茶園生態(tài)系統(tǒng)固碳潛力及低碳茶葉生產(chǎn)技術(shù)

1、茶園生態(tài)系統(tǒng)固 碳潛力及低碳茶葉生產(chǎn)技術(shù) 阮建云 (中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研 究所 )自 工業(yè)革命 以來人類活動(dòng)造成二氧化碳 、 氧化亞氮和 甲烷等溫室氣體排 放大量增加 ， 致使全球氣溫明顯升高。根 據(jù) 政府 間氣候變化專 門委員會 ( I P C C) 2 0 0 7 年發(fā) 布的第 4次 評估報(bào) 告 《 氣候變化 2 0 0 7 ： 綜合報(bào)告 》 ， 2 0 0 4 年全球人為 溫 室氣體排放總量 達(dá)到了 4 9 0 億噸 C O當(dāng)量

2、，比 1 9 7 0 年增 加 了 7 0 ． 7 ％。其 中 C O 2 約 占 7 7 ％， N 2 0占 7 ． 9 ％， C H 4 占 1 4 ． 3 ％。2 0 0 5 年大氣 中 C O的濃度達(dá)到了 3 7 9 m g ／ L ， C H濃度 達(dá)到了 1 7 7 4g ／ L ， N 2 0濃度達(dá)到 了 3 1 9g ／ L 。最 近 1 0 0年 ( 1 9 0 6 ～2 0 0 5 年 ) 全球氣溫升高 了 0 ． 7

3、 4 ℃， 而未來 1 0 0年全球 氣溫將 繼續(xù)升高 1 ． 4 - 5 ． 8 ~ C。根據(jù) 中國國家發(fā)展與改革委員會 2 0 0 7年發(fā)布 的《 中國應(yīng)對氣候變化國家方案 》 ， 至 2 0 2 0 年中國年 平 均氣 溫將 升高 1 ． 3 ～ 2 ． 1 ℃， 2 0 5 0 年將 升高 2 ． 3 ～ 3 ． 3 ~ E 。未 來 5 0年中國年平 均降水量將呈增加趨勢 ，預(yù)計(jì) 到 2 0 2 0年 ， 全 國年平 均降水量

4、將增加 2 ％一 3 ％，到 2 0 5 0 年可能增加 5 ％～7 ％。 過高的溫室氣體濃度會引致災(zāi)難性 的全球氣候 變化 ， 給 人 類帶來負(fù) 面影 響 ， 聯(lián) 合 國于 1 9 9 2 年通過 了 《 聯(lián)合 國氣 候 變化框架公 約 》 、 1 9 9 8 年通過了 《 聯(lián)合 國氣候變化框 架公 約 京 都議定書 》 ， 提 出執(zhí)行 或進(jìn)一步制定政 策和措施 ， 將 大氣 中溫室氣體 的濃度穩(wěn) 定在一個(gè)適當(dāng)?shù)乃?， 避免劇烈的氣

5、候 改變 ， 減少惡劣氣候?qū)θ祟愒斐晌?害的機(jī)會 。 因此 ， 發(fā)展只有 很 少 或 沒 有 溫 室 氣體 排 出到 大 氣層 ，或 碳 足跡 ( c a r b o nf o o t p r i n t ， 直接 或間接支持人類 活動(dòng)所產(chǎn)生 的溫室氣體總量 ，通常用產(chǎn)生的二氧化碳 噸數(shù)來表示 ) 接近于或等于零的低 碳經(jīng)濟(jì)成為各 國的共識。為了 實(shí)現(xiàn)通過控制大氣溫室氣體濃度來應(yīng)對氣候變化 ， 既 要減少化石燃料 ( f o s s i

