江苏典型茶园土壤理化性质研究

江苏典型茶园土壤理化性质研究

茶树是一种喜酸性作物。适宜生长的土壤h在4.5.06.0之间，最适当的值为h.5。当土壤pH值低于4.0时茶树生长就会受到抑制,更会对茶叶品质带来不良影响。近十几年来工业“三废”排放的增加导致生态环境恶化,酸雨强度和频率增加,同时受人为不合理施肥管理以及植茶时间的延长等因素影响,江苏茶园土壤酸化日趋严重。马立峰等人比较了1998年与1990~1991年江苏、浙江、安徽三省茶园土壤pH状况,发现三省茶园土壤pH<4的比例由1990~1991年的13.7%上升到1998年的43.9%,近十年间三省茶园土壤酸化程度明显加剧。程正芳等1994年测定了江苏句容高庙、宜兴新街和高淳青山茶场表层土壤pH(H2O)分别为4.87、4.76和4.47,而本课题组于2004年所监测这3个茶场土壤pH分别降至4.36、4.27和4.40。研究表明[8~11],茶园土壤酸化不仅影响茶树对土壤中养分的吸收,同时还会活化土壤中的重金属。江苏已经出现茶叶中Pb、F超标现象。目前对茶园土壤酸化的研究较多,但很少关注茶园土壤酸化速率问题。本文在课题组前期工作的基础上,就江苏茶园土壤酸化趋势进行定位监测,重点研究茶园土壤酸化速率,并分析影响茶园土壤酸化速率的主要土壤性质,旨在为江苏茶叶生产科学的土肥管理和寻求有效控制茶园土壤酸化的措施提供科学依据。1材料和方法1.1采样点样的设置和样品采集自2001年以来,先后在江苏省主要茶叶产区,采用GPS定位技术对近三十个茶场进行实地调查,并建立了定位观测点。此后,每年对其中的部分茶园观测点,按统一采样方法进行监测。在每个茶场的定点观测茶园设6~8个采样点,分别采集0~20cm的表土。将各采样点的土样混合均匀,采用四分法保留1kg左右土样。同时,选择代表性茶场设置剖面采样点,分别采集0~20cm、20~40cm、40~60cm和60~80cm土样,并对应就近采集自然植被或非植茶地表层混合土样和部分剖面分层土样作为对照。将采集的土壤样品带回自然风干、剔除杂物后磨碎分别过20目和100目筛待测。1.2土壤质地测定茶园土壤样品分析参照土壤农化分析方法,p测定采用水浸提电位法(固液比1:2.5);土壤有机质测定用外加热重铬酸钾氧化—容量法;土壤质地测定用比重计速测法;土壤阳离子交换量测定采用乙酸铵交换法。2结果与分析2.1茶园土壤承担自然降雨、经济双向压力及表层土壤ph值的影响通过对典型茶园土壤定位观测,江苏茶园土壤呈现较严重的土壤酸化。典型茶园土壤及其对应的自然土壤酸化速率的比较结果显示(图1),茶园土壤的酸化速率显著(P<0.05)高于自然土壤,茶园土壤酸化已不容忽视。自然土壤的酸化主要受自然降雨条件的影响,据研究,我国酸雨发展日趋严重,酸雨面积逐渐扩大。江苏省降水充沛,自“九五”以来,酸雨发生频率在30%左右,因此自然土壤也存在酸化。而茶园土壤酸化不仅与自然降雨有关,同时还受人为施肥管理及茶树自身代谢的影响。重氮肥、轻有机肥的做法是导致目前我国茶园土壤酸化的一个重要原因。研究表明[16~19],茶园土壤的酸化程度随植茶年龄的增加而加重。茶树主要通过吸收土壤中的Al和F并在体内富集,随枯枝落叶及透冠水把体内的Al3+、F-及Al-F回归土壤,成为茶树铝营养的供给源,长期种植茶树可以加剧土壤酸化。茶园土壤酸化表层最为严重。图2为部分典型茶园土壤剖面不同土层pH监测数据,结果表明,0~20cm土壤pH值最低,其中6个茶园该层土壤pH值均低于4,60~80cm土壤pH最大,土层越深土壤pH值越大。表层土壤是酸雨直接接触部分,又是人类施肥、根系生长及耕作等其他管理活动的最主要层次,因此受到的影响最大。