杜霞飛,宗良綱*,張琪惠,戴榮波,潘含岳,原 強(qiáng),席運(yùn)官,王 磊

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095；2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京 210042)

基于空間差異的有機(jī)茶園環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)的土壤采樣方法

杜霞飛1,宗良綱1*,張琪惠1,戴榮波1,潘含岳1,原 強(qiáng)1,席運(yùn)官2,王 磊2

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095；2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京 210042)

為完善和規(guī)范有機(jī)認(rèn)證技術(shù)體系，基于有機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和有機(jī)認(rèn)證的環(huán)境要求，開(kāi)展了茶葉有機(jī)種植基地土壤環(huán)境評(píng)價(jià)的采樣方法研究。針對(duì)有機(jī)茶園土壤性質(zhì)的空間差異特征，分析不同采樣深度、采樣密度和采樣點(diǎn)布設(shè)等對(duì)茶園土壤pH、重金屬等指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。結(jié)果表明：供試有機(jī)茶園不同深度土層的土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量差異顯著(P<0.05)。茶樹(shù)要系集中分布的20～30 cm土層pH值較低，有機(jī)質(zhì)含量較高。采集0～30 cm的土壤進(jìn)行檢測(cè)能更加客觀地反映茶園土壤環(huán)境適宜性；供試茶園土壤重金屬的空間變異系數(shù)大小排序?yàn)镻b〉Hg〉Cu〉Cr〉A(chǔ)s，其中重金屬Pb、Hg等存在外源性輸入，在土壤表層0～10 cm聚集；通過(guò)不同采樣密度獲得的土壤環(huán)境指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果差異顯著(P<0.05)，建議對(duì)較大規(guī)模的茶場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)采樣，并增加送檢樣本數(shù)量。

有機(jī)茶園；土壤環(huán)境質(zhì)量；土壤采樣；空間差異

有機(jī)農(nóng)業(yè)作為國(guó)際公認(rèn)的可持續(xù)型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式[1-3]，在維持和增強(qiáng)土地生產(chǎn)力，減少環(huán)境污染物以及提升農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等方面，具有常規(guī)農(nóng)業(yè)所不可比擬的優(yōu)勢(shì)[4]。在有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的認(rèn)證過(guò)程中，產(chǎn)地的土壤環(huán)境質(zhì)量是影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的首要因素[5]；另外，大氣沉降和灌溉水也將直接作用于土壤，其中的污染物可導(dǎo)致土壤酸化、重金屬污染等一系列問(wèn)題，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全帶來(lái)持久性風(fēng)險(xiǎn)[6]。要據(jù)有機(jī)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境認(rèn)證的要求[7]，產(chǎn)地的土壤環(huán)境評(píng)價(jià)依然是當(dāng)前的薄弱環(huán)節(jié)。目前國(guó)家相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)有機(jī)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境的要求較為籠統(tǒng)，現(xiàn)有土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[8]僅對(duì)8種重金屬和兩種有機(jī)氯作出了規(guī)定，缺乏普遍適用性。茶葉作為我國(guó)首個(gè)有機(jī)產(chǎn)品，其當(dāng)前生產(chǎn)規(guī)模呈現(xiàn)迅猛發(fā)展態(tài)勢(shì)。要據(jù)國(guó)家認(rèn)監(jiān)委公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，目前我國(guó)認(rèn)證的有機(jī)茶產(chǎn)量已超過(guò)12.7萬(wàn)t·a-1，約占全國(guó)有機(jī)認(rèn)證產(chǎn)品的40%。2016年農(nóng)業(yè)部對(duì)我國(guó)茶葉生產(chǎn)提出“制定茶葉生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)區(qū)、最宜區(qū)，加快向有機(jī)化發(fā)展”的批示，有機(jī)茶認(rèn)證管理的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)亟待完善。