6、 lf u e L 包含的天然資源主要是煤 、 石油和 天然氣 ) 燃燒、 工業(yè)生產(chǎn)等的直接排放 ， 同時(shí)必須高度重視陸地 生態(tài)系統(tǒng)和植被對全球碳循環(huán) 的調(diào)節(jié)作用 ， 發(fā)揮陸地生態(tài)系統(tǒng) 減排和增匯功能來應(yīng)對氣候變化。茶葉既是重要的經(jīng)濟(jì)作物 ，也屬于常綠的木本植物 ， 具有類似于森林 的固碳能力和潛力 ，采用低碳生產(chǎn)技術(shù) ， 挖掘茶園生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力 ， 增加茶 園 系統(tǒng)碳儲量 ， 必將對減少溫室氣體排放作出重大貢獻(xiàn) ， 同時(shí)提 升茶業(yè)

7、發(fā)展質(zhì)量 ， 是我 國今后茶葉發(fā)展的必然趨勢。一、 茶 園生態(tài) 系統(tǒng)碳 、 氮的循環(huán) 1 ． 茶 園生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán) 茶 園生態(tài)系統(tǒng)碳 的循環(huán)與森林 、 農(nóng) 田生態(tài)系統(tǒng) 相似 ( 圖1 ) 。 茶樹葉片通過光合作用固定大氣 中的 C O ： 合成有機(jī)質(zhì) ，成 為大氣 C O的庫 ， 又通過呼吸作用 向大氣 釋放 C O ： ， 通 過 枯枝落 葉、 修剪物 向土壤輸入有機(jī)物 ， 進(jìn)入 土壤有機(jī)碳庫 ， 或 經(jīng)土壤動(dòng)物和微生物分解又釋放

8、C O。茶樹根系還分泌有機(jī) 酸、 氨基酸等物質(zhì) 。 除呼吸作用外 ， 新梢采摘 、 土壤侵蝕 、 可溶 ·6·性有機(jī)質(zhì)淋溶 以及修剪物移 出茶 園等是茶園系統(tǒng)碳輸 出的 重要 途 徑 。( 1 ) 茶樹的生物產(chǎn)量和碳 固定 茶樹通過光合作用從空氣 中吸收并 固定 C O ： ， 合成有機(jī) 物質(zhì) 。據(jù) 《 中國茶樹栽培學(xué) 》 ( 2 0 0 5 ) 資料 ， 因品種不同且受 外部因素的影響 ， 茶樹的凈光合速率差異大

9、， 變化 幅度約 為 每秒 2 ． 3 ～ 1 8 ． 9 m m o l ／ m，茶樹 葉片光合作用 速率與 葉齡 、 季 節(jié) 、 葉位等有密切關(guān)系 。壯齡茶樹凈光合速率高于幼齡和老 齡茶樹 。 葉片初展時(shí) ， 凈光合速率很低甚至為負(fù)值 ， 隨著葉片 生長 ， 凈光 合速率提高 ， 葉片定型時(shí) ， 凈光合 速率最高 ， 葉片 開始衰老后 ， 凈光合速率降低。茶樹群體光合作用與漏光損 失 、 葉片著 生角度 、 葉片年齡 、 葉面積指

10、數(shù)等有關(guān) ， 而與 單葉 條件下有顯著差異。 茶樹生物產(chǎn)量是光合作用制造 的有機(jī)物 質(zhì)總量減去呼吸作用? 肖 耗 以后凈 累積的光合產(chǎn)物量 ， 或干物 質(zhì)重量 。 據(jù) 《 中國茶樹栽培學(xué) 》 ( 2 0 0 5 ) ， 我 國茶 區(qū)光輻射量 、有效 輻射能為基礎(chǔ) ， 理論上茶樹 群體 的年生物產(chǎn)量可 以達(dá)到 6 7 ． 3 t ／ h m， 但 是受 品種 、 樹冠 葉層結(jié)構(gòu) 、 逆境 等影 響 ， 實(shí) 際生 物產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于此值。土壤侵

11、蝕 淋溶 圖 1茶 園生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán) 新梢 采摘 土壤動(dòng)物、微 生 物 呼 吸 據(jù) 印度 H a d f i e l d ( 1 9 7 6 ) 的一 項(xiàng)研究 ， 茶 園年 光合產(chǎn)量 為 3 7 t ／ h m， 但 全年 呼吸消 耗 的干物質(zhì)達(dá) 到 2 2 ． 4 t ／ h m， 實(shí) 際 生物產(chǎn)量 只有 1 4 ． 6 t ／ h m。 最近斯里 蘭卡 D eC o s t a 等 ( 2 0 0 9 )的研究表 明 ， 茶樹 修剪

