根据2015年中央1号文件关于农业发展“转方式、调结构”的战略部署, 2015年2月农业部制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》。方案要求以保障国家粮食安全和重要农产品有效供给为目标, 牢固树立“增产施肥、经济施肥、环保施肥”的理念, 通过推进精准施肥, 减少盲目施肥^[1]。土壤氮素是土壤肥力中最活跃的因素, 也是农业生产中最重要的限制因子之一^[2]。土壤氮素在土壤肥力中起着相当重要的作用, 世界粮食增产的50%来自土壤氮素的贡献^[3]。众多研究表明^[4-5], 即使在使用大量氮肥情况下, 作物中积累的氮素中仍有50%左右来自土壤, 在某些土壤上这个数据更高。土壤中氮素总量及各种存在形态与土壤供氮有着密切的关系, 土壤供氮能力越强, 作物对土壤氮素的依赖性就越强, 氮肥的增产效应和利用率就越低^[6-7]。因此, 分析土壤全氮及其各种形态氮的含量是评价土壤肥力, 拟定合理施用氮肥的主要根据。

铁观音是闽南乌龙茶的极品, 是中国十大名茶之一。福建省安溪县是铁观音的主要产区, 连续9年位列全国百个重点产茶县第一位。随着安溪铁观音茶园矮化密植种植模式的大面积推广应用, 茶园氮肥的盲目大量施用尤为明显。据阮建云等^[8]调查研究表明, 安溪县乌龙茶区茶园氮肥投入变化范围38.3 ~ 2 664.0 kg/hm², 90%左右茶园氮素投入处于赢余状态。过量的氮肥施用, 导致茶叶产量不再增加或有所下降^[9], 同时带来严重的生态环境、农业面源污染等问题^[10-11]。了解铁观音产区茶园土壤中氮素含量状况, 可有针对性地制定茶园氮肥管理措施, 实现“增产施肥、经济施肥和环保施肥”。据此, 本研究调查福建省主要茶区安溪县铁观音茶园土壤氮素状况, 以期为安溪县铁观音茶园的氮肥合理施用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

试验土壤及茶叶样品采自安溪县铁观音茶园, 试验区概况详见参考文献[12]。

1.2 样品采集

试验土壤及茶叶样品采集方法详见参考文献[12]。样品采集时间为2016年4月下旬至5月上旬, 依据各采样地块茶园开采时间进行样品采集。土壤及茶叶取样样点信息见表 1。

1.3 测定项目及方法

土壤全氮测定采用凯氏消煮法, 碱解氮测定采用碱解扩散法, pH测定采用电位法(水土比2.5:1), 有机质测定采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法; 茶叶全氮测定采用H₂SO₄-H₂O₂消化-蒸馏法^[13]。

1.4 数据分析

数据分析采用DPS 6.85及Excel 2010进行。

2 结果与分析 2.1 土壤全氮含量及影响因素

供试安溪县77个铁观音茶园0 ~ 20 cm土层土壤全氮含量变幅为0.31 ~ 1.96 g/kg, 平均值为1.13 g/kg; 20 ~ 40 cm土层变幅为0.21 ~ 1.57 g/kg, 平均值为0.81 g/kg(表 2)。茶园土壤全氮含量在剖面分布上表现为上层土壤高于下层土壤。

NYT853—2004《茶叶产地环境技术条件》中茶园土壤全氮Ⅰ级(优良)、Ⅱ级(尚可)和Ⅲ级(较差)的指标分别为 > 1.0、0.8 ~ 10、< 0.8 g/kg^[14]。据此, 供试安溪县77个铁观音茶园0 ~ 20 cm土层土壤全氮含量为Ⅰ级的样点比例为63.6%, Ⅱ级为27.3%, Ⅲ级为9.1%;20 ~ 40 cm土层土壤全氮含量为Ⅰ级的样点比例为22.1%, Ⅱ级为23.4%, Ⅲ级为54.5%。从全县茶园土壤全氮含量均值看, 0 ~ 20 cm土层土壤全氮均值属于Ⅰ级(优良)级别、Ⅱ级(尚可)及以上样点比例达90.9%, 总体含量属中上水平; 20 ~ 40 cm土层土壤全氮均值属于Ⅱ级(尚可)级别, Ⅱ级(尚可)及以下样点比例占77.9%, 总体含量属中下水平。