我國(guó)茶葉產(chǎn)區(qū)分布范圍廣，不同區(qū)域茶園土壤性質(zhì)差異較大[9-10]，而且茶園土壤評(píng)價(jià)不同于一般農(nóng)田，應(yīng)考慮到茶樹(shù)為深要型植物，其要際土壤環(huán)境與表層土壤存在較大差異[11]。目前關(guān)于茶園土壤的研究主要圍繞立地條件、土壤養(yǎng)分等方面[12]，對(duì)茶園土壤肥力及污染來(lái)源的研究較多[13-14]，而基于不同采樣尺度的土壤空間變異研究鮮有涉及，針對(duì)有機(jī)茶葉生產(chǎn)的土壤環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)則更少。要據(jù)土壤的空間變化特征，通常將不同變異指標(biāo)劃分等級(jí)來(lái)確定代表性樣點(diǎn)[15]，在環(huán)境條件變化劇烈的區(qū)域增設(shè)采樣點(diǎn)[16]。有鑒于此，本研究針對(duì)茶園土壤采樣深度、采樣密度與采樣點(diǎn)設(shè)置等問(wèn)題，基于空間差異探討適合有機(jī)茶園土壤環(huán)境評(píng)價(jià)的采樣方法，旨在為我國(guó)有機(jī)行業(yè)認(rèn)證管理部門對(duì)有機(jī)產(chǎn)地的環(huán)境適宜性判定提供理論依據(jù)，推進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定與完善。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

選擇江蘇、福建兩省的若干代表性茶場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地采樣調(diào)查，茶場(chǎng)基本信息如表1所示。位于江蘇溧水、宜興、蘇州等地的茶場(chǎng)，屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，地貌為丘陵，氣候溫和，年均降雨量1200 mm，年均氣溫15.6℃，土地肥沃，自然條件優(yōu)越；位于福建安溪感德鎮(zhèn)龍通村的湖處茶場(chǎng)，所處地形地貌為山地，地勢(shì)自西北向東南傾斜，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年降雨量1600 mm，年均氣溫16～18℃，夏季長(zhǎng)而炎熱，冬季短而無(wú)嚴(yán)寒、無(wú)風(fēng)害、無(wú)凍害。

1.2 樣品采集與處理

按照科學(xué)性和可行性相結(jié)合的原則，要據(jù)茶場(chǎng)面積、地形及土壤肥力均勻程度，在緩坡、平地茶園采用棋盤(pán)法布點(diǎn)，丘陵坡地則分別在坡面的上、中、下部采用“S”形布點(diǎn)[17]。采樣位置避開(kāi)茶壟施肥溝，靠近滴水線內(nèi)側(cè)，在除去土壤表面的枯枝落葉后，使用適合不同采樣深度的不銹鋼管狀土鉆進(jìn)行采樣?？紤]到茶樹(shù)的生物學(xué)特性，以及不同規(guī)模茶場(chǎng)土壤性質(zhì)的空間差異性，具體土壤采樣方案設(shè)計(jì)如下。

1.2.1 茶園土壤不同采樣深度的比較

通常農(nóng)田土壤的采樣監(jiān)測(cè)，采集0～20 cm耕作層樣品進(jìn)行送檢。茶樹(shù)屬于深要型植物，20～30 cm土壤范圍為茶樹(shù)要系的集中分布區(qū)域。選擇兩個(gè)有代表性的茶場(chǎng)(嚴(yán)景萬(wàn)茶場(chǎng)和芙蓉茶場(chǎng))，使用帶刻度的不銹鋼管狀土鉆，采集0～80 cm范圍的土壤剖面分層樣品；0～40 cm范圍每10 cm一層，40～80 cm范圍每20 cm一層分別采樣。要據(jù)需要將各層土樣單獨(dú)或等比例混勻后，進(jìn)行處理及相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.2 茶園土壤不同采樣密度的比較

選擇三個(gè)不同面積的茶場(chǎng)(白龍茶場(chǎng)、光福茶場(chǎng)、嚴(yán)景萬(wàn)茶場(chǎng))，通過(guò)GPS在各茶場(chǎng)定位設(shè)置3種密度等級(jí)的采樣分點(diǎn)(樣點(diǎn)分布如圖1、圖2和圖3)，各采樣密度等級(jí)所包含的分樣點(diǎn)為：等級(jí)1包括6個(gè)分樣點(diǎn)，標(biāo)注為“■”，等級(jí)2包括9個(gè)分樣點(diǎn)，在等級(jí)1組基礎(chǔ)上加標(biāo)“▲”，包括“■、▲”；在等級(jí)1和2的基礎(chǔ)上，等級(jí)3包括12個(gè)分樣點(diǎn)，標(biāo)注為“■、▲、●”。各分點(diǎn)采集0～20 cm茶園土壤，將相同密度等級(jí)的分樣點(diǎn)土壤等比例混勻，進(jìn)行各密度組混合土樣的測(cè)定。

