江蘇典型茶園土壤理化性質(zhì)研究

江蘇典型茶園土壤理化性質(zhì)研究

茶樹是一種喜酸性作物。適宜生長的土壤h在4.5.06.0之間，最適當(dāng)?shù)闹禐閔.5。當(dāng)土壤pH值低于4.0時茶樹生長就會受到抑制,更會對茶葉品質(zhì)帶來不良影響。近十幾年來工業(yè)“三廢”排放的增加導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化,酸雨強(qiáng)度和頻率增加,同時受人為不合理施肥管理以及植茶時間的延長等因素影響,江蘇茶園土壤酸化日趨嚴(yán)重。馬立峰等人比較了1998年與1990~1991年江蘇、浙江、安徽三省茶園土壤pH狀況,發(fā)現(xiàn)三省茶園土壤pH<4的比例由1990~1991年的13.7%上升到1998年的43.9%,近十年間三省茶園土壤酸化程度明顯加劇。程正芳等1994年測定了江蘇句容高廟、宜興新街和高淳青山茶場表層土壤pH(H2O)分別為4.87、4.76和4.47,而本課題組于2004年所監(jiān)測這3個茶場土壤pH分別降至4.36、4.27和4.40。研究表明[8~11],茶園土壤酸化不僅影響茶樹對土壤中養(yǎng)分的吸收,同時還會活化土壤中的重金屬。江蘇已經(jīng)出現(xiàn)茶葉中Pb、F超標(biāo)現(xiàn)象。目前對茶園土壤酸化的研究較多,但很少關(guān)注茶園土壤酸化速率問題。本文在課題組前期工作的基礎(chǔ)上,就江蘇茶園土壤酸化趨勢進(jìn)行定位監(jiān)測,重點(diǎn)研究茶園土壤酸化速率,并分析影響茶園土壤酸化速率的主要土壤性質(zhì),旨在為江蘇茶葉生產(chǎn)科學(xué)的土肥管理和尋求有效控制茶園土壤酸化的措施提供科學(xué)依據(jù)。1材料和方法1.1采樣點(diǎn)樣的設(shè)置和樣品采集自2001年以來,先后在江蘇省主要茶葉產(chǎn)區(qū),采用GPS定位技術(shù)對近三十個茶場進(jìn)行實(shí)地調(diào)查,并建立了定位觀測點(diǎn)。此后,每年對其中的部分茶園觀測點(diǎn),按統(tǒng)一采樣方法進(jìn)行監(jiān)測。在每個茶場的定點(diǎn)觀測茶園設(shè)6~8個采樣點(diǎn),分別采集0~20cm的表土。將各采樣點(diǎn)的土樣混合均勻,采用四分法保留1kg左右土樣。同時,選擇代表性茶場設(shè)置剖面采樣點(diǎn),分別采集0~20cm、20~40cm、40~60cm和60~80cm土樣,并對應(yīng)就近采集自然植被或非植茶地表層混合土樣和部分剖面分層土樣作為對照。將采集的土壤樣品帶回自然風(fēng)干、剔除雜物后磨碎分別過20目和100目篩待測。1.2土壤質(zhì)地測定茶園土壤樣品分析參照土壤農(nóng)化分析方法,p測定采用水浸提電位法(固液比1:2.5);土壤有機(jī)質(zhì)測定用外加熱重鉻酸鉀氧化—容量法;土壤質(zhì)地測定用比重計速測法;土壤陽離子交換量測定采用乙酸銨交換法。2結(jié)果與分析2.1茶園土壤承擔(dān)自然降雨、經(jīng)濟(jì)雙向壓力及表層土壤ph值的影響通過對典型茶園土壤定位觀測,江蘇茶園土壤呈現(xiàn)較嚴(yán)重的土壤酸化。典型茶園土壤及其對應(yīng)的自然土壤酸化速率的比較結(jié)果顯示(圖1),茶園土壤的酸化速率顯著(P<0.05)高于自然土壤,茶園土壤酸化已不容忽視。自然土壤的酸化主要受自然降雨條件的影響,據(jù)研究,我國酸雨發(fā)展日趨嚴(yán)重,酸雨面積逐漸擴(kuò)大。江蘇省降水充沛,自“九五”以來,酸雨發(fā)生頻率在30%左右,因此自然土壤也存在酸化。而茶園土壤酸化不僅與自然降雨有關(guān),同時還受人為施肥管理及茶樹自身代謝的影響。重氮肥、輕有機(jī)肥的做法是導(dǎo)致目前我國茶園土壤酸化的一個重要原因。研究表明[16~19],茶園土壤的酸化程度隨植茶年齡的增加而加重。茶樹主要通過吸收土壤中的Al和F并在體內(nèi)富集,隨枯枝落葉及透冠水把體內(nèi)的Al3+、F-及Al-F回歸土壤,成為茶樹鋁營養(yǎng)的供給源,長期種植茶樹可以加劇土壤酸化。茶園土壤酸化表層最為嚴(yán)重。圖2為部分典型茶園土壤剖面不同土層pH監(jiān)測數(shù)據(jù),結(jié)果表明,0~20cm土壤pH值最低,其中6個茶園該層土壤pH值均低于4,60~80cm土壤pH最大,土層越深土壤pH值越大。表層土壤是酸雨直接接觸部分,又是人類施肥、根系生長及耕作等其他管理活動的最主要層次,因此受到的影響最大。土層越深,土壤pH值越接近土壤背景值,而表層土壤與下層土壤pH值的巨大差異則說明茶園土壤酸化程度嚴(yán)重。2.2茶場土壤承擔(dān)原理、監(jiān)測結(jié)果分析將茶園土壤pH每年的降低值定義為茶園土壤酸化速率,并分別計算了不同時期茶園土壤的酸化速率。