李強，韓文炎，李鑫，顏鵬，張麗平，張?zhí)m，付建玉

中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所，310008

氣候變化最顯著的特征是大氣溫度和CO2濃度的升高，及其伴隨而來的諸如高溫干旱、低溫凍害和暴雨等極端天氣的日益增多。自工業(yè)革命以來，全球平均氣溫（包括陸地和海洋）升高了0.87℃，其中陸地升高了1.53℃，據(jù)統(tǒng)計，近50年來，海口、昆明、杭州和濟南4 市平均氣溫升高了1.3℃[1]。大氣平均CO2質量濃度目前是393.1 mg/L，比工業(yè)化前提高了41%。據(jù)政府間氣候變化專門委員會（IPCC）預測，到本世紀末，全球平均氣溫預計將上升3.5 ～5.0℃，最樂觀的情況也會增高2℃；大氣CO2濃度則取決于各國的減排努力，超過450 mg/L 是幾乎可以肯定的[2]。氣候變化對茶園土壤及施肥會產(chǎn)生什么影響？如何采取必要的應對措施？本文就這些問題談談看法。

一、對土壤有機質的影響

土壤有機質是土壤中最重要的成分，它對改善土壤物理性質、促進微生物活性起關鍵作用，而且在微生物的作用下，通過礦化供應養(yǎng)分，是植物N、P和S養(yǎng)分的重要來源。因此，土壤有機質的高低直接關系到土壤的結構、通氣、滲透、吸附、緩沖和保肥性能，是衡量土壤質量高低最重要的指標。土壤有機質含量取決于土壤有機碳輸入量和輸出量的平衡，這是一個不斷累積和分解的動態(tài)變化過程。輸入量包括有機肥、茶樹及其他植物枯枝落葉、修剪枝葉、根系和動物殘體及分泌物等；輸出量包括土壤和根系呼吸、含碳有機物的分解和化學氧化等。

氣候變化一方面影響植物生長，改變植物凋落物和根系進入到土壤中的數(shù)量從而影響有機質的增加量；另一方面影響微生物的生存條件和活性，進而改變外源有機物和土壤有機質的分解速率。氣候變化導致的氣溫升高會加速土壤有機質的分解，不僅減少土壤有機質的含量，而且排放更多的CO2，從而加速氣候變化，導致惡性循環(huán)。研究表明，茶園土壤CO2排放速率主要取決于土壤溫度，茶園土壤呼吸的溫度敏感系數(shù)Q10在1.86 ～1.98之間，即溫度提高10℃，土壤CO2排放速率可提高1.86 ～1.98 倍，一般夏天的土壤呼吸速率是冬天的3 ～4倍[3-4]；但是如果茶樹種植年份較長，土壤有機質也較為穩(wěn)定，如100年生的茶園土壤Q10可降至1.64，與森林土壤相仿[5]；土壤有機質含量也表現(xiàn)為隨著茶樹種植時間的延長而提高[6]。另外，一年生作物改成茶樹等多年生作物后，表層土壤有機質含量有所提高，但提高的幅度與溫度呈反比，即溫度越高有機質的提高幅度越小[7]。降水的變化，特別是長期干旱和暴雨等極端天氣不僅會導致水土流失，促進土壤有機質的礦化，而且影響茶樹及茶園生態(tài)系統(tǒng)中其他植物的生長，降低光合作用強度和生長速率，從而減少茶樹修剪枝葉和枯枝落葉進入土壤的數(shù)量，導致土壤質量進一步惡化[8-9]。

但是大氣CO2濃度的升高會促進茶樹的光合作用，使茶樹生物量增加，從而有利于提高土壤有機碳的歸還量。如當大氣CO2質量濃度從目前約400 mg/L增加到800 mg/L時，茶樹葉片的凈光合速率提高87.9%～142.0%，茶樹樹高增加13.5%，茶樹地上部枝葉和根系分別增加24.7%和67.8%[10]。但茶樹對CO2濃度升高的反應也會隨著處理時間的延長逐漸鈍化，從而降低其對茶樹生長的促進作用[10-11]。最新的研究還表明，CO2濃度的升高可能會加速土壤固有有機質的氧化分解，從而導致土壤有機質的積累并不明顯[12]。

