淋溶條件下茶樹修剪葉對土壤的酸化作用

摘 要：通過土柱間歇淋洗實驗，研究了添加茶樹修剪葉對不同土壤的酸度及鹽基離子遷移、淋出的影響。在24周的淋溶實驗內(nèi)，添加茶樹修剪葉的荒地土各土層由表及里pH比對照分別下降了1.16、1.03、0.85，茶園土分別下降了0.58、0.12、0.02。添加茶樹修剪葉還促進了土壤鹽基離子的淋失，茶樹修剪葉對荒地土壤中鹽基陽離子淋失的加速作用大于其對茶園土的。淋溶實驗結(jié)束時，荒地土鹽基離子含量低于對照。由于淋溶實驗期間茶樹修剪葉也會向土壤中補充部分鹽基陽離子，因此淋溶實驗結(jié)束時，茶園土中Ca2+和K+的含量略高于對照。茶樹修剪葉對不同鹽基離子淋失的促進作用有所不同，對Ca2+、Mg2+淋失的促進作用大于對K+、Na+淋失的促進作用。

關(guān)鍵詞：茶樹修剪葉；土壤酸化；鹽基陽離子；土壤pH

中圖分類號 S153 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）11-07-05

茶樹是我國的主要經(jīng)濟作物，我國有悠久的種茶歷史，茶園土壤在我國農(nóng)用土壤中占有一定的比例，特別在我國南方地區(qū)。我國茶園總面積占世界首位，因此茶葉生產(chǎn)在發(fā)展我國農(nóng)村經(jīng)濟、增加農(nóng)民收入以及出口創(chuàng)匯等方面發(fā)揮重要作用。茶樹種植會導致土壤酸化這已是眾所周知的事實，而且隨著種植時間的增加土壤酸度會不斷提高[1-2]。雖然茶樹是喜酸好鋁植物[3-4]，酸性環(huán)境有利茶樹生長。但與其它土壤不良性狀一樣[5]，過低的土壤pH也會對茶樹的生長產(chǎn)生負面影響[6]，研究結(jié)果表明茶樹生長的適宜pH范圍為4.5～6.0[7]。近年來的研究結(jié)果顯示我國茶園土壤酸化嚴重[7-10]。1998年對江蘇、浙江和安徽3省的202個茶園土壤樣品的分析結(jié)果表明，pH<4.0和pH<3.5的土樣分別占總土樣的43.9%和8.0%[10]。因此，茶園土壤的嚴重酸化將影響茶樹生長，導致茶葉減產(chǎn)和品質(zhì)下降。一般認為銨態(tài)氮肥的大量施用是茶園土壤酸化的主要原因[11-14]，但茶樹自身的作用也不可忽視[4，15]。

修剪是一項常見的茶園管理措施。根據(jù)茶園條件不同，可以采用定型修剪、輕修剪、深修剪、重修剪和臺刈等多種方式。通常情況下，修剪枝葉會被直接或翻耕后還田，它們在土壤表層累積、分解，對茶園土壤的物理化學性質(zhì)產(chǎn)生重要的影響。修剪葉還田對茶園土壤性質(zhì)的影響，特別是其在茶園土壤酸化進程中的作用，得到了許多研究者的關(guān)注。有研究認為茶樹落葉歸根會促進土壤向酸化方向發(fā)展，修剪葉分解釋放的鋁在其中起著重要的作用[16-17]，因為茶樹是聚鋁植物，其在生長過程中從土壤中吸收大量鋁，并富集于茶樹老葉中[18]。但也有研究發(fā)現(xiàn)茶樹老葉返還土壤后，土壤酸度和活性鋁含量低于對照[11，19]，茶樹老葉分解對酸化的茶園土壤可以起到改良作用[20]。因此，茶樹凋落物對茶園土壤酸度的影響還存在不同的觀點，茶樹凋落物對土壤酸度影響的方向和程度可能還與土壤本身的性質(zhì)有關(guān)。

為模擬多雨的氣候條件下茶樹修剪葉和凋落物對土壤酸化的影響，筆者采用土柱淋溶實驗，研究表施茶樹修剪葉后土壤酸度的變化和鹽基離子的淋失動態(tài)，為闡明茶園土壤的酸化機制和建立酸化茶園土壤的修復(fù)方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤及植物物料 選擇南京市近郊較具代表性的2種黃棕壤，均發(fā)育于黃土母質(zhì)，土地利用類型分別為未被耕作的荒地和茶園?；牡赝敛蓸由疃葹?0～100cm，采自棲霞區(qū)；茶園土采樣深度0～20cm，采自中山陵茶園。土樣風干磨細過20目篩備用。供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。

