茶园土壤酸化及其改良措施

张永利，孙力

（安徽省农业科学院茶叶研究所，祁门245600）

茶园土壤酸化及其改良措施

张永利，孙力

（安徽省农业科学院茶叶研究所，祁门245600）

土壤酸化是我国茶园中存在的一个普遍性问题。本文综述了茶园土壤酸化的现状，从外源因素和内源因素分析了土壤酸化的成因，并提出了相应的改良措施。

茶园；土壤酸化；原因；改良

茶树原产于我国西南山区与半山区，长期在酸性土壤上生长，逐渐适应了酸性环境，如今已形成了较为固定的遗传性状。茶树的喜酸性还与共生的菌根真菌有关，菌根真菌能够吸收矿质营养和水分，供自身和茶树生长需要，而这种菌根真菌只能在酸性环境下生长繁殖，在中性和碱性土壤条件下，菌根真菌生长受到影响，从而影响茶树的生长。另外，铝是茶树生长必不可少的营养元素，研究表明凡土壤中活性铝含量高的茶园，茶树生长较好，茶叶产量也高，而活性铝含量低的茶园，茶树生长较差，而茶园土壤只有在酸性条件下才有较多的活性铝存在，供茶树生长需要[1]。因此，茶树是一种喜酸植物，只能在酸性环境下生长。

虽然茶树可以生长的酸度范围广泛，约在pH3～7之间，但是茶树对pH反应敏感。当pH高于6.5时茶树生长逐渐停滞，低于4.0时，茶树生长受到抑制，影响茶叶产量和品质。茶树适宜的土壤pH范围与气候条件、土壤性质、茶树品种、树龄及栽培管理措施等因素有关，因而不同国家和地区报道不一。我国方兴汉采用水培法进行试验，认为茶树最适的pH值为5.0～6.0之间。吴洵等人[2]在盆栽条件下的试验结果表明，无论是茶树生长还是对矿质营养元素的吸收，都是在pH5.5～6.0时最好，其中茶树生长最适pH值为5.5。一般认为适宜茶树生长的土壤pH范围为4.5～6.0，以pH5.0～6.0最佳[3]。

1 茶园土壤酸化现状

长期种植茶树后，茶园土壤pH降低，土壤酸化问题突出。对重庆市87个树龄在20～30年的茶园土壤的调查结果显示，pH<4.0的茶园占4.6%，pH值在4.0～5.0的茶园占74.7%，而pH在5.0～6.2的仅占20.7%，约80%的茶园土壤处于非最佳的茶树生长土壤pH范围[4]。在江苏省的23个典型茶场中0～20cm土层土壤pH<4.0的茶场面积占总面积的4.3%，pH在4.0～4.5的占总面积的52.5%，pH在4.5～5.0的占32.1%，pH>4.5的占总面积的11.1%[5]。

湖南省茶叶研究所2008年的调查数据显示茶园表层土壤酸化十分严重，92.7%的表层土壤pH< 4.5，pH<4.0的茶园面积由1985年的36.9%增加到了43.2%，pH>4.5的茶园面积则由1985年的11.7%下降到了0[6]。与此类似，1998年苏、浙、皖三省茶园土壤与1990～1991年相比，pH<4的土样比例由13.7%上升到43.9%，最适宜茶树生长的土壤则由59.4%下降到了20.3%，而且进入90年代后茶园土壤酸化现象有所加剧[7]。浙江松阳县茶园土壤与全国第二次土壤普查时（1980年）相比，酸化趋势明显，2006～2007年茶园土壤pH值4.0以下的占5.2%，pH值4.5以下的占21.2%，而非茶园的pH值在4.5以下的只有4.9%[8]。

土壤酸化程度随树龄增加而加剧，如安徽省祁门县山地红黄壤茶园，树龄6年时，土壤pH值为5.0～6.3，树龄19年时降为4.06～4.13，树龄23年时降到3.85～3.90[9]。另外，对江苏省茶园土壤调查结果表明：随着土层加深，土壤pH逐渐增加，一方面表明随着土层加深，酸化程度逐层减弱，另一方面也可看作是茶园土壤严重酸化后，土壤中盐基离子逐渐淋溶至耕层以下土层的外在表现，即深层土壤也在逐渐面临酸化的结果。2003～2005年仅两年时间的茶园土壤酸化速率竟远远大于1994～2003年近十年的茶园土壤酸化速率，表明近年来江苏省茶园土壤酸化的速度在加快，茶园土壤酸化问题日益严峻[5]。

