郝柯宇，周艷，張惠光，蔡斌，李穎，張秀芳，何東進(jìn),3，游巍斌,3

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院，福建 福州 350002；2.武夷山國家公園科研監(jiān)測中心，福建 武夷山 354300;3.福建省南方森林資源與環(huán)境工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002)

茶園的管理方式不僅對茶葉品質(zhì)的好壞和產(chǎn)量的高低產(chǎn)生直接影響，同時還可能對局部小生境乃至大區(qū)域的生態(tài)環(huán)境造成間接影響[1]。普通茶樹種植沿用傳統(tǒng)的耕作管理方式，如定期培土、鋤草等，易導(dǎo)致大片茶園土壤裸露地表，茶園植被覆蓋度低下，再加上茶農(nóng)為了追求短期經(jīng)濟(jì)效益，長期使用單質(zhì)化肥和農(nóng)藥，造成土壤板結(jié)、土地退化等，茶園生態(tài)環(huán)境易惡化[2]。生態(tài)環(huán)境的惡化又難以滿足茶樹生物性生長的需求，這在一定程度上制約了茶產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展。為了實現(xiàn)茶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，尋找有利于改善茶樹生境條件并能提高茶葉品質(zhì)的有機(jī)或生態(tài)茶園發(fā)展模式則尤為關(guān)鍵，成為研究熱點領(lǐng)域。武夷山國家公園植茶歷史悠久，福建烏龍茶之首——武夷巖茶就誕生于此地，茶產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為了該地的支柱型產(chǎn)業(yè)之一，發(fā)展生態(tài)茶園，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的改善、茶葉品質(zhì)和茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義[3]。鑒于此，選擇武夷山國家公園內(nèi)兩種不同管理方式（有機(jī)管理茶園和普通管理茶園）的茶園土壤為研究對象，對比分析其在土壤理化性質(zhì)、土壤肥力和土壤金屬元素方面的差異，以期為當(dāng)?shù)夭鑸@種植環(huán)境影響評價及生態(tài)茶園的建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)概況

武夷山國家公園作為首批國家公園試點區(qū)之一，其范圍主要包括武夷山國家級自然保護(hù)區(qū)、國家級風(fēng)景名勝區(qū)、九曲溪上游保護(hù)帶、光澤縣和邵武市部分區(qū)域，總面積1001.41 km2。該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候型，氣候垂直變化顯著，溫暖濕潤，降水豐沛[4]。武夷山國家公園多地主要受斷裂構(gòu)造嚴(yán)格控制，發(fā)育有陡峭的斷塊崖壁和溪流，地貌類型主要以山地丘陵為主，植被類型以亞熱帶常綠闊葉林為主，植被受山地地形影響，垂直帶譜明顯。武夷山種茶歷史悠久，茶園景觀亦是武夷山國家公園內(nèi)的特色景觀要素類型之一。園內(nèi)茶葉品種豐富多樣，其主要有肉桂、水仙和大紅袍等[5]。武夷巖茶作為武夷山國家公園最具代表性的茶類之一，獨(dú)具特色的武夷“巖韻”，故備受世人喜愛。

2 研究方法

2.1 采樣方法

于2020年9月，在武夷山國家公園范圍九曲溪上游保護(hù)地實地選擇了兩處環(huán)境背景條件相同，但管理方式不同的兩處茶園樣地（有機(jī)管理茶園和普通管理茶園）。兩處樣地直線水平距離相距約200 m，垂直海拔高差約40 m。以“S”形路線在每個樣地選取5個采樣點，用土鉆采集0～20 cm的表層土樣，將5個采樣點的土樣混合均勻，用四分法稱取1 kg混合土樣，裝入標(biāo)記好的自封袋中，放入保溫箱中冷藏。將保溫箱土壤樣品帶回實驗室，每個樣品分別取200 g放入冰箱保鮮，另外800 g樣品放置通風(fēng)陰涼處自然風(fēng)干，去除根系、石礫等雜質(zhì)后，用研缽研磨并分別過2、0.149 mm的尼龍篩，分裝待測。同時，記錄茶園的經(jīng)緯度、地理特征、施肥和管理方式等方面信息。茶園樣地基本特征見表1。

表1 茶園樣地基本屬性特征Tab.1 Basic features of garden plot

兩種茶園施肥方式如下：（1）有機(jī)管理茶園于種茶前一年在茶山撒施豬屎豆種子，長成植株做綠肥埋入土中，植茶后前3年畝施40 kg復(fù)合肥+100 kg/畝有機(jī)肥，2019年冬季茶行間種油菜，2020年6月份畝施40 kg復(fù)合肥+125～150 kg/畝豆粕有機(jī)肥，深翻條施再覆土。（2）普通管理茶園于每年10月份前后，畝施125～100 kg/畝復(fù)合肥，6月份畝施40 kg左右，3月份畝施40 kg左右，復(fù)合肥撒施在面上。