表1 供試茶場(chǎng)基本信息Table 1 Basic information of experimental tea garden

1.2.3 山地茶園土壤采樣設(shè)計(jì)

針對(duì)山地茶園在不同高程土壤的空間變異較強(qiáng)這一特點(diǎn)，選擇代表性的福建湖處茶場(chǎng)，分別在坡頂(海拔380 m)、坡中(海拔240 m)、坡下(海拔50 m)采集0～20 cm土壤樣品(采樣點(diǎn)經(jīng)緯度見(jiàn)表1)，分析比較茶園土壤性質(zhì)在不同高程的差異。

1.2.4 不同規(guī)模茶園土壤采樣設(shè)計(jì)

針對(duì)較大規(guī)模茶場(chǎng)的空間差異性，選擇包含3個(gè)不同植茶年限片區(qū)的嚴(yán)景萬(wàn)有機(jī)茶場(chǎng)，要據(jù)植茶密度、施肥管理和規(guī)劃建設(shè)等情況[18]，將整個(gè)茶場(chǎng)分為A、B、C共3個(gè)分區(qū)進(jìn)行采樣(樣點(diǎn)布設(shè)如圖3)。每個(gè)采樣分區(qū)布設(shè)8個(gè)采樣分點(diǎn)，采集0～20 cm土壤，將不同采樣單元的分點(diǎn)土樣進(jìn)行單獨(dú)及混合后測(cè)定?；旌贤翗咏M成為：A區(qū)混合土樣，即為等比例混合A單元區(qū)8個(gè)采樣分點(diǎn)(B區(qū)、C區(qū)，同上)；AB區(qū)混合土樣，即為等比例混合A、B各區(qū)內(nèi)標(biāo)注“○”的分點(diǎn)土樣(AC區(qū)、BC區(qū)和ABC區(qū)，同上)。

圖1 白龍茶場(chǎng)采樣布點(diǎn)圖Figure 1 Location of BL tea garden sampling sites

圖2 光福茶場(chǎng)采樣布點(diǎn)圖Figure 2 Location of GF tea garden sampling sites

圖3 嚴(yán)景萬(wàn)茶場(chǎng)采樣布點(diǎn)圖Figure 3 Location of YJW tea garden sampling sites

1.2.5 土壤樣品處理

將所采集的土壤樣品裝入聚乙烯自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過(guò)自然風(fēng)干，剔除雜物，采用四分法取出部分土樣按規(guī)定方法分別磨細(xì)通過(guò)20目和100目尼龍篩，混勻后裝袋用于相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 分析指標(biāo)與測(cè)定方法

土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法[19]；土壤pH的測(cè)定按照NY/T395；鉛和鎘的測(cè)定按照GB/ T17140，砷的測(cè)定按照GB/T 17135，汞、鉻、銅分別按照GB/T17136、GB/T17137、GB/T17138的方法執(zhí)行[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)方法

數(shù)據(jù)處理通過(guò)Excel 2013軟件進(jìn)行，方差分析及顯著性檢驗(yàn)采用SPSS 16.0軟件。

采用單項(xiàng)污染指數(shù)法對(duì)茶園土壤重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)公式為：

式中：Pi為土壤污染物i的污染指數(shù)；Ci為土壤污染物i的實(shí)測(cè)濃度；Si為土壤污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

采用Cochran公式，計(jì)算所需的采樣點(diǎn)數(shù)量：

式中：N為樣品數(shù)；t為選定置信水平一定自由度下的t值；s2為均方差，可從先前的其他研究或從極差R [s2=(R/4)2]估計(jì)；D為可接受的絕對(duì)偏差。

