中國植茶省份茶園土壤酸化現(xiàn)狀分析*

張翔宇，尹彤云，周少奇，胡 菁

(貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003)

0 引言

茶作為世界三大飲料之一，長期以來有著大量的飲用人群和可觀的經(jīng)濟(jì)效益，且近些年來為響應(yīng)國家脫貧攻堅(jiān)政策，種植茶樹作為目前脫貧的民生產(chǎn)業(yè)之一，因此植茶越來越受關(guān)注，茶園面積逐年增加。2019年我國茶園面積達(dá)3123 hm2，同比增長4.6%，過去10年復(fù)合增速達(dá)5.5%，其中云貴川三省茶園面積最大；2019年國內(nèi)茶葉產(chǎn)量達(dá)278萬噸，同比增長6.4%，過去10年復(fù)合增速達(dá)7.4%，其中福建、云南、湖北、四川等地產(chǎn)量居全國前列。在茶產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)，由于氮肥的不合理施用、堿性陽離子被吸收和淋失、植茶年限的增加和酸雨等原因，導(dǎo)致茶園土壤酸化加劇。茶樹是喜偏酸性的植物，以土壤pH4.5～5.5為最適宜，土壤過酸使土壤中鹽基性陽離子減少，茶樹生長會(huì)受到抑制，進(jìn)而影響茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)，土壤過堿茶樹生長停滯，嚴(yán)重時(shí)會(huì)死亡。我國土壤酸化具有面積大、分布廣、酸化程度高和危害大等特點(diǎn)，有研究表明，我國酸化土壤面積達(dá)2億hm2，約占全國總面積的23%，強(qiáng)酸性土壤環(huán)境中，土壤肥力下降，重金屬毒性增加，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長發(fā)育及我國農(nóng)業(yè)未來發(fā)展，掌握我國植茶省份的的土壤酸化現(xiàn)狀，為改善茶園酸化制定科學(xué)的方案，為茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1-5]。

20世紀(jì)就有關(guān)于我國茶園土壤不斷酸化的研究報(bào)告，馬立峰等報(bào)道了蘇、浙、皖茶園最適宜茶樹種植面積由1991年的59.4%下降到了1998年的20.3%；2008年湖南省茶葉研究所對(duì)茶園近20年來的土壤養(yǎng)分進(jìn)行調(diào)查，幾乎沒有pH值高于5.0的茶園土壤，且pH<4.0的茶園土壤占比增加到了43.2%；2008—2009年貴州普通茶園土壤pH值為4.60；江蘇省典型茶園土壤pH<4.0的占比由2003—2005年的12.5%增加到2008—2010年的42.8%；到了21世紀(jì)初，我國13個(gè)植茶省份的茶園土壤調(diào)查報(bào)告顯示，pH<4.5的占比超過72.3%，且我國目前茶園土壤酸化速度為每年0.05個(gè)單位。顏鵬等收集了99篇截止2016年有關(guān)我國茶園土壤酸化的文獻(xiàn)，總結(jié)出我國茶園土壤pH值為4.73[6-12]。

收集各植茶省份最新茶園土壤酸化文獻(xiàn)，分析酸化現(xiàn)狀，并與前人所做研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，了解當(dāng)前土壤情況及預(yù)測(cè)未來趨勢(shì)，在響應(yīng)第三次全國土壤普查的同時(shí)，給防治茶園土壤酸化提供有力依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文以我國各植茶省份茶園土壤酸化情況為研究對(duì)象，從中國知網(wǎng)上收集截止2021年每個(gè)植茶地區(qū)最新茶園土壤文獻(xiàn)報(bào)告，共120篇，土樣取樣點(diǎn)數(shù)20個(gè)以上為文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)，取樣方法主要有多點(diǎn)混合法、S型布點(diǎn)法和梅花布點(diǎn)法。其中同時(shí)包含江蘇、浙江茶園土壤文獻(xiàn)報(bào)告1篇，同時(shí)包含湖北、湖南茶園土壤文獻(xiàn)報(bào)告1篇；篩選出47篇文獻(xiàn)用于分析pH值在<4.5、4.5～5.5和>5.5三個(gè)范圍的土樣分布情況；篩選出30篇包含茶園海拔信息文獻(xiàn)用于分析茶園土壤酸化程度與海拔之間的關(guān)系；篩選出16篇包含茶園茶品種信息文獻(xiàn)用于分析茶園土壤酸化程度與茶品種之間的關(guān)系，以上述數(shù)據(jù)作為分析數(shù)據(jù)集。

