江苏典型茶园土壤养分状况分析

江苏典型茶园土壤养分状况分析

江苏省是中国重要的茶叶生产省份之一。茶叶生产呈现出相对稳定的趋势，对促进江苏省的经济发展和农民的增收起到了积极的作用。但是随着社会经济的发展,特别是工业“三废”的排放和化肥农药的大量施用,茶园土壤受到污染,茶叶质量降低。近年来,国内不断有关于茶叶中重金属和农药残留等有害物超标的报道。同时,茶园土壤重金属污染,在土壤酸化背景下危害极大,直接影响了茶叶的产量和品质。本研究试图通过对江苏典型茶园的调查分析,从总体上掌握江苏茶园土壤的肥力水平、施肥管理状况、土壤酸化程度以及重金属含量状况,分析影响江苏茶叶生产的主要限制因子,旨在为进一步调整农业产业结构、促进茶叶生产的合理区划和科学管理、加快江苏无公害茶叶生产基地建设提供依据。1样品采集和测定根据江苏省无公害茶叶生产基地的分布状况,于2003年4月~2004年5月实地调查了苏州、无锡、常州、扬州、镇江、南京等地区的20多个较大规模典型茶场,了解各茶场的种植环境和施肥管理等情况。按统一方法分别采集各茶场代表性茶园土壤和茶叶样品,进行实验室分析。土壤样品以0~20cm的表层混合土样为主,采样时根据茶园的面积和地形,决定采样点的数量和分布。每个茶场选择代表性茶园,设置6~8个采样点,将各采样点的土样混合均匀,用四分法弃取至各混合土样保留1kg左右。土样经风干、磨碎分别过2mm筛和0.149mm筛备用。茶叶鲜样的采集均以1芽1叶为准,采样点与土壤样点对应,以便分析土壤质量与茶叶品质的相关性。当天采回的鲜叶,经去离子水洗净,杀青后烘至恒重,粉碎过筛后待测。此外,从市场上购买产自江苏的38种不同档次的成品茶叶和4种茶园常用有机肥料,风干粉碎,以备测定分析。土壤、茶叶和肥料样品的分析参照农化分析方法。土壤与有机肥pH值的测定采用水浸提电位法(液固比2.5∶1);土壤有机质的测定用外加热重铬酸钾氧化-容量法;土壤与有机肥中全N的测定用H2SO4消解-凯氏定N法;有机肥中全P测定用H2SO4-HNO3消煮-钒钼黄比色法;土壤有效磷的测定用碳酸氢钠浸提法;土壤有效钾的测定用乙酸铵提取法;土壤中重金属(Pb、Cu)全量测定用王水-HClO4消煮-原子吸收光谱法(美国Varian公司的SpectrAA220原子吸收光谱仪);有机肥和植株中重金属(Pb、Cu)总量测定用HNO3-HClO4消煮-原子石墨法(GTA)。2结果与分析2.1土壤理化性质茶叶产量和品质与土壤肥力有密切联系,肥沃的茶园土壤是实现茶园优质高产的基本保证。对采集的茶园土壤样品进行了主要理化性质的分析(结果见表1),从总体上判断茶园土壤的肥力状况,分析土壤肥力的限制因子,以便因地制宜地进行茶园施肥等方面的管理。由表1可知,大部分江苏茶园土壤pH在4.0~5.0之间,而一般认为茶树生长适宜的土壤pH在4.5~6.0之间,以5.5为最适值。由此可见所调查的茶园中约45%的土壤pH偏低,茶树生长可能受到不利影响。同时,土壤肥力的检测结果表明,江苏茶园的土壤肥力总体状况较好。国家绿色食品产地环境质量标准(NY/T391—2000)中园地土壤的肥力分级标准为:Ⅱ级(尚可级)土壤,有机质含量15~20g/kg,全N含量0.8~1.0g/kg,有效磷含量5~10mg/kg,有效钾含量50~100mg/kg,质地包括砂壤、中壤和重壤;各类养分含量高于Ⅱ级标准上限值的为Ⅰ级(优良级),低于Ⅱ级标准下限值的为Ⅲ级(较差级)。据此标准,所检测的11个茶园中,土壤有机质含量达到Ⅰ级的占82%,Ⅱ级占9%,Ⅲ级占9%;土壤全N、有效磷含量均全部达到Ⅰ级;土壤有效钾含量达到Ⅰ级的占91%,Ⅱ级占9%;土壤质地均属Ⅱ级。可见,江苏的茶园土壤普遍肥沃,土壤N、P、K含量丰富,可为茶树生长提供充足的养分。