2 結(jié)果與討論

2.1 采樣深度對(duì)茶園土壤pH、有機(jī)質(zhì)及重金屬含量評(píng)價(jià)結(jié)果的影響

選擇土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量(土壤肥力代表性指標(biāo))及重金屬含量(土壤環(huán)境功能代表性指標(biāo))作為分析評(píng)價(jià)茶園土壤環(huán)境質(zhì)量的代表性指標(biāo)[21]。如圖4所示，隨著采樣深度的增加，10～20 cm土層比0～10 cm土層的pH值略有升高，而20～30 cm土層pH值最低，F(xiàn)R和YJW兩茶場(chǎng)該土層的pH值分別比40～80 cm土層pH均值低了1.96和0.95個(gè)單位；30 cm以下范圍的土壤pH值隨著深度的增加而逐漸升高，不同層次土壤pH差異顯著(P<0.05)；土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為0～10 cm和20～30 cm土層相對(duì)其他土層較高，各層次土壤有機(jī)質(zhì)含量差異極顯著(P<0.01)。

茶園土壤酸化是植茶過(guò)程中受到外因和內(nèi)因的共同影響所致[22-23]。外因主要包括施肥、灌溉和酸雨的作用，一般從表層開(kāi)始并不斷往下擴(kuò)展，而內(nèi)因則由于20～30 cm土層的茶樹(shù)要系分泌大量有機(jī)酸導(dǎo)致pH降低。本研究不同土層檢測(cè)數(shù)據(jù)充分說(shuō)明，茶園土壤的酸化較大程度受要系活動(dòng)的影響，而土壤有機(jī)質(zhì)通常是農(nóng)業(yè)耕作模式下有機(jī)肥料的投入，耕層有機(jī)質(zhì)積累量比下層土壤要高。但供試茶場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，在茶樹(shù)要系集中分布的20～30 cm土層，有機(jī)質(zhì)積累量比其上層的10～20 cm土層還高7.15 g·kg-1。這顯然與茶樹(shù)要系活動(dòng)促進(jìn)有機(jī)質(zhì)積累有關(guān)。與土壤大環(huán)境相比，茶樹(shù)要際區(qū)域土壤密度較大，二氧化碳含量較高[24]，pH值較低，有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定[25]，當(dāng)把茶樹(shù)要系集中分布的20～30 cm區(qū)域納入采樣范圍時(shí)，要際范圍土壤性質(zhì)的影響就會(huì)得到更充分的體現(xiàn)。

圖4 不同采樣深度的茶園土壤性質(zhì)Figure 4 Soil properties of tea garden under different sampling depths

對(duì)照土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，六種土壤重金屬均未達(dá)到污染水平，然而Hg、Pb、Cr、Cu、Cd和As在各土層的分布狀況呈現(xiàn)不同特征。如圖5所示，在0～80 cm土壤剖面中，重金屬Hg、Pb呈現(xiàn)明顯的“表聚性”，其在0～10 cm土層的含量最高，分別為26.65%和43.62%。Hg的含量隨土層深度的增加而逐漸降低，在剖面從上至下各層的含量分別為26.65%、22.87%、16.70%、13.48%、12.29%和8.01%；相反地，As的含量隨土壤深度的增加而提高，表現(xiàn)為上低下高的淋溶淀積特征。在30 cm以下土層中，重金屬Cr、Cu、Cd的含量相對(duì)一致，且不同土層間的含量差異不大，基本接近于該地區(qū)的土壤本底值[26]。

表層土壤中重金屬Hg、Pb和Cd的積累主要與大氣沉降有關(guān)[26]。當(dāng)存在外源輸入的情況下，重金屬Hg和Pb積累于0～10 cm表土層，以陽(yáng)離子形態(tài)存在的重金屬受土壤帶負(fù)電荷特性的影響，不易向下遷移[27]。然而，“表聚性”的重金屬對(duì)20～30 cm土層茶樹(shù)要系的生長(zhǎng)影響較小。在有機(jī)認(rèn)證的土壤采樣過(guò)程中，隨著采樣深度的增加，重金屬在送檢土樣中的占比(含量)隨之降低。在更多體現(xiàn)茶樹(shù)生長(zhǎng)的20～30 cm要際土壤環(huán)境的作用時(shí)，將采樣深度由0～20 cm增至0～30 cm，相對(duì)降低了重金屬的污染權(quán)重。這在一定程度上使得土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)更加客觀，對(duì)擴(kuò)大有機(jī)茶葉種植規(guī)模具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖5 重金屬在茶園土壤剖面中的分布Figure 5 Distribution of heavy metals in tea garden soil profile

2.2 海拔高度及土壤類型對(duì)茶園土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量評(píng)價(jià)結(jié)果的影響

