莫 雪,胡伊然,劉慧龍,張 欽,易維潔
(1.貴州省茶葉研究所,貴州 貴陽 550006;2.貴陽市花溪農(nóng)業(yè)局,貴州貴陽 5500025;3.貴州省土壤肥料研究所/貴州省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站,貴州 貴陽 550006;4.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院,貴州 貴陽 5500025 )
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■技術(shù)探討
貴州山地茶園土壤過酸化潛在風(fēng)險(xiǎn)及防控措施
莫雪1,胡伊然1,劉慧龍2,張欽3*,易維潔4
(1.貴州省茶葉研究所,貴州 貴陽550006;2.貴陽市花溪農(nóng)業(yè)局,貴州貴陽5500025;3.貴州省土壤肥料研究所/貴州省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站,貴州 貴陽550006;4.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院,貴州 貴陽5500025 )
茶樹喜歡酸性土壤,但并非土壤酸性越強(qiáng),越適宜茶樹生長(zhǎng),土壤酸化是我國(guó)茶園中存在的一個(gè)普遍性問題。為此,分析了茶園土壤酸化的主要原因,闡述了貴州山地茶園土壤過酸化的潛在危險(xiǎn),并提出了防控措施。
山地茶園;土壤過酸化;危害;防控
近年來,茶園土壤酸化不僅僅存在于個(gè)別省份和個(gè)別茶園,而是我國(guó)不同地區(qū)茶園土壤酸化加重,土壤pH值適宜的茶園比例在不斷減少[1-4]。1994~2004年,江蘇句容高廟茶園、宜興新街茶園、高淳青山茶園和南京中山陵茶園的4個(gè)定點(diǎn)土壤pH值由4.87、4.76、4.47、4.98分別下降到4.36、4.27、4.40和4.46[5-6]。2003-2005年江蘇省的典型茶園調(diào)查發(fā)現(xiàn)23個(gè)茶園土壤pH值均低于茶樹生長(zhǎng)最適值pH5.5,且從時(shí)間尺度來看,江蘇省茶園土壤在近10a間發(fā)生了嚴(yán)重的酸化[7]。2010年福建省107個(gè)典型茶園中,土壤pH值在4.50以下的茶園占86.9%,其中pH值低于4.00的占28%[8]。
茶樹(CamelliasinensisL.)是適于酸性土壤的深根植物,對(duì)土壤的酸堿度很敏感,一般pH值為4.5~6.0的酸性和微酸性土中,生長(zhǎng)良好,pH值以4.5~5.5最為適宜,當(dāng)pH值低于4或高于6.5時(shí),茶樹生長(zhǎng)逐漸停滯[9]。貴州位于云貴高原東部斜坡地帶,高起四川盆地和湘桂丘陵之間的亞熱帶巖溶化山原,酸性黃壤廣泛發(fā)育[10],加上低緯度、高海拔,寡日照等條件使得貴州發(fā)展茶葉具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),貴州省省委、省政府也高度重視、大力推動(dòng)茶產(chǎn)業(yè)快速成長(zhǎng)。到2014年底,全省茶園面積已達(dá)44.13萬hm2,連續(xù)兩年排名全國(guó)第一。全省有茶葉園區(qū)30個(gè),茶園面積2萬hm2以上的縣4個(gè)、1.33萬hm2至2萬hm2的縣7個(gè)、0.67萬hm2至1.33萬hm2的縣21個(gè),擁有2518家茶葉加工企業(yè)及合作社,全年茶葉總產(chǎn)值165億元,綜合產(chǎn)值271億元。根據(jù)《貴州省茶產(chǎn)業(yè)提升三年行動(dòng)計(jì)劃(2014-2016年)》,到2016年,貴州茶園面積將達(dá)到47萬hm2、年產(chǎn)量27萬t、茶葉綜合產(chǎn)值實(shí)現(xiàn)500億元,農(nóng)民人均茶葉收入達(dá)到1000元[11]。因此,充分發(fā)揮我省自然資源優(yōu)勢(shì),了解茶園土壤過酸化的原因,以發(fā)展的眼光看問題,正視茶園土壤過酸化帶來的風(fēng)險(xiǎn),積極采取防控結(jié)合的管理方法,這無論是對(duì)我省茶產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,還是保障700**山地茶園生產(chǎn)都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
