岩茶种类和种植年限对茶园土壤中、微量元素含量分异特征的影响
2024-10-18
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第31卷第2期 2010年6月 扬州大学学报(农业与生命科学版) Journal of Yangzhou University(Agricultural and I ife Science Edition) Vo1.31 No.2 Jun.2010 岩茶种类和种植年限对茶园土壤中、微量元素 含量分异特征的影响 李 灵 。,张洪江 ,张 玉。,江慧华。,谢 妤 ,杜洪庆。,周 艳。 (1.北京林业大学水土保持学院,北京100083; 2.福建省绿色化工技术重点实验室/武夷学院环境与建筑工程系,福建武夷山354300; 3.武夷山风景区管理委员会,福建武夷山354300) 摘要:通过测定武夷山风景区茶园0~10、10~2O、2O~4O、4O~60 cm不同深度土壤中Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn、Ni、 Pb、Cr、Cd等1O种元素含量,研究岩茶土壤中、微量元素的剖面分异特征及岩茶种类和利用年限对岩茶土壤中、微量元 素的影响。结果表明:①不同元素含量在O~60 cm内不同土层之间垂直分异不明显,并呈不同的变化规律,Ca、Mg含 量呈现下层富集的趋势,cr、Ni、'Cu含量在40 cm以下土层逐渐升高,Mn、Zn含量在40 cm以下土层逐渐降低,Cd、Pb 有表层富集现象。②不同元素含量之间呈现出一定的线性相关关系,除Mn以外,其他9类元素之间的相关系数均大 于0.900。③种植年限相同而岩茶种类不同,土壤中、微量元素含量基本无显著差异(P>0.05);不同元素含量随岩茶 利用年限的增加而增大,且达显著水平(P<0.05),与8年相比,22年岩茶土壤中Fe和Mn含量增加幅度不大,Ca、Mg、 Cu、Zn、Ni、Cd和Cr含量增加幅度中等,而Pb含量增加幅度较大。施肥是岩茶土壤中、微量元素增加的主要原因,但 目前尚未对岩茶土壤构成污染;岩茶土壤存在一定程度的缺Mn,在施肥中应予以重视。 关键词:土壤;微量元素;岩茶种类;利用年限;武夷山风景区 中图分类号:S 571.061 文献标志码:A 文章编号:1671—4652(2010)02—0053—06 Changes in secondary and trace element contents in Wuyi Yancha soils due to Yancha types/cultiVated years LI Ling ~,ZHANG Hong ̄iang ,ZHANG Yu。,JIANG Hui—hua ,XIE Yu , DU Hong-qing ,ZHOU Yan。 (1.Coll of Soil and Water Conserv,Beijing For Univ,Beijing 100083,China; 2.Key Lab of Green Chem Indu Tech of Fz ian Prov/Dept of Envir and Arch Engin,Wuyi Coll, Wuyishan 354300,China;3.Admin Commis of Wuyishan Scenery District,Wuyishan 354300,China) ABSTRACT:This paper focused on changes in contents of secondary and trace elements in yancha soils from Wuyishan Scenery Area influenced by tea types and plantation years(8,22 years).The results showed that:①No significant difference was observed in contents of Ca,Mg,Fe,Cu,Mn,Zn,Ni,Pb,Cd,Cr within 0 to 60 cm depth,although different trace elements varied with soli depth.Ca and Mg contents tended to be higher in 1ower soll layers,Cr,Ni,Cu contents gradually increased and Mn,Zn contents gradually reduced below 40 cm;the highest contents of Cd,Pb were observed in the surface 1ayer.