廣東茶區(qū)土壤肥力時(shí)空變化分析與綜合評(píng)價(jià)

崔瑩瑩，周 波，陳義勇，劉嘉裕，黎健龍，唐 顥，唐勁馳

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所/廣東省茶樹資源創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640）

0 引言

茶樹(Camellia sinensis)在中國(guó)廣泛分布，是重要的經(jīng)濟(jì)作物之一[1]。廣東省2009年以來茶產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，區(qū)域特色鮮明，現(xiàn)有茶園面積已達(dá)7.72萬hm2，茶葉產(chǎn)量達(dá)11.07萬t，2019年茶葉產(chǎn)值達(dá)89.7億元[2]，主要分為粵東、粵西和粵北3個(gè)主要茶區(qū)[3]。雖然茶園面積增加，但是部分茶園管理水平不足，茶農(nóng)科學(xué)施肥的意識(shí)和技術(shù)有限，茶樹種植土壤酸化率高，茶園普遍存在土壤酸化問題，這些都限制著廣東茶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4-5]。目前許多產(chǎn)茶大省都有對(duì)其茶園土壤養(yǎng)分特征進(jìn)行分析，邵元海等[6]對(duì)江蘇省8個(gè)主要產(chǎn)茶區(qū)茶園土壤主要養(yǎng)分現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)果僅有37%的茶園土壤樣品符合高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)土壤的營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)。林小兵等[7]對(duì)江西省21個(gè)地區(qū)茶園土壤肥力特征分析，明確其土壤養(yǎng)分的限制因子。張小琴等[8]對(duì)貴州重點(diǎn)茶園土壤pH和主要養(yǎng)分進(jìn)行分析及綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各茶園普遍缺磷和缺鉀，極少能達(dá)到優(yōu)質(zhì)高效高產(chǎn)茶園土壤標(biāo)準(zhǔn)。土壤肥力如有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀等是茶樹生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，顯著影響茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)，茶園土壤中的中微量元素也是茶樹進(jìn)行生長(zhǎng)代謝中必不可少的元素[9]，而土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、酸堿度等也是表征土壤質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[10]。廣東省茶園土壤營(yíng)養(yǎng)狀況在2009年進(jìn)行了調(diào)查分析，對(duì)3個(gè)茶區(qū)的土壤肥力進(jìn)行評(píng)價(jià)并給出茶園培肥建議[11]，但是經(jīng)過2009—2019年的發(fā)展，不同茶區(qū)的土壤肥力究竟產(chǎn)生了哪些變化，培肥效果如何，有哪些地方仍需要進(jìn)一步改進(jìn)，尚不清晰。因此，分析廣東省主要茶區(qū)土壤的時(shí)空變化，有助于了解茶園土壤養(yǎng)分特征的變化，調(diào)整土壤養(yǎng)分管理策略，提高茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)。筆者以粵東、粵西和粵北3個(gè)主要茶區(qū)為研究區(qū)域，通過對(duì)2009年和2019年廣東省3個(gè)主要茶區(qū)土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀和中微量元素等指標(biāo)的綜合分析，了解2009年后廣東省不同茶區(qū)10年土壤養(yǎng)分的時(shí)空變化特征，以期為茶園養(yǎng)分管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

按照地域及主栽品種和茶樹種植管理習(xí)慣劃分，廣東省可以分為3個(gè)茶葉主產(chǎn)區(qū)：（1）粵東茶區(qū)，包括潮州、梅州、河源等，主要生產(chǎn)單叢烏龍茶、客家炒青綠茶等；（2）粵西茶區(qū)，包括湛江、茂名、陽(yáng)江、云浮等，主要生產(chǎn)顆粒烏龍茶、綠茶、紅茶等；（3）粵北茶區(qū)，包括清遠(yuǎn)、韶關(guān)等，主要生產(chǎn)紅茶、綠茶，部分發(fā)展白茶、黃茶等。2009年的土壤肥力數(shù)據(jù)采用本課題組前期的調(diào)研數(shù)據(jù)[10]，共計(jì)53個(gè)調(diào)查點(diǎn)（粵東31個(gè)、粵西10個(gè)、粵北12個(gè)）。2019年10—11月，在第一次調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)各茶區(qū)現(xiàn)有茶園的分布特點(diǎn)調(diào)整了部分調(diào)查點(diǎn)，共計(jì)43個(gè)，其中粵東14個(gè)、粵西8個(gè)、粵北21個(gè)。在每個(gè)調(diào)查點(diǎn)采用五點(diǎn)法隨機(jī)取0～20 cm土壤混合樣，風(fēng)干，用于測(cè)試土壤肥力指標(biāo)。