1.1自身因素
茶園在自然狀況下隨著植茶年齡的增長(zhǎng),土壤pH值降低,其中一個(gè)因素是由茶園土壤發(fā)生學(xué)決定的。茶樹可利用根分泌的有機(jī)酸及多酚類物質(zhì)將土壤中的磷和鋁絡(luò)合吸收[12]。當(dāng)磷和鋁進(jìn)入茶樹后,磷大部分被輸送到幼嫩部分供生長(zhǎng),鋁大部分進(jìn)入老葉聚積起來,老葉中含量可達(dá)20000mg/kg[13],當(dāng)老葉脫落,積累的鋁重新進(jìn)入土壤,于是,土壤深處的鋁逐漸在表層聚集起來,雖然在這個(gè)過程中鈣、鎂等鹽基離子也參與表層的富集過程,但遷移能力強(qiáng),易被雨水淋洗到深處,但鋁的移動(dòng)性差,在土壤表層大量富集,使之不斷酸化。而另一個(gè)因素則是茶樹自身代謝[14],因?yàn)椴铇涫恰跋逾}”作物,碳代謝過程中所產(chǎn)生的多余有機(jī)酸不易用鈣中和,而是通過根系的分泌物排除。茶樹根系分泌的有機(jī)酸不僅具有較強(qiáng)的絡(luò)合能力,同時(shí)也具有與陰離子競(jìng)爭(zhēng)吸附點(diǎn)位的能力,因此它對(duì)于土壤的酸度有較大的影響[15],并且茶樹是多年生常綠作物,土壤翻耕條件差,根系代謝作用強(qiáng)烈。
1.2外界因素
茶園土壤的酸化受人類外界因素的影響更大。茶樹是葉用作物,每年因采摘大約要消耗135kg N/hm2的純氮(以年產(chǎn)3000kg/hm2干葉計(jì)算),因此,為了保持土壤的肥力,每年至少需要向土壤中補(bǔ)充氮肥375kg N/hm2[16]。而施肥被認(rèn)為是直接影響茶園土壤酸度的首要因素,其中施肥不平衡,重施氮肥、輕施有機(jī)肥是導(dǎo)致我國(guó)茶園土壤酸化的一個(gè)重要原因[17]。茶樹是喜銨作物,其對(duì)銨態(tài)氮的選擇吸收作用大于對(duì)硝態(tài)氮的,因此導(dǎo)致在茶園施肥管理中偏施氮肥,特別是酰胺態(tài)氮肥和銨態(tài)氮肥,而銨態(tài)氮肥中的硫酸銨是生理酸性肥料,長(zhǎng)期大量施用會(huì)加劇土壤酸化[18]。尿素雖為中性肥,但其在酸性條件下經(jīng)脲酶水解可生成NH4+, NH4+又與土壤鹽基離子競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn),從而造成鹽基離子的淋洗,促進(jìn)了茶園土壤的酸化[19]。另外,高山茶園普遍坡度較陡,雨量較充沛且集中,水土保持措施不完善,存在不同程度的水土流失現(xiàn)象,土壤有機(jī)質(zhì)流失,土壤也會(huì)逐漸酸化[20]。
1.3貴州山地茶園土壤酸度現(xiàn)狀
貴州全省均有茶樹分布,雖然貴州多數(shù)地方適合茶樹種植,但就目前種植面積較大的主要分布在都勻、貴定、湄潭、普定、印江、石阡、鳳岡、金沙、雷山、 黎平、花溪等地區(qū)[21]。根據(jù)《貴州省種植業(yè)區(qū)劃》及農(nóng)業(yè)部無公害茶園土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,劃分種植茶樹土壤pH值在4.5~5.5的區(qū)域?yàn)榉浅_m宜地,pH值在5.5~6.5的區(qū)域?yàn)檫m宜地,pH值在4.0~4.5的區(qū)域?yàn)楸容^適宜地,pH>6.5或pH<4.0的區(qū)域?yàn)椴贿m宜地[22]。近年來有很多學(xué)者對(duì)貴州茶園土壤pH值做了大量調(diào)查,2008、2009年貴州省普通茶園土壤平均pH值為4.60,普遍存在缺磷和缺鉀[23]。2010年抽查全省新發(fā)展茶園土壤pH范圍為3.71~9.24,平均值為5.36,pH值4.0~6.0占79.8%,而pH值4.5~5.5占62.8%[24]。興義有機(jī)茶園土壤pH值為5.31,存在缺磷和缺鉀現(xiàn)象[25]。湄潭、鳳岡、都勻、西秀、正安5 個(gè)重點(diǎn)茶區(qū)土壤普遍酸化,都勻和西秀茶園土壤pH值極顯著低于湄潭和鳳岡,主要集中在3.00~4.00,土壤嚴(yán)重酸化;湄潭和鳳岡茶園土壤pH值極顯著低于正安,主要集中在4.00~4.50,土壤酸化;正安茶園土壤pH值主要集中在4.00~5.00,土壤有酸化趨勢(shì)[26]。通過分析推斷各地區(qū)土壤酸化的原因,其中茶樹根系為了適應(yīng)土壤缺磷環(huán)境分泌有機(jī)酸是5個(gè)重點(diǎn)茶區(qū)土壤酸化的一個(gè)主要原因[27],都勻、西秀、湄潭和鳳岡茶園有機(jī)質(zhì)含量豐富,茶樹凋落物、修剪枝葉等自身物質(zhì)循環(huán)是導(dǎo)致其土壤酸化的另一重要原因[28],另外,都勻和西秀茶園土壤全氮含量豐富,長(zhǎng)期大量偏施尿素、生理酸性肥料也是土壤酸化的一個(gè)原因[29]。