⑦A positive 1inear correlations among different trace element contents were obtained and the correla— tion coefficients among the nine elements with the exception of Mn were higher than 0.900.③There was no significant difference in trace element contents in soils treated with different tea types and the same cultivated year(P>0.05):trace and secondary element contents increased significantly with plantation year(P<0.05),Fe and Mn content only increased 15 一22%,Ca,Mg,Cu,Zn,Ni,Cd and Cr content of the medium increase,raised 63 ~71 ,33 一54 ,32 一55 , 43 一70 ,53 ~7O 。35 一63 and 54 一79 ,respectively;Pb content of a 1arger increase,raised 1 60 一22 1 .Fertilization was the main reason for the increase in trace element contents in yaneha soi1,no soil pollution 收稿日期:2009—06—10 基金项目:福建省科技项目(2008F5060);南平市科技计划项目(N2009Z10—3);福建省武夷山风景区管理委员会资助项目(2008—03) 作者简介:李灵(1973一一 ),女,河南南阳人,博士研究生,主要从事土壤营养生态学方面的研究。 E-mail:haodou 025@126.com 54 扬州大学学报(农业与生命科学版) 第31卷 happened but attention should be paid to the deficiency of Mn in the soil. KEY WORDS:soil;trace element;yancha type;cultivated year;Wuyi mountain scenic area 武夷山风景区现有茶同面积约2 267 hm ,岩茶(Camellia sinensis)是武夷山重要的经济作物。土 壤中、微量元素对岩茶生长代谢、产量品质等方面具有十分重要的作用 ]。成土母质是土壤中不同元素 的主要来源,直接影响土壤中不同元素的含量与分布 。在水热条件相似相同母质上发育的土壤,中、 微量元素含量与土壤的理化性质有关,如pH值影响中、微量元素在土壤剖面的分布0 3j,黏粒利于中、微 量元素的富集 j,有机质既能促进中、微量元素的淋溶,又能固定中、微量元素l1. 等。茶园肥料、农药、杀 虫剂、除草剂的使用,茶树凋落物归还及根系分泌物等使茶园土壤的中、微量元素含量随着植茶年限的 增加而发生一系列变化 。]。关于茶园土壤中不同元素分布规律、丰缺程度以及对茶叶产量品质的影响 已有报道_8. 1c)l,但目前有关其分布特征的研究报道较少。本研究选择武夷山风景区内生长的岩茶.分析不 同岩茶种类及不同种植年限(8、22年)岩茶土壤中Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn、Ni、Pb、Cd和Cr在0~60 cm深 度内的含量特征,以期为岩茶土壤的科学利用和管理、提高岩茶产量和品质及促进茶园土壤生态系统可 持续发展提供参考依据。 1材料与方法 1.1试验材料及地点 在武夷山国家级风景名胜区(东经l17。35 ~118。O1 ,北纬27。35 ~27。43 )同一母质并具有相似地 形地貌特征地段分别选取植茶年限为8年的2种茶园土壤和植茶年限为22年的4种茶园土壤为试验 地点。