鐵觀音茶園土壤酸化與交換性鎂的現狀

穆 聰，黃梓璨，蘇 達，蘇火貴，陳燕華，吳良泉*

（1.福建農林大學資源與環境學院，福建 福州 350002；2.福建農林大學國際鎂營養研究所，福建 福州 350002；3.福建農林大學農學院，福建 福州 350002；4.安溪縣土壤肥料技術推廣站，福建 泉州 362400；5.泉州市農業農村局，福建 泉州 362000）

鎂是茶樹正常生長發育所必需的中微量元素，參與了包括有效光合同化、糖類合成與轉運以及活性氧代謝等多個生理過程［1］，對茶樹的產量形成和品質提升具有重要意義。商虎［2］、侯玲利［3］在茶園施用鎂肥后，茶葉產量和茶芽密度均顯著增加，并且提高了葉片厚度和著葉數。阮建云等［4］研究發現，施鎂后茶葉中的游離氨基酸、茶多酚、咖啡堿含量都有顯著提升，尤其對香氣物質橙花叔醇有明顯改善，有利于提高茶葉品質。然而，由于我國茶園主要分布在長江以南的丘陵、山區和半山區的紅、黃壤上，受到特殊生物氣候條件的影響，土壤呈酸性或強酸性條件，鎂離子淋失嚴重，茶園土壤缺鎂的現象極其普遍［5］。阮建云等［6］對我國茶葉主產區的7省287個土壤樣品分析表明，茶園土壤缺鎂（土壤交換性鎂含量低于40 mg·kg-1）的比例達到了60%左右，且土壤交換性鎂自北向南呈現逐漸降低的趨勢。土壤鎂供應不足已成為我國茶葉產業綠色發展中亟需解決的關鍵問題。

20世紀末，蘇、浙、皖三省茶園土壤pH低于4.0的比例達到43.9%［7］，進入21世紀，我國13個省市主要茶區的茶園土壤調查結果顯示，茶園土壤pH低于4.5的比例超過72.3%［8］，且我國茶園土壤pH平均每年下降0.05個單位［9］，可見我國茶園土壤酸化日趨嚴重。土壤酸化速度加快，其主要原因與氮肥過量施用以及植物對堿性陽離子的吸收帶走和淋失有關［10］。李丹萍等［11］進行土壤淋洗模擬實驗中發現，在酸化的土壤上鎂的形態活躍，更容易淋失；姚利鵬等［12］在水稻上的研究也表明，土壤酸化會導致鎂離子流失，并最終降低作物產量，這表明土壤酸化可能是影響鎂在土壤中有效性的重要因子。因此，明確土壤酸化對土壤交換性鎂的影響對解決茶園缺鎂問題具有重要的指導意義。

福建省安溪縣作為我國重點產茶縣之一，茶園的肥料投入在省內居于前列，長期過量施肥造成的茶園土壤酸化已成為茶園的普遍性問題［13］。然而，作為典型的烏龍茶產區，當前安溪茶園土壤嚴重酸化狀況如何？對茶園土壤的交換性鎂有何影響？仍缺乏定量化的研究和報道。本文以安溪縣茶園土壤的酸化狀況及其對土壤交換性鎂的影響進行定量化研究，為茶園科學施用鎂肥提高茶樹鎂營養提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

安溪縣是鐵觀音茶葉生產第一大產區，位于東經117°36′～118°17′，北緯24°50′～25°26′，地處戴云山脈向東南延伸部分，地勢自西北向東南傾斜，西北部地勢高峻，平均海拔在700 m以上；東南部地勢相對較平緩，平均海拔在500 m。年均氣溫19～21℃，年降水量在1400～1800 mm，主要集中在6～8月份，屬于亞熱帶季風氣候。茶園的主要土壤類型為紅壤、黃壤和黃紅壤。

1.2 土壤樣品采集

在安溪縣感德鎮、虎邱鎮、祥華鄉等22個產茶鄉鎮選取具有代表性的茶園進行土壤樣品采集。采用“S”型混合采樣法，在取樣茶園采集5～8個點，混合成一個樣，并利用GPS對取樣點定位，共采集土壤樣品297個。采回的土壤通過四分法篩分至適合土量，經陰涼風干后，研磨過0.85 mm篩備用。