典型茶場土壤的定位監(jiān)測結(jié)果表明江蘇茶園土壤酸化呈現(xiàn)加劇的發(fā)展趨勢。表1為2003~2005年間宜興、鎮(zhèn)江、蘇州地區(qū)6個典型茶場土壤pH變化狀況,兩年時間內(nèi)6個茶場的土壤pH均有所下降。其中降幅最大的茶場pH值下降0.55個單位,酸化速率達(dá)0.28個pH單位/年,這6個茶場平均酸化速率為0.1個pH單位/年。2005年的測定結(jié)果顯示,6個茶場的土壤pH均低于4.5,與兩年前相比呈現(xiàn)酸化加劇趨勢,向接近4和低于4的方向發(fā)展。表2為2004~2008年間南京、揚(yáng)州、常州地區(qū)6個茶場土壤pH監(jiān)測結(jié)果。可以看出,這四年間有5個茶場土壤酸化速率大于0.1個pH單位/年,3個茶場土壤酸化速率達(dá)0.2個pH單位/年。2004年時包括南京傅家邊在內(nèi)的6個茶場的pH均大于4,其中3個大于4.5。但是,2008年監(jiān)測時均低于4,甚至有的接近于3.5。根據(jù)最近的調(diào)查,在所觀測的茶場中有67%的茶園土壤酸化速率大于0.1個pH單位/年,有33%的茶園土壤酸化速率大于0.2個pH單位/年。結(jié)合江蘇酸雨分布區(qū)域及其強(qiáng)度中心區(qū),即淮河以南沿長江8個城市酸雨污染相對較重,酸雨中心區(qū)域位于南通—無錫—常州—南京一帶。這必然會對蘇錫常地區(qū)茶園土壤酸化帶來影響,可以推斷近幾年蘇州、無錫地區(qū)茶場土壤的酸化速率也將會明顯加快。我們將進(jìn)一步做后續(xù)監(jiān)測和全面分析。2.3土壤理化性質(zhì)的增加茶園土壤酸化受多種因素的影響,除了大氣酸沉降、施肥管理等外因,也與土壤本身的理化性質(zhì)有關(guān)。對部分典型茶園土壤樣品進(jìn)行基本理化性質(zhì)分析(表3),并結(jié)合表1、表2的結(jié)果可以深入分析茶園土壤基本理化性質(zhì)和土壤酸化速率之間的關(guān)系。2.3.1土壤微量元素的增加土壤有機(jī)質(zhì)含量的高低對土壤酸化會有一定的影響。有報道稱,隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高,腐殖質(zhì)等膠體成分所起的土壤化學(xué)分子與鋁結(jié)合的橋梁作用增強(qiáng),會抑制由于根系分泌有機(jī)酸引起的可溶性鋁的增加,對土壤酸化起到一定的緩沖作用。圖3結(jié)果表明,隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加,茶園土壤酸化速率呈一定的下降趨勢,但統(tǒng)計檢驗(yàn)結(jié)果并沒有達(dá)到顯著水平(r=-0.4991,P=0.099>0.05)。這可能與本次調(diào)查的茶園土壤有機(jī)質(zhì)含量的分布范圍小且較為集中以及相應(yīng)茶場計算酸化速率的時間間隔不一致有關(guān)。但是有機(jī)質(zhì)含量高的茶園土壤整體上酸化速率較低。2.3.2茶園土壤實(shí)驗(yàn)設(shè)計與土壤流變率的關(guān)系茶園土壤酸化速率不僅受土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響,還受土壤粘粒含量的影響。圖4結(jié)果表明,本次調(diào)查的茶園土壤酸化速率與土壤粘粒含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.6728,P=0.016<0.05),粘粒含量高的茶園土壤酸化速率較低。土壤粘粒含量越高,土壤負(fù)電荷量越多,土壤陽離子交換量就越大,土壤的緩沖性能增強(qiáng),則土壤不易被酸化。2.3.3土壤氧化酶及陽離子交換量與土壤陽離子交換量的關(guān)系不同土壤的陽離子交換量存在差異,土壤陽離子交換量的大小會影響土壤pH的變化。圖5揭示了茶園土壤酸化速率與土壤陽離子交換量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,統(tǒng)計檢驗(yàn)結(jié)果顯示達(dá)到極顯著水平(r=-0.8317,P=0.0007<0.01)。土壤交換性能是土壤膠體交換屬性的表現(xiàn),膠體上吸附的各種鹽基離子能對土壤H+(酸性物質(zhì)起緩沖作用,土壤陽離子交換量愈大,土壤緩沖性能愈大,土壤酸化速率隨之降低。3茶園土壤承擔(dān)氧化反應(yīng),土壤有機(jī)質(zhì)含量高,土江蘇省茶園土壤酸化現(xiàn)狀非常嚴(yán)峻,酸化速率加快。所調(diào)查的典型茶園近年來土壤酸化速率大于0.1個pH單位/年達(dá)67%,其中酸化速率大于0.2個pH單位/年達(dá)到33