不同茶园的种植和施肥措施如下:①半天腰(C.sinensis f .Bantianyao)和白毛猴(C.sinensis C73.Baimaohou)种植年限为8年,一年施3~4次氮肥,纯氮30~45 kg・hm,氮、磷、钾肥质量比为 2:1:1。每公顷施厩肥、沤肥、绿肥30 t,混合施过磷酸钙450 kg。②肉桂(C.sinensis f .Rougui)、 水仙(C.sinensis c .Shuixian)、白牡丹(C.sinensis CV.Baimudan)和白鸡冠(C.sinensis CV.Baiiiguan) 种植年限为22年,全年3~4次追肥,纯氮60490 kg・hm,氮、磷、钾质量比为3:1:1,重施基肥, 每公顷施厩肥、沤肥、绿肥37.5 t以上,混合施过磷酸钙600 kg。 1.2试验方法 在各试验地分别布设3个20 1TI×20 m的样地,在每个样地按S形布设取样点5个,每个取样点按 O~10、10 ̄20、20~4O、40~60 cm不同深度土层取样,按层次分别均匀混合成一个样品。采集的新鲜 土样拣去石砾和大的植物根系等杂物于室内自然风干,过180 m筛,经HNO。一HC10 消解后,利用火 焰原子吸收法测定Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn、Ni、Pb、Cd、Cr含量,lO种元素除Zn、Pb和Cr标准曲线的 相关系数r小于0.99外,其余元素标准曲线的相关系数均大于0.99。 1.3统计分析 采用SPSS 13.0软件进行统计分析,不同岩茶土壤中、微量元素含量差异显著性采用I SD多重比 较法检验。 2结果与分析 2.1岩茶土壤中、微量元素含量的剖面特征 由图1可知,6种岩茶土壤Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn、Ni、Pb、Cd、Cr 10种中、微量元素含量在0~ 60 cm土壤剖面中出现不同的分布特点:①Ca、Mg含量呈现下层富集的趋势,武夷山风景区茶园土壤 的酸度较强,且自表层向底层增加,下层富集的Ca、Mg可以缓解较强的酸度。Fe含量在0~60 cm深 度内存在增加、减少和复杂的趋势,并无明显的规律。②Cr、Ni、Cu含量在40 cm以下土层逐渐升高, 在剖面中呈现积聚的趋势。Mn、Zn含量在40 cm以下土层逐渐降低,表层土壤中Cu、Zn含量高于剖 第2期 李 灵等:岩茶种类和种植年限对茶园土壤中、微量元素含量分异特征的影响 55 . 1.0 蠲妊: 3.0 . \蠲把£害 0.9 O.8 m ∞舯∞ 2.5 加舳∞∞ 0.7 0.6 2.0 \0.5 0.4 螭1.5 钲0.3 0.2 1.0 0.1 0 O.5 肉桂 水f』IJ白牡丹h鸡冠半天腰r1毛猴 肉桂 水仙白牡丹白鸡冠半天腰白毛猴 45 30 40 25 警20 15 托 ,穹10 肉桂 水fIlJ白牡丹门鸡冠半天腰自毛猴 『} l .. . . 。 。 l2O 皇 oo 80 三60 襄40 20 0 肉棒 水仙白牡丹Fl鸡冠半天腰内毛猴 肉桂 水仙门牛十丹自鸡冠半天腰白毛猴 35 5O 30 40 25 蓼20 警30 15 珂吕:20 把10 托 Z c e-,10 O 0 肉桂 水仙白牛十丹自鸡冠半天腰白毛猴 肉桂 水fIll自牛十丹自鸡冠半天腰自毛猴 O.2 60 ‘ 0.15 扎.40 0.1 三30 撼 塑020 .05 6 10 0 0 肉棒 水仙白牡丹门鸡冠半天腰自毛猴 肉桂 水仙自牡丹白鸡冠半天腰白毛猴 图1岩茶土壤不同元素含量的垂直分布 Fig.1 Vertical changes of different elements contents in different Yancha soil depths 1.0~10 cm;2.10~20 cm;3.20~40 cm;4.40~60 CITI 面中其他土层。③Cd、Pb有表层富集的现象,一方面与茶园施用化肥、农药和除草剂产生的残留有关, 另一方面,本研究过程中同时测定研究区域水体中的Pb发现,在旅游高峰期较高的车流量会使水体中 Pb含量增加,说明景区汽车尾气的排放可能是Pb在土壤表层富集的原因之一。 变异系数反映了随机变量的离散程度。由表1可知,Pb的变异系数为10 ~20 ,属于中变异 型;而Cd的变异系数较大,为25 ~50 9/6,属于强变异型;其他元素Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn、Ni和Cr 的变异系数均在10 以下,属于弱变异型。 