蘭 燕,高 峰,王開騰,李 捷,陳 偉,吳永晨,楊桂娣*,楊 方*

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院/福建省農(nóng)業(yè)生態(tài)過程與安全監(jiān)控重點實驗室,福建 福州 350002;2.福建海關(guān)技術(shù)中心,福建 福州 350001;3.福建省檢驗檢疫技術(shù)研究重點實驗室,福建 福州 350001)

茶葉作為全球三大天然飲料原材料之一,不僅具有提神醒腦、解渴消食、利尿解毒等藥理功能[1-],還具有抗癌、抗衰老、降血脂、降血糖和防輻射等多種獨特保健功效[4]。我國是世界上最大的產(chǎn)茶國和茶葉出口大國[7],茶樹種植面積和茶葉產(chǎn)量多年來穩(wěn)居世界首位[5]?；瘜W(xué)農(nóng)藥作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少的生產(chǎn)資料,施用之是控制植物病蟲害、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、增加農(nóng)民收入的有效途徑之一[10-13]]。為了防治茶樹病蟲害,茶農(nóng)經(jīng)常會施用化學(xué)農(nóng)藥,以保證茶葉產(chǎn)量、減輕茶農(nóng)損失。近年來,隨著人們生活水平的提高,茶葉農(nóng)藥殘留問題已成為影響茶葉質(zhì)量安全的焦點之一,嚴重影響了我國茶葉產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

土壤作為茶園生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,不僅為茶樹提供了賴以生存的棲息之地,同時也為茶樹的生長發(fā)育提供了相關(guān)的營養(yǎng)物質(zhì)。土壤含水量、pH值以及土壤養(yǎng)分含量等理化性質(zhì)是衡量土壤質(zhì)量的重要指標[8],它們對茶樹的生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用。據(jù)報道,施入茶園的農(nóng)藥有80%～90%最終會進入茶園土壤,從而間接影響茶葉品質(zhì)[9]。目前,關(guān)于農(nóng)藥殘留對茶園土壤微生物群落的影響已有較多報道,而關(guān)于農(nóng)藥殘留對茶園土壤理化性質(zhì)影響的報道則較少。筆者以福州市北郊茶區(qū)土壤為研究對象,通過分析農(nóng)藥噴施前后土壤理化性質(zhì)的變化規(guī)律,探究了農(nóng)藥殘留對土壤質(zhì)量的影響,從而為指導(dǎo)茶農(nóng)科學(xué)種茶提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況和樣地設(shè)置

該試驗茶園地處福建省福州市北郊(東經(jīng)118°8′～120°31′,北緯25°15′～26°39′),年平均氣溫為20～25 ℃,年平均降水量為900～2100 mm,屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,海拔約為1000 m,土壤為紅壤土(偏酸性),較為適于茶樹的生長。

試驗樣地位于試驗茶園中部,長約60 m,寬約6 m。將試驗樣地分別設(shè)置為6個大小均一的小樣地,進行同樣的實驗處理。自2018年7月起進行田間實驗,在此之前樣地的利用率相同,沒有差異。

1.2 供試農(nóng)藥

共試驗了22種農(nóng)藥，具體情況見表1。

表1 供試的22種農(nóng)藥的情況

1.3 農(nóng)藥的噴施與樣品的采集

根據(jù)每種農(nóng)藥的使用說明配比,將22種農(nóng)藥按比例進行稱量配制。配藥采用二步法,先配母液,再進一步用水稀釋,用電動背負式噴霧器對除對照區(qū)域外的試驗樣地茶樹進行均勻噴施。利用土壤采集器采集距茶樹主根半徑20 cm范圍內(nèi)且深度5～35 cm的土壤。將采集的土壤樣品置于室內(nèi)常溫下自然風(fēng)干,并去除殘枝腐葉、石塊等雜質(zhì),過60目篩,混合后采用四分法,選取1 kg土樣作為試驗樣品。未噴施農(nóng)藥前采集的土壤樣品為空白組土樣,命名為CK;噴施農(nóng)藥后2 h,2、3、4、5、20、40、60、80、120 d采集的土壤樣本為實驗組土樣,分別命名為D1、D2、D3、D4、D5、D20、D40、D60、D80和D120。

1.4 土壤基本理化指標的測定

土壤含水量的測定采用烘干法;土壤pH值的測定采用酸度計法(水土比2.5∶1);土壤全氮(TN)含量的測定采用凱氏定氮法;土壤全磷(TP)含量的測定采用氫氧化鈉-鉬銻抗比色法;全鉀(TK)含量的測定采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法;土壤速效氮(AN)含量的測定采用堿解擴散法;土壤速效磷(AP)含量的測定采用氫氧化鈉浸提-火焰光度法;速效鉀采用1 mol/L中性NH4OAc浸提,按火焰光度計法測定其含量[14];土壤有機質(zhì)(SOM)含量的測定采用重鉻酸鉀容量法-硫酸消化法[15]。

對檢測數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進行主成分和相關(guān)性分析；不同處理間平均值的比較采用最小顯著差值法(LSD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施農(nóng)藥前后土壤含水量、pH值、有機質(zhì)含量的分析

