中國(guó)茶園土壤酸化現(xiàn)狀與分析

顏鵬，韓文炎，李鑫，張麗平，張?zhí)m

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部茶葉質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310008）

0 引言

【研究意義】 茶樹(shù)是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，尤其是近年來(lái)作為脫貧攻堅(jiān)的重要抓手，受到越來(lái)越多的重視，茶樹(shù)種植面積不斷擴(kuò)大。2017 年我國(guó)茶園采摘面積和茶葉總產(chǎn)量分別達(dá)到305 萬(wàn)公頃和268 萬(wàn)噸，占到全球的45.9%和35.5%[1]。在茶產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，也面臨著茶園土壤酸化越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題，成為制約茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素[2-5]。土壤過(guò)酸會(huì)影響茶樹(shù)養(yǎng)分吸收，從而影響茶樹(shù)生長(zhǎng)和茶葉品質(zhì)[6-7]。另外，強(qiáng)酸性土壤下重金屬有效性提高，茶樹(shù)對(duì)重金屬元素吸收量顯著提高，從而造成安全隱患[8]。因此，掌握我國(guó)茶園土壤酸化現(xiàn)狀，可為未來(lái)我國(guó)茶園土壤酸化分類(lèi)調(diào)控對(duì)策的制訂和重點(diǎn)區(qū)域土壤酸化的阻控提供依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】我國(guó)早在二十世紀(jì)七八十年代就有關(guān)于茶園土壤不斷酸化的報(bào)道。1980年孫繼海和吳子銘報(bào)道貴州省桐子坡的土壤pH 在種植茶樹(shù)10 年后由5.2 降到4.1[9]。中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所徐仁扣研究員課題組利用不同種植年限茶園，通過(guò)土壤pH 變化和土壤緩沖容量，計(jì)算出植茶早期（0—13年）茶園0—20 cm土層酸化速率高達(dá)4.4 kmol H+·hm-2·a-1[10]。云南大學(xué)李世玉對(duì)云南省不同種植年限茶園0—120 cm 土層pH 的研究發(fā)現(xiàn)，0—40 cm 土層pH 呈提高趨勢(shì)，40—80 cm 土層pH 無(wú)變化，而80—100 和100—120 cm 土層呈酸化趨勢(shì)[11]。我們前期研究發(fā)現(xiàn)，不僅茶園表層土壤酸化嚴(yán)重，在100 cm以下土層也存在嚴(yán)重的酸化問(wèn)題[4]。這一階段的研究主要集中在茶園土壤酸化速率方面，為了解茶園土壤酸化情況提供了很好的數(shù)據(jù)。2005 年啟動(dòng)全國(guó)測(cè)土配方施肥項(xiàng)目后，關(guān)于茶園土壤酸化方面的報(bào)道越來(lái)越多，而且涉及的調(diào)查研究范圍也更廣泛。張炳鈴對(duì)福建省安溪縣茶園土壤pH 的分析發(fā)現(xiàn)，土壤平均pH 為4.3，其中pH＜4.5 的占70.0%[12]。這一階段的研究多是在縣域尺度上研究茶園土壤酸化情況，對(duì)指導(dǎo)當(dāng)?shù)夭鑸@土壤調(diào)控起到了積極的指導(dǎo)作用。但是尚缺乏從省域甚至是全國(guó)尺度主要產(chǎn)茶區(qū)土壤酸化現(xiàn)狀的報(bào)道。而且，前期關(guān)于茶園土壤pH 的研究多以土壤平均pH 為主，尚缺乏對(duì)茶園土壤pH 在＜4.5、4.5—5.5和＞5.5 三個(gè)酸堿度分布情況的研究報(bào)道，這一數(shù)據(jù)能更好地反映茶園土壤酸化狀況。【本研究切入點(diǎn)】利用2000 年以來(lái)發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，收集整理我國(guó)各產(chǎn)茶省份茶園土壤酸化的數(shù)據(jù)，一方面了解全國(guó)各主要產(chǎn)茶省份茶園土壤酸化情況，另一方面掌握茶園土壤pH 在＜4.5、4.5—5.5 和＞5.5 三個(gè)酸堿度的分布情況。從而從整體上掌握我國(guó)茶園土壤酸化情況?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究擬明確我國(guó)主要產(chǎn)茶省份茶園土壤酸化狀況，尤其是pH 在＜4.5、4.5—5.5 和＞5.5 三個(gè)酸堿度的分布情況，研究結(jié)果可為茶園土壤酸化防治提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以我國(guó)各主要產(chǎn)茶區(qū)土壤酸化情況為研究對(duì)象，收集篩選截止到2016 年以來(lái)，在中國(guó)知網(wǎng)和web of science上發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)，共計(jì)99篇（電子附表1）。篩選標(biāo)準(zhǔn)為至少包括20 個(gè)以上茶園取樣點(diǎn)的文獻(xiàn)報(bào)道，主要發(fā)表于核心期刊。利用中國(guó)知網(wǎng)，收集篩選出40 篇涉及土壤pH 在＜4.5、4.5—5.5 和＞5.5 三個(gè)酸堿度分布的文獻(xiàn)，用于分析茶園土壤酸化程度（電子附表2）。同時(shí)收集到22 篇有關(guān)茶園和鄰近森林或者荒地的文獻(xiàn)，用于分析森林或者荒地改種茶樹(shù)后對(duì)土壤pH的影響（電子附表3）。最后利用2005 年啟動(dòng)的全國(guó)土壤測(cè)土配方施肥項(xiàng)目，從安溪縣和松陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)局獲得其縣域土壤pH的數(shù)據(jù)，用于比較不同種植作物體系下土壤pH 的差異。以此作為分析的數(shù)據(jù)集，應(yīng)用Excel 2010，完成我國(guó)主要產(chǎn)茶省份茶園土壤酸化情況分析。