不同土壤类型茶园土壤全氮含量有较大差异, 其中黄壤、红壤、水稻土改植、赤红壤茶园土壤全氮含量较高, 而粗骨土、潮砂土茶园土壤全氮含量较低(表 3)。与郑丽燕等^[15]2009年报道水稻土改植的福建铁观音茶园土壤具有最高的土壤全氮含量结果不同, 这可能与土地利用方式的改变有关, 水稻土改植茶园后, 滞水潴育过程的消失, 造成土壤有机质及全氮含量的降低^[16-17]。

有机氮是土壤三大氮源的主体, 它的含量和分布与土壤有机质密切相关。如图 1所示, 供试铁观音茶园0 ~ 20、20 ~ 40 cm土层土壤有机质与土壤全氮的相关系数分别为0.93^**和0.86^**, 相关关系极显著(P < 0.01, n=77;P_0.05(77)=0.224, P_0.01(77)=0.292, 下同), 说明有机质含量直接对土壤氮素储量及供应能力产生影响。

2.2 土壤碱解氮含量及影响因素

供试安溪县77个铁观音茶园0 ~ 20 cm土层土壤碱解氮含量变幅为27.52 ~ 282.53 mg/kg, 平均值为105.42 mg/kg; 20 ~ 40 cm土层变幅为16.32 ~ 181.74 mg/kg, 平均值为75.02 mg/kg(表 4)。茶园土壤碱解氮含量在剖面分布上表现为上层土壤高于下层土壤。

NYT853—2004《茶叶产地环境技术条件》中茶园土壤碱解氮Ⅰ级(优良)、Ⅱ级(尚可)和Ⅲ级(较差)的指标分别为 > 100、50 ~ 100、< 50 mg/kg^[14]。据此, 供试安溪县77个铁观音茶园0 ~ 20 cm土层土壤碱解氮含量为Ⅰ级的样点比例为46.8%, Ⅱ级为50.6%, Ⅲ级为2.6%;20 ~ 40 cm土层土壤全氮含量为Ⅰ级的样点比例为15.6%, Ⅱ级为68.8%, Ⅲ级为15.6%。从全县茶园土壤碱解氮含量均值看, 0 ~ 20 cm土层土壤碱解氮含量均值属于Ⅰ级(优良)级别, Ⅱ级(尚可)及以上样点比例达到97.4%;20 ~ 40 cm土层土壤碱解氮含量均值属于Ⅱ级(尚可)级别, Ⅱ级(尚可)以上样点比例达到84.4%。说明安溪县铁观音茶园土壤碱解氮总体含量较为丰富。

不同土壤类型茶园土壤碱解氮含量有较大差异, 其中黄壤、红壤、赤红壤、水稻土改植茶园土壤碱解氮含量较高, 而粗骨土、潮砂土茶园土壤碱解氮含量较低, 与土壤全氮含量在不同土壤类型茶园土壤的分布情况较为一致(表 3)。

供试茶园土壤0 ~ 20、20 ~ 40 cm土层土壤全氮和碱解氮含量的相关系数分别为0.61^**和0.71^**, 相关关系极显著(P < 0.01)(图 2)。如图 3所示, 0 ~ 20、20 ~ 40 cm土层土壤有机质和碱解氮含量的相关系数分别为0.59^**和0.64^**, 相关关系极显著(P < 0.01)。土壤全氮是土壤碱解氮的来源, 土壤有机质与土壤全氮相关关系显著, 因此土壤有机质也对土壤碱解氮含量产生显著影响。

2.3 茶叶氮含量及其与土壤氮含量的关系 2.3.1 茶叶氮含量

从表 5可见, 供试铁观音茶叶氮含量变化范围为17.68 ~ 29.60 g/kg, 平均值为22.16 g/kg。其中以魁斗镇茶叶氮含量最低, 平均值为20.35 g/kg; 龙涓乡最高, 平均值为27.48 g/kg。

2.3.2 茶叶氮含量与土壤氮含量的关系

供试77个铁观音茶叶氮含量与土壤0 ~ 20、20 ~ 40 cm土层土壤全氮含量的相关系数分别为-0.03和-0.10, 与土壤碱解氮含量的相关系数分别为-0.13和-0.22, 相关关系均不显著(P > 0.05)(图 4~图 5)。这与郑丽燕等^[15]、胡承孝和黄芳鹤^[18]的研究结论一致。