土壤含水量主要來源于外界降水,大部分以地面蒸發(fā)的形式丟失。在噴施農(nóng)藥以后,除去外部因素,農(nóng)藥對土壤含水量的影響很小。未噴施農(nóng)藥前的空白土壤含水量為5.6%,噴施農(nóng)藥后D2組土壤含水量過高，主要是由于在噴施農(nóng)藥以后采集完第1天的土壤,有小雨降落,導(dǎo)致其含水量變高,其含水量為7.6%,隨后又降至3.6%,第3天(包含第3天)以后的土壤含水量均維持在3.7%左右。

土壤酸堿度對土壤肥力及植物生長的影響很大,我國北方土壤pH值大,而南方紅壤pH值較小,因此可以根據(jù)土壤酸堿度種植相適應(yīng)的作物,如在紅壤地區(qū)可種植喜酸的茶樹，在堿性土壤上可種植抗堿能力強的苜蓿。此外,土壤酸堿度對養(yǎng)分的有效性影響也很大,如酸性土壤中鐵、錳、鋅、銅的有效性大,在中性土壤中磷的有效性大,而在堿性土壤中錳、銅、鋅的有效性差。茶樹生長最適的pH值為4.5～6.0[16]。在本試驗噴施農(nóng)藥前,茶園土壤的pH值為4.57,噴施農(nóng)藥以后的土壤pH值均小于4.5,最小值達到3.5,土壤酸化較嚴重,可影響茶葉的品質(zhì)。因此在茶葉生產(chǎn)中應(yīng)注意土壤pH值的動態(tài)變化,積極采取措施。

土壤有機質(zhì)是茶園土壤養(yǎng)分的主要來源,能夠促進微生物的活動,維系土壤良好的理化性質(zhì),是表征土壤肥力的重要指標[18]。根據(jù)《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》[19]中規(guī)定的土壤Ⅰ級肥力指標,本試驗在噴施農(nóng)藥前、后土壤有機質(zhì)含量均符合Ⅰ級肥力指標標準(有機質(zhì)含量>15 g/kg),尤其是噴施農(nóng)藥后土壤有機質(zhì)含量顯著增加(圖1),這可能與土壤微生物作用有關(guān),有報道表明土壤微生物類群能夠?qū)⑥r(nóng)藥作為一種自身需要的碳源并加以利用[20],導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量增多。

2.2 噴施農(nóng)藥前后茶園土壤全效養(yǎng)分的分析

氮素是植物生長的必需元素,也是植物細胞的重要組成成分,土壤全氮含量是衡量土壤氮素供應(yīng)狀況的重要指標,直接影響植物的生長發(fā)育,決定土壤有機質(zhì)的積累與分解強度[21]。土壤氮素主要來源于土壤有機質(zhì),所以土壤中有機質(zhì)含量豐富的地段一般氮素含量也高[22]。在本研究中，未噴施農(nóng)藥前空白組土壤全氮含量均符合土壤Ⅰ級肥力指標；噴施農(nóng)藥后實驗組土壤全氮含量也有不同程度的增加(圖2)。

圖1 噴施農(nóng)藥對茶園土壤pH值和有機質(zhì)含量的影響

土壤全磷量是磷的總貯藏量,包括有機磷和無機磷兩大類。土壤中的磷素大部分以遲效性的狀態(tài)存在,因此全磷含量高時并不意味著磷素供應(yīng)充足；而當(dāng)全磷含量低時,卻可能意味著磷素供應(yīng)不足[23]。本試驗分析結(jié)果表明,土壤磷的含量變化沒有明顯的規(guī)律,主要是因為土壤磷含量變異系數(shù)較大,極易受外界環(huán)境的影響(圖2)。

圖2 噴施農(nóng)藥對茶園土壤全效養(yǎng)分含量的影響

全鉀是水溶性鉀、交換性鉀、非交換性鉀和結(jié)構(gòu)態(tài)鉀的總和。全鉀中90%～98%在相當(dāng)長時間內(nèi)是無效的,雖然全鉀含量不能用于指導(dǎo)施肥,但也是土壤質(zhì)量的重要指標之一[24]。在本試驗噴施農(nóng)藥前采集的土壤全鉀含量為2.3 g/kg；在噴施農(nóng)藥后略有升高,但仍不符合土壤Ⅰ級肥力指標,所以該區(qū)域土壤全鉀嚴重缺乏,應(yīng)注意鉀肥的施用,避免全鉀過度缺乏而影響茶樹生長,間接影響茶葉品質(zhì)?？梢?在土壤全效養(yǎng)分方面,除全氮含量較為充足外,其他全效養(yǎng)分均較為匱乏,應(yīng)注意鉀肥和磷肥的施用。