土层越深,土壤pH值越接近土壤背景值,而表层土壤与下层土壤pH值的巨大差异则说明茶园土壤酸化程度严重。2.2茶场土壤承担原理、监测结果分析将茶园土壤pH每年的降低值定义为茶园土壤酸化速率,并分别计算了不同时期茶园土壤的酸化速率。典型茶场土壤的定位监测结果表明江苏茶园土壤酸化呈现加剧的发展趋势。表1为2003~2005年间宜兴、镇江、苏州地区6个典型茶场土壤pH变化状况,两年时间内6个茶场的土壤pH均有所下降。其中降幅最大的茶场pH值下降0.55个单位,酸化速率达0.28个pH单位/年,这6个茶场平均酸化速率为0.1个pH单位/年。2005年的测定结果显示,6个茶场的土壤pH均低于4.5,与两年前相比呈现酸化加剧趋势,向接近4和低于4的方向发展。表2为2004~2008年间南京、扬州、常州地区6个茶场土壤pH监测结果。可以看出,这四年间有5个茶场土壤酸化速率大于0.1个pH单位/年,3个茶场土壤酸化速率达0.2个pH单位/年。2004年时包括南京傅家边在内的6个茶场的pH均大于4,其中3个大于4.5。但是,2008年监测时均低于4,甚至有的接近于3.5。根据最近的调查,在所观测的茶场中有67%的茶园土壤酸化速率大于0.1个pH单位/年,有33%的茶园土壤酸化速率大于0.2个pH单位/年。结合江苏酸雨分布区域及其强度中心区,即淮河以南沿长江8个城市酸雨污染相对较重,酸雨中心区域位于南通—无锡—常州—南京一带。这必然会对苏锡常地区茶园土壤酸化带来影响,可以推断近几年苏州、无锡地区茶场土壤的酸化速率也将会明显加快。我们将进一步做后续监测和全面分析。2.3土壤理化性质的增加茶园土壤酸化受多种因素的影响,除了大气酸沉降、施肥管理等外因,也与土壤本身的理化性质有关。对部分典型茶园土壤样品进行基本理化性质分析(表3),并结合表1、表2的结果可以深入分析茶园土壤基本理化性质和土壤酸化速率之间的关系。2.3.1土壤微量元素的增加土壤有机质含量的高低对土壤酸化会有一定的影响。有报道称,随着土壤有机质含量的提高,腐殖质等胶体成分所起的土壤化学分子与铝结合的桥梁作用增强,会抑制由于根系分泌有机酸引起的可溶性铝的增加,对土壤酸化起到一定的缓冲作用。图3结果表明,随着有机质含量的增加,茶园土壤酸化速率呈一定的下降趋势,但统计检验结果并没有达到显著水平(r=-0.4991,P=0.099>0.05)。这可能与本次调查的茶园土壤有机质含量的分布范围小且较为集中以及相应茶场计算酸化速率的时间间隔不一致有关。但是有机质含量高的茶园土壤整体上酸化速率较低。2.3.2茶园土壤实验设计与土壤流变率的关系茶园土壤酸化速率不仅受土壤有机质含量的影响,还受土壤粘粒含量的影响。图4结果表明,本次调查的茶园土壤酸化速率与土壤粘粒含量呈现显著负相关关系(r=-0.6728,P=0.016<0.05),粘粒含量高的茶园土壤酸化速率较低。土壤粘粒含量越高,土壤负电荷量越多,土壤阳离子交换量就越大,土壤的缓冲性能增强,则土壤不易被酸化。2.3.3土壤氧化酶及阳离子交换量与土壤阳离子交换量的关系不同土壤的阳离子交换量存在差异,土壤阳离子交换量的大小会影响土壤pH的变化。图5揭示了茶园土壤酸化速率与土壤阳离子交换量存在负相关关系,统计检验结果显示达到极显著水平(r=-0.8317,P=0.0007<0.01)。土壤交换性能是土壤胶体交换属性的表现,胶体上吸附的各种盐基离子能对土壤H+(酸性物质起缓冲作用,土壤阳离子交换量愈大,土壤缓冲性能愈大,土壤酸化速率随之降低。3茶园土壤承担氧化反应,土壤有机质含量高,土江苏省茶园土壤酸化现状非常严峻,酸化速率加快。所调查的典型茶园近年来土壤酸化速率大于0.1个pH单位/年达67%,其中酸化速率大于0.2个pH单位/年达到33