1.2 數(shù)據(jù)處理

為了綜合計(jì)算各省份和全國(guó)茶園土壤平均pH，土壤pH 在＜4.5、4.5—5.5 和＞5.5 三個(gè)酸堿度的分布，將各文章中的數(shù)據(jù)收集，進(jìn)行加權(quán)平均。數(shù)據(jù)分析和圖表制作采用sigmaplot12.5 和Excel 2010 軟件。

2 結(jié)果

2.1 全國(guó)各省茶園土壤pH

利用中國(guó)知網(wǎng)和web of science，共收集到99 篇自2000 年以來(lái)有關(guān)茶園土壤pH 方面的文獻(xiàn)，涵蓋了17 個(gè)茶葉種植省份，其中福建省文獻(xiàn)數(shù)量最多為22篇，廣西、海南和西藏最少，只有1 篇。每個(gè)省份最少采樣點(diǎn)為20 個(gè)（海南?。?，最多采樣點(diǎn)達(dá)到9 432個(gè)（福建省），全國(guó)總計(jì)20 448 個(gè)采樣點(diǎn)。全國(guó)茶園土壤平均pH 為4.73，其中江西省茶園土壤平均pH 最低，僅為3.86，山東省茶園土壤平均pH 最高，達(dá)到5.76。通常茶樹(shù)最適宜的土壤pH 在4.5—5.5 之間，廣東、廣西、貴州、湖北、海南、湖南、江蘇、陜西、西藏、云南和浙江10 個(gè)省份的土壤平均pH 在此區(qū)間。安徽、福建、江西和四川等4 個(gè)省份的茶園土壤平均pH 低于4.5，分別為4.19、4.33、3.86 和3.97，屬于嚴(yán)重酸化土壤。河南和山東兩省的茶園土壤平均pH高于5.5，分別為5.54 和5.76（表1）。

表1 各茶樹(shù)種植省份和全國(guó)茶園土壤平均pHTable 1 Soil pH of the different tea cultivation provinces and the whole country

2.2 全國(guó)各省茶園土壤酸化程度

土壤酸化程度方面，共收集到40 篇文獻(xiàn)，涵蓋12 個(gè)茶葉種植省份。其中福建省文獻(xiàn)數(shù)量最多，為10篇，貴州、海南、河南和江西省只有1 篇。每個(gè)省份最少采樣點(diǎn)20 個(gè)（海南?。?，最多采樣點(diǎn)達(dá)到7 812個(gè)（福建?。?，全國(guó)總計(jì)13 506 個(gè)采樣點(diǎn)。從全國(guó)范圍來(lái)看，超過(guò)52.0%的茶園土壤pH＜4.5，處于嚴(yán)重酸化程度，不利于茶樹(shù)的生長(zhǎng)。只有41.0%的茶園土壤處于4.5＜pH＜5.5 這一最適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)的區(qū)間。另外，pH＞5.5 的茶園土壤只占7.0%。各省份之間存在差異，其中福建、貴州、海南、河南、江蘇、江西和云南等7 個(gè)省份有超過(guò)50%的茶園土壤pH 在＜4.5 這一土壤嚴(yán)重酸化區(qū)間。廣東、海南、湖南、四川和浙江5 個(gè)省份有超過(guò)50%以上的茶園土壤的pH 位于4.5—5.5 這一最適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)的區(qū)間（表2）。