茶樹修剪葉采集于江蘇省南京市中山陵茶廠。80℃下烘干磨細過2mm篩保存。實驗開始前，將茶樹修剪葉加入適量水于30℃培養(yǎng)箱內(nèi)恒溫培養(yǎng)1周，烘干后重新過篩備用。

1.2 淋溶實驗設(shè)計 制作高30cm、內(nèi)徑5cm的PVC塑料土柱，底座中心連接有直徑1cm的細管，方便引流淋出液。向柱內(nèi)鋪入2層尼龍紗布，放置2cm厚的石英砂，均勻裝入供試土壤350g，再取50g土樣與10g植物物料充分混合后同樣均勻鋪入，最后土柱頂層鋪入2cm厚的玻璃纖維，來保證加入土柱水流的均一。實驗共設(shè)4個處理：茶園土壤、荒地土壤、茶園土壤+修剪葉和荒地土壤+修剪葉，每一處理設(shè)置2次重復(fù)，共8個土柱。將土柱置于鐵架上，用蠕動泵向土柱中勻速加入去離子水200mL，下面用200mL容量瓶收集淋出液。淋溶實驗間歇進行，每周進行1次。

1.3 土壤和淋出液分析方法 測定淋出液pH、電導率（EC）和鹽基陽離子Ca2+、Mg2+、K+、Na+的含量。pH用玻璃電極法測定，EC在25℃恒溫條件下用電導儀測定，K+、Na+用火焰分光光度計測定，Ca2+、Mg2+用原子吸收分光光度計法測定[21]。淋溶實驗結(jié)束后將土柱中的土壤取出，平均分為3層，風干、磨細過60目篩，測定土壤pH、交換性鹽基陽離子和交換性酸含量。土壤交換性鹽基離子用1mol/L醋酸銨提取，測定方法與淋出液中鹽基陽離子相同。土壤交換性酸用1mol/L KCl提取，堿滴定法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 淋溶結(jié)束后土壤pH及交換性鹽基陽離子的變化 24周淋溶結(jié)束后，將各土柱按高度平均分為上、中、下3段，風干、研磨，測定其pH及主要鹽基離子含量，結(jié)果列于表2。由表2結(jié)果可知，添加修剪葉處理的土壤pH均明顯低于相應(yīng)的對照處理，表明添加茶樹修剪葉促進了土壤酸化，土壤酸化程度由表及里遞減?；牡乇韺油寥纏H比對照下降1.16，中層土壤pH比對照下降1.03，底層土壤pH下降0.85。茶園土壤添加茶樹修剪葉后表層、中層和底層土壤pH分別比對照下降0.58、0.12和0.02。因此，茶樹修剪葉對初始pH較高的荒地土酸化的促進作用更明顯。說明茶樹凋落物和修剪葉對茶園土壤酸化的加速作用主要發(fā)生在植茶初期，隨著種茶時間的增加，土壤酸度逐漸增加，茶樹凋落物對土壤酸化的加速作用逐漸減小。對強酸性茶園土壤，茶樹凋落物和修剪葉對土壤酸度有一定的改良作用[20]。表2中土壤交換性酸和交換性鋁的變化與土壤pH的變化一致。由于添加茶樹修剪葉加速的土壤酸化，導致土壤交換性酸和交換性鋁含量增加，其中茶園土壤表層交換性酸和交換性鋁含量增加最顯著。

從表2中鹽基陽離子總量變化看，添加茶樹修剪葉對2種土壤鹽基離子淋失的影響存在差別?；牡赝寥捞砑硬铇湫藜羧~后各層土壤的鹽基陽離子總量低于對照，而對應(yīng)茶園土壤處理其鹽基陽離子含量相對對照有所提高。這表明，淋溶條件下添加茶樹修剪葉對土壤鹽基陽離子的影響是2種效果的綜合體現(xiàn)，一方面茶樹修剪葉向土壤中補充鹽基陽離子，使土壤鹽基陽離子有增加的趨勢；另一方面淋溶作用導致土壤鹽基陽離子含量呈下降趨勢。