總的來說，氣候變化會降低茶園生產(chǎn)力，使茶樹凋落物回歸土壤的數(shù)量減少，而有機質的分解加快，不利于土壤有機質的積累和提高。因此，在當前氣候變化逐漸加劇的過程中，如何避免土壤有機質的快速減少甚至適當提高其含量是氣候變化影響下需解決的重要課題。

二、對土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分含量的高低取決于土壤本身養(yǎng)分的貯量，以及外源肥料的輸入。其中土壤本身貯藏的養(yǎng)分包括土壤有機質和有機物包含的有機態(tài)養(yǎng)分、土壤礦物質中的礦質態(tài)養(yǎng)分，這兩部分又稱土壤緩效養(yǎng)分，以及土壤溶液中能被植物直接吸收的速效養(yǎng)分。外源肥料也由這幾部分組成，有機肥主要含有機態(tài)養(yǎng)分，礦質肥料如磷礦粉含礦質態(tài)養(yǎng)分，極大多數(shù)化肥則是速效養(yǎng)分。土壤中的氮和硫極大多數(shù)呈有機態(tài)，鉀和鎂以礦物態(tài)為主，而磷則是有機態(tài)和礦物態(tài)共存。土壤中的緩效態(tài)養(yǎng)分必須經(jīng)過化學或生物化學作用逐步轉化成速效態(tài)養(yǎng)分后才能被植物吸收利用。土壤緩效態(tài)養(yǎng)分的轉化和速效態(tài)養(yǎng)分的運移主要受到土壤溫度和水分的影響。氣候變化導致的溫度升高，會加速土壤有機物和有機質的分解速度，如土壤呼吸速率與溫度呈極顯著正相關[3-5]。這一方面增大土壤養(yǎng)分的轉化速率，有利于促進植物對養(yǎng)分的吸收，但另一方面也會縮短養(yǎng)分的持續(xù)時間；而降水模式的改變，特別是暴雨頻次和強度的增加，會顯著增加土壤養(yǎng)分的地面徑流和淋溶損失[8]。氣候變化還會導致土壤微生物活性、群落和功能的變化，從而影響土壤養(yǎng)分的轉化。如CO2濃度升高能增加根際分泌物和有機沉積物，為土壤微生物生長提供更多的能源和碳源，從而促進其活性。但對不同微生物的響應有明顯差異，如CO2升高增加真菌群落的豐度，但對細菌影響較小，從而提高土壤真菌/細菌的比值[13]；大氣CO2濃度和溫度升高還會在一定程度上增加氨氧化古菌的數(shù)量，而減少氨氧化細菌和反硝化細菌的數(shù)量[14]。茶園土壤由于酸性較強，土壤中的真菌和氨氧化古菌相對較多，顯然這會影響土壤硝化和反硝化速率，從而影響茶園土壤氮素的有效性[15]。

