茶園土壤酸化阻控與改良技術(shù)

蘇有健，王燁軍，張永利，羅毅，廖萬有

安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，245000

茶樹（Camellia sinensis）是喜酸性植物，適合生長于pH 4.0～6.5的土壤中，其中pH 5.0～5.5最適宜，當(dāng)pH低于4.0時茶樹生長受到限制，并且土壤的理化性狀也會發(fā)生惡化，影響茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)[1-3]。茶園由于傳統(tǒng)粗放型的栽培管理模式，使得茶樹根際微域長期聚鋁并分泌大量有機(jī)酸，加之長期施用化肥、酸雨沉降等原因，導(dǎo)致土壤逐步酸化。當(dāng)前茶園土壤酸化日益嚴(yán)重，已成為影響茶園健康可持續(xù)發(fā)展的主要問題，引起了各國茶葉科技工作者的關(guān)注。本文就茶園土壤酸化現(xiàn)狀、引起酸化的原因、酸化導(dǎo)致的危害以及土壤酸化阻控與改良措施等方面取得的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為我國茶園土壤酸化改良和優(yōu)質(zhì)茶葉原料的形成提供參考依據(jù)。

一、茶園土壤酸化現(xiàn)狀

我國茶園土壤呈現(xiàn)出明顯酸化趨勢始于20世紀(jì)80年代中后期，浙江等6省茶園土壤pH值在5.0以下的占70%左右（其中pH值低于4.0的占12.5%）[4]。根據(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所吳洵等在1986—1990年對江西、湖南、廣東、廣西、貴州和安徽等省的低丘紅壤茶園pH值調(diào)查，pH值在5.1～6.0的茶園僅占23.2%，pH在4.1～5.0的占58.3%，pH＜4.0的茶園也有相當(dāng)比重，達(dá)12.5%，且發(fā)現(xiàn)有不少pH值在3.0以下的茶園。蘇、浙、皖3省茶園最適宜茶樹生長的土壤由1990—1991年的59.4%下降到了1998年的20.3%[4]。茶園土壤的酸化不僅直接影響茶葉的生產(chǎn)和茶葉品質(zhì)的提高，還可導(dǎo)致土壤養(yǎng)分貧瘠化和土壤肥力的下降[5-7]。21世紀(jì)初，在國家茶產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系平臺的支持下，調(diào)查取樣分析了全國13個省市主要茶區(qū)的茶園土壤，共計2 135份，pH小于3.5的占5.3%、pH 3.5～4.0的占10.3%、pH 4.0～4.5的占56.7%、pH 4.5～5.0的占17.5%、pH大于5的占10.2%，平均酸化速率為每年0.05 pH?？梢?，我國茶園土壤酸化日趨加重，土壤pH值適宜的茶園比例在不斷減少[8-10]。

二、茶園土壤酸化的主要成因

引起茶園土壤酸化的因素是多方面的，如土壤脫硅富鋁化過程、茶樹自身生物化學(xué)循環(huán)、化學(xué)氮肥的過量施用、酸沉降等。土壤酸化本是一個較為緩慢的自然過程，但近幾十年來由于高強(qiáng)度人為活動的影響，土壤酸化的進(jìn)程日益加劇，對生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害加重，熱帶和亞熱帶地區(qū)茶園土壤酸化情況尤為嚴(yán)重。

1.茶園土壤自然酸化過程

由于茶園大都分布在熱帶、亞熱帶山地丘陵地區(qū)，在高溫、多雨的氣候條件下，極易發(fā)生脫硅富鋁化過程，土壤中的鹽基離子淋失嚴(yán)重，鐵、鋁則相對富集。當(dāng)降雨量大于蒸發(fā)量時，土壤中可以發(fā)生淋溶過程，即進(jìn)入土壤中的水帶著土壤中的可溶性物質(zhì)沿剖面向下遷移進(jìn)入地下水，或隨地表徑流進(jìn)入地表水。由于H+的性質(zhì)非?；顫姡?dāng)降雨中含有H+或土壤中有H+產(chǎn)生時，會消耗土壤中的堿性物質(zhì)；另一方面，土壤中的堿性物質(zhì)也可在淋溶過程中隨水分遷移流失。這兩個過程使土壤中的堿性物質(zhì)不斷消耗，土壤的酸堿平衡被破壞，土壤逐漸呈酸性反應(yīng)。其次，在茶樹生長過程中會吸收土壤中大量的鹽基離子，為了維持土壤電荷平衡，植株會向土壤中釋放大量的H+，使土壤酸化[11-12]。茶樹的采摘過程也會帶走大量的鹽基離子，使土壤中的鹽基飽和度下降，H+、Al3+濃度增加，使土壤進(jìn)一步酸化[13]。