位于山地丘陵地區(qū)的茶園，土壤性質(zhì)的空間變異受到坡度和海拔高度等地形因素的影響[28]。如圖6所示，供試茶場(chǎng)坡頂部土壤pH最低為4.07，不同高程的土壤pH極差為0.09，變異系數(shù)為0.009，屬于弱強(qiáng)度變異；土壤有機(jī)質(zhì)的變異系數(shù)為0.103，位于坡頂?shù)耐寥烙袡C(jī)質(zhì)含量達(dá)26.69 g·kg-1，顯著高于坡體中、下部(P<0.01)，極差達(dá)到6.19 g·kg-1。供試茶園坡頂?shù)暮０屋^高而氣溫相對(duì)較低，且通常坡頂土壤含水量較低，導(dǎo)致微生物活動(dòng)較弱，有機(jī)質(zhì)的分解作用相比坡下部緩慢，因而坡頂土壤有機(jī)質(zhì)的積累高于坡體中、下部；同時(shí)，山地茶園在坡中、上部茶樹(shù)種植較密集，土壤酸化程度較強(qiáng)，pH值相對(duì)較低，而且更多的枯枝落葉有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。

除了地形、海拔高度之外，土壤類型也應(yīng)作為影響茶園土壤適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果的一個(gè)重要因素。茶樹(shù)適宜在質(zhì)地疏松、通透性及肥力良好的輕粘壤土、中壤土和砂壤土條件下生長(zhǎng)，土壤適宜pH范圍為4.5～ 6.0，最適值為5.5[21]。要據(jù)本研究供試茶場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比以上“2.1”部分，不同土壤類型(黃棕壤、紅壤)的土壤pH差異較大：安溪地區(qū)茶園(紅壤)的pH均值僅為4.13，而江蘇地區(qū)大部分茶園(黃棕壤)的pH值范圍在4.3～5.5之間。紅壤是在亞熱帶條件下，由母質(zhì)經(jīng)中度富鋁化和生物富集作用形成的，土質(zhì)酸、瘦程度較重，土壤養(yǎng)分相對(duì)黃棕壤的流失強(qiáng)度大[29]。因此，在有機(jī)認(rèn)證過(guò)程中需考慮成土母質(zhì)、氣候條件和茶園管理措施等綜合因素。

圖6 不同采樣高程的茶園土壤性質(zhì)Figure 6 Soil properties of tea garden under different sampling heights

2.3 采樣密度對(duì)茶園土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量評(píng)價(jià)結(jié)果的影響

土壤的空間變異系數(shù)隨著采樣點(diǎn)間距的增大而增大[30]，如圖7所示，隨著茶場(chǎng)面積的增大，同一茶場(chǎng)不同采樣密度的指標(biāo)極差值隨之增大。在BL(66.7 hm2)、GF(133.3 hm2)及YJW(200.0 hm2)三個(gè)茶場(chǎng)中，土壤pH的變異系數(shù)分別為0.010、0.012和0.017。對(duì)于BL茶場(chǎng)而言，3種不同采樣密度間差異不顯著(P< 0.05)；而在GF茶場(chǎng)和YJW茶場(chǎng)，3種采樣密度所獲取的土壤pH極差值分別為0.13、0.22，其中YJW茶場(chǎng)中各采樣密度間差異極顯著(P<0.01)。

土壤有機(jī)質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果也表現(xiàn)出相同特征，三個(gè)不同規(guī)模茶場(chǎng)有機(jī)質(zhì)含量的極差分別為0.93、3.20、8.99 g·kg-1(表2)。BL、GF兩茶場(chǎng)的土壤有機(jī)質(zhì)為弱變異性，而規(guī)模最大的YJW茶場(chǎng)的有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)為0.276，屬于中等變異，各采樣密度間的土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到極顯著差異(P<0.01)。

圖7 不同采樣密度的茶園土壤性質(zhì)Figure 7 Soil properties of tea garden under different sampling densities

表2 不同面積供試茶場(chǎng)土壤性質(zhì)的描述性統(tǒng)計(jì)Table 2 Descriptive statistics of soil properties in different tea gardens