2.3 茶園與鄰近森林或者荒地等自然土壤比較

我們搜集到22 篇包含茶園和周邊森林或者荒地的土壤pH 方面的文獻(xiàn)。森林土壤平均pH 為5.17，比茶園土壤的4.28 高0.89 個(gè)單位（表3）。在所有文獻(xiàn)中，森林土壤pH 均高于茶園土壤pH，其中最小差值為0.27 個(gè)單位，最大差值為2.37 個(gè)單位。

本研究還對(duì)文獻(xiàn)中對(duì)應(yīng)的森林和茶園土壤pH 相減，計(jì)算出這些差值的平均值、最小值、25%Q、中位數(shù)、75%Q 和最大值，列于表3 中第4 列。同時(shí)對(duì)文獻(xiàn)中對(duì)應(yīng)的森林和茶園土壤pH 數(shù)據(jù)相減后再除以茶園土壤pH 數(shù)據(jù)，再計(jì)算這些值的平均值、最小值、25%Q、中位數(shù)、75%Q 和最大值，列于表3 中第5 列。

2.4 安溪縣和松陽(yáng)縣不同作物種植體系土壤pH 的差異

利用全國(guó)測(cè)土配方施肥項(xiàng)目所獲得數(shù)據(jù)，對(duì)福建省安溪縣和浙江省松陽(yáng)縣不同種植體系下土壤pH 進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，與水稻和果蔬等其他作物相比，茶園土壤具有更低的土壤pH（表4）。安溪縣茶園土壤平均pH 為4.2，分別比水稻和果蔬等土壤pH 低1.1 和2.0 個(gè)單位。而且茶園土壤pH＜4.5 的比例高達(dá)72.5%，遠(yuǎn)高于水稻和果蔬的12.3 和7.7%。松陽(yáng)縣茶園土壤平均pH 為5.1，分別比水稻和果蔬等土壤pH 低0.1和0.3 個(gè)單位。松陽(yáng)縣土壤pH 主要在4.5—5.5 這一區(qū)間，其中茶園、水稻和果蔬等作物在此區(qū)間的比例分別占到70.9%、83.0%和71.0%。

表2 通過(guò)文獻(xiàn)收集分析各省茶園土壤pH 分布情況Table 2 Soil pH distribution in different levels of acidification of the different tea cultivation provinces and the whole country

表3 茶園與附近森林土壤pH 比較Table 3 Soil pH of the tea garden and adjacent forest

表4 安溪縣和松陽(yáng)縣茶園、水稻和果蔬等不同作物體系下土壤pHTable 4 Soil pH of tea garden, rice and vegetable or fruit in the countries of Anxi and Songyang

3 討論

我國(guó)農(nóng)田土壤酸化作為土壤退化的一個(gè)方面越來(lái)越嚴(yán)重，成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要限制因素[13-16]。我們的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，我國(guó)主要產(chǎn)茶省份茶園土壤平均pH 為4.73。與我國(guó)森林土壤5.74 的土壤平均pH 相比，要低1.01 個(gè)單位[17]；與我國(guó)主要經(jīng)濟(jì)作物土壤平均pH 相比也要低0.85 個(gè)單位[16]；更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心 2015 年公布的2005—2014 年全國(guó)測(cè)土配方施肥土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)中6.7 這一全國(guó)土壤平均pH[18]。同時(shí)，各省份之間差別很大，山東和河南省茶園土壤平均pH 在5.5 以上，分別達(dá)到5.76 和5.54。這主要是由于山東和河南省茶園主要分布在日照、青島和信陽(yáng)等幾個(gè)地方，該地區(qū)土壤以堿性為主。而處于我國(guó)南方紅黃壤區(qū)的福建、廣東、廣西和貴州等地土壤平均pH 均在5.0 以下，尤其是江西和四川省的茶園土壤平均pH 在4.0 以下，分別低至3.86 和3.97，屬于嚴(yán)重酸化土壤。這主要與當(dāng)?shù)赝寥李?lèi)型本身就是酸性土壤有關(guān)[19]。

