喀斯特地區(qū)茶園土壤酸化機理及防治措施

宋長順，董萬銀，陳江

（1.貴州師范學院 貴州省流域地理國情監(jiān)測重點實驗室；2.貴州師范學院 貴州山地研究院；3.貴州師范學院 地理與資源學院，貴州 貴陽 550018）

1 土壤酸化的成因及危害

1.1 土壤酸化的成因

一般狀況下，多種因素決定了土壤的酸化，包括氫離子的離子積累、植物的發(fā)育、天氣狀況、溫度、濕度等。

作物自身因素：茶樹本身的種植生長會造成茶園土壤酸化?，F(xiàn)有的研究顯示，自然土壤在茶樹種植后其土壤酸度會逐漸降低，且降低速率快于其他農(nóng)業(yè)土壤和撂荒地土壤；且種植年限的增加會驅(qū)動其土壤酸度的增加[1]。茶樹會在其生長過程中吸收土壤中大量的鹽基離子。為了維持土壤電荷平衡，植物會向土壤中釋放大量氫離子，使土壤呈酸性[2]。因茶樹屬于聚鋁植物，植物體內(nèi)平均鋁含量在1.5×103mg kg-1以上，老葉可為2×104mg kg-1。因此，在茶園種植過程中，茶樹每年吸收大量活性鋁，造成其根部釋放大量陽離子，極大的影響茶園土壤酸化狀況[3]。同時，其根部分泌的酸類物質(zhì)（如有機酸）也是驅(qū)動茶園土壤偏酸性的影響因子。其次茶樹產(chǎn)生的多酚等有機物質(zhì)，會隨凋落物或分泌物的形式進入土壤，凋落物中的酚類物質(zhì)主要為單寧[4]，蘇有建等人的研究[5]表明，酸類物質(zhì)驅(qū)動土壤酸化，還會增強土壤中的鋁活性。

土壤性質(zhì)：成土過程及特征也極大的影響土壤酸化狀況。土壤對酸化的緩沖能力由多種因子決定，如成土物源類型、有機質(zhì)含量、粒徑大小、次生礦物成分（粘土礦物）、土壤的潛在酸度、土壤交換性能等。已有研究表明，茶園土壤的有機質(zhì)含量越高，其酸化速率越低；土壤中粘粒含量越高，土壤中負電荷越多，陽離子交換量越大，土壤的緩沖性能越強，不易被酸化[6]。吸附在土壤膠體上的各種鹽基離子也可以緩沖土壤氫離子（酸性物質(zhì)）。土壤陽離子交換量越小，緩沖性能越小，酸化率越高。研究表明[9]，過度使用化肥會導致土壤酸化，從而影響茶葉的品質(zhì)。Barak等的研究結果顯示[8]，過度使用氮肥會增加土壤酸性，其影響程度比使用其他類型的肥料（如磷、鉀）的效果更加顯著，甚至可能達到25倍。當?shù)适┘拥讲鑸@土壤中，其釋放的氫離子導致土壤酸度的大幅度增加。

化學投入品：由于茶樹屬于多年生草本，它們對于氮的需要量遠遠超過其他種類的植株。所以，許多茶農(nóng)都會過分依賴于氮肥，從而導致茶園土壤理化性質(zhì)的改變。最新研究表明，在1hm2的土地上使用500kg氮肥，就可能釋放出3.25×104mol的氫離子；而在多數(shù)國內(nèi)茶葉種植區(qū)，氮肥的使用量大大高于該用量，從而使得國內(nèi)茶園土壤的酸化程度大大提高。另外，大規(guī)模的使用氮肥通常使得農(nóng)作物的收成大幅度提高，但也可能伴隨著大量的鹽基離子和氫離子的排放，從而促使土地的酸化。根據(jù)徐楚生[10]的研究，在1hm2茶園中施氮量介于75kg-600kg范圍之間，施氮量越高，茶園的酸度狀況就越嚴重[7]。此外，根據(jù)氮肥施用后土壤酸度的大小，可以發(fā)現(xiàn)，硫酸銨對土壤酸性的影響比尿素、碳酸氫鈣以及硝酸銨鈣都要更加顯著。