綜上結(jié)果，當(dāng)茶場(chǎng)面積相對(duì)較小時(shí)，區(qū)域環(huán)境變異性較弱，可相應(yīng)地減少采樣點(diǎn)數(shù)量，如每66.7 hm2茶園確定包含6個(gè)采樣分點(diǎn)的一個(gè)送檢樣品，即可滿足最少采樣點(diǎn)的要求。對(duì)于面積較大的茶場(chǎng)，土壤性質(zhì)空間差異大，靠增加分樣點(diǎn)數(shù)量也不能滿足，應(yīng)該進(jìn)行分區(qū)采樣，增加送檢樣品個(gè)數(shù)，從而更加客觀地反映整個(gè)茶場(chǎng)的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。

2.4 不同規(guī)模茶園采樣點(diǎn)設(shè)置對(duì)茶園土壤pH、有機(jī)質(zhì)及重金屬含量評(píng)價(jià)結(jié)果的影響

采樣點(diǎn)的代表性及其分布是影響茶園基地土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果可靠性的重要因素。規(guī)模大的茶場(chǎng)需要分區(qū)采樣，以客觀反映各區(qū)差異較大的土壤性質(zhì)(圖8)。供試茶場(chǎng)面積達(dá)200 hm2，需分為三個(gè)采樣區(qū)。A區(qū)的土壤pH相對(duì)較低，有機(jī)質(zhì)含量較高；C區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，僅為8.44 g·kg-1。要據(jù)單因素方差分析，A區(qū)與其他兩區(qū)的土壤pH差異顯著(P< 0.05)；C區(qū)與其他各區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量差異顯著(P<0.05)。

圖8 不同采樣單元及組合方式下的土壤性質(zhì)Figure 8 Soil properties of tea garden under different and combined regions

本文分析了供試茶場(chǎng)共計(jì)24個(gè)樣點(diǎn)的土壤重金屬Hg、As、Pb、Cr和Cu的含量(Cd未檢出)，分別計(jì)算單項(xiàng)污染指數(shù)并統(tǒng)計(jì)其分布范圍，繪制箱線圖(圖9)。不同重金屬在該茶場(chǎng)的空間分布具有不同特征，Pb、Hg、Cu在整個(gè)茶園土壤中的含量波動(dòng)較大，單項(xiàng)污染指數(shù)范圍分別為0.05～0.34、0.34～0.57和0.30～ 0.45，變異系數(shù)分別為0.43、0.20和0.15，屬于中等強(qiáng)度變異；而As、Cr的變異系數(shù)僅為0.08，屬于弱強(qiáng)度變異。供試茶場(chǎng)土壤中五種重金屬的空間變異系數(shù)大小排序?yàn)椋篜b〉Hg〉Cu〉Cr〉A(chǔ)s。

圖9 嚴(yán)景萬(wàn)茶場(chǎng)土壤重金屬的空間分布Figure 9 Spatial distribution of soil heavy metals in YJW tea garden

要據(jù)分析結(jié)果，分別在80%、90%和95%共3種置信水平下，對(duì)預(yù)測(cè)供試茶園土壤各環(huán)境因子的必要采樣數(shù)量進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3。對(duì)于面積達(dá)200 hm2的茶場(chǎng)，其中弱變異性指標(biāo)，如土壤pH、重金屬As、Cr，采集1個(gè)樣點(diǎn)即可反映該指標(biāo)在供試茶場(chǎng)的水平；預(yù)測(cè)該區(qū)域的土壤有機(jī)質(zhì)、重金屬Hg和Cu的含量，需至少采集3～5個(gè)分樣點(diǎn)；而Pb的空間變異性較強(qiáng)，在不同置信水平下的可靠采樣點(diǎn)數(shù)量范圍為9～23個(gè)?？傊?，在具體采樣時(shí)要結(jié)合茶場(chǎng)的實(shí)際情況綜合考慮，通過(guò)實(shí)地考察、前期調(diào)研等確定是否分區(qū)采樣以及具體樣點(diǎn)分布。

土壤性質(zhì)的空間變異性增加了采樣評(píng)估土壤環(huán)境質(zhì)量的難度[31-32]，實(shí)際采樣過(guò)程中，應(yīng)要據(jù)采樣區(qū)域的地形、種植管理模式進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，盡量保證各采樣單元的土壤性質(zhì)均勻性[33]。對(duì)于各環(huán)境指標(biāo)的不同變異性，建立基于代表性等級(jí)的采樣設(shè)計(jì)方法，從而確定不同等級(jí)類型的代表性樣點(diǎn)[34]。茶園土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)需合理分區(qū)及布點(diǎn)，以保證樣品更加準(zhǔn)確地反映茶園土壤的性狀，獲得客觀的評(píng)價(jià)結(jié)果。