茶園土壤中含有多種有機(jī)酸，有機(jī)酸是茶園土壤物質(zhì)的重要組成部分[14]，茶樹根系分泌的有機(jī)酸也是導(dǎo)致茶園土壤酸化的一個重要因素。茶樹在生長過程中會產(chǎn)生多酚類等有機(jī)化合物，以分泌物或凋落物的形式進(jìn)入土壤[15]。凋落物中酚類物質(zhì)主要是以單寧酸為主的一類具有羥基芳香環(huán)功能團(tuán)的化合物[16]，有研究表明在低濃度范圍內(nèi)，隨著單寧酸濃度的增加，土壤中活性Al含量增加，其原因是有機(jī)酸引起土壤酸化，從而活化了土壤中的Al[17]。

2.茶園土壤酸化的人為因素

茶園土壤自然酸化過程的速度一般是相對緩慢的。然而，近幾十年來由于人為活動的強(qiáng)度不斷增加，特別是化學(xué)氮肥的過量投入，使得大量外源H+不斷進(jìn)入土壤，加速了茶園土壤酸化進(jìn)程。茶樹是葉用作物，對氮肥的需求比其他作物要高很多，為保證茶葉高產(chǎn)，向茶園中施入大量的氮肥。每年因為采摘大約要消耗純氮135 kg/hm2，所以為了維持茶園土壤肥力水平，每年至少需要向土壤中補(bǔ)充375 kg/hm2的氮肥[18]。由于茶園傳統(tǒng)施肥管理中，偏施氮肥，特別是銨態(tài)氮肥和酰胺態(tài)氮肥，而NH4+與鹽基離子競爭吸附位點，從而造成鹽基離子的淋溶，促進(jìn)土壤酸化。有研究表明每年向1 hm2土壤中施入500 kg的氮會產(chǎn)生32.5 kmol的H+[19]。另外，氮肥的投入，增加了作物產(chǎn)量，將帶走更多的鹽基離子，留下更多的H+，加速了土壤酸化，這是施氮肥導(dǎo)致土壤酸化的間接原因[13]。

3.酸沉降

酸雨是導(dǎo)致土壤酸化的原因之一。酸雨中的H+與土壤膠體表面吸附的鹽基離子進(jìn)行交換，被交換下來的鹽基性離子隨滲漏水淋失，同時土粒表面的H+又會自發(fā)地與礦物晶格表面的Al發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成交換性Al。酸沉降導(dǎo)致土壤溶液中SO42-和NO3-濃度增加，也促進(jìn)了鹽基離子的淋失，加速了土壤酸化[20]。在酸雨影響下，SO42-、NO3-、有機(jī)陰離子是加速土壤酸化和鹽基淋溶損失的主要陰離子，外源H+的進(jìn)入會加速鋁離子水解。自然因素與人為因素導(dǎo)致土壤酸化的實際酸化速率差異表明：HCO3-、RCOO-在土壤剖面中的淋失狀況可反映自然土壤的酸化速率，而SO42-和NO3-淋溶產(chǎn)生的質(zhì)子負(fù)荷揭示土壤受人為因素影響的酸化速率。

三、茶園土壤酸化的危害性

土壤化學(xué)性狀惡化，土壤中營養(yǎng)元素的有效性及保肥供肥能力下降，鹽基飽和度降低，土壤緩沖性能下降，硅鋁酸鹽溶出，加劇酸化。另外隨著pH降低，氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等養(yǎng)分的有效性降低，從而影響了茶樹對養(yǎng)分的吸收和利用效率。

土壤物理性狀不良，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)崩解，物理性狀變差，容重和緊實度增加，通透性下降，土壤板結(jié)，地力下降。水分和養(yǎng)分利用效率低。隨著酸性的增強(qiáng)，土壤中的腐殖質(zhì)多變?yōu)榭扇苄缘母菜幔子诹苁?，含量低，又缺乏鈣素，同時由于土壤膠體吸收了較多的氫離子，進(jìn)而土壤難以形成良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。

隨著土壤環(huán)境的酸化，土壤微生物群落的分布與豐度受到影響，土壤微生物的種群和數(shù)量減少，微生物的生長和活動受到抑制，根際病害增加，土壤有機(jī)物分解和土壤中C、N、P、S的循環(huán)轉(zhuǎn)化受阻。

酸化對土壤環(huán)境安全的影響，隨著土壤酸度增強(qiáng)使得某些重金屬元素的溶解性、移動性、有效性增加，將導(dǎo)致茶樹被動吸收和積累重金屬，污染水體，增加環(huán)境負(fù)荷。

四、茶園土壤酸化阻控與改良措施

1.化學(xué)改良

通過施用白云石粉（CaCO3+MgCO3），對長期過量施用化學(xué)氮肥所引起的茶園土壤酸化改良效果較好，白云石粉含有大量鈣鎂離子能快速和穩(wěn)定增加土壤的陽離子交換量。當(dāng)土壤pH＜4.0時，建議施用白云石粉進(jìn)行改良。白云石粉施用量的確定，如黃紅壤酸化茶園，若將土壤pH值從3.9左右調(diào)整至5.0，每畝一次性需施用250～300 kg的白云石粉，建議在秋季結(jié)合深耕施入，耕深控制在25～30 cm。

