进入新时代以来,茶树新品种及栽培新技术得到推广应用,使得我国茶产业进入一个新的高速发展期。然而,由于我国茶树主要栽培在山地丘陵地区,茶园土壤条件较差,加之部分茶农长期过度施用化肥,忽视生态环境的保护,导致茶园生态环境不断恶化,其中土壤作为茶树生长的基石,同样面临质量退化的问题,并已成为制约我国茶产业发展的一个重要因素。本期综述了近年来我国茶园土壤改良相关研究,分析总结了我国茶园土壤质量退化现状及改良措施应用成效,并提出展望。
(资料图片仅供参考)
一、茶园土壤质量退化现状
1. 茶园土壤酸化
一般适合茶树生长的土壤pH为4.0~6.5,最适pH为4.5~5.5。我国主要茶区均存在不同程度的土壤酸化现象,且呈现出不断加剧的趋势。研究表明,我国茶园土壤pH平均为4.68,pH小于4.5的茶园面积约占44%。茶园土壤酸化属于生态环境问题。
各茶树种植省份和全国茶园土壤平均pH(1)外源因素:在茶园管理过程中习惯大量施用生理酸性N肥,但这会增加土壤中的NH₄+,进而形成阳离子积聚区,同时在雨水冲刷力作用下盐基阳离子不断淋失,破坏土壤团粒结构,导致土壤酸化;此外,石油、煤炭等矿物原料的燃烧产生的酸性微尘颗粒及酸性气体也将会随降雨直接进入土壤而引起土壤酸化。(2)内源因素:茶树根系具有明显的“嫌钙聚铝”特性,随着种植年限的增加,土壤中硅酸盐化合物以及含铁化合物的矿化加速,导致钾、钙流失和铝、硅积累,也会加快茶园土壤的酸化;茶树叶片自然凋落、腐烂分解返回土壤后,茶树根系会释放有机酸和H+等分泌物,也将影响茶园土壤酸;茶树吸收铵态氮后,根系也会分泌出大量H+,同时氨的硝化作用也会产生大量H+,加剧茶园土壤的酸化进程;茶园其他植物的根系也会在特定环境下分泌出酸性物质。
2. 茶园土壤重金属污染
土壤酸化会降低土壤对重金属离子的吸附力,使重金属离子得到活化,进而增加土壤重金属对茶树的毒害作用。而人为活动一般被认为是茶园土壤重金属污染的主要来源,茶园土壤重金属污染程度与肥料、农药、种植模式以及周边工业、交通“三废”造成的环境污染等诸多因素密切相关。
茶园土壤重金属超标会对茶树的生长产生胁迫作用。镉、铬、铅会破坏叶绿体结构,降低光合色素积累,抑制茶树光合作用;高浓度镉、铬会破坏茶树的抗氧化酶系统,进而影响细胞膜结构和功能;而铅浓度与超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等的活性成反比。
铅胁迫对茶树叶绿素含量的影响
3. 茶园土壤物理结构破坏
茶园土壤在未受到外力干扰的情况下,土壤固相、气相和液相“三相”始终在一个合理的比例范围内,起到协调土壤水、肥、气、热的关系。随着茶园长期的施肥、采茶、修剪等农事活动带来的人为踩踏,加之大部分茶园位于山地丘陵地区,受限于茶园基础设施差、有机肥施用长期被忽视,以及茶树密植等外部因素的作用,使得土壤内在平衡被打破,茶园土壤原本疏松的结构被破坏,土壤变得板结坚硬,吸收水能力下降,导致大多数水分以地表径流和地表蒸发的方式流失掉,而进入土壤中的部分剩余水分,也因土壤孔隙比例的降低,使原本储存为毛管水的土壤有效水转化为重力水而流失,降低了土壤保水能力。此外,土壤通气孔隙度比例降低造成土壤空气含量降低,影响土壤微生物及根系的呼吸。
二、茶园土壤改良措施
1. 增施有机肥
茶园施用有机肥可缓解土壤酸化,且土壤pH值增幅随有机肥使用量的增加而提高,全量有机肥处理的pH为4.65,而化肥处理pH为3.93。有机肥不仅含有丰富的有机物质,还有植物生长所需的各种养分。研究表明,茶园连续长期施用有机肥可显著增加土壤有机质和N、P、K含量。同时,长期配施有机肥能增加茶园土壤中过氧化氢酶、转化酶和磷酸酶等各种酶的活性,丰富土壤微生物种群的数量及丰度,促进形成理想的微生物种群结构,从而活化土壤养分,增加土壤N、P、K有效态含量,提高肥料的利用率。