茶树一年四季都不断从土壤中吸收氮素, 10月到翌年3月所吸收的氮素主要贮存在根系中; 茶树不同器官对氮素的需求时期亦有差别, 根需氮主要在9—11月, 茎主要在7—11月, 叶主要在4—9月^[19]。茶树在氮素供应不足时, 根系所吸收的氮转运到茶树各器官, 尤其是向叶片内运输的数量较大, 因此茶树新叶中的氮与土壤碱解氮含量无显著相关性。章明清等^[20]研究表明, 由于碱解氮指标本身存在的问题, 无法与铁观音茶叶相对产量建立数学关系。因此, 土壤碱解氮含量是否能作为铁观音茶园土壤供氮能力的指标, 以及在铁观音茶树的营养诊断时采摘鲜叶(小至中开面的对夹二、三叶和一芽三、四叶嫩梢)的氮素含量是否能作为茶树缺素的诊断指标有待进一步研究。

2.4 安溪县铁观音茶园氮肥施用建议

安溪县铁观音茶园土壤全氮、碱解氮在0 ~ 20 cm土层含量较为丰富, 而20 ~ 40 cm土层含量相对较低; 茶树吸收根一般分布在地表下5 ~ 45 cm土层, 但集中分布处在地表下20 ~ 30 cm土层^[19], 因此在肥料施用时应该注意氮肥深施。其次, 土壤有机质含量与全氮、碱解氮含量均呈极显著的正相关关系, 土壤有机质的提升能有效提高土壤氮素供应能力, 在茶园土壤氮素管理时, 应该注重有机肥的施用, 以提高土壤氮素储量; 尤其是开垦在粗骨土、潮砂土等土壤全氮、碱解氮含量较低的土壤类型上的茶园, 应该增施有机肥, 提高土壤熟化程度。第三, 安溪县铁观音茶园土壤碱解氮总体含量较为丰富, 土壤碱解氮含量与铁观音茶叶氮含量无显著相关性, 因此在氮肥施用时应该选择适合的氮肥种类, 尽量降低速效氮肥的比例, 以提高氮肥利用率。

3 结论

1) 安溪县铁观音茶园0 ~ 20 cm土层土壤全氮含量属中上水平, 含量变幅为0.31 ~ 1.96 g/kg, 平均值为1.13 g/kg, Ⅱ级(尚可)及以上样点比例达90.9%;20 ~ 40 cm土层土壤全氮含量属中下水平, 含量变幅为0.21 ~ 1.57 g/kg, 平均值为0.81 g/kg, Ⅱ级(尚可)及以下样点比例占77.9%。黄壤、红壤、水稻土改植、赤红壤茶园土壤全氮含量较高, 而粗骨土、潮砂土茶园土壤全氮含量较低; 土壤全氮与有机质含量呈显著的正相关关系。

2) 安溪县铁观音茶园土壤碱解氮总体含量较为丰富, 0 ~ 20 cm土层土壤碱解氮含量变幅为27.52 ~ 282.53 mg/kg, 平均值为105.42 mg/kg, Ⅱ级(尚可)及以上样点比例达97.4%;20 ~ 40 cm土层变幅为16.32 ~ 181.74 mg/kg, 平均值为75.02 mg/kg, Ⅱ级(尚可)以上样点比例达84.4%。黄壤、红壤、赤红壤、水稻土改植茶园土壤碱解氮含量较高, 而粗骨土、潮砂土茶园土壤碱解氮含量较低; 土壤碱解氮与全氮、有机质含量呈显著的正相关关系。

3) 铁观音茶叶氮含量变化范围为17.68 ~ 29.60 g/kg, 平均值为22.16 g/kg。铁观音茶叶氮含量与土壤全氮、碱解氮含量相关关系均不显著, 土壤碱解氮含量是否能作为铁观音茶园土壤供氮能力的指标, 以及在铁观音茶树的营养诊断时采摘鲜叶的氮素含量是否能作为茶树氮素缺素的诊断指标有待进一步研究。

4) 安溪县铁观音茶园土壤氮素管理时应注重氮肥深施, 同时增施有机肥、降低速效氮肥的施用比例。