2.1土壤鹽基離子淋失,茶樹吸收營(yíng)養(yǎng)不平衡
土壤過酸化會(huì)導(dǎo)致鹽基離子加速淋失,而且其淋失量隨土壤pH值高低而變化。當(dāng)土壤pH值下降時(shí)土壤中正電荷增加,凈負(fù)電荷減少,對(duì)鈣、鎂、鉀等養(yǎng)分離子的吸附量顯著減少。這些陽離子與土壤的結(jié)合能力隨pH值的降低而減少,使得這些離子比較容易隨水淋失[30]。尤其是鎂離子,鎂是茶樹重要的營(yíng)養(yǎng)元素,對(duì)綠茶品質(zhì)有重要影響,施鎂不僅可提高茶葉產(chǎn)量,而且還能改善綠茶的品質(zhì)[31]。不僅這樣,還會(huì)降低土壤中的鈣、磷等大量元素和鉬、硼等微量元素的有效性,影響作物的吸收[32]。另外,土壤過酸化造成土壤有機(jī)物分解不完全,土壤中有機(jī)酸積累,使土壤的氧化還原電位降低,導(dǎo)致茶葉生長(zhǎng)障礙[33]。除此之外,土壤pH值與茶樹對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素和微量元素吸收的影響很大。當(dāng)土壤 pH在5.0~6.0 時(shí),茶樹根系發(fā)達(dá),發(fā)芽早,新梢生長(zhǎng)快,而在 pH<4.0 時(shí)茶樹根尖生長(zhǎng)受抑制,對(duì)氮、磷、鉀的吸收量急劇下降,茶樹發(fā)芽遲緩。隨土壤pH值降低,茶樹對(duì)鋁、鋅、錳的吸收增大,對(duì)鈣的吸收減少[34]。
2.2土壤重金屬活性增加,茶樹富集風(fēng)險(xiǎn)增高
貴州省蘊(yùn)藏著十分豐富的礦產(chǎn)資源,汞礦儲(chǔ)量、產(chǎn)量均居全國(guó)第一,磷礦儲(chǔ)量居全國(guó)第二,煤炭?jī)?chǔ)量居全國(guó)第五,含煤層占全省面積的28 %,因此,貴州土壤重金屬背景值普遍較高。研究表明,貴州茶園土壤存在一定程度的Cd和Hg污染[35-37],而Cr的單項(xiàng)污染指數(shù)均較高[38-39]。湄潭茶產(chǎn)區(qū)土壤Cd的超標(biāo)率最高,達(dá)到39.4%,都勻茶產(chǎn)區(qū)土壤Hg超標(biāo)率最高,為24.2%,但幸運(yùn)的是,這3個(gè)典型名優(yōu)茶產(chǎn)區(qū)茶葉中重金屬含量低于GB2762-2005《食品中污染限量》中限量要求[40]。然而,茶葉重金屬超標(biāo)依然存在潛在威脅,因?yàn)檫@6種重金屬元素在這3個(gè)茶產(chǎn)區(qū)茶葉中均有檢出,并且發(fā)現(xiàn)不同重金屬在茶葉中的富集系數(shù)[40-43]為Cd>Hg>Cu>Pb >Cr>As。重金屬在茶葉中的富集不僅受到茶葉富集能力的影響,還受土壤性狀的影響。土壤的pH值較低可導(dǎo)致碳酸鹽和氫氧化物結(jié)合態(tài)重金屬的溶解、釋放,同時(shí)也可增加吸附態(tài)重金屬的釋放,在某程度上削弱了土壤對(duì)重金屬的吸附和固定,使某些重金屬元素的活性增加,易于產(chǎn)生遷移與轉(zhuǎn)化,這樣為重金屬元素被茶葉富集提供了條件,加大了茶葉重金屬超標(biāo)的可能性。另外,當(dāng)pH<4.0時(shí),土壤中水溶性氟含量迅速增加[44],茶樹是富氟能力很強(qiáng)的植物,葉片是茶樹對(duì)氟的主要積累器官[45],茶園土壤的極度酸化很可能會(huì)導(dǎo)致茶葉中氟含量升高,而在飲茶過程中約有42%-86%的氟可溶于茶水而被人體攝入,茶葉飲用產(chǎn)生安全問題。
2.3抑制土壤微生物區(qū)系功能,不利于土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化