兩種茶園病蟲害防治和除草方式如下：（1）有機(jī)管理茶園于每年3月中下旬視茶樹情況，用茶皂素、松脂生物有機(jī)農(nóng)藥噴施；冬季清園，清理茶園中病、枯死枝條，并噴施石硫合劑；每年3月下旬至4月上旬、6月下旬至7月上旬用人工除草。（2）普通茶園于3月中下旬、4月上旬（采茶前15天）、6月至7月、8月下旬至9月上旬之間使用低毒農(nóng)藥防病除蟲，3月下旬至4月上旬、6月下旬至7月上旬用除草劑噴施。

2.2 指標(biāo)選擇和測定方法

從兩種茶園管理方式下的茶園理化性質(zhì)、土壤養(yǎng)分和金屬元素等方面篩選指標(biāo)，具體包括：（1）土壤pH值、有機(jī)質(zhì)（SOM,soil organic matter）、可溶性有機(jī)碳(DOC,soluble organic carbon)、全氮(TN,total nitrogen)、全磷(TP,total phosphorus)、全鉀(TK,total potassium)、水解氮 (AN,hydrolyzed nitrogen)、有效磷(AP,available phosphorus)、速效鉀(AK,available potassium)等9個主要養(yǎng)分指標(biāo)；（2）鉛Pb、鉻Cr、汞Hg、鎘Cd等4個主要重金屬指標(biāo)。

各指標(biāo)測定方法如下：土壤pH值是由pH計測定，堿解氮AN采用堿解擴(kuò)散法，有效磷AP采用鉬銻抗比色法，速效鉀AK采用乙酸銨浸提火焰光度法，土壤有機(jī)質(zhì)SOM和全氮TN采用碳氮元素分析儀測定，土壤可溶性有機(jī)碳DOC是由總有機(jī)碳分析儀（TOC）測定，土壤全磷TP、全鉀TK、鉛Pb、鉻Cr、汞Hg、鎘Cd等金屬元素是經(jīng)土壤消煮后用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS分析儀）測定。最后，運(yùn)用R語言的corrplot包進(jìn)行各指標(biāo)相關(guān)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 兩種茶園管理方式下土壤理化性質(zhì)比較

有機(jī)管理茶園和普通管理茶園的土壤物理性質(zhì)比較結(jié)果見表2。有機(jī)管理茶園pH值（4.18±0.09）<普通管理茶園（4.29±0.06）。土壤粒徑方面，有機(jī)茶園土壤組成主要由黏粒和粉粒（82.64%）構(gòu)成，土壤較為細(xì)膩；普通管理茶園主要由粉粒和砂粒（70.14%）構(gòu)成，土壤顆粒較粗。

表2 兩種茶園管理方式下的土壤理化性質(zhì)比較Tab.2 Comparison of soil physical and chemical properties under two tea garden management methods

3.2 兩種茶園管理方式下土壤肥力養(yǎng)分比較

表3所示兩種茶園管理方式下的土壤肥力元素比較，有機(jī)管理茶園有效磷含量范圍在33.91～38.43 mg/kg，普通管理茶園有效磷含量范圍在3.59～4.24 mg/kg，有機(jī)管理茶園有效磷含量要顯著高于普通管理茶園。速效鉀方面，有機(jī)管理茶園含量為（124.94±6.21）mg/kg，普通管理茶園為（74.84±4.51）mg/kg，有機(jī)管理茶園的速效鉀含量比普通管理茶園要高67%。有機(jī)管理茶園水解氮含量為（99.23±14.83）mg/kg，普通管理茶園為（111.02±4.74）mg/kg，有機(jī)管理茶園比普通管理茶園低11%?？扇苄杂袡C(jī)碳方面，有機(jī)管理茶園含量為（137.37±16.56）mg/kg，普通管理茶園含量為（119.94±13.63）mg/kg，有機(jī)管理茶園要比普通管理茶園高15%。全磷方面，有機(jī)管理茶園土壤含量為（0.27±0.04）g/kg，普通管理茶園土壤含量為（0.19±0.04）g/kg，有機(jī)管理茶園比普通管理茶園高43%。有機(jī)管理茶園全鉀含量為（4.37±0.11）g/kg，普通管理茶園全鉀含量為（16.13±3.31）g/kg，有機(jī)管理茶園比普通管理茶園低73%。全氮方面，有機(jī)管理茶園含量為（1.55±0.01）g/kg，普通管理茶園含量為（1.39±0.19）g/kg，有機(jī)管理茶園比普通管理茶園高12%。有機(jī)質(zhì)方面，有機(jī)管理茶園含量為（31.8±0.15）g/kg，普通管理茶園含量為（27.85±0.18）g/kg，有機(jī)管理茶園比普通管理茶園高14%。