56 扬州大学学报(农业与生命科学版) 表1岩茶土壤不同元素含量垂直分布的变异系数 Tab.1 Variation coefficients of different elements contents between Yancha soil depths 第31卷 相关分析结果(表2)表明,土壤中Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Ni、Pb、Cd和Cr 9种元素含量之间表现出较 强的线性相关关系,相关系数均大于0.900;而Mn与其他元素之间的相关性稍低,Mn与Ca、Mg、Fe、 Zn、Ni、Pb、Cr之间的线性相关系数均小于0.900,与Cd的线性相关系数小于0.800。总体而言,岩茶 土壤中不同元素含量之问均或多或少地呈现出一定的线性正相关。 表2岩茶土壤不同元素间的相关系数 Tab.2 Correlation coefficients between different elements contents in Yancha soils 2.2不同岩茶种类和种植年限间土壤中、微量元素含量的比较 在土壤的成土过程、成土母质、岩层、土类、气候条件等基本一致的条件下,探讨岩茶种类及植茶年 限对土壤中、微量元素含量的影响。由图1可知:①22年生的4种中龄岩茶土壤,不同元素含量顺序由 大到小依次为Fe、Mg、Ca、Mn、Zn、Cr、Pb、Ni、Cu、Cd,除Mn以外,其余9种元素含量在22年生的 4种不同岩茶土壤之间基本无显著差异(P>0.05)。②8年生的2种幼龄岩茶土壤中不同元素含量顺 序由大到小依次为Fe、Mg、Ca、Mn、Zn、Cr、Ni、Cu、Ph、Cd,与22年生的岩茶土壤相比,幼龄茶园土壤 Pb含量明显较低,其他元素含量顺序与22年生岩茶土壤的基本一致。8年生的2种不同岩茶土壤中、 微量元素含量之间基本无显著差异(P>0.05),因此岩茶种类的不同不是岩茶土壤中、微量元素含量差 异的主要原因。③不同利用年限的岩茶土壤中部分元素含量差异较大。随植茶年龄的增加,与8年相 比,22年植茶年龄岩茶土壤中Fe和Mn的含量增加幅度不大,分别提高了15 ~22 、14 ~39 ,土 壤中Ca、Mg、Cu、Zn、Ni、Cd和Cr含量增加幅度中等,分别提高了63 ~71 、33%~54 、 32 ~55 、43 ~7O 、53 ~70%、35 ~63 和54 ~79 。与8年相比,22年植茶年龄岩茶土 壤Pb含量提高了16O ~221 。这主要是利用年限越长土壤中化肥和农药残留越多,Pb、Cd和Cr的 富集程度越高,尤以Pb含量增加明显。 2.3岩茶土壤中、微量元素丰缺度及污染性评价 岩茶土壤中不同元素含量与福建省土壤元素背景值相比(表3),Ca、Mg、Cu、Zn和cr的比值在1上 下波动,分别为0.98~i.68、0.70~1.08、0.59~1.05、0.60~1.02、0.49~1.03;Fe、Mn和Pb的比 值均小于1,分别为0.69~0.84、0.36~0.54和0.24~0.92;Ni、Cd的比值均大于1,分别为1.11~ 2.06、1.30~2.11。与中国土壤元素背景值相比,Cu、Zn、Ni、Pb和Cd的比值在1上下波动,分别为 0.64~1.15、0.73~1.25、0.64~1.19、0.36~1.37和0.95~1.54,Ca、Mg、Mn和Cr的比值均小于 1,分别为0.032~0.055、0.22~0.33、0.2l~0.32和0.38~0.78,Fe的比值大于1,为1.O0~1.22。 岩茶土壤中Ca、Mg含量接近本省背景值 ,远低于中国土壤背景值l】 ,对于喜酸性的岩茶比较适宜。 第2期 李灵等:岩茶种类和种植年限对茶园土壤中、微量元素含量分异特征的影响 57 优质茶树适合种植在ca含量低的土壤上,茶园土壤含钙量不超过2 g・kg 。本研究中ca含量明 显低于2 g・kg~,适合于优质岩茶的生长。武夷山岩茶区水热条件充足,土壤脱硅富铁化明显m ,本 研究中Fe含量的分析结果也表明了岩茶土壤属于不缺Fe类型。但岩茶土壤Mn含量相对较低,这一 特点的形成与土壤质地、淋失较为严重有一定关系。 表3 岩茶土壤元素含量与福建省和中国土壤元素背景值的比较 Tab.3 Comparison between different elements contents in Yancha soil and the background values in Fujian province and China soil *我国《土壤环境质量标准》(GB15618 1995)中的一级标准。 