1.2 測(cè)定方法

土壤pH采用pH計(jì)電位法（水土質(zhì)量比為2.5）測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用火焰分光光度法測(cè)定[12]；鐵、錳、銅、鋅采用1 mol/L鹽酸浸提，原子吸收分光光度法測(cè)定；鈣、鎂采用1 mol/L乙酸銨浸提，原子吸收分光光度法測(cè)定[13]。土壤養(yǎng)分指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)參照全國(guó)第二次土壤普查標(biāo)準(zhǔn)，見表 1[14]。

表1 土壤養(yǎng)分指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)的計(jì)算整理采用Microsoft Excel 2010；用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)不同年代不同茶區(qū)的土壤養(yǎng)分差異采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，顯著性水平取P＜0.05。文中數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示；通過在R中導(dǎo)入ADE-4軟件包，對(duì)不同年代不同茶區(qū)土壤養(yǎng)分差異特征進(jìn)行主成分分析[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 廣東省主要茶區(qū)近10年土壤肥力變化分析

2.1.1 粵東茶區(qū) 粵東茶區(qū)2009—2019年主要土壤肥力指標(biāo)變化情況如圖1所示。2009—2019年間土壤pH基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯酸化。有機(jī)質(zhì)和速效鉀的含量均顯著增加(P＜0.05)，其中，根據(jù)土壤養(yǎng)分指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)質(zhì)含量增加到22.87 g/kg，達(dá)到中等水平(20～30 g/kg)，速效鉀含量增加到123.00 mg/kg，接近較豐富水平(150～200 mg/kg)。堿解氮的含量顯著下降(P＜0.05)，從中等水平(90～120 mg/kg)下降到缺乏水平(≤60 mg/kg)。有效磷的含量也有下降，但是未達(dá)到顯著水平。

圖1 不同年代粵東茶區(qū)土壤肥力的情況

為綜合分析不同年代粵東茶區(qū)土壤肥力的差異，對(duì)2009年和2019年粵東茶區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力的變化進(jìn)行主成分分析（圖2）。第一主成分(PC1)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率32.4%，其主要與pH和堿解氮的含量變化有關(guān)；第二主成分(PC2)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率28.0%，其主要與有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量的變化有關(guān)（圖2a）。第一主成分和第二主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到60.4%，基本可以反映不同年代粵東茶區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力變化的大部分信息，且受第一、二主成分的綜合影響，2009年和2019年粵東茶區(qū)土壤肥力差異顯著（P=0.001，圖2b）。2009年土壤肥力主要偏向較高的堿解氮含量和較低的速效鉀含量，其土壤肥力主要決定指標(biāo)是堿解氮，主要限制因素是鉀素的缺乏。2019年土壤肥力主要偏向較高的速效鉀含量和較低的堿解氮含量，其肥力主要決定指標(biāo)是速效鉀，主要限制因素是堿解氮。2個(gè)年代的主要決定指標(biāo)和限制因素均發(fā)生改變（圖2b）。

圖2 不同年代粵東茶區(qū)土壤肥力的主成分分析

2.1.2 粵西茶區(qū) 經(jīng)過2009—2019年的發(fā)展，粵西茶區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，同時(shí)土壤pH也出現(xiàn)顯著下降(P＜0.05)，土壤酸化程度加?。▓D3）。