12、周期 內(nèi) ( 4 年 ) 平均年 生物產(chǎn)量 約為 1 7 ． 5 ～ 2 0 ． 8 t ／ h m。坦桑尼亞的 B u r g e s s ( 1 9 9 3) 和 C a r t ( 1 9 9 6 )研究表明 ， 2年生茶 園年生 物產(chǎn) 量 9 ． 4 3 ～ 1 2 ． 1 7 t ／ h m，年凈固 足 ， 淋溶 到底層 土壤 的 N O很 容易發(fā) 生反 硝化作 用 ， 造 成 氮素?fù)p 失 。二、氣候變化對茶樹產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

13、 根據(jù) 《 中國應(yīng) 對氣候變化國家方案 》 ， 氣候變化對 我國國民經(jīng)濟(jì) 的影響可能以負(fù)面為主 ， 將使我 國未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面 臨以下三個(gè)突 出問題 ： 農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性增加 ， 產(chǎn)量 波動(dòng) 大 ； 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布 局和結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)變動(dòng) ， 作物種植制度 可能發(fā) 生較 大變化 ； 農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)條件改變 ， 農(nóng)業(yè)成本和投資 大幅度增 加。有關(guān) C O ： 和氣溫升高對茶樹生長 、 產(chǎn)量和 品質(zhì)影響 的研 究還 比較少。據(jù)研 究 ， 多數(shù)茶 樹品

14、種 的最適生 長溫度為 2 0 ～ 3 0 q C ， 在 此溫度 范 圍內(nèi) ， 如 其他 生育 條件滿 足其生 長 的需要 ， 則 隨 溫度的升高 ， 生育速 度加快 。 有研 究指 出， 新梢生長最 適宜 溫度為 2 0 ～ 2 5 ℃， 高于 2 5 c c 或低 于 2 0 ％時(shí) ， 新梢生 長速度 就會減緩 。 段建真 和郭素英 ( 1 9 9 3 ) 研究表 明 ， 其他 生態(tài)條 件 適宜 的情況 下 ， 日平 均氣溫 在

15、1 6 ~ 2 5 ~ C 時(shí) ， 日生 長量 大 ；高于 3 0 ~ C 時(shí) 生長嚴(yán)重 受 阻 ； 當(dāng) 日 平 均氣溫 3 0 ℃以上 、 最 高 氣 溫超過 3 5 ％且持續(xù) 時(shí)間較長 時(shí) ， 茶 樹就將受 害 。地 溫與 茶 樹生育 的關(guān) 系與氣溫一樣 ， 也 十分密切 。 據(jù)調(diào) 查 ， 杭 州氣 象條件下 ， 當(dāng)?shù)販?為 8 ～ I O ~ C ， 根 系生長 開始加強(qiáng) ， 2 5 ℃左右 生長最適宜 ， 3 5 ℃以上時(shí) ，

16、根系停止 生長 。 段建真 和郭素英 ( 1 9 9 3 ) 發(fā)現(xiàn) ， 地 溫為 1 4 ～ 2 0 ~ C 時(shí) ， 茶 樹 新 梢生 育最 適 宜 ，次適 宜地溫 是 2 1 - 2 8 ％， 低 于 1 3 ℃或 高 于 2 8 ℃， 生 長較 緩 慢。蔣躍林等 ( 2 0 0 5 ， 2 0 0 6) 的研究表明 ， 大氣 C O ： 濃度增加 到 5 5 0 、 7 5 0 m m o l ／ m o l 時(shí) ， 茶樹葉片 日