表3 兩種茶園管理方式下土壤肥力元素比較Tab.3 Comparison of soil fertility elements under two tea garden management methods

3.3 兩種茶園管理方式下土壤金屬元素比較

兩種茶園管理方式下土壤金屬元素比較見表4。由表4可知，汞、鉛、鉻、鎘、砷金屬含量范圍分別為0.136～0.185、54.02～68.4、24.239～129.89、0.175～0.199、10.194～24.12 mg/kg，有機(jī)管理茶園的汞、鉛、鉻、鎘的重金屬含量要低于普通管理茶園，砷含量有機(jī)管理茶園高于普通管理茶園。土壤其他金屬元素分布見表4，鐵、鈉、鎂、鈣金屬含量范圍分別為13.934～29.99、1.67～2.23、0.99～2.06、1.73～2.76 g/kg,有機(jī)管理茶園鐵含量（27.38±2.17 g/kg）要高于普通管理茶園（15.41±1.69 g/kg），有機(jī)管理茶園的鈉、鎂、鈣金屬含量要低于普通管理茶園。

表4 兩種茶園管理方式下土壤金屬元素比較Tab.4 Comparison of soil metal elements under two tea garden management methods

3.4 土壤指標(biāo)相關(guān)性分析

圖1所示，養(yǎng)分方面，茶園土壤有機(jī)質(zhì)與有效磷、速效鉀、鐵、黏粒呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與全鉀、鉻、鎘、砂粒呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）；有機(jī)質(zhì)與鎂、粉粒呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。土壤全氮與汞呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤全磷與鐵呈極顯著正相關(guān)，與速效鉀呈顯著正相關(guān)，與鎘、砂粒呈顯著負(fù)相關(guān)。全鉀與鉻、鎂、砂粒呈極顯著正相關(guān)，與有效磷、速效鉀、黏粒呈極顯著負(fù)相關(guān)，與鎘呈顯著正相關(guān)、與鐵呈顯著負(fù)相關(guān)。有效磷與速效鉀、鐵、黏粒呈極顯著正相關(guān)，與鉻、鎘、砂粒呈極顯著負(fù)相關(guān)，與鎂、粉粒呈顯著負(fù)相關(guān)。速效鉀與鐵、黏粒呈極顯著正相關(guān)，與鉻、鎘、砂粒呈極顯著負(fù)相關(guān)，與粉粒顯著負(fù)相關(guān)。水解氮與pH值呈顯著正相關(guān)?？扇苄杂袡C(jī)碳與鉛呈顯著負(fù)相關(guān)。

圖1 茶園土壤特性的相關(guān)性分析Fig.1 Correlation analysis of soil characteristics in tea garden

土壤金屬方面，鉛與鈉呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。鉻與鎂、砂粒呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與黏粒呈極顯著負(fù)相關(guān)，與鎘、粉粒呈顯著正相關(guān)，與鐵呈顯著負(fù)相關(guān)。鎘與鐵、黏粒呈極顯著負(fù)相關(guān)，與砂粒呈顯著正相關(guān)。鐵與黏粒呈極顯著正相關(guān)，與砂粒呈極顯著正相關(guān)。鎂與黏粒呈負(fù)相關(guān)。土壤pH值與汞、鉛、鉻、鎘、砷、鐵、鎂、鈉、鈣無顯著相關(guān)性。