土壤中絕大多數(shù)微生物對(duì)酸敏感,所以茶園土壤酸化使土壤中微生物的生長(zhǎng)繁殖受到抑制。同時(shí),酸化土壤中高濃度的鋁,也會(huì)毒害微生物,使微生物的活性喪失[46]。隨著土壤環(huán)境酸化,微生物種類均大量減少,活性降低,不利于有機(jī)質(zhì)的礦化和氮素的固定,同時(shí)也不利于土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化,因而,土壤酸化必然影響到茶樹的正常生長(zhǎng)[47-48]。
3.1建立長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)
土壤是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),土壤酸化是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程,一旦形成茶園土壤過酸化,就意味著這個(gè)茶園開始走向衰敗了,這就需要我們重視防治結(jié)合,建立長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè),了解茶園土壤pH的動(dòng)態(tài)變化,掌握土壤酸化現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì),分析造成pH值降低的原因,根據(jù)其特點(diǎn)采取相應(yīng)的措施,及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)調(diào)整,降低茶園土壤過酸化的發(fā)生率。
3.2實(shí)行科學(xué)施肥技術(shù)
施肥技術(shù)不科學(xué)是山地茶園土壤加速酸化的一個(gè)重要原因,因此,可以增施有機(jī)肥、平衡施肥,提升土壤質(zhì)量。有機(jī)肥通常含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素,可以補(bǔ)充由于土壤酸化而造成的鹽基離子淋失,而這些鹽基離子及其與各種有機(jī)酸形成的絡(luò)合體具有很強(qiáng)的緩沖能力,可緩解酸化速度[16]。與此同時(shí),茶園中肥料應(yīng)將氮、磷、鉀、鎂等元素配合施用以平衡土壤養(yǎng)分,調(diào)節(jié)土壤 pH值[18]。
3.3加強(qiáng)水土保持措施
山地茶園坡度大、坡面長(zhǎng),容易發(fā)生水土流失,導(dǎo)致茶園土壤有機(jī)質(zhì)減少,生態(tài)環(huán)境惡化,土壤質(zhì)量下降,這也是山地茶園土壤過酸化的重要原因之一。因此,加強(qiáng)山地茶園水土保持措施非常重要,一方面可以種植綠肥,在種植利用過程中,可以通過根系分泌物、干濕交替、腐解過程,使土壤中難溶性養(yǎng)分活化、改善土壤理化性狀、有利于團(tuán)聚體形成,促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)、提高土壤養(yǎng)分。另一方面,充分利用稻草、秸稈、雜草原料鋪蓋于茶園行間,具有培肥茶園、疏松土壤、蓄水保濕、繁衍有益生物等優(yōu)點(diǎn),是一項(xiàng)省工節(jié)本、操作簡(jiǎn)便的技術(shù)[20]。另外,實(shí)踐證明,坡度≥25°時(shí)原則上不應(yīng)開墾,已墾的要逐步改造,或退茶還林[49]。除此之外,坡地茶園茶樹種植采用非梯式墾植技術(shù)[50]。
3.4發(fā)展復(fù)合生態(tài)茶園
生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性越復(fù)雜,其系統(tǒng)穩(wěn)定性就越高,由于人們的生產(chǎn)活動(dòng),純茶園是一個(gè)由復(fù)雜的自然生態(tài)系統(tǒng)被單調(diào)的人工生態(tài)系統(tǒng)所取代的結(jié)果,生態(tài)系統(tǒng)的多樣性遭受損失,降低了茶園生態(tài)系統(tǒng)的功能。構(gòu)建復(fù)合型生態(tài)茶園可以調(diào)節(jié)小氣候、改善土壤物理性狀、提高土壤質(zhì)量,使系統(tǒng)朝著有利的方向發(fā)展,可考慮喬-灌或灌-草(豆、薯、菌)兩層結(jié)構(gòu)、喬-灌-草(豆、薯、菌)三層結(jié)構(gòu)、喬-灌-草(豆、薯、菌)-藥(如天麻)四層結(jié)構(gòu),但最好不采用常綠樹種間作[50]。這樣,提升茶園生態(tài)系統(tǒng)功能,增強(qiáng)其穩(wěn)定性,有利于避免茶園土壤過酸化。