圖3 不同年代粵西茶區(qū)土壤肥力的情況

對(duì)2009年和2019年粵西茶區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力的變化進(jìn)行主成分分析（圖4）。第一主成分(PC1)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率58.0%，其主要與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量變化有關(guān)；第二主成分(PC2)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率21.5%，其主要與pH的變化有關(guān)（圖4a）。第一主成分和第二主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到79.5%，基本可以反映2009—2019年粵西茶區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力變化的大部分信息。2009年和2019年粵西茶區(qū)土壤受pH的影響較大，2009年主要偏向茶區(qū)土壤pH較高的方向，而2019年主要偏向pH較低的方向。2009年和2019年粵西茶區(qū)土壤肥力差異并不顯著（P=0.4，圖4b）。

圖4 不同年代粵西茶區(qū)土壤肥力的主成分分析

2.1.3 粵北茶區(qū) 經(jīng)過2009—2019年的茶樹種植，粵北茶區(qū)土壤肥力不同年代差異情況如圖5所示。土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著增加(P＜0.05)，從18.46 g/kg增加至26.27 g/kg，根據(jù)土壤養(yǎng)分指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到中等水平(20～30 mg/kg)。此外，土壤有效磷和速效鉀含量也均有不同程度的上升，但兩者仍在低的水平。土壤逐漸肥沃，土壤堿解氮含量顯著下降至63.42 mg/kg(P＜0.05)，下降幅度達(dá)到29.74%。但土壤從pH 4.9下降至pH 4.4，土壤酸化程度加劇，下降幅度達(dá)到顯著水平。

圖5 不同年代粵北茶區(qū)土壤肥力的情況

對(duì)2009年和2019年粵北茶區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力的變化進(jìn)行主成分分析（圖6）。第一主成分(PC1)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率44.9%，其主要與土壤pH、堿解氮和有機(jī)質(zhì)的含量變化有關(guān)；第二主成分(PC2)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率22.2%，其主要與有效磷和速效鉀含量的變化有關(guān)（圖6a）。第一主成分和第二主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到67.1%，基本可以反映不同年代粵北茶區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力變化的大部分信息，2009年和2019年粵北茶區(qū)土壤肥力差異顯著（P=0.038，圖6b）。經(jīng)過10年的變化，2019年的土壤肥力逐漸偏向有機(jī)質(zhì)和有效磷含量較高的方向。

圖6 不同年代粵北茶區(qū)土壤肥力的主成分分析

2.2 廣東不同茶區(qū)土壤肥力空間差異分析

2019年3個(gè)茶區(qū)的土壤肥力屬性指標(biāo)差異情況如圖7所示?；洊|茶區(qū)的土壤pH稍高于其他2個(gè)茶區(qū)，但差異未達(dá)顯著水平。根據(jù)土壤養(yǎng)分指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，粵西茶區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著低于其他2個(gè)茶區(qū)(P＜0.05)，僅有13.86 mg/kg，為較缺乏水平(10～20 mg/kg)。速效鉀的規(guī)律與有機(jī)質(zhì)類似，也是粵西含量最低，達(dá)到缺乏的水平(≤50 mg/kg)。3個(gè)茶區(qū)的堿解氮和有效磷的含量差異均不顯著(P＞0.05)。

2019年3個(gè)茶區(qū)的有效性鐵、錳、銅、鋅、鈣和鎂的含量差異情況如圖7所示。鐵、錳、銅、鋅和鎂的含量均具有類似的規(guī)律性，粵北和粵東茶區(qū)其含量均高于粵西茶區(qū)，部分差異達(dá)到顯著水平(P＜0.05)，3個(gè)茶區(qū)土壤中的中微量元素含量均達(dá)到較豐富水平以上，短期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)元素缺乏的狀況。