2. 施用土壤调理剂
天然矿质碱性肥料常被作为茶园土壤酸化改良调理剂施用。由于调理剂本身含有丰富的Ca、Mg、S等矿质元素,可以提高土壤矿质养分,同时Ca2+、Mg2+、K+等能与土壤中的Al3+竞争交换位点,中和土壤溶液中的H+,提高土壤pH,从而改善土壤的酸化状况。
生物质炭作为一种健康的生物土壤调理剂,已被广泛用于茶园酸化土壤的改良。施用生物质炭可以增加土壤有机碳含量,由于生物质炭自身容重远小于土壤,可降低土壤容重,改善土壤结构。同时,生物质炭拥有较大的比表面积,且表面富含多种官能团,能增加土壤阳离子交换量,对酸性土壤的阳离子交换量的提高尤为明显,加之生物质炭自身的碱性特征,使其具有改良酸性土壤的潜能。此外,生物质炭因其多级空隙结构,具有强大的吸附能力,能有效提高土壤的持水性能;且可增加对土壤N素的吸附能力,降低N素的淋失,延长矿质N在土壤中的停留时间,提升土壤的供N效。
3. 茶园套种绿肥
新开垦茶园中套种绿肥能有效覆盖茶园地表,保持土壤温湿度,减缓地表径流对土壤的侵蚀,减少茶园水、肥的流失。绿肥根系在土壤中穿插活动能改善土壤物理结构,增加土壤孔隙比,改善土壤板结的问题。绿肥除本身富含有机质外,还含有N、P、K及其他中微量元素,绿肥成熟经覆盖翻压等处理进入土壤,腐烂分解后能为土壤补充养分。豆科绿肥根系富含根瘤菌,可将空气中的游离态 N 转为能被植物吸收利用的N,提高土壤N含量。另外,部分绿肥根系分泌物能活化被土壤固定的养分;同时茶园套种绿肥能改善茶园土壤环境,增加土壤中的生物种群数量及丰度,土壤生物的活动能进一步提高养分有效性。
三、小结与展望
随着茶叶消费市场的不断发展,消费者对茶叶的品质也提出了更高的要求,而土壤不仅为根系生长和穿插提供机械支撑,还为植物生长提供所必需的水、肥、气、热,健康的茶园土壤生态系统是保障茶树健康生长和优质茶叶生产的基础。因此,构建和保障茶园土壤生态健康应该成为未来我国茶园土壤改良工作的重点。
1. 建立茶园土壤生态健康评价体系
当前,对茶园土壤质量的评价更多集中在土壤肥力状况方面,相较于土壤肥力而言,土壤健康状态更多的是从土壤生态系统的角度来考虑,认为具有生物活力及良好功能的土壤才是健康的土壤。因此,未来应加强对茶园土壤生态健康评价体系的构建,对于评价指标的选择不应再局限于土壤理化指标,还应更多关注土壤生物学特性。开展对我国茶园土壤生态健康评价,提升对茶园土壤生态健康状况的认知,将有利于针对性地制定土壤改良措施,从而提升土壤的改良效果。
2. 充分发挥土壤微生物的作用
土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,其代谢活动影响土壤中物质循环和能量流动,并参与土壤养分的转化过程,被认为是土壤物质转化的动力。因此,未来应加强对土壤微生物资源的开发利用,通过探讨茶园土壤生态系统中不同微生物群落结构及其功能,研究茶园氮循环微生物及土壤解磷微生物对于各种措施的响应,提升茶园土壤养分的利用率,促进健康茶园土壤生态系统构建。
3. 因地制宜,多措并举
当前,茶园大部分土壤改良措施在试验设计条件下表现较好,但在实际田间应用时,受不同区域茶园自然环境、气候、土壤母质、茶树品种及管理方法等差异影响造成其效果一般,无法实现大面积推广。因此,未来的茶园土壤改良工作要推进生物改良技术的研究,以配合物理措施和化学措施;加快推进茶树专用肥、专用调理剂的研发工作;同时提高茶农科学管理意识,转变传统简单性施肥习惯,构建适合本地茶区的土壤生态保育综合集成技术。
本文节选自《中国茶叶》2023年第4期,P19-24,《茶园土壤质量现状及改良措施研究进展》,作者:范晓晖,陈慕松*,刘文婷,谢星,雷丽丽。图片来源于网络。
来源:中国茶叶
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