17、平均凈光合速率 比正常 大氣 C O ： 濃度時(shí)提 高 1 7 ． 9 ％和 2 5 ． 8 ％，葉片氣 孔導(dǎo)度 降低 7 ． 6 ％和 1 3 ． 0 ％，蒸 騰 速 度稍 有 下 降 ；水分 利用 效 率 提高 2 1 ． 6 ％和 3 5 ． 8 ％；葉綠素 總量和類 胡 蘿 卜 素含量 分別 提高 1 3 ． 1 ％～ 1 9 ． 4 ％和 1 7 ． 2 ％～ 2 0 ． 1 ％。茶葉鮮 葉質(zhì)量也發(fā)生較大變 化 ， 春茶氨 基

18、酸含量下降 4 ． 5 ％和 1 2 ． 2 ％， 夏茶氨基酸含量降 低 1 ． 7 ％和 6 ． 7 ％， 秋茶 降幅為 2 ． 9 ％和 1 0 ． 8 ％， 咖啡堿 含量 降 低 3 ． 1 ％～ 4 ． 6 ％和 5 ． 1 ％～ 1 0 ． 7 ％；茶多酚含量提高 3 ． 8 ％- 6 ． 0 ％ 和 6 ． 9 ％ 一 1 1 ． 3 ％， 可溶性糖 含量增加 8 ． 4 ％- 1 4 ． 4 ％和 1 8 ． 1 ％一2

19、8 ． 2 ％ 。由于大氣 C O ： 濃度 、氣溫升高同時(shí)會帶來降水的變化 ，而低溫 、 干旱等極端氣候 出現(xiàn)頻率 可能會增加 ， 其對茶 葉生 產(chǎn) 的危害可 能甚 于持續(xù) 、穩(wěn)定 的氣溫 升高所帶 來的影 響 。2 0 0 8 年雪 災(zāi)凍害 ， 2 0 1 0 年浙 江 、 福 建 、 湖南 等地遭受 的倒 春 寒 ， 2 0 0 6 年重慶 、 2 0 1 0 年云南等地 的干旱都給茶葉生產(chǎn)帶來 了嚴(yán)重?fù)p失。三、實(shí)現(xiàn)低碳茶葉生產(chǎn)

20、的主要技術(shù)途徑 2 0 0 7 年 6 月 ，我國發(fā)布 了 《 中國應(yīng)對氣候變化 國家方 案 》， 提 出在農(nóng) 業(yè)領(lǐng)域加強(qiáng)法 律法規(guī) 的制定 和實(shí)施 ， 改 善農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)力和增 加農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量 。 我國各地一直重視茶 園生態(tài)環(huán)境建設(shè) 和循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展 ， 對低碳茶葉生產(chǎn)技術(shù)進(jìn) · 8·行了有益 的探索 。1 ．提升茶樹對光能利用效率 ， 增 強(qiáng)固定 C O ： 的能力。 提 高茶園的綜合生產(chǎn)能力 茶 樹光

21、合作 用 是吸 收并 固定 空氣 中 C O ： 的主要驅(qū) 動(dòng) 力 ，增強(qiáng)茶樹群體 固定 C O的能力是減少 溫室氣體濃度 的重要技 術(shù)措施 。 茶樹光合作用速率既受品種 、 葉齡 、 季節(jié) 、 葉 位等影響 ，同時(shí)也與茶樹 群體 結(jié)構(gòu)如葉面積指數(shù) 等關(guān)系密 切 ， 還受 到營養(yǎng) 、 水分 等供 應(yīng)狀況的影響 。應(yīng)采用 無性系 良種 ， 合理密植 ， 剪 、 采 、 養(yǎng)相互配合維持適宜 的群體 和葉層結(jié) 構(gòu) ， 改善茶園基礎(chǔ)設(shè)施條件 ，

22、 保證茶樹群體具有 高的光合作 用能力 。2 ． 增 強(qiáng)茶 園土壤碳固定 土壤是大氣 C O的重要源和匯 。 土壤 的固碳能力 因土壤 質(zhì)地 、 剖面掙 l 生、 氣候不同而異 ， 據(jù) ( 2 0 0 4) 測算土壤 的固 碳能力 ， 提 出干燥 、 溫 暖氣候地 區(qū)為 O - 1 5 0 k g ／ h m， 潮濕 、 涼 爽氣候地 區(qū)為 1 0 0 ～ l O 0 0 k g ／ h m 。 。增強(qiáng)土壤碳 固定能力的主 要技術(shù)措施