但个别茶园土壤中有机质含量明显不足。因而,在茶园施肥时应进一步增加有机肥的施用量。2.2肥料及其用量及用量目前大部分茶场都不同程度地通过施用有机肥维持土壤肥力,满足茶树生长对养分的要求。增施有机肥以改变江苏茶园土壤中有机质含量偏低的状况,但首先应考虑所施用的有机肥质量。对江苏茶叶生产中4种常用有机肥(菜饼肥、有机复合肥、鸡粪和堆肥)养分状况和重金属含量进行检测,结果表明菜饼肥有机质含量丰富,养分比例合理,重金属含量低,最适合江苏茶园施用。从有机质含量上看,菜饼中有机质含量达91.41%,远高于其余3种有机肥(有机质含量均在60%左右)。从养分配比上看,我国推荐的茶园N、P、K肥使用比例为2~4∶1∶1,菜饼肥中全N、全P、全K的含量分别为7.19%、1.27%、1.62%,养分组成相对均衡。从重金属含量上看,根据国家无公害茶叶生产技术规程(NY/T5018—2001)中有机肥质量标准,茶园所用肥料的Cu≤400mg/kg、Pb≤60mg/kg、Cd≤3mg/kg,检测的4种肥料上述3项指标均符合要求,但鸡粪的Cu含量和堆肥的Cd含量相对较高,而菜饼的各类重金属含量均最低。为改善茶园土壤有机质含量偏低的现状,除加大有机肥的施用力度外,进行合理的施肥管理也很重要。根据茶树对养分的需求和吸收规律,调控有机肥的施用数量和时间,才能提高有机肥的利用效率。对江苏各地区20个茶场的有机肥施用管理情况调查表明,85%的茶园将有机肥作为基肥于每年的11~12月份施用,施用总量为2500~6000kg/hm2。有研究表明,在长江中下游地区,长江以北茶区基肥可提早到8~10月施用,南方茶区9~10月施用,有利于茶树对养分的吸收,可有效提高茶叶的产量和品质。可见,江苏茶场施用基肥的时间普遍偏晚1~2个月,这不利于茶树对养分的利用,降低了肥效。同时,调查中也获得了某些茶场施肥管理的成功经验。例如宜兴的九龙和新街茶场,采用黄豆与茶树间作,于黄豆收获前,将其耕翻入土,替代成品有机肥料,为茶树生长提供充足的N素养分。苏州的邓尉山茶场,在茶园内放养鸡群,鸡群不仅能捕食茶虫,预防茶园虫害的发生,而且鸡粪增加了有机肥的来源,大幅度降低了成品有机肥的用量。2.3江苏茶园土壤中pb含量超标,其与其他茶园生近年来,各地茶区茶叶中某些重金属含量超标,使茶叶出口受挫,价格下降。为保证茶叶质量的安全性,我国在茶叶卫生标准中,特别对茶叶的Cu和Pb2种重金属的含量做出了限定。根据国家无公害茶叶卫生指标(NY5017—2001),茶叶中Pb≤5mg/kg、Cu≤60mg/kg。为了解江苏茶叶中的重金属含量状况,对市售不同档次的产自江苏各地区的成品茶叶进行检测,分析其中的Pb和Cu含量。在38个被检样品中,Pb和Cu的合格率分别为97.4%和100%。茶叶中的Cu含量一般为7~20mg/kg,全部达到无公害茶叶要求;而Pb含量一般在1.5~3.0mg/kg之间,有1个样品的Pb含量高达24.97mg/kg,远超出茶叶卫生标准。可见,江苏茶叶中同样存在Pb超标问题。由于茶叶质量与土壤状况联系紧密,土壤中的重金属含量直接影响到茶叶对重金属的吸收量。我国无公害茶叶产地环境条件(NY5020—2001)中规定,土壤Pb≤250mg/kg,土壤Cu≤150mg/kg。从调查的茶园土壤重金属含量的测定结果可知(见图1),土壤中的Cu含量在10~15mg/kg之间,低于国家无公害茶园的土壤Cu含量标准。而土壤中Pb含量一般低于50mg/kg,仅傅家边茶场的土壤Pb含量偏高,达到268mg/kg,略高于无公害茶园的土壤Pb标准。在调查取样时发现,该茶园靠近公路,这可能是土壤中Pb超标的直接原因。