土壤pH 在各區(qū)間的分布也是反映土壤酸化程度的一個(gè)重要指標(biāo)。一般認(rèn)為4.5—5.5 是茶樹(shù)生長(zhǎng)最適宜的土壤pH 范圍。我們研究發(fā)現(xiàn)，全國(guó)只有41%的茶園土壤pH 在4.5—5.5 這一區(qū)間。高達(dá)52%的土壤pH 在4.5 以下，屬于不適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)的pH 范圍（表2）。根據(jù)全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心 2015 年公布的2005—2014 年全國(guó)測(cè)土配方施肥土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，湖南、浙江、廣東、江西和福建5 個(gè)省份農(nóng)田土壤平均pH低于5.5的分別占到29.2%、41.9%、54.3%、92.3%和85.4%[18]。我們對(duì)這幾個(gè)省份的研究發(fā)現(xiàn)，茶園土壤平均pH 低于5.5 的比例分別高達(dá)93.7%、86.0%、93.0%、100%和96.9%（表2）。因此需要通過(guò)各種土壤改良措施提高茶園土壤pH，保障茶葉綠色高產(chǎn)和安全。

與森林和其他作物種植體系相比，通常茶園土壤具有更低的土壤pH。在我們的研究中，與周邊森林或者荒地相比，茶園土壤平均pH 要低0.89 個(gè)單位（表3）。同時(shí)對(duì)兩個(gè)典型產(chǎn)茶縣不同作物土壤pH 的研究發(fā)現(xiàn)，茶園土壤不僅平均pH 要低于水稻和果蔬等土壤，而且土壤pH＜4.5 的比例也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水稻和果蔬等種植體系。

造成茶園土壤酸化的因素眾多，主要的致酸因素包括：（1）茶樹(shù)根系分泌H+，以及草酸、檸檬酸、蘋(píng)果酸等有機(jī)酸類(lèi)物質(zhì)，這些物質(zhì)解離產(chǎn)生有機(jī)酸根陰離子和H+，強(qiáng)降雨條件下有機(jī)酸根離子淋洗出土壤造成土壤酸化[20]。（2）鋁在茶樹(shù)-土壤過(guò)程中的生物地球化學(xué)循環(huán)。一方面，茶樹(shù)對(duì)鋁的吸收累積能力強(qiáng)，在吸收大量鋁的同時(shí)向土壤中釋放H+造成土壤酸化[21-22]。另一方面，土壤中鋁被吸收后隨修剪枝葉返回土壤，而鉀、鈣、鈉和鎂等鹽基離子淋洗出土壤，造成土壤中鋁的累積，從而造成土壤酸化[23-24]。（3）氮肥大量施用，尤其是銨態(tài)氮肥在茶園大量施用。一方面茶樹(shù)在吸收銨態(tài)氮肥的同時(shí)釋放H+[25-26]；另一方面銨態(tài)氮在土壤中發(fā)生硝化反應(yīng)釋放H+[27-30]。此外，強(qiáng)降雨下硝態(tài)氮被淋洗出土壤的同時(shí)帶走大量鹽基離子，造成土壤酸中和能力的下降[5]。

大量研究表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥或者將有機(jī)肥與化肥配合施用可以維持土壤酸堿平衡，減緩?fù)寥浪峄痆15,31-32]。這主要是由于有機(jī)肥能夠補(bǔ)充植物吸收帶走和伴隨陰離子淋洗損失的土壤鹽基離子，提高土壤緩沖能力。同時(shí)有機(jī)肥含有大量有機(jī)質(zhì)，對(duì)土壤鹽基離子具有很強(qiáng)的吸附能力，從而降低其淋洗損失，因此長(zhǎng)期施用有機(jī)肥能夠提高土壤陽(yáng)離子交換量，提高土壤酸緩沖容量[33-34]。而我國(guó)茶園普遍存在氮肥用量高，氮肥利用效率低，而有機(jī)肥用量嚴(yán)重不足的問(wèn)題，進(jìn)一步加劇了土壤酸化[35-36]。因此，茶園生產(chǎn)管理中一方面要降低氮肥的施用量，另一方面增加有機(jī)肥施用量，從而防止茶園土壤進(jìn)一步酸化。

4 結(jié)論

我國(guó)茶園土壤平均pH 為4.73，而且只有41%的茶園土壤處于4.5＜pH＜5.5 這一最適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)的區(qū)間，高達(dá)52%的土壤pH 在4.5 以下，處于嚴(yán)重酸化程度。與其他農(nóng)田和森林土壤相比，茶園土壤具有較低的土壤pH。因此，為保障我國(guó)茶產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，必須采取適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施防止土壤進(jìn)一步酸化。