23、包括免耕 、 種植覆蓋作 物 、 施用有機(jī)肥 、 種植農(nóng) 田 保 護(hù)林等 。有研究表明 ， 茶園稻草覆蓋 、 有機(jī)無機(jī)肥配施 、 間 作三葉草等技術(shù)措施 可以明顯提高土壤 中有機(jī)碳含 量和微 生物量 ， 改善土壤 的物理性質(zhì) ， 有利于蚯蚓等 土壤生物的活 動(dòng) 。茶園產(chǎn)生 的大量枯枝 落葉和修剪物 ， 回歸土壤后增加土 壤碳固定。據(jù)有關(guān)研究數(shù)據(jù) ， 茶園枯枝落葉 回歸土壤后使土 壤有機(jī)碳每年增加 6 9 0 — 1 3 8 0k g ／

24、 h m， 輕修 剪物 回歸土壤后 使土壤有機(jī)碳每年增加 2 7 0 - 5 4 0 k g ／ h m。近年來各地發(fā)展 的“ 豬 一 沼一 茶”、 “ 茶 一 雞一 沼一 茶 ” 、 “ 茶一 草一 畜一 沼一 茶” 等種養(yǎng) 結(jié)合制度 ，既有效地解決 了動(dòng)物糞便直接污染環(huán)境的問題 ，所產(chǎn) 的沼氣可用 于生 產(chǎn)和生活 ， 節(jié) 約生產(chǎn)成本 ； 產(chǎn)生 的沼液 和沼渣又是 良 好 的肥料 ， 能改善茶園生態(tài)環(huán)境和提高茶 園土 壤肥力 。 這種

25、綜合發(fā)展種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的生態(tài)模式具有較好 的經(jīng)濟(jì)效益 、 生態(tài)效益 和社會效益 ， 是一種 有效 的低碳茶 葉 生產(chǎn)方式。土壤侵蝕是造成茶園土壤碳庫下降的重要原因。 據(jù)陳小 英等 ( 2 0 0 9)報(bào)道 ， 2 0 0 3年福建省茶 園水 土流 失面積高達(dá) 6 ． 3 5萬 h m， 占山地 總面積的 4 6 ． 6 2 ％； 對福 建安溪茶 園觀測 發(fā) 現(xiàn)， 5 年 生茶 園土壤侵蝕深度平均為 0 ． 6 2 e m，而 3 年生和

26、 1 年生茶園侵蝕深度分別為 0 ． 7 0和 0 ． 8 5 e m。張燕等 ( 2 0 0 3)研究發(fā)現(xiàn) ， 江蘇宜興某 茶場茶 園土壤侵蝕模數(shù) 為每 年 1 9 4 6 -3 9 1 2 t ／ k m，每年造 成的土壤 有機(jī)碳損失達(dá) 6 4 4 - 1 5 7 9 k g ／ h m，氮素?fù)p 失 2 9 ． 4 ～ 8 7 ． 3 k g ／ h m。 采用鋪草覆蓋 、 套作綠肥 、 保持 一 定程度的地表雜草等技術(shù)措施 可以顯

27、著降低 土壤侵蝕 程 度。3 ．采用養(yǎng)分綜合管理技 術(shù) 化肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的革命性成果 ， 施肥可 以增強(qiáng)茶樹光合 作 用能力 ， 提 升碳 固定能力 ， 促進(jìn)茶樹根系的生長 ， 增加碳在 土壤的固定 ， 對茶 葉的增產(chǎn)作用十分顯 著。但不合理施肥帶 來的農(nóng)業(yè)面源污染 和土壤退 化等方面 的負(fù) 面作 用也不可忽 視 ， 是影響農(nóng) 業(yè)溫室氣體排放的重要因素。據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 有關(guān)專家估計(jì) ， 中國氮肥生產(chǎn) 產(chǎn)生大約 2 億 噸 C O， 以及相