圖7 2019年廣東省不同茶區(qū)土壤肥力的情況

為綜合分析廣東省不同茶區(qū)土壤現(xiàn)階段營(yíng)養(yǎng)情況的差異，對(duì)2019年粵東、粵西和粵北3個(gè)茶區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力和中微量元素含量的變化進(jìn)行主成分分析（圖8）。第一主成分(PC1)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率29.4%，其主要與有機(jī)質(zhì)、Mg、Fe和Cu的含量變化有關(guān)；第二主成分(PC2)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率20.5%，其主要與pH、速效鉀、堿解氮、有效磷、Mn和Zn含量的變化有關(guān)（圖8a）。第一主成分和第二主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到49.9%，基本可以反映廣東省不同茶區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力和中微量元素含量的大部分信息，且受第一、二主成分的綜合影響，粵東、粵西和粵北3個(gè)茶區(qū)土壤現(xiàn)階段營(yíng)養(yǎng)情況差異顯著（P=0.001，圖8b）?；洷辈鑵^(qū)土壤主要偏向有機(jī)質(zhì)、堿解氮、Mg、Cu和Zn含量較高的方向；粵東茶區(qū)土壤主要偏向速效鉀、Mn和Zn含量較高的方向；粵西茶區(qū)土壤主要偏向速效鉀和微量元素含量較低的方向（圖8b）。

圖8 廣東省不同茶區(qū)土壤肥力的主成分分析

3 結(jié)論

經(jīng)過2009—2019年的茶樹栽培，粵東茶區(qū)土壤養(yǎng)分管理趨向合理，土壤維持在pH 4.5以上，有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量顯著增加，但是堿解氮和有效磷的含量偏低，在今后施用有機(jī)肥的過程中可適當(dāng)注重氮磷肥的配施。粵北茶區(qū)土壤養(yǎng)分管理尚可，茶企普遍重視有機(jī)肥的施用，但是部分有機(jī)肥的種類需要調(diào)整為偏堿性的肥料并需配施適量土壤調(diào)理劑，以改善土壤酸化加劇的情況，同時(shí)需要加強(qiáng)磷鉀肥的施用?；浳鞑鑵^(qū)土壤肥力較差，并且土壤酸化加劇，應(yīng)適當(dāng)增施優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥并需配施適量土壤調(diào)理劑，以改善土壤肥力質(zhì)量。

4 討論

早在2016年中國(guó)已提出化肥零增長(zhǎng)的目標(biāo)，化肥減量增效的作用得以實(shí)現(xiàn)，在減少化肥施用量的同時(shí)茶園土壤肥力如何變化是許多茶農(nóng)關(guān)注的問題[16-17]。只有合理施肥才是提高茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵，而有機(jī)肥是重要的養(yǎng)分資源，可以有效改良土壤結(jié)構(gòu)和微生物種群[5]。研究表明，目前中國(guó)茶園過量施用化肥的問題依舊突出，有機(jī)肥所占比例較低[18]。本研究從時(shí)間和空間上對(duì)廣東省主要茶區(qū)土壤肥力的變化進(jìn)行分析，了解了廣東省茶園土壤的養(yǎng)分特征，制定了茶園化肥減施和有機(jī)肥施用策略。