1.3 測定方法

土壤pH采用電位法測定，水土比2.5∶1；土壤交換性鎂含量采用1 mol·L-1中性醋酸銨溶液浸提，通過原子吸收分光光度計測定［14］。

1.4 數據處理

采用Excel 2016、SPSS 21.0、SigmaPlot 12.5和Arcgis 10.2軟件進行統計分析及繪圖。

2 結果與分析

2.1 茶園土壤酸化狀況

采集的297個取樣茶園的土壤樣品中，pH值的變幅在3.2～6.7之間，平均值為4.3，是典型的酸性土壤，變異系數為14.7%，屬于中等變異。其中，土壤pH小于4.0的土壤占了35%，pH在4.0～4.5的樣品占33%，pH在4.5～5.5的土壤占了28%，pH>5.5的土壤占4%，結果顯示土壤pH值低于4.5的土壤占調研總數的68%（表1，圖1）。這表明茶園中土壤酸化的情況非常嚴重。

表1 茶園土壤pH、交換性鎂描述性統計（n=297）

圖1 茶園土壤pH頻率分布

2.2 茶園土壤交換性鎂狀況

表1 中可以看出，在安溪縣采取的297個茶園的土壤樣品中，交換性鎂含量的變幅在1.0～79.0 mg·kg-1之間，土壤交換性鎂含量的平均值為23.7 mg·kg-1，變異系數為80.6%，屬于強變異，表明土壤交換性鎂在茶園土壤中的分布極不均衡，各地茶園中土壤交換性鎂相差非常大且平均鎂含量較低。在圖2中可以看出調研取土的297個樣品中，交換性鎂含量小于20.0 mg·kg-1的土壤占了56%，20.0～40.0 mg·kg-1的樣品占26%，土壤交換性鎂含量大于40.0 mg·kg-1的土壤僅占18%，結果顯示交換性鎂含量小于40.0 mg·kg-1的土壤占82%。這表明，在茶園土壤中鎂的分布極不均衡且茶園交換性鎂含量較低。

圖2 土壤交換性鎂含量頻率分布

2.3 土壤pH與交換性鎂的關系

由圖3可以看出，茶園土壤交換性鎂含量隨pH的降低而顯著降低。將土壤pH分為5組，分別是≤4.0、4.0～4.5、4.5～5.0、5.0～5.5和>5.5。當pH>5.5時，土壤交換性鎂含量最高，平均為49.1 mg·kg-1；而隨著pH降低到5.0～5.5時，土壤交換性鎂含量降低為41.6 mg·kg-1；pH下降到4.5～5.0時，土壤交換性鎂含量進一步降低為29.6 mg·kg-1；相應地，當土壤pH為4.0～4.5和≤4.0時，土壤交換性鎂含量分別只有21.3和15.3mg·kg-1。

圖3 不同土壤pH區組的交換性鎂含量

2.4 茶園土壤pH和交換性鎂的空間分布特征

在地理位置上，以大坪鄉、虎邱鎮、尚卿鄉、湖上鄉、劍斗鎮作為安溪縣東西部的分界線。從圖4中可以看出，在安溪縣土壤酸化主要集中在中西部地區，西部地區的土壤pH較東部地區更低，大部分區域的土壤pH在4.0～4.5之間，其中感德鎮中部、長坑鄉北部以及桃舟鄉西北部的土壤pH甚至低于4.0。由西向東，土壤pH逐漸提高，分界線往東的鄉鎮土壤pH普遍高于4.5。

安溪縣土壤交換性鎂呈現出的空間分布規律與pH相似（圖4），同樣是以大坪鄉、虎邱鎮、尚卿鄉、湖上鄉、劍斗鎮作為分界線，東西兩側表現出不同的交換性鎂分級。安溪縣的西部區域較東部區域交換性鎂更低，多數鄉鎮的交換性鎂在15.0～30.0 mg·kg-1范圍內，包括桃舟鄉、感德鎮、長坑鄉、蘆田鎮、西坪鎮等；而低于15.0 mg·kg-1的區域集中在福田鄉、感德鎮北部以及祥華鄉北部。東部區域包括龍門鎮、官橋鎮、蓬萊鎮、湖頭鎮東部、金谷鎮北部以及尚卿鄉東南部，交換性鎂高于30.0 mg·kg-1；而安溪地理位置的最東端參內鄉、魁斗鎮以及金谷鎮南部的交換性鎂在15.0～30.0 mg·kg-1之間（表2）。