总体来看,江苏各地茶场的土壤重金属状况基本正常,绝大多数茶园土壤的Pb、Cu指标均符合标准。但个别茶园土壤中存在Pb含量超标的问题,应引起重视,并采取切实有效的措施,从耕作、施肥、管理等多方面加以调控,保证茶叶质量。针对江苏少数茶园土壤中存在的重金属超标现象,考虑到土壤环境与茶叶质量的相互关系,在对江苏典型茶场土壤取样的同时,对应采集茶叶鲜样,并根据无公害茶叶质量要求检测了茶叶中的Cu和Pb的含量。结果表明,鲜叶中的Cu含量均低于20mg/kg(见图2b),符合无公害茶叶卫生标准;鲜叶与土壤中的Cu含量之间并无明显相关性,这与黄苹等人对茶叶与土壤中Cu含量相关性研究的结果吻合。这主要由于茶树对Cu的吸收规律是“主动有效式”吸收,即茶叶中Cu的含量主要由茶树生长发育和生理代谢的需要量决定。鲜叶中的Pb含量除傅家边茶园的样品超标外,其余的含量都小于3mg/kg(见图2a)。而傅家边茶园的土壤Pb含量同样也超过了国家无公害茶园土壤环境质量标准,说明土壤中的Pb含量高是茶叶中Pb含量超标的直接原因。也有研究表明茶叶与土壤中的Pb含量呈正相关关系。由此进一步证实,要解决茶叶的Pb超标问题,必须有效地控制土壤中的Pb含量。2.4水体受碱影响土壤酸化是我国各茶区普遍存在的问题。对江苏20个茶园土壤pH的检测结果表明,江苏茶园土壤存在不同程度的酸化。为进一步了解茶园土壤的酸化程度和趋势,选择其中5个茶场分两层采集茶园混合土样(0~20cm和20~40cm),测定土壤pH。从不同土层土壤pH测定结果可以看出(如图3),0~20cm土层的pH普遍低于20~40cm土层,个别样品两层土壤相差达1个pH单位。一般认为下层土壤的pH更接近于背景值,表层土壤pH的降低,则是土壤酸化的结果。另一方面,将部分茶园土壤的pH与该园土壤10年前的pH相比较,也可看出江苏茶园土壤酸化的趋势。程正芳等于1994年所测定的江苏句容高庙、宜兴新街和高淳青山茶场的表层土壤pH(H2O)值分别为4.87、4.76、4.47,而2004年测得3个茶场土壤的pH值分别降低到4.36、4.27、4.40。可见,无论从茶园土壤pH在不同土层空间分布的状况上看,还是从其随时间的演化来看,江苏茶园土壤都呈明显的酸化趋势。茶园土壤的酸化危害严重,对土壤pH低于4.5,尤其对个别pH低于4.0的茶园应积极采取措施。白云石粉能有效提高茶园土壤的pH,可根据各茶园土壤的pH状况适量投加。另外,有机肥的施用可增强土壤的缓冲性能,对缓解土壤酸化也可以起到很好的辅助作用,但同时需考虑到有机肥本身pH对土壤酸度的影响。20世纪80年代以来,我国茶园土壤的酸化速度相当惊人。研究表明,导致茶园土壤酸化的原因包括:化肥的大量使用,尤其是生理酸性肥料的过度施用;茶树自身物质循环和茶树根系代谢有机酸的影响;环境条件的恶化(酸雨问题)也是一个可能的原因。当茶园土壤的pH降低到4.5,甚至4.0以下时,茶园土壤的理化性状恶化。土壤微生物区系受到破坏,从而抑制了茶树根系吸收营养元素的能力;导致土壤中K、Ca、Mg、Zn、Cu等元素大量流失,造成土壤和茶树体内营养元素比例失调和缺乏,致使茶树衰亡;降低施肥效果,影响茶树品质和产量的提高。严重的土壤酸化更是土壤退化的表现。江苏茶园土壤的酸化问题已日趋严重,这将提高土壤中的重金属活性,增加重金属向茶叶中转移的可能性,对保证茶叶安全性极为不利,值得高度重视。3高质量有机肥的施用管理江苏茶园土壤肥力总体状况良好,土壤养分中的N、P、K含量丰富,个别茶场土壤有机质含量偏低,应适当增施有机肥。在几种茶园常用有机肥中,菜饼肥有机质含量丰富,养分组成合理,重金属含量低,是最适合茶园施用的优质有机肥。在有机肥的施用管理方面,江苏茶园普遍存在施肥时间偏晚的现象,需要