2.3 噴施農(nóng)藥前后土壤速效養(yǎng)分的分析

土壤速效氮是作物氮營養(yǎng)元素的主要來源[25],包括礦物質(zhì)態(tài)氮和有機態(tài)氮中比較容易分解的部分,其含量測定結(jié)果與作物氮素吸收有較好的相關(guān)性[26]。從圖3可以看出，在噴施農(nóng)藥以后,土壤速效氮的含量與空白組相比逐漸升高,呈現(xiàn)D5>D4>D3>D2>D1>CK,且空白組土壤速效氮的含量為18 mg/kg,低于土壤Ⅲ級肥力指標(<50 mg/kg)；雖然噴施農(nóng)藥后土壤速效氮含量有不同程度的升高,但其仍沒有達到土壤肥力Ⅰ級指標,因此要根據(jù)土壤速效氮的匱乏程度進行施肥處理。

速效磷是指土壤中較容易被植物吸收利用的磷,除土壤溶液中的磷酸根離子外,土壤中的一些易溶的無機磷化合物、吸附態(tài)磷均屬于速效磷的一部分[27]。速效磷是對作物最為有效的部分,也是評價土壤供磷水平的重要指標[28]。分析結(jié)果表明,不同天數(shù)采取的土壤樣品,其速效磷含量表現(xiàn)為D60>D40>D20>D5>D3>D4>D2>CK>D1,且空白組土壤速效磷含量和實驗組土壤速效磷含量均符合土壤Ⅰ級肥力指標,因此噴施農(nóng)藥前后土壤速效磷較為豐富,無需施加磷肥。

速效鉀是指土壤中易被作物吸收利用的鉀素,包括土壤溶液鉀及土壤交換性鉀,是表征土壤鉀素供應(yīng)狀況的重要指標,對指導(dǎo)鉀肥的施用具有重要意義[29]。本研究分析結(jié)果表明,在噴施農(nóng)藥以后,土壤速效鉀的含量大小表現(xiàn)為D20>D5>D4>D3>D2>D1>CK,且空白組土壤速效鉀的含量為40 mg/kg；雖噴施農(nóng)藥以后土壤速效鉀含量顯著增加,但其始終不符合土壤肥力Ⅰ級指標,所以應(yīng)注意鉀肥的施用,增加土壤中鉀元素的含量,防止速效鉀含量過度匱乏,影響茶樹的生長與茶葉的質(zhì)量。可見,在土壤速效養(yǎng)分方面,除速效磷養(yǎng)分較為充足外,其他速效養(yǎng)分均較為匱乏,應(yīng)注意氮肥和鉀肥的施用。

2.4 噴施農(nóng)藥前后土壤理化性質(zhì)的主成分分布分析

以33個土壤樣品的11個土壤理化性質(zhì)在噴施農(nóng)藥前后不同時間段的變化為指標,分析了不同時間段茶園土壤理化性質(zhì)的主成分分布。從圖4可以看出：D5、D40、D60組的土壤理化性質(zhì)指標分布在第Ⅰ象限,由此可知這3組土壤理化性質(zhì)的指標優(yōu)于其他各組;D3、D4、D20組土壤理化性質(zhì)指標分布在第Ⅳ象限,且D3與D4組相距較近,與其他各組相距較遠,可見,D3、D4組的土壤理化性質(zhì)指標較為相似,且與其他各組的土壤理化性質(zhì)指標存在一定的差異。以不同時間段的土壤理化性質(zhì)為指標,可以較好地區(qū)分噴施農(nóng)藥后土壤理化性質(zhì)的變化。

圖3 噴施農(nóng)藥對茶園土壤速效養(yǎng)分含量的影響

圖4 噴施農(nóng)藥對茶園土壤理化性質(zhì)影響的主成分分布

2.5 噴施農(nóng)藥前后茶園土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

噴施農(nóng)藥前后不同時間段茶園土壤理化指標間的Pearson相關(guān)性分析結(jié)果(表2)表明:有機質(zhì)含量與土壤pH值、土壤含水量和其他土壤養(yǎng)分含量相關(guān)性較弱;土壤pH值與全磷含量呈顯著負相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.726;土壤含水量和速效氮含量與土壤其他養(yǎng)分含量相關(guān)性較弱;速效磷含量與速效鉀含量呈極顯著正相關(guān),與全磷含量呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.873和0.694;速效鉀含量與全磷含量呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.689;全氮含量與全磷含量呈顯著負相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為-0.687。

表2 噴施農(nóng)藥前后茶園土壤理化指標間的Pearson相關(guān)系數(shù)

注：“**”表示相關(guān)極顯著(P<0.01)；“*”表示相關(guān)顯著(P<0.05)。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明:噴施農(nóng)藥前后茶園土壤養(yǎng)分含量在各個時間段均有差異;土壤含水量無明顯變化;土壤pH值持續(xù)降低,當(dāng)pH值<4.5時,不適于茶樹生長；隨著種植時間的延長，茶園土壤會逐步酸化,故在一定年限后,應(yīng)注意采取適當(dāng)?shù)姆乐未胧?噴施農(nóng)藥前后除茶園土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷含量大部分達到農(nóng)業(yè)部規(guī)定的茶園土壤Ⅰ級肥力水平外,其他土壤理化性質(zhì)的指標值較低,會限制茶樹的生長,影響茶葉的質(zhì)量,可針對貧瘠養(yǎng)分進行施肥處理,改善茶園土壤養(yǎng)分狀況。