比較表2中不同鹽基陽離子的變化可以發(fā)現(xiàn)，鉀離子的淋失量小于歸還量，實驗結(jié)束后，茶園土壤各層鉀離子含量分別增加了1.12、1.12和0.87mmol/kg，荒地土壤表層和中層分別增加了0.50和0.62mmol/kg，底層土壤鉀含量不變。與之相反，Na+和Mg2+淋失量大于歸還量，與對照相比，添加茶樹修剪葉處理各層土壤Na+及Mg2+含量均有所下降。對于Ca2+，2種土壤淋失及歸還作用的強弱有所不同。淋溶結(jié)束后，荒地土壤各土層鈣含量分別下降了11.5、19.9和29.1mmol/kg，而茶園土處理分別上升了7.43、11.38和11.02mmol/kg。土壤中4種鹽基陽離子含量的變化趨勢與茶樹葉片中這些元素含量大小一致：鈣>鎂>鉀>鈉。

2.2 茶樹修剪葉對淋出液pH值的影響 淋出液pH值的動態(tài)變化如圖1所示。對于荒地土，添加茶樹修剪葉提高了淋出液的pH值，pH值增加的范圍為0.09～0.57。這一變化趨勢與采用酸雨及有機酸溶液淋洗土壤的模擬實驗所獲結(jié)果相似[22-23]。說明添加茶樹葉加速了土壤中堿性物質(zhì)的淋失，是加速土壤酸化的原因之一。對于茶園土，添加茶樹修剪葉處理淋出液的pH值在淋溶初期迅速增大，此后趨于平穩(wěn)，并隨淋溶次數(shù)的增加逐漸下降，至12周左右開始低于不添加茶樹修剪葉的對照。茶園土壤對照處理在實驗期間pH值一直保持著平緩中有所下降的趨勢。

圖1 淋溶過程中淋出液pH的動態(tài)變化

一般認為，添加茶樹修剪葉會促進鹽基離子的淋失，淋出液中鹽基離子濃度會隨之增大，導致淋出液pH值上升。從圖2和圖3可知，淋溶前期，溶液中鹽基離子含量遠高于后期，但淋出液的pH值卻低于后期。并且，從變化趨勢上看，電導與淋出液酸度變化也存在差異。這表明，茶樹修剪葉分解產(chǎn)物促進了土壤體系中堿性物質(zhì)淋出是影響淋出液pH值的更主要的原因。

茶園土初始pH值低，土壤體系中堿性物質(zhì)含量小于荒地土壤。故隨著淋溶實驗的進行，添加茶樹修剪葉的茶園土壤淋出液pH值下降更快，至淋溶結(jié)束時，淋出液pH值比對照降低0.55。

2.3 茶樹修剪葉對淋出液電導率的影響 淋出液電導率（EC）隨時間的動態(tài)變化趨勢如圖2所示，所有處理淋出液的EC均隨采樣次數(shù)的增加而降低，并逐漸趨于穩(wěn)定。經(jīng)最初幾次淋溶后，茶園土和荒地土對照的EC值幾乎相同，都穩(wěn)定地保持在很低的水平。這表明，經(jīng)過前期充分作用后，去離子水很難將土壤中交換性鹽基離子釋放出來。

圖2 淋溶過程中淋出液電導率的動態(tài)變化

2種土壤添加茶樹修剪葉后淋出液EC的變化趨勢則有所區(qū)別，淋溶實驗前期添加茶樹修剪葉的荒地土淋出液的EC高于添加茶樹修剪葉的茶園土壤處理，但淋溶實驗后期則呈相反的趨勢，這主要與2種土壤性質(zhì)不同有關(guān)，荒地土壤pH和交換性鹽基離子含量高于茶園土壤（表1），前者可溶性物質(zhì)數(shù)量應(yīng)該較多。

