3+占交換性酸的比例為76.67%～98.40%[2]。由于A13+解離產(chǎn)生H+，是導(dǎo)致土壤表現(xiàn)酸性的主要原因[3]。因此，土壤中可溶性鋁含量增加，對(duì)茶樹生長(zhǎng)、茶葉鋁安全及其品質(zhì)的影響受到關(guān)注[4-6]。尤其在酸性土壤中，土壤酸性和鋁的化學(xué)性質(zhì)及其所起的作用，成為土壤化學(xué)和環(huán)境科學(xué)所關(guān)注的問題。由于鋁離子與土壤膠體的結(jié)合能力遠(yuǎn)強(qiáng)于土壤中其他鹽基性離子，使得土壤對(duì)鈣、鎂、鉀等元素離子的吸附量會(huì)顯著減少，大量進(jìn)入土壤溶液后遭受淋失，進(jìn)一步還導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)變差，結(jié)果造成土壤養(yǎng)分貧瘠和降低肥力水平，影響到茶產(chǎn)量、品質(zhì)和茶業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

有關(guān)海拔高度和植茶年限對(duì)茶園養(yǎng)分肥力和土壤酸化影響的研究報(bào)道還很少。因此，本文通過采集閩南和閩北不同植茶年限和海拔高度的代表性茶園土樣，探討植茶土壤與當(dāng)?shù)貙?duì)照土壤的養(yǎng)分肥力和土壤酸化狀況的差異，旨在為制定具有較好針對(duì)性的茶園土壤培肥技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤為福建茶葉主產(chǎn)區(qū)茶園土壤，在閩南、閩北茶葉主產(chǎn)區(qū)選擇不同植茶年限的代表性茶園，2015年秋茶采收后施肥前在采樣區(qū)內(nèi)茶行間選擇具有代表性的地塊采集表層土壤(0～30 cm)土壤，按多點(diǎn)采樣混合均勻后用四分法取土樣1 kg左右用潔凈聚乙烯塑料袋封裝帶回實(shí)驗(yàn)室，每個(gè)點(diǎn)采3個(gè)平行樣，土壤樣品自然風(fēng)干后混勻研磨，過20目、60目、100目尼龍篩備用。同時(shí)采集了與茶園土壤相應(yīng)點(diǎn)附近無種植的自然土，樣品同茶園土壤一樣處理。

1.2 測(cè)定的項(xiàng)目及方法

土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定[7]：土壤pH值酸度計(jì)測(cè)定(水土比為5∶1)，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀-容量法測(cè)定，交換性酸、交換性鋁用氯化鉀交換-中和滴定法，陽離子交換量采用醋酸銨交換法測(cè)定，原子吸收分光光度法測(cè)定醋酸銨提取液中的Ca2+和Mg2+含量，堿解氮用擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷用鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀用醋酸銨浸提火焰光度法。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

所有數(shù)據(jù)處理均采用Excel 2007和統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 15.0進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，以LSD多重比較法進(jìn)行顯著性檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 海拔高度和植茶年限對(duì)茶園土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀含量的影響

茶園土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀含量與土壤母質(zhì)、土壤類型、施肥和管理狀況等因素有關(guān)[8-10]。對(duì)閩南和閩北茶園的11個(gè)代表性樣點(diǎn)整體而言，土樣測(cè)定結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量平均為14.62±6.95 g·kg-1，對(duì)照土壤有機(jī)質(zhì)含量平均為14.21±6.42 g·kg-1，植茶土壤有機(jī)質(zhì)含量平均提高了0.41 g·kg-1，即提高了2.9%。植茶土壤的堿解氮、有效磷和速效鉀含量平均分別為123.2±66.3 mg·kg-1、39.9±58.1 mg·kg-1和94.1±45.0 mg·kg-1，對(duì)照土壤則分別為109.0±47.6 mg·kg-1、7.7±4.7 mg·kg-1和63.6±27.9 mg·kg-1，結(jié)果顯示植茶土壤經(jīng)過人工栽培管理和施肥，土壤速效氮磷鉀含量均有明顯的提高，尤其是有效磷和速效鉀的含量平均是對(duì)照土壤的5.2倍和1.5倍。

但是，海拔高度和植茶年限對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀含量有重要的影響。圖1的樣點(diǎn)趨勢(shì)表明，隨著海拔高度增加，茶園土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀增加量呈現(xiàn)線性下降的趨勢(shì)，在高海拔茶園甚至出現(xiàn)增加量為負(fù)數(shù)的狀況，即茶園土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷含量低于對(duì)照土壤。

圖1 海拔高度對(duì)茶園土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀含量的影響趨勢(shì)Fig.1 Effects of altitude of location on organic matters, available nitrogen, phosphorus and potassium in soil of tea plantations

植茶年限對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀含量的影響較為復(fù)雜[11]。圖2的樣點(diǎn)趨勢(shì)表明，對(duì)有機(jī)質(zhì)和堿解氮而言，植茶20～30年是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在此年限之前，隨著植茶年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量的增加量有線性下降的趨勢(shì)，甚至出現(xiàn)負(fù)值；在此年限之后，則隨著植茶年限增加，土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量的增加量均呈現(xiàn)線性增加的趨勢(shì)。土壤有效磷的變化則不同，由于磷素容易在土壤中積累，隨著植茶年限增加，土壤有效磷呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，增加程度可能與磷肥施用狀況有關(guān)。與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷不同，土壤速效鉀的增加量隨著植茶年限增加呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，植茶40年左右甚至出現(xiàn)負(fù)數(shù)，即土壤速效鉀含量低于對(duì)照土壤。