降水和灌溉：土壤化學成分與水量的關系非常明顯。在降水和灌溉量大的地區(qū)，在土壤表面流動的水越多，礦物土壤的酸中和潛力越低。結果，更多的酸被釋放到地表水中，降低了土壤的pH值。由于氫離子的活躍性，當降水中含有氫離子或土壤中產(chǎn)生氫離子時，堿性物質(zhì)便會迅速被消耗殆盡；此外，由于水分的淋溶作用，堿性物質(zhì)也會迅速流失[11]，從而影響土壤的肥力和生態(tài)平衡。

周邊環(huán)境：在某些特定的地方，由于酸沉降的存在，會使得當?shù)氐耐寥雷兊酶迂汃ぁ＿@種情況可能會造成嚴重的后果，比如說，農(nóng)作物的收成受到了嚴格的限制，甚至會出現(xiàn)嚴重的生態(tài)破壞。大多數(shù)學者認為，人為排放與茶園土壤酸化密切相關。羅敏等人[12]的研究表明，茶區(qū)的土壤pH值與附近的工業(yè)分布密度直接相關。

1.2 土壤酸化的危害

當pH值顯著降低時，植物會失去大量的營養(yǎng)元素，這會導致植株無法充分地攝取這些元素，從而限制植株的生長發(fā)育。此外，由于土壤的結構發(fā)生改變，植株的生長會減慢，導致植株的生長不良。隨著pH值的下降，大多數(shù)的有機物被氧化成無機物，這些物質(zhì)的含量也隨之減少，而且它們的流通性也變得越來越強，從而使得它們的損耗變得越來越嚴重。由于大量陽離子吸附在土壤顆粒表面，土壤中水穩(wěn)性團聚體大量減少，土壤結構穩(wěn)定性降低，土壤物理性質(zhì)惡化，進一步影響茶樹根際的滲透性，降低水分和養(yǎng)分的傳輸效率，明顯抑制茶樹的正常生長發(fā)育。當土壤酸度升高時，一些重金屬元素的溶解性、遷移性和有效性也會增強，這將導致茶樹不斷吸收和積累這些重金屬，從而使水體受到污染，并給環(huán)境帶來更大的壓力。

2 喀斯特地區(qū)土壤酸化成因

貴州是一個多元文化的省份，其中包括眾多的茶園。盡管貴州的許多地方都有利于茶的生長，但目前，貴州的茶園仍集中于都勻、貴定、湄潭、普定、印江、石阡、鳳崗、金沙、雷山、黎平、花溪等地[13]。針對貴州茶園的研究表明，在無公害茶園土壤環(huán)境質(zhì)量標準的基礎上，pH值范圍在4.5-5.5之間的地區(qū)為非常適宜種植區(qū)，而在5.5-6.5之間及4.0-4.5之間的地區(qū)為適宜種植區(qū)，同時pH值超過6.5或小于4.0的地方為不適宜種植區(qū)。近年來，貴州省農(nóng)業(yè)土壤的pH值一直是值得關注的問題。在過去的幾年中，許多學者都在努力探索這一問題。在2008年和2009年，貴州省的普通茶園的pH值都在4.60[14]左右。2010年，全省新開發(fā)茶園土壤pH值為3.71-9.24，平均值為5.36，pH值在4.5-5.5范圍內(nèi)的占62.8%[15]。同時，茶樹根系為適應土壤貧瘠環(huán)境（如缺磷）而分泌的有機酸是茶園土壤酸度增加的重要因素；此外，都勻、西秀、湄潭、鳳崗等地的茶園凋落物豐富導致土壤有機物質(zhì)含量高，凋落物及植物殘體的腐敗分解是土壤酸化的另一原因。此外，都勻和西秀茶樹種植區(qū)土壤全氮濃度高，過度使用尿素以及酸性肥料也是導致當?shù)赝寥浪峄脑颉?/p>

3 土壤酸化限制因子

3.1 茶園土壤酸化的內(nèi)源因素

內(nèi)源性因素對于茶園的酸化有重大影響，其中最重要的就是植株的物理變化，包括植株的根部活動、植株的修剪以及植株的枯萎。首先，茶樹是多年生常綠作物，其根系分泌大量碳酸和有機酸，促進固定鋁的活化?；钚凿X具有吸附羥基和與陽離子交換的能力，這使得有機酸能夠通過羧基解離陽離子，從而使土壤變得更加酸性[16]。此外，由于茶樹是一種富含鋁的植物，當它們的老葉掉落或者被修剪時，積累的鋁會返還到地面，經(jīng)過分解后再次進入土壤。流動性差的鋁在淋溶條件下富集到土壤表面，使富含鋁的土壤酸化[17]。