4 討論與結(jié)論

pH值對土壤各種養(yǎng)分的有效性、土壤微生物的活性具有顯著影響。有機(jī)管理茶園土壤和普通管理茶園土壤pH值相差不大，都在4以上，在比較適宜茶樹生長的范圍內(nèi)，pH值低于4.0或高于6.5都對茶樹生長不利[7,8]。土壤有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力大小的綜合表現(xiàn)[9]，能夠增強(qiáng)土壤保水保肥能力，促進(jìn)植物根系對土壤礦物質(zhì)的吸收[10]。有機(jī)管理茶園與普通管理茶園土壤有機(jī)質(zhì)含量都大于20 g/kg，屬于優(yōu)質(zhì)茶園土壤類別，該區(qū)域茶園位于低山丘陵地帶，氣候濕潤降水豐富，使得茶樹凋落物較好的腐化，因而土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍較高。有機(jī)管理茶園土壤有機(jī)質(zhì)含量要高于普通管理茶園，是因為該茶園為套種茶園，加之定期實施綠肥、有機(jī)肥。本研究相關(guān)性表明，土壤有機(jī)質(zhì)與有效磷、速效鉀呈極顯著正相關(guān)，這與李貞霞[11]研究中有機(jī)質(zhì)與速效磷呈正相關(guān)結(jié)果一致，這可能是由于較高的有機(jī)質(zhì)含量同時會帶來較高的速效養(yǎng)分[12]。氮磷鉀等養(yǎng)分元素是植物吸收的重要土壤養(yǎng)分，反映了土壤肥力的大小，能夠促進(jìn)茶樹的生長和茶葉產(chǎn)量[13]。氮素能夠直接影響茶樹的代謝和生理活動，促進(jìn)茶樹對土壤養(yǎng)分的吸收[14]。有機(jī)管理茶園和普通管理茶園全氮和水解氮含量均較高，達(dá)到了Ⅰ級茶園標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)質(zhì)高效高產(chǎn)要求的茶園土壤。磷素能夠參與植物的光合作用，促進(jìn)植物能量的傳遞和酶反映活動[13,15]。有機(jī)管理茶園的全磷含量較低，有效磷含量較高，而普通管理茶園全磷和有效磷含量均較低，磷含量的缺乏可能跟南方土壤的成土母質(zhì)和特性相關(guān)，南方土壤含有大量的氧化鐵和氧化鋁等化合物，對磷有很強(qiáng)的固定作用，磷的有效性通常很低[16]。有機(jī)管理茶園與普通管理茶園速效磷含量差異顯著，這可能跟茶園的土壤養(yǎng)分管理方式不同有關(guān)，針對普通茶園有效磷缺乏，可以考慮將有機(jī)肥和無機(jī)磷肥混合施用來提高磷素水平。鉀會影響茶樹的生長發(fā)育，促進(jìn)植物根的生長，對于提高植物抵抗病蟲害具有重要作用[15,17]。有機(jī)管理茶園全鉀含量較低，速效鉀含量較高，而普通管理茶園全鉀和速效鉀含量皆較高；雖然有機(jī)管理茶園和普通管理茶園速效鉀含量偏高，但仍在茶園種植的適宜范圍內(nèi)，土壤適宜的鉀含量利于茶葉的生長，研究表明鮮葉含鉀量與烏龍茶的品質(zhì)成分相關(guān)性達(dá)到顯著或極顯著水平[18]。

兩種茶園管理措施下的重金屬含量都要高于福建省土壤重金屬的背景值（除了有機(jī)管理茶園的鉻），有機(jī)管理茶園：鉛（58.15 mg/kg）>鉻（24.79 mg/kg）>砷（22.69 mg/kg）>鎘（0.18 mg/kg）>汞（0.15 mg/kg）；普通管理茶園：鉻（113.89 mg/kg）>鉛（62.01 mg/kg）>砷（14.89 mg/kg）>鎘（0.20 mg/kg）>汞（0.17mg/kg）。根據(jù)無公害茶園土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[19]，5種重金屬元素鉻、砷、鎘、鉛和汞的土壤污染風(fēng)險篩選值分別為150、40、0.3、250和0.3 mg/kg，有機(jī)管理茶園和普通管理茶園重金屬含量均未超標(biāo)。重金屬間的相關(guān)系數(shù)可用于判斷其來源的相似程度，正相關(guān)性越高表明其重金屬來源一致可能性越高[20]。本文研究中鉻與鎘、鎂呈顯著正相關(guān)，鉛與鈉呈顯著正相關(guān)，說明這些金屬元素具有相同來源。同時，重金屬元素與土壤粒徑也有顯著相關(guān)性，這與陳玉真研究茶園土壤重金屬與土壤粒徑有顯著相關(guān)性結(jié)果一致[21]，說明土壤的質(zhì)地對于重金屬含量有重要影響。

兩種茶園管理方式下土壤pH值偏酸，有機(jī)質(zhì)、速效鉀和水解氮含量都較為豐富，能為茶樹生長提供較好的養(yǎng)分，但全磷含量較為缺乏，普通管理茶園有效磷含量較少，應(yīng)當(dāng)注意科學(xué)合理混合施加磷肥和有機(jī)質(zhì)肥，提高肥料的利用率。在土壤重金屬方面，有機(jī)管理茶園與普通管理茶園重金屬含量都沒有超標(biāo)，符合無害茶園土壤標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)分析有機(jī)管理茶園和普通管理茶園土壤肥力狀況，有機(jī)管理茶園土壤要優(yōu)于普通管理茶園土壤，說明有機(jī)管理茶園的建設(shè)模式更有利于茶樹的生長和發(fā)育，對土壤有一定改良作用。