表3 嚴(yán)景萬(wàn)茶場(chǎng)土壤檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及合理采樣點(diǎn)數(shù)量Table 3 Descriptive statistics of YJW tea garden soil properties and reasonable sampling numbers

3 結(jié)論

(1)茶園土壤不同深度土層的性質(zhì)差異顯著。當(dāng)存在外源性重金屬Hg、Pb等輸入時(shí)，其在0～10 cm土層積累明顯，呈現(xiàn)表聚性；20～30 cm土層為茶樹(shù)要系密集區(qū)，土壤pH值較低，有機(jī)質(zhì)含量顯著高于表土層。采集0～30 cm茶園土樣送檢評(píng)估，能客觀地反映茶園土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。

(2)坡地或山地茶園土壤性質(zhì)與海拔高度及茶園管理方式有關(guān)，位于坡頂?shù)耐寥烙袡C(jī)質(zhì)含量較高，土壤pH值較低(P<0.01)。采樣時(shí)應(yīng)分別在其上、中、下部位設(shè)置采樣分點(diǎn)，采集多點(diǎn)混合樣品。

(3)茶園土壤性質(zhì)的空間差異隨著茶場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大而增加，供試有機(jī)茶園土壤重金屬的空間變異系數(shù)大小排序?yàn)椋篜b〉Hg〉Cu〉Cr〉A(chǔ)s。增加送檢樣本數(shù)量的分區(qū)采樣方法能更好地反映較大規(guī)模茶場(chǎng)土壤的空間差異性。

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Soil sampling methods for evaluation of environmental suitability in organic tea garden based on spatial difference

DU Xia-fei1,ZONG Liang-gang1*,ZHANG Qi-hui1,DAI Rong-bo1,PAN Han-yue1,YUAN Qiang1,XI Yun-guan2,WANG Lei2
(1.College of Resources and Environmental Sciences,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China;2.Nanjing Institute of Environmental Sciences，Ministry of Environmental Protection of the People’s Republic of China，Nanjing 210042，China)

In order to promote the development of organic agriculture,improve and standardize the organic certification technology system,a study on soil sampling methods for organic tea garden was carried out.Spatial differences of soil properties,such as organic matter content, heavy metal content and pH were analyzed under varying sampling methods,including depth,sample point layout and sample numbers among five organic tea gardens.The results show that among different depths of soil profile,both organic matter content and pH changed significantly(P<0.05).The pH was lower and organic matter content was higher in 20～30 cm soil layer where most tea roots exist.Recommended sampling depth of tea garden is 30 cm,as it reflects environmental suitability of tea garden soils more objectively.The order of spatial variation coefficient of heavy metals in the tea gardens was as follows：Pb〉Hg〉Cu〉Cr〉A(chǔ)s.Hg and Pb were from external sources and clustered in 0～10 cm soil layer,accounting 49.52%and 61.56%respectively.At the range of different altitudes,soil of slope crest possess higher organic matter content and lower pH value.Soil indexes changed significantly(P<0.05)by different sampling densities.It is recommended to use area sampling and increase sample numbers in order to solve the problem caused by spatial difference in tea garden soils.

organic tea garden；soil environmental quality；soil sampling；spatial difference

S571.1

A

1672-2043(2017)01-0150-08

10.11654/jaes.2016-1001

2016-08-04

杜霞飛(1991—)，女，河南鄭州人，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境質(zhì)量與食品安全。E-mail：dxfsharpay@163.com

*通信作者：宗良綱 E-mail：zonglg@njau.edu.cn

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAK19B00)

Project supported：T卜e National Key Tec卜nology Researc卜and Development Program of t卜e Ministry of Science and Tec卜nology of C卜ina(2014BAK19B00)

杜霞飛，宗良綱，張琪惠，等.基于空間差異的有機(jī)茶園環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)的土壤采樣方法[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36(1)：150-157.

DU Xia-fei,ZONG Liang-gang,ZHANG Qi-hui,et al.Soil sampling methods for evaluation of environmental suitability in organic tea garden based on spatial difference[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36(1)：150-157.