綜上所述,茶樹“喜酸”但土壤不能“過酸”,茶園土壤過酸化短期內(nèi)對(duì)茶樹不會(huì)產(chǎn)生明顯的不良反應(yīng),但卻嚴(yán)重影響土壤環(huán)境,鹽基離子淋失、營(yíng)養(yǎng)元素比例失調(diào)、重金屬活性增高、微生物活性降低、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化緩慢等,這些都不利于茶樹的健康生長(zhǎng),茶葉的品質(zhì)形成以及茶園的蓬勃發(fā)展。因此,在茶園生產(chǎn)過程中,重視土壤pH變化,做好監(jiān)測(cè)與趨勢(shì)分析,做到防控結(jié)合管理,以此為貴州47萬hm2茶園的可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。
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Study on Potential Risk and Prevention and Control Measures on Soil Over-acidification at Tea Plantation in Mountainous Tea Garden of Guizhou
MO Xue1,HU Yi-ran1, LIU Huilong2, ZHANG Qin3*,YI Wei jie4
(1.GuizhouTeaResearchInstitute,Guiyang,Guizhou550006,China; 2.GuiyangHuaxiBureauofAgriculture,Guiyang,Guizhou550025,China; 3.GuizhouInstituteofsoilandfertilizer/GuizhouInstituteofAgriculturalResourcesandEnvironment/ScientificObservingandExperimentalStationofArableLandConservationandAgricultureEnvironment(Guizhou),MinistryofAgriculture,Guiyang,Guizhou550006,China;4.CollegeofAgriculture,GuizhouUniversity,Guiyang,Guizhou550025,China)
Acidic soil is one of the essential requirements for tea growth, but over-acidification soil is not good for tea.And soil acidification is a universal problem in tea plantation in China. This paper analyses the main cause of over-acidification soil; expounds the potential risk of over-acidification of tea garden soil in Guizhou; and summarizes prevention and control measures.
mountainous tea garden; over-acidification soil; harm; measures
2016-04-15
貴州省教育廳高等學(xué)校人文社會(huì)科學(xué)研究基地項(xiàng)目(JD2014018);聯(lián)合基金(黔科合LH字[2014]7702號(hào));人才培養(yǎng)項(xiàng)目(黔農(nóng)科院CR合字(2014)15號(hào))
莫雪(1988- ),女,研究實(shí)習(xí)員,本科,主要從事茶園可持續(xù)發(fā)展及茶業(yè)經(jīng)濟(jì)文化研究。E-mail:wschjdtc@163.com
張欽(1988- ),女,助理研究員,碩士研究生,主要從事土壤學(xué)與生態(tài)環(huán)境研究。E-mail:zhangqinzq@qq.com