粵東茶區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力在時(shí)間上差異顯著(P=0.001)，其主要決定指標(biāo)和限制因素均發(fā)生改變（圖2），土壤堿解氮含量顯著降低，土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量顯著提高（P＜0.05，圖1）。粵東茶區(qū)主要茶樹品種為單叢，其是廣東特有的烏龍茶[19]，2009年以來人們更關(guān)注茶葉品質(zhì)，很多研究發(fā)現(xiàn)施用鉀肥能增加游離氨基酸、水浸出物、茶多酚、咖啡堿等茶葉品質(zhì)物質(zhì)的含量[20-21]，也會(huì)增加異戊烯二磷酸類、苯丙氨酸類等香氣物質(zhì)的含量[22]。土壤鉀含量增加不僅可增產(chǎn)，還可提升品質(zhì)物質(zhì)如茶氨酸和兒茶素含量，增強(qiáng)抗旱和抗病能力[23]。過量施用氮肥會(huì)導(dǎo)致精氨酸累積，降低兒茶素含量，苦味增強(qiáng)，滋味變淡[24]?；洊|茶區(qū)2019年土壤pH無明顯變化，保持在pH 4.5以上（圖1），說明2009—2019年來粵東茶區(qū)土壤養(yǎng)分管理合理。粵西茶區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力在時(shí)間上差異并不顯著（P=0.4，圖4），但是其土壤pH顯著降低（P＜0.05，圖3），土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，這說明粵西茶區(qū)土壤肥力下降，養(yǎng)分管理水平不足?；洷辈鑵^(qū)土壤肥力差異顯著（P=0.038，圖6b），其土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著增加，但是土壤堿解氮顯著降低，土壤酸化加?。≒＜0.05，圖5），主要栽種優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的‘英紅九號(hào)’。2016年以來化肥施用量減少，但是施肥模式逐漸變得復(fù)雜，建設(shè)生態(tài)茶園已成為現(xiàn)在茶園發(fā)展的趨勢(shì)，茶農(nóng)觀念轉(zhuǎn)變，不再單一追求茶葉產(chǎn)量，開始注重茶葉品質(zhì)[25-26]。王建華等[27]的試驗(yàn)表明，有機(jī)肥部分替代化肥不僅提高茶葉鮮葉產(chǎn)量，更能提高茶葉中葉綠素和游離氨基酸含量，降低酚氨比，提升茶葉品質(zhì)。經(jīng)過2009—2019年的茶樹栽培，粵西和粵北茶區(qū)土壤pH顯著下降，土壤酸化問題突出。有研究表明，長(zhǎng)期施用生物有機(jī)肥，土壤肥力會(huì)有所提高，但是土壤pH會(huì)下降[28]。田小明等[29]通過盆栽試驗(yàn)，連續(xù)3年施用有機(jī)肥，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其土壤pH均下降。茶農(nóng)多施用糞肥，作為有機(jī)肥來源，長(zhǎng)期施用結(jié)果會(huì)導(dǎo)致土壤酸化[3]，這與本研究結(jié)果基本一致。因此，在減施化肥的同時(shí)，不應(yīng)過度施用糞肥等生物有機(jī)肥作為有機(jī)肥來源，應(yīng)選擇pH稍高的商品有機(jī)肥，并適量配施土壤改良劑[30]，更好地改善土壤結(jié)構(gòu)，提高施肥效率。

2019年廣東省3個(gè)主要茶區(qū)土壤營(yíng)養(yǎng)狀況在空間上的差異顯著（P＜0.05，圖8）?；浳鞑鑵^(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量均顯著低于粵東和粵北茶區(qū)（P＜0.05，圖7），土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量顯著影響茶葉產(chǎn)量和質(zhì)量[5]，可見粵西茶區(qū)的土壤養(yǎng)分管理水平低于粵東和粵北茶區(qū)。僅有粵東茶區(qū)土壤pH＞4.5，其他2個(gè)茶區(qū)土壤酸化問題突出。中微量元素同樣在茶樹生長(zhǎng)發(fā)育過程中必不可少，能直接或間接影響茶葉的品質(zhì)，是酶蛋白組成成分和酶促反應(yīng)的催化劑[1]，目前3個(gè)茶區(qū)土壤中的中微量元素含量均達(dá)到較豐富水平以上，短期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)元素缺乏的狀況?，F(xiàn)階段廣東省主要茶區(qū)土壤營(yíng)養(yǎng)狀況差異顯著（P=0.001，圖8），合理的土壤養(yǎng)分管理是茶葉可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，顯著影響茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)。由圖8可見，粵東茶區(qū)土壤養(yǎng)分平衡，粵北更偏重有機(jī)肥的施用，這可能與當(dāng)?shù)卦耘嗔?xí)慣有關(guān)?；浳鞑鑵^(qū)土壤養(yǎng)分管理水平較低，土壤酸化嚴(yán)重，有機(jī)質(zhì)含量均顯著低于其他2個(gè)茶區(qū)，需要增施優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥和氮鉀肥，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高茶葉品質(zhì)。