3.2 茶園土壤酸化的外源因素

由于缺乏適宜的施肥管理技術以及惡劣的環(huán)境狀況，導致茶園土壤出現(xiàn)嚴重的酸性變質(zhì)。其中，一方面由于過度依賴于化學肥料（如氨基甲酸鈉）以及過多的有機肥，導致茶葉的生長受到限制；另一方面，由于植物的生長期長，一年中所攝入的氮元素只能滿足其生長所必須的30%-37%;在茶樹生長發(fā)育過程中，它的根部將釋放出大量的陽離子，并且在這些陽離子的作用下，形成一種酸性的分解反應，導致土壤的pH值逐漸減小[17，18]。此外，由于缺乏適當且有效的養(yǎng)分，以及一些酸性的沉淀物被排出，使得土壤的pH值受到嚴重的影響，進一步削弱了土壤的穩(wěn)定性[19]。對于茶園的土壤來說，有多個影響其酸性的因素，其中一個重要的原因就是施肥的方式[20]。

4 酸化治理方法及成效

4.1 化學改良

白云石粉（CaCO3+MgCO3）含有大量鈣鎂離子，能快速穩(wěn)定地增加土壤陽離子交換容量。確定白云石粉的用量極為關鍵，如貴州常見的紅、黃壤茶園，為將pH值從3.9調(diào)整至5.0，建議施加每畝250kg-300kg的白云石用量；并且建議在秋季深耕時施用，同時將耕作深度保持在25cm-30cm范圍內(nèi)。

4.2 生物改良

近年來，通過使用各種植物資源來提升土地肥力，如使用農(nóng)業(yè)廢棄物來修復耕地，已經(jīng)取得了顯著成效。例如，王輝等人在兩種不同類型的酸性茶園土壤上進行了使用刺槐葉來提高土地肥力的實驗[21]。研究發(fā)現(xiàn)，使用刺槐樹的葉片會顯著改善土壤的pH值，并且會減少土壤中的鹽基離子含量，降低土壤活化鋁對植物的生物毒性。

4.3 物理改良

通過利用多孔的生物炭材料，以及其多樣的芳香環(huán)結構，可以有效地滿足泥土中的細菌的需求，同樣也可以改變泥土的物理性質(zhì)、化學、電解等物質(zhì)的平衡，從而大大提升CEC水平。當土壤4.2≤pH≤4.5時，施用新材料生物炭可以改善土壤的吸附性能，減少鹽基的淋溶損失，增加土壤有機碳，改善土壤pH。

4.4 土壤改良劑的應用

研究表明，施用土壤改良劑可以迅速且又有效的改善土壤的酸堿程度，然而，在施行過程中，應該特別重視：首先，應該全面深刻理解改良劑的特點，并且確保施用過程中沒有二次污染；其次，應該對施用的劑量進行精確的把握，尤其注意連續(xù)使用年限，如石灰類改良劑連續(xù)使用三年后要停止使用；第三，應該根據(jù)當前的經(jīng)濟情況，盡可能的從當?shù)孬@得原料。

4.5 合理耕作

通過科學的農(nóng)業(yè)管理，不僅有助于減輕土壤營養(yǎng)的流失，而且有助于改善土壤的組成，促進植物、動物及微生物的健康發(fā)展，減輕土壤的酸度[22]，改善土壤的營養(yǎng)狀況。在茶園里施用綠肥，不僅有助于提高pH值，而且有助于改善土壤的營養(yǎng)狀況，從而大大提升其保水保肥的功效；另一方面，適當?shù)臏p輕農(nóng)田的負擔（如免耕、少耕），也有助于促進土壤的健康發(fā)展。

4.6 形成長效治理機制

政府應當積極推動茶園土壤酸化治理的實施，科研院所應當加快制定完善的技術標準，農(nóng)業(yè)技術部門應當加大宣傳力度，茶企和茶農(nóng)應當積極配合，形成一個“政府主導、科技引領、農(nóng)技推廣、農(nóng)民參與”的協(xié)同機制，以期達到有效控制和改善茶園土壤酸化的目的。