1.2 數(shù)據(jù)處理

使用加權(quán)平均的方法綜合計(jì)算出不同省份及全國茶園土壤平均pH值。使用Origin 2018和Excel 2013完成對(duì)我國植茶省份茶園土壤酸化情況分析。

2 結(jié)果

2.1 全國各植茶省份茶園土壤pH值

從中國知網(wǎng)收集截止2021年120篇包含中國茶園土壤pH值的文獻(xiàn)，涉及了18個(gè)省份(自治區(qū)、直轄市)，其中文獻(xiàn)數(shù)量最多的是福建省，22篇；其次為貴州省，13篇。海南省最少，1篇。所取土壤樣品數(shù)最多的為福建省，15565個(gè)土樣；其次為河南省，為3561個(gè)土樣。土壤樣品數(shù)最少的為海南省，20個(gè)土樣，其次為廣西省的36個(gè)土樣，全國總土壤樣品數(shù)為32057。全國茶園土壤平均pH值為4.56，茶園土壤平均pH值最低的省份為重慶市，僅為4.17，最高的省份為河南省，達(dá)到5.42；重慶市和浙江省兩個(gè)地區(qū)的最低土樣pH2.51均為全國最低，嚴(yán)重酸化。一般情況下將土壤pH值4.5～5.5視為植茶最佳范圍，處于區(qū)間的有安徽、廣東、廣西、貴州、海南、河南、湖南、山東、陜西、西藏、云南和浙江12個(gè)省份，其余6個(gè)省份茶園土壤平均pH值均低于4.5(表1、表2)。從圖1可看出酸化嚴(yán)重的重慶、福建、湖北、江蘇、江西和四川6個(gè)省份所處區(qū)域與我國華中酸雨區(qū)、西南酸雨區(qū)及華東沿海酸雨區(qū)基本吻合。

圖1 全國酸雨區(qū)分布圖Fig.1 Distribution of acid rain areas in China

表1 各植茶省份茶園土壤平均和最低pH值Tab.1 The average and minimum pH value of soil in teaplantations in each tea-planting province

表2 各植茶省份及全國茶園土壤平均和最低pHTab.2 The average and minimum pH value of soil in teaplantations in each tea-planting province

2.2 全國土壤樣品pH值分布

從圖2可看出，全國土壤樣品pH值的分布趨勢(shì)，共涉及47篇文獻(xiàn)，18222個(gè)土樣，pH<4.5的土樣數(shù)為11416，占全國土樣的62.65%，4.55.5的土樣數(shù)為835，占全國土樣的4.6%。表明全國接近三分之二的土壤酸化嚴(yán)重，適宜植茶土壤面積呈顯著下降趨勢(shì)，亟需采取措施進(jìn)行改善。

圖2 土壤樣品pH值分布圖Fig.2 Distribution of pH value of soil samples

2.3 不同海拔高度茶園土壤樣品pH值分布

從圖3 (a)可看出，不同海拔高度茶園土壤樣品pH值分布有所不同，共涉及30篇文獻(xiàn)，在海拔小于300 m的茶園中，茶園土壤樣品pH值處于最適宜區(qū)間4.5～5.5的茶園個(gè)數(shù)為4，pH<4.5的茶園個(gè)數(shù)為6；在海拔位于300～1000 m的茶園中，茶園土壤樣品pH值處于最適宜區(qū)間4.5～5.5的茶園個(gè)數(shù)為5，pH<4.5的茶園個(gè)數(shù)為5，pH>5.5的茶園個(gè)數(shù)為1；在海拔大于1000 m的茶園中，茶園土壤樣品pH值處于最適宜區(qū)間4.5～5.5的茶園個(gè)數(shù)為7，pH<4.5的茶園個(gè)數(shù)為2。表明茶園土壤酸化程度隨著海拔高度的增加有所緩解，這可能因?yàn)椴铇涫蔷参铮诓煌０蜗律L有所區(qū)別，導(dǎo)致根系釋放的有機(jī)酸含量不同[13-14]。

圖3 不同海拔高度茶園土壤pH值分布與不同茶品種茶園土壤pH值圖Fig.3 Distribution of soil pH value of tea plantations atdifferent altitudes/with different tea varieties

2.4 不同茶品種茶園土壤樣品pH值

從圖3(b)可看出，不同茶品種茶園土壤樣品pH值有所差異，共涉及16篇文獻(xiàn)。整體上來看，綠茶茶園土壤pH值最高，為4.89，處于茶樹種植最適宜范圍，其次為白茶茶園，pH值為4.24，鐵觀音茶園最低，pH值僅為4.13。表明茶園土壤酸化程度會(huì)受到不同茶品種的影響，這可能與不同茶品種的根際土壤真菌群落多樣性和豐富度不同而導(dǎo)致的[15]。