岩茶土壤中Cu、Zn、Pb和Cr含量中等,Ni、Cd含量稍高,但与我国《土壤环境质量标准 (GB15618—1995)》中金属元素含量的一级标准相比,所测土壤中Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、和Cr含量分别是 一级标准的36.31 ~65.51 、49.68 ~84.51 、37.58 9/6~69.4O 、24.2O ~92.26 、35.0O ~ 57.O0 和22.59 ~46.94 ,这说明本地区土壤尚未发生明显的Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、和Cr污染。 3小结与讨论 岩茶土壤中、微量元素含量在0~10、10420、20440和4O~60 cm之间垂直分异不明显,不同元 素在0~60 cm土壤剖面中出现不同的变化特征。表层、深层土壤在同一地貌单元、同~成土母质的基 础上发育而成的,土壤中不同元素含量背景特征应基本一致,但受风化作用、水分运动和施用化肥和农 药、植物的吸收和利用等因素的影响,其含量在表层、深层土壤中出现明显差异口 。本研究表明,除Cd 和Pb含量在不同土层之间变异较大以外,Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn、Ni和Cr含量在0~60 cm深度内分 布较为均匀,这可能是研究区内岩茶土壤深耕活动达土壤40 cm以下深度,因此在约60 cm土壤深度 范围内耕作活动、灌溉、施肥等人为活动较为一致的结果。 有研究报道有机质与生物必需的铜元素结合形成稳定的螯合物,表层土壤有机质含量较高_1 ,因 而使铜在表土层富集;增施有机肥,土壤中全Zn含量在上层土壤中增加口 ,是表土层Zn含量较高的 主要原因;Cr在酸性土壤中易发生向下层淋失,易在底层积聚_1 。本研究中Cu、Zn与Cr含量的变化 规律与以上研究结果基本一致。但与张民等__】 报道的金属元素在0~4O C1TI的表层土壤中含量最高, 40~50 cm的过渡层次之,然后向下锐减的结果不完全一致。这可能与岩茶土壤特有的环境条件如酸 碱度、有机质和土壤质地等有关。 岩茶土壤中、微量元素含量在利用年限相同的不同岩茶土壤之间无显著差异,但随岩茶利用年限的 增加而增大。随利用年限的增加,岩茶施用的肥料、农药量的增加改变了土壤一系列的理化性质。这是 因为:一方面一些肥料中含有一定的金属元素,尤其以有机肥和磷肥中的微量元素含量较多,因此大量 有机肥的施用会增加土壤中的微量元素含量;另一方面茶园土壤中的有机质、腐殖酸及黏粒等含量随着 利用年限的增加而增加,其与金属元素的结合机制及不同元素之间的相互作用等使土壤中、微量元素含 量随之而显著增加。随利用年限的增加,岩茶土壤酸度增大 ],茶园常施用石灰来中和过强的土壤酸 性,以及增施复合肥(含钙镁磷肥)可能是岩茶土壤钙镁含量随利用年限增加而明显增大的主要原因。 茶园利用年限越长,施肥量的增加,进一步增加了土壤中的有机质[6],且化肥中含有少量的Cu,因而使 岩茶土壤中Cu含量也明显增大。一般增施有机肥仅使土壤表层Zn含量增加,对下层土壤中Zn含量 影响不大。由于元素间的相互作用使Ni含量随植茶年限的增加而增加,但Ni在低腐殖质含量的土壤 58 扬州大学学报(农业与生命科学版) 第31卷 中含量稍高口引,又使其在利用年限较长而腐殖质含量较高土壤中的含量下降,最终使得Zn和Ni含量 随种植年限延长而稍微增加。本研究中岩茶土壤Fe、Mn含量的变化与有些学者的观点,Fe、Mn是土 壤中含量比较丰富的元素,各种栽培和管理措施对其含量影响较小的结论基本一致,与一般增施化肥会 引起上层土壤中Fe含量下降,高产易引起土壤Fe的亏缺 】及土壤中Fe、Mn含量随化肥用量的增加 而下降的研究结果[ 。。有差异,其具体原因尚需进一步研究。 增施复合肥可能是岩茶土壤中、微量元素含量增加的来源之一,但尚未对岩茶土壤构成污染威胁, 而岩茶土壤存在一定程度的缺Mn,因此生产实践中应施用一定的微肥,增加土壤Mn含量,进一步提 高岩茶的品质。 参考文献: [1]王永东,廖桂堂,李廷轩,等.四川I蒙顶山低山茶园土壤主要微量元素空间变异特征及影响因素研究[J].茶叶科 学,2008,28(1):14-21. 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