2 茶园土壤酸化的原因

导致茶园土壤酸化的因素是多方面的，不仅与亚热带、热带气候条件引起的土壤富铝化过程及茶树自身生物化学循环过程有关，还与施肥不当及环境污染引起的酸雨有关。

茶园大都分布在热带、亚热带地区，在高温、多雨的气候条件下，发生脱硅富铝化过程，土壤中的钙、镁、钾、钠等盐基离子淋失严重，铁和铝则相对富集。

一般植物含铝量很低，多在100～200mg/kg以下，而茶树属富铝性作物，体内含铝量常在1500mg/kg以上，老叶中含量可达20000mg/kg[1]。茶树根系吸收土壤中的铝后，以AlPO4的形态把铝运输到地上部，逐渐在叶片中累积，而变成老叶后则累积在叶片的上表皮细胞壁和栅栏组织中，待老叶凋落或茶树修剪时，累积的铝随叶片落入地表，经腐熟后重新进入土壤。虽然钙、镁、钾等元素也随老叶进入土壤，但在强降雨作用下向下淋洗，而移动性差的铝则在土壤表层富集，茶树种植时间越长，生长状况越好，越易造成土壤酸化。

茶树根系分泌大量苹果酸、柠檬酸、草酸等有机酸和多酚类物质，对铝具有很强的络合能力，促进了固定态铝的活化，活化的铝可以吸附羟基或与氢离子交换，这些均可导致土壤酸化；另外有机酸通过羧基解离质子，提供土壤酸化的H+。由于茶树系多年生常绿植物，根系代谢作用强烈，而茶园种植密度大，土壤翻耕条件差，各种根系分泌物易在表层土壤累积，导致土壤酸化[10]。

还有人认为茶树地上部、地下部呼吸作用以及有机残体分解、土壤微生物活动产生的CO2对土壤酸化产生重大影响[11]；另外，茶树根系对铵态氮的选择性吸收，也会导致土壤pH值降低。

比起茶树自身的物质循环和根系分泌物的作用，茶园土壤酸化受人为诱导作用更大，其中施肥被认为是直接影响茶园土壤酸度的首要因素。

茶树是叶用作物，每年因为采摘大约要消耗纯氮135kgN/hm2（以年产3000kg/hm2干叶计算），所以为了保持土壤肥力，每年至少需要向土壤中补充375kgN/hm2的氮肥[10]。茶树是喜铵植物，对铵态氮的选择吸收作用大于硝态氮，所以造成了茶园施肥管理中的偏施氮肥，特别是铵态氮肥和酰胺态氮肥。而硫酸铵是生理酸性肥料，长期使用会造成土壤酸化。尿素在酸性条件下经脲酶水解可生成NH4+，与盐基离子竞争吸附位点，从而造成盐基离子的淋洗，促进土壤酸化。

随着现代化工业的进步和城市的发展，中国的酸雨区（pH<5.6）从1985年约175万km2扩大到1993年280万km2，受重酸雨（pH<4.5）影响的区域由1986年重庆和贵阳等局部地区扩大到1993年中国南方川、黔、湘、鄂、粤、闽和江浙等广大地区[12]。

酸雨中90%以上是H2SO4和HNO3的成分，而我国的降雨中含有较多的NH4+，对土壤酸化也起到重要作用。土壤作为酸雨的汇，降水中的H2SO4和HNO3增加了土壤溶液的H+，H+与盐基离子发生交换，造成盐基的大量淋失；H+与Al3+交换，使铝的活性增加，结果土壤pH降低，导致土壤酸化[13]。模拟酸雨对土壤酸化和盐基迁移的影响研究结果也表明，长期酸雨淋洗导致我国南方酸性土壤中盐基离子的大量淋失，土壤pH愈低，土壤酸化受酸雨的影响愈大[14]。

在茶园土壤的各种致酸因素中，不同因素所起的作用大小不同，其中施用生理酸性肥料和茶树根系分泌有机酸是主导因子，而茶树落叶和修剪叶还园为次要因子[15]。

3 茶园土壤酸化的危害

酸性土壤中酸度的核心是土壤中铝的形态及其转化[5]。茶园土壤酸化后，土壤盐基饱和度降低，铝、铁、锰的溶解度增大，甚至产生毒害，而且铝、锰离子可使磷酸变成不可溶的盐类，降低了磷的有效性。随着pH降低，氮、磷、钾、钙、镁、硫等养分的有效性降低，从而影响了茶树的养分吸收和生长。