2.有機(jī)改良

利用有機(jī)無機(jī)復(fù)合型酸化改良劑和生物有機(jī)肥協(xié)同作用調(diào)節(jié)酸化茶園土壤pH，提高土壤有機(jī)質(zhì)，補(bǔ)充由于土壤酸化而造成的鹽基離子淋失，增強(qiáng)土壤緩沖性能，緩解酸化速度。當(dāng)土壤4.0≤pH≤4.5時，建議施用有機(jī)無機(jī)復(fù)合型改良劑進(jìn)行改良。如黃紅壤酸化茶園，若將土壤pH值從4.1左右調(diào)整至5.0，每畝一次性需施復(fù)合型改良劑250 kg+有機(jī)肥100 kg，建議在秋季深耕施入，耕深控制在20～25 cm。

3.物理改良

利用新型材料生物質(zhì)炭多孔隙的表面特性和豐富的芳環(huán)結(jié)構(gòu)，為土壤微生物寄存提供附著位點和空間，同時調(diào)控土壤微環(huán)境的理化性質(zhì)，增加離子交換的位點，提高土壤CEC。當(dāng)土壤4.2≤pH≤4.5時，通過施用新型材料生物炭，提高土壤的吸附性能，減少鹽基離子的淋失，增加土壤有機(jī)碳，進(jìn)而提升土壤pH。每畝年用量300 kg，連續(xù)3年為一周期，建議在秋季深耕施入，耕深控制在25～30 cm。同時，注重有機(jī)無機(jī)相結(jié)合的肥料結(jié)構(gòu)，通過增施有機(jī)肥提高土壤緩沖能力來緩解土壤酸化，維持酸化土壤的改良效果，防止酸化的反復(fù)。

[1]吳洵.茶園土壤酸化及防治[J].茶葉通訊,1990(4)：21-23.

[2]廖萬有.我國茶園土壤的酸化及其防治[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù),1998,17(4)：178-180.

[3]吳洵,林智.茶樹喜酸及茶園土壤酸化問題的研究結(jié)果及進(jìn)展[J].茶葉文摘,1991,5(1)：1-7.

[4]馬立鋒,石元值,阮建云.蘇、浙、皖茶區(qū)茶園土壤pH狀況及近十年來的變化[J].土壤通報,2000,31(5)：205-207.

[5]曾希柏.土壤酸化及其防治[J].土壤通報,2000,31(3)：111-113.

[6]王曉平.茶園土壤地力退化現(xiàn)狀及其防治途徑[A]//中國土地退化防治研究.北京：中國科技出版社,1990：335-361.

[7]曾希柏.紅壤的化學(xué)退化與重建[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2003：43-78.

[8]劉林敏,寧建美,李貴松,等.松陽縣農(nóng)田茶園土壤養(yǎng)分調(diào)查分析[J].中國茶葉,2009,31(5)：30-31.

[9]危天進(jìn).武平縣山地茶園土壤肥力狀況與培肥對策[J].福建熱作科技,2009,34(3)：9-11.

[10]黃運湘,曾希柏,張楊珠,等.湖南省丘崗茶園土壤的酸化特征及其對土壤肥力的影響[J].土壤通報,2010,41(3)：633-638.

[11]Yan F,Schubert S,Mengel K.Soil pH changes during legume growth and application of plant material[J].Biology and Fertility of Soils,1996,23(3)：236-242.

[12]Tang C,Unkovich M,Bowden J.Factors affecting soil acidification under legumes.III.Acid production by N2-fixing legumes as influenced by nitrate supply[J].New Phytologist,1999,143(3)：513-521.

[13]Guo J,Liu X,Zhang Y,et al.Significant acidification in major Chinese croplands[J].Science,2010,327(5968)：1008-1010.

[14]Huang P.Soil mineral-organic matter-microorganism interactions：fundamentals and impacts[J].Advances in Agronomy,2004(82)：391-472.

[15]Binkley D,Giardina C.Why do tree species affect soils?The warp and woof of tree-soil interactions[J].Biogeochemistry,1998,42(1/2)：89-106.

[16]Waterman PG,Mole S.Analysis of phenolic plant metabolites[M].Oxford Blackwell Scientific publications,1994.

[17]蘇有健,廖萬有,王燁軍,等.單寧酸對不同pH茶園土壤中活性鋁形態(tài)分布的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2014,22(1)：22-30.

[18]吳洵.茶園土壤管理與施肥技術(shù)[M].北京：金盾出版社,2009：91-94.

[19]Huang P,Zhang J B,Xin X L,et al.Proton accumulation accelerated by heavy chemical nitrogen fertilization and its long-term impaction acidifying rate in a typical arable soilin the Huang-Huai-Hai Plain[J].Journal of Integrative Agriculture,2015,14(1)：148-157.

[20]徐仁扣.土壤酸化及其調(diào)控研究進(jìn)展[J].土壤,2015,47(2)：238-244.