圖2 植茶年限對(duì)茶園土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀含量的影響趨勢(shì)Fig.2 Effects of age on organic matters, available nitrogen, phosphorus and potassium in soil of tea plantations

2.2 海拔高度和植茶年限對(duì)土壤pH的影響

茶樹是喜酸性土壤的作物，栽培適宜土壤是微酸性和酸性的紅壤和黃壤。由于茶樹生長(zhǎng)過程中落葉增加土壤表層的含Al量及根系分泌大量有機(jī)酸，茶園土壤存在自然酸化的過程[12]。另一方面，高度集約化農(nóng)業(yè)利用條件下銨態(tài)氮肥的大量施用及工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致的酸沉降的增加也加速了茶園土壤的酸化。由此可推測(cè)，隨著植茶年限的增加，茶園土壤趨于酸化越嚴(yán)重。

本研究采集的閩南和閩北茶園的11個(gè)代表性樣點(diǎn)，茶園種植年限在5年至50年，海拔高度在257 m至960 m。測(cè)定結(jié)果表明，茶園土壤平均pH為4.36±0.34，對(duì)照土壤平均pH為4.78±0.25，pH值下降了0.42個(gè)單位，平均下降了8.8%。研究表明，雖然土壤pH值的變化與土壤母質(zhì)、土壤類型，施肥狀況等因素有關(guān)，但對(duì)于同一地點(diǎn)的茶園土壤，其土壤pH值與海拔高度和植茶年限有關(guān)(圖3)。但是，海拔高度和植茶年限對(duì)土壤酸化的影響不同。圖3的樣點(diǎn)趨勢(shì)表明，隨著海拔高度的增加，茶園土壤pH下降程度有減少的趨勢(shì)，茶園酸化程度得到緩解；隨著植茶年限的增加，土壤酸化程度有不斷加劇的趨勢(shì)。

2.3 土壤交換性鋁對(duì)茶園酸化和陽離子交換量的影響

土壤交換性鋁的飽和度大，土壤溶液中的每一個(gè)鋁離子可水解產(chǎn)生3個(gè)H+。因此，酸性土壤的酸度主要由交換性Al引起，對(duì)土壤pH 起到?jīng)Q定性因素[13]。22個(gè)代表性樣點(diǎn)測(cè)定結(jié)果表明，隨著土壤交換性鋁含量增加，土壤pH呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，二者間存在極顯著水平的線性負(fù)相關(guān)(圖4)。其中，建甌茶園的5個(gè)樣點(diǎn)在植茶的53年間，土壤交換性鋁含量從對(duì)照的7.80 cmol·kg-1增加到了9.60 cmol·kg-1，土壤pH則從對(duì)照的4.61下降到3.90，武夷山茶園樣點(diǎn)也有相似的變化。安溪茶園的8個(gè)樣點(diǎn)也表明，當(dāng)土壤pH大于5.7時(shí)交換性鋁含量很小(<0.1 cmol·kg-1)；植茶8年后，土壤交換性鋁從對(duì)照土壤的0.08 cmol·kg-1增加到4.81 cmol·kg-1，土壤pH則從5.72下降到3.81。

圖3 茶園海拔高度和植茶年限對(duì)土壤pH值的影響趨勢(shì)Fig.3 Effect of altitude and age of tea plantation on soil pH

圖4 茶園土壤交換性鋁含量對(duì)土壤pH的影響Fig.4 Effect of exchangeable aluminum on soil pH at tea plantation

樣點(diǎn)測(cè)定結(jié)果還表明，植茶土壤隨著交換性鋁增加，茶園pH的降低，土壤交換性鈣含量出現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)(圖5)。建甌不同年限的茶樹種植交換性鋁與交換性鈣呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.954，P<0.001)，其他調(diào)查點(diǎn)土壤交換性鋁與交換性鈣也是顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.418)。說明茶園土壤pH下降和交換性鋁累積加劇了交換性鈣的淋溶損失。雖然土壤交換性鋁與交換性鎂沒有明顯的相關(guān)性，但植茶后土壤交換性鎂含量都有下降趨勢(shì)。

3 結(jié)論

3.1 海拔高度和植茶年限對(duì)土壤養(yǎng)分肥力有重要的影響。整體而言，植茶土壤經(jīng)過人工施肥管理，土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀含量均有明顯提高，尤其是有效磷和速效鉀的含量平均是對(duì)照土壤的5.2倍和1.5倍。

3.2 11個(gè)代表性茶園樣點(diǎn)的土壤pH為4.36±0.34，比對(duì)照土壤pH值下降0.42個(gè)單位，平均下降了8.8%。隨著海拔高度增加土壤pH下降程度減緩，但隨著植茶年限增加土壤pH下降加劇，二者均呈現(xiàn)為線性關(guān)系的變化趨勢(shì)。

3.3 茶園土壤交換性鋁含量與pH值呈現(xiàn)顯著水平的線性負(fù)相關(guān)；隨著植茶年限增加，土壤交換性鋁含量呈現(xiàn)線性增加，促進(jìn)了土壤酸化，導(dǎo)致交換性鹽基離子鈣、鎂等養(yǎng)分元素含量下降。