3 討論

茶園土壤的持續(xù)酸化是阻礙茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，進(jìn)入21世紀(jì)以來全國茶園土壤pH值降低了0.47～1.43個(gè)單位。本文研究結(jié)果表明，我國茶園土壤平均pH為4.56，低于顏鵬等人收集截止2016年有關(guān)全國茶園土壤文獻(xiàn)研究中的全國平均pH4.73，低于全國森林土壤平均pH5.74；比我國主要經(jīng)濟(jì)作物土壤平均pH值低1.02個(gè)單位。從全國范圍來看，各省茶園平均pH值和最低pH值差異大，平均pH值最高的河南省比最低的重慶市高1.25個(gè)單位，海南省和西藏自治區(qū)的土樣最低pH值為4.58、4.55，比重慶市與浙江省的最低pH2.51分別高2.07和2.04個(gè)單位，表明處于西南酸雨區(qū)的重慶市茶園土壤酸化在全國最為嚴(yán)重，重慶市和浙江省部分地區(qū)茶園土壤酸性極強(qiáng)。

全國茶園土壤類型有下蜀黃土、黃沙土、粗骨土壤、水稻土、赤紅土、石灰土、棕壤、冷沙黃壤、白沙土、潮土、磚紅土、沖積土和褐色土，最常見的土壤類型為紅壤、黃壤、黃紅壤、黃棕壤及酸性紫色土，山東省與河南省茶園平均pH值高，主要是因?yàn)檫@兩個(gè)地區(qū)堿性土壤多，而處于西南及南部的省份紅壤類茶園較多，且土壤類型本身為酸性，淋溶作用強(qiáng)，保水和保肥能力差，所以茶園土壤平均pH值均低于5.0；所收集文獻(xiàn)中包含年平均降雨量的，均在1000 mm以上，表明茶樹生長需要充沛的雨水條件。

從茶園pH值的分布也反映出了茶園土壤的酸化程度和趨勢(shì)，全國僅有32.75%的茶園處于最佳植茶范圍，將近三分之二的茶葉酸化嚴(yán)重，已經(jīng)不再適宜種茶，呈現(xiàn)出了高pH值茶園逐漸減少，低pH值茶園逐漸增加的趨勢(shì)，有研究表明，江西、福建、湖南、浙江和廣東茶園土壤平均pH值小于5.5的占比分別為100%、96.9%、93.7%、86.0%和93.0%。此外本研究發(fā)現(xiàn)在不同海拔高度和不同茶品種之間的茶園土壤酸化程度有所不同，這可以成為改善茶園或者緩解茶園土壤酸化的切入點(diǎn)；導(dǎo)致茶園土壤酸化的原因分外因和內(nèi)因，外因主要有酸雨、酸沉降和施肥，其中氮肥的施用貢獻(xiàn)率高達(dá)80%，內(nèi)因主要有茶樹釋放的有機(jī)酸和植茶年限，隨著植茶年限的增加，酸化程度加重，土壤酸化后交換性鹽基離子含量下降，細(xì)菌含量下降，真菌、益生菌和病原菌含量增加，導(dǎo)致茶多酚等茶品質(zhì)含量下降，進(jìn)而影響茶葉品質(zhì)和產(chǎn)量。所以需要根據(jù)茶園具體酸化情況制定相應(yīng)措施進(jìn)行改善，保證民生茶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論及改善措施

4.1 結(jié)論

我國酸雨區(qū)基本覆蓋18個(gè)植茶省份，全國植茶省份茶園土壤平均pH值為4.56，茶園土壤平均pH值最高的為河南省，達(dá)到5.42，最低的為重慶市的4.17，最低土樣pH為浙江和重慶的2.51，部分土壤酸性極強(qiáng)，重慶市為酸化最嚴(yán)重省份，全國處于最適宜植茶pH值范圍的茶園僅為32.75%，茶園平均pH值在不同海拔高度和不同茶品種之間的茶園土壤酸化程度有所差異。

4.2 改善措施

(1)施加有機(jī)肥。施用有機(jī)肥可有效避免酸性肥料的使用，且有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量高，營養(yǎng)豐富，可增強(qiáng)土壤抗逆性。

(2)添加生物質(zhì)炭。生物質(zhì)炭可增加陽離子交換量和有機(jī)碳儲(chǔ)備量，提高保水保肥能力，與其他物質(zhì)形成穩(wěn)定化合物。

(3)添加石灰石。石灰石撒到土壤中可中和酸性物質(zhì)，提高土壤緩沖能力。