2.4 茶樹修剪葉對淋出液鹽基離子組分動態(tài)變化的影響 淋溶實驗中淋出液Ca2+、Mg2+、K+和Na+等鹽基陽離子數(shù)量的動態(tài)變化如圖3所示。添加茶樹修剪葉處理淋出液中鹽基陽離子數(shù)量均高于對照，二價陽離子（Ca2+、Mg2+）的淋出量遠大于一價鹽基離子（Na+、K+），因為2種土壤二價陽離子含量高于一價陽離子（表1）。荒地土壤添加茶樹修剪葉處理淋出液中Ca2+最終累積量比對照增加了288.83%，Mg2+增加了294.73%，Na+增加了10.31%，K+增加了6.24%。茶園土壤添加茶樹修剪葉處理淋出液中Ca2+最終累積量增加了170.75%，Mg2+增加了170.78%，K+增加了29.29%，Na+增加了0.98%?；牡赝亮艹鲆褐蠧a2+和Mg2+增幅大于茶園土，說明添加茶樹修剪葉對促進荒地土Ca2+和Mg2+淋失的能力要強于茶園土壤。

圖3 淋出液中鹽基離子（K+、Ca2+、Na+、Mg2+）累積量變化曲線

Mg2+淋出量累積曲線與Ca2+有所不同。2種土壤添加茶樹修剪葉后淋出液中Mg2+的最終累積量差別不大，分別為1.76和1.73mmol。在淋溶進行到7～9次，添加茶樹修剪葉的處理淋出速率均出現(xiàn)拐點，添加茶樹修剪葉的茶園土Mg2+的淋出速率開始大于荒地土（圖3）。因此，與Ca2+相比，Mg2+更易淋失，這是因為Mg2+的水合半徑大于Ca2+，后者更易靠近土壤膠體表面，土壤對其靜電吸引力更大。

Na+淋溶曲線也出現(xiàn)相似的拐點（圖3）?；牡赝寥狼?次淋出溶中Na+累積量達到了總累積量的96.21%，斜率存在著明顯的轉(zhuǎn)折。但茶園土處理一直保持著更均勻的淋出速率，前9次的累積淋出量為總量的80.47%?；牡赝寥揽晒┙粨Q的鹽基離子含量更加豐富，當外源氫離子進入，大量的鹽基離子被取代并淋失。

添加茶樹修剪葉對2種土壤K+淋出的促進作用均不明顯（圖3）。但對添加茶樹修剪葉的茶園土，淋溶實驗后期其累積淋出量有明顯增加的趨勢。

3 討論

一般認為，植物葉片歸還土壤是一個“自我施肥”過程，其分解過程中釋放的養(yǎng)分對維持生態(tài)系統(tǒng)正常的物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分平衡起著重要作用。但在淋溶條件下，茶樹修剪葉還田加速了土壤酸化，導致土壤pH下降，而初始pH較高的荒地土壤中這種現(xiàn)象更加明顯。

修剪葉對土壤的改良作用，一般認為是由葉片體內(nèi)的灰化堿及有機陰離子的去羧基化造成的[20，24]。但在土壤初始酸度較低的條件下，化學反應(yīng)發(fā)生條件有所改變，灰化堿難以起到中和的作用，有機陰離子消耗質(zhì)子的脫羧也會被氧化反應(yīng)取代。并且，實驗條件下，淋失的鹽基離子不可逆地轉(zhuǎn)移出土壤體系，伴隨著鹽基飽和度的下降，土壤的酸度進一步的增加。雖然修剪葉向土壤中補充鹽基離子，但仍會造成土壤鹽基飽和度的下降，引起酸化。這也是本實驗中茶園土處理土壤發(fā)生酸化但卻伴隨著鹽基離子絕對數(shù)量上升的原因。

土壤pH值的改變會對交換性鋁溶出有很大影響。實驗中，土壤中交換性鋁的含量隨著土壤酸度的下降顯著增加。淋溶條件下，與鉀、鈉、鈣、鎂等鹽基離子相比，Al的損失很小[16]。這種鹽基離子飽和度下降，致酸離子飽和度上升的累積會造成酸化的持續(xù)[25]。

由于淋溶實驗中淋溶水的加入量高于自然條件下的降雨量，因此本文觀測到的茶樹修剪葉對土壤酸化的促進作用高于實際的自然條件下的。

4 結(jié)論茶樹修剪葉富含著大量的營養(yǎng)元素，有著改良茶園土壤的天然功能。但由于修剪葉化學組成及構(gòu)型的特殊性，直接還田卻會引起茶園土壤的酸化，改良潛力不能發(fā)揮。因此，將修剪葉經(jīng)過人為處理和轉(zhuǎn)化，保留其豐富的鹽基離子，消耗掉酸性物質(zhì)再還田，將是更合理的利用方式。

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