高产优质茶园要求土壤疏松、三相比协调并含有较多团粒结构，而酸化的土壤难于形成良好的团粒结构，降低了透水性和通气性。茶园土壤酸化还会破坏土壤中微生物区系，进而影响有机质的矿化、养分的循环转化，阻碍茶树的养分吸收，不利于茶树生长。

土壤在其酸度提高的同时也使得某些重金属元素的活性增加，这是由锰、铬、镉、铅等有毒金属离子在低pH值下溶解度升高造成的。重金属活性的提高增加了其向茶叶中转移的可能[16，17]，危及人类健康。

4 茶园土壤酸化的改良措施

施用有机肥是降低土壤酸化的有效途径。有机肥通常含有较丰富的钙、镁、钠、钾等元素，它可以补充由于土壤酸化而造成的盐基离子淋失，而这些盐基离子及其与各种有机酸形成的络合体具有很强的缓冲能力，可缓解酸化速度[10]。有机肥经微生物分解后合成的腐殖质可与土壤中矿质胶体结合，形成有机-无机复合体，也能增加土壤的缓冲性能。有机肥还能改善土壤物理化学性状，增加孔隙度，提高土壤吸附力，防止和减缓盐基元素的淋失。

平衡施肥是保持土壤pH值的重要途径。长期大量偏施氮肥，造成土壤pH值持续下降，随着土壤的酸化，钙、镁、钾等盐基离子淋溶加剧，它们的淋失，既影响茶树对这些元素的吸收，又破坏了土壤的结构。因此，茶园中肥料应以氮、磷、钾、镁等元素配合施用，以平衡土壤养分，调节土壤pH值。对一些强酸性茶园应施用生理中性和生理碱性肥，以防止土壤pH值持续下降，如施用硝铵、磷矿粉和钙镁磷肥等。

施用石灰或石灰石粉或白云石粉，是提高强酸性茶园土壤pH值的根本途径，实践证明效果较好。施用石灰不仅可以中和土壤酸度，明显地使酸性土壤的酸度降低，减轻铝对植物的毒害，而且可以增加土壤中钙的含量，有利植物生长。但同时施用石灰也会使复酸化程度加强，长期使用还会引起土壤板结，因此，用石灰改良酸性土壤时，必须注意的是不能过于频繁地施用，应与其他碱性肥料（草木灰、火烧土等）配合使用[18]。施用白云石粉在提高茶园土壤pH值的同时，对提高茶叶的产量和品质有一定的作用。白云石粉的施用量，按将土壤pH值调整到4.5来计算，一般施用225kg/hm2过100目筛的白云石粉，在秋季与基肥一起施入，根据实际情况掌握施用次数[19]。

另外，朱江[20]认为在茶园土壤改良中，施加某些农用矿物在降低土壤酸度、增加有机质含量、改变土壤结构、增加有益元素等方面，都可以得到较好的效果，因此农用矿物可广泛地应用于茶园土壤的改良。天然沸石、蒙托石、膨润土、粉煤灰、滤泥等对酸性土壤的改良也能取得较好的效果。

酸性土壤生物改良主要是利用绿肥及土壤中的一些动物来达到改良土壤的目的[18]。例如在茶园土壤中加入刺槐叶后，降低了土壤中交换性酸和交换性铝的数量，增加了土壤交换性钙和镁的含量，提高了土壤pH值，降低了土壤酸度，且刺槐叶对土壤酸度的改良效果随其加入量的增加而提升[21]。同理，在茶园土壤中加入紫云英、刺槐叶和豌豆秸秆等植物物料均可使土壤pH显著增加（P<0.01），特别是在培养试验前期，而在试验结束时土壤pH的增幅与植物物料灰化碱的含量相一致[22]。

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本工作利用Y对X的条件分布的非参数贝叶斯估计来构造回归函数的非参数贝叶斯估计,在此过程中,用分布估计的核估计替代Ferguson估计的经验分布函数,用较高阶的局部多项式回归替代原构造中的Nadaraya-Watson回归估计,获得了较为理想的估计效果,同时还给出了估计的均方误差及其均方收敛性.实证结果表明,对于非参数贝叶斯估计,当先验分布选择较合适时,在数据拟合和预测方面均表现出了较好的效果.

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2011-01-17