表2 安溪縣各鄉鎮土壤pH、交換性鎂

3 討論

茶樹具有喜酸特性，適合生長于pH范圍在4.5～5.5之間的土壤環境中，當土壤pH過低時，會造成茶樹根尖萎縮，導致地下部對氮、磷、鉀等養分的吸收能力下降，進而影響茶葉生產［15］。本研究中，68%的茶園土壤pH低于4.5，與過去20～30年相比，酸化比例增加了22%［16］，與陳敬慈等［17］、蘇火貴［18］的研究結果相似。其原因可能是由內源酸化因子和外源酸化因子的共同作用所引起。其中，內源酸化因子是茶樹自身的物質循環和根系分泌物作用對土壤造成酸化［19］；而外源因素，如過量化肥投入、酸沉降和酸雨等還會進一步加劇這種酸化效應［20-21］。其中茶園肥料投入可能是影響茶園土壤酸化的重要因素之一［22］。Tong等［23］研究表明肥料的過量投入，尤其是氮肥的大量投入顯著加劇了銨態氮的硝化和礦化過程，通過加速氫離子釋放，最終導致土壤酸化的加快。安溪縣茶園氮素年平均投入量達到509.4 kg·hm-2，將近46.4%施氮量超過450 kg·hm-2，土壤氮素富集情況嚴重［24］。Yang等［25］研究表明茶園大量施用氮肥，會產生更多氫離子將土壤中的鹽基陽離子置換到土壤溶液中，導致鹽基陽離子容易伴隨NO3

圖4 安溪縣土壤pH、交換性鎂空間分布

-淋失出茶園，從而加劇土壤酸化。可見土壤pH過低會導致土壤鎂有效性的降低而影響茶葉的產量和品質。

本研究表明，安溪茶園82%的土壤樣品呈交換性鎂缺乏（<40.0 mg·kg-1），其中超過50%呈現極缺的狀態（<20.0 mg·kg-1）［26］。這與前人的研究結果相似，例如，朱永興等［5］對南方紅黃壤茶園的調查，以及蘇火貴［27］對福建茶葉主產縣的調查也均顯示土壤有效鎂呈普遍缺乏狀態。而土壤酸化是影響土壤鎂有效性及其空間分布的重要影響因素（圖3和圖4）。土壤酸化后，會導致茶園土壤中正電荷增加，顯著降低對鹽基陽離子的吸附力，使土壤中鹽基離子更容易淋失［28］，鎂作為土壤膠體中主要的陽離子，與其它陽離子（Na+、K+、Ca2+）相比，鎂離子擁有更大的水合半徑，負電荷對它的吸引力弱，導致鎂在土壤中的淋失風險更大［29］。同時由于安溪茶園處于亞熱帶地區，氣候濕熱，降雨量大，致使土壤中的淋溶作用強，鎂離子淋洗損失嚴重。本研究中，安溪縣西部山區的土壤pH和交換性鎂均呈現較低的趨勢（表2和圖4），該區域海拔高，也是鐵觀音的優勢產區，種茶歷史悠久，因而茶園酸化和土壤鎂缺乏的狀況也更加突出。因而，生產中應重視茶園酸化中土壤鎂缺乏的問題，補充鎂肥實現鐵觀音茶業的健康發展。

4 結論

安溪鐵觀音茶園土壤酸化嚴重，有68%的茶園土壤pH低于4.5；土壤交換性鎂缺乏也非常突出，土壤交換性鎂低于適宜值（<40 mg·kg-1）的樣本占到82%。隨著土壤pH值的降低，土壤交換性鎂呈現逐步降低的趨勢。在生產中應重視土壤酸化而伴生的土壤鎂缺乏問題，控制氮肥用量減緩土壤酸化的趨勢，同時應補施鎂肥改善茶園的鎂營養以確保茶葉優質高效生產。