三、對茶樹體內礦質養(yǎng)分的影響

由于氣候變化導致土壤質量和有效養(yǎng)分的改變，從而對植物體內營養(yǎng)元素的含量產(chǎn)生明顯影響。植物所需的必需營養(yǎng)元素共有17種，包括碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、硫（S）、鐵（Fe）、錳（Mn）、銅（Cu）、鋅（Zn）、硼（B）、鉬（Mo）、氯（Cl）和鎳（Ni）等，除C、H、O從空氣和水中吸收外，其余元素大都從土壤中吸收。隨著大氣中CO2濃度的升高，植物光合作用吸收C元素的能力明顯增強，但對其他元素的吸收變化不大甚至有所減少，從而導致植物體內的養(yǎng)分失衡。據(jù)Loladze 等[16]對全球包括7 000 多項實驗和130 多種C3 作物或品種的數(shù)據(jù)分析表明，大氣中CO2濃度升高后（實驗處理平均CO2質量濃度為699 mg/L，對照為364 mg/L），除了植物體內的C含量顯著提高外（提高2.6% ～10.4%，平均6%），其他元素包括N、P、K、Ca、Mg、S、Na、Fe、Mn、Cu、Zn 等25 種營養(yǎng)元素在植物體內的含量均有明顯下降，其中N 的下降幅度最大，為13.1%～17.8%，平均降幅15.0%，其次為Fe、Mg、P、Zn、S和Cu等元素，平均降幅8%～10%。植物體內C和N含量的變化，導致植物非結構性碳水化合物如淀粉和糖的含量明顯提高，而蛋白質和氨基酸含量降低；另外，植物體內的元素比例如C/N、C/P和C/S比均顯著提高。與C3植物相比，C4植物礦質元素含量也明顯降低，但降幅小一些。茶樹是典型的C3植物，已有初步試驗表明，茶樹體內C 含量顯著提高，而包括N 在內的其他營養(yǎng)元素則呈明顯降低狀態(tài)；茶葉品質成分茶多酚含量有所提高，而游離氨基酸和咖啡堿含量則降低[8,17]。這一結果預示，從品質成分和礦質營養(yǎng)元素的角度，隨著將來大氣中CO2濃度的持續(xù)升高，茶葉品質，特別是綠茶品質會降低；為了維持茶葉品質和茶樹體內營養(yǎng)元素的平衡，肥料的需要量，特別是N、P、K 三要素，以及一些中微量元素，如Mg、S、Cu、Zn的使用量必將提高，導致施肥成本增加。

四、應對技術措施

1.免耕或少耕

免耕能顯著減少表土流失。與強烈耕作相比，免耕可減少50%以上的土壤侵蝕。免耕能保護土壤結構，減輕土壤呼吸消耗，從而減少土壤有機質的分解，提高土壤質量。另外，免耕還能避免茶樹根系損傷。實踐證明，疏松、深厚、肥沃、有機質含量高、通透性好的土壤，免耕或少耕并不影響茶葉產(chǎn)量和品質。但粘重、板結和肥力水平較低的土壤還是需要進行定期耕作。

2.修剪枝葉回園

茶樹需要經(jīng)常性地修剪以維持一定的高度和分枝性能。修剪產(chǎn)生的大量枝葉含有茶樹生長所需的各種營養(yǎng)元素，是很好的有機肥，腐爛后對提高土壤肥力具有明顯的作用。不僅如此，這些枝葉保留在茶園土壤表面作為覆蓋材料，對于減少水土流失和雜草生長也有很好的作用。因此，修剪枝葉回園是提高土壤質量的有效措施。

3.增施有機肥

提高土壤有機質含量，改善土壤結構，從整體上提高茶園土壤理化和生物性狀，是促進茶樹生長發(fā)育，提高茶園應對氣候變化能力的關鍵。前述免耕和修剪枝葉回園對于保持和提高茶園土壤有機質含量有很好的作用，但這還不夠，在平時的茶園管理過程中還必須多施有機肥。由于有機肥需要開溝深施，因此，每2～3年施1 次，每次施肥時適當增加有機肥使用量，既可減少耕作次數(shù)，又能有效改善土壤結構，效果較好。

4.增施氮肥和其他礦質肥料

如前所述，隨著大氣CO2濃度的提高，茶樹體內N 和其他礦質營養(yǎng)元素的含量降低。因此，適當增施N、P、K三要素和Mg、S、Cu、Zn等其他中微量元素，對于保持茶樹體內養(yǎng)分平衡，充分提高茶葉產(chǎn)量和品質是必不可少的。

5.加強茶園排灌系統(tǒng)建設

氣候變化不一定導致降水量的減少，但水分分布不勻是肯定的?！安皇潜┯辏褪情L期干旱”的極端天氣現(xiàn)象會進一步增多。因此，建好茶園水利設施，做到能排能灌十分必要。在灌溉設施方面，最好能做到一機多用，如微噴灌既能抗旱，改善茶園小氣候，又可用于預防“倒春寒”，對于水源相對充足的地方建議使用，但對于水源不足的地區(qū)則以滴灌為佳，以充分提高水分利用率。