喀斯特地区茶园土壤酸化机理及防治措施

宋长顺，董万银，陈江

（1.贵州师范学院 贵州省流域地理国情监测重点实验室；2.贵州师范学院 贵州山地研究院；3.贵州师范学院 地理与资源学院，贵州 贵阳 550018）

1 土壤酸化的成因及危害

1.1 土壤酸化的成因

一般状况下，多种因素决定了土壤的酸化，包括氢离子的离子积累、植物的发育、天气状况、温度、湿度等。

作物自身因素：茶树本身的种植生长会造成茶园土壤酸化。现有的研究显示，自然土壤在茶树种植后其土壤酸度会逐渐降低，且降低速率快于其他农业土壤和撂荒地土壤；且种植年限的增加会驱动其土壤酸度的增加[1]。茶树会在其生长过程中吸收土壤中大量的盐基离子。为了维持土壤电荷平衡，植物会向土壤中释放大量氢离子，使土壤呈酸性[2]。因茶树属于聚铝植物，植物体内平均铝含量在1.5×103mg kg-1以上，老叶可为2×104mg kg-1。因此，在茶园种植过程中，茶树每年吸收大量活性铝，造成其根部释放大量阳离子，极大的影响茶园土壤酸化状况[3]。同时，其根部分泌的酸类物质（如有机酸）也是驱动茶园土壤偏酸性的影响因子。其次茶树产生的多酚等有机物质，会随凋落物或分泌物的形式进入土壤，凋落物中的酚类物质主要为单宁[4]，苏有建等人的研究[5]表明，酸类物质驱动土壤酸化，还会增强土壤中的铝活性。

土壤性质：成土过程及特征也极大的影响土壤酸化状况。土壤对酸化的缓冲能力由多种因子决定，如成土物源类型、有机质含量、粒径大小、次生矿物成分（粘土矿物）、土壤的潜在酸度、土壤交换性能等。已有研究表明，茶园土壤的有机质含量越高，其酸化速率越低；土壤中粘粒含量越高，土壤中负电荷越多，阳离子交换量越大，土壤的缓冲性能越强，不易被酸化[6]。吸附在土壤胶体上的各种盐基离子也可以缓冲土壤氢离子（酸性物质）。土壤阳离子交换量越小，缓冲性能越小，酸化率越高。研究表明[9]，过度使用化肥会导致土壤酸化，从而影响茶叶的品质。Barak等的研究结果显示[8]，过度使用氮肥会增加土壤酸性，其影响程度比使用其他类型的肥料（如磷、钾）的效果更加显著，甚至可能达到25倍。当氮肥施加到茶园土壤中，其释放的氢离子导致土壤酸度的大幅度增加。

化学投入品：由于茶树属于多年生草本，它们对于氮的需要量远远超过其他种类的植株。所以，许多茶农都会过分依赖于氮肥，从而导致茶园土壤理化性质的改变。最新研究表明，在1hm2的土地上使用500kg氮肥，就可能释放出3.25×104mol的氢离子；而在多数国内茶叶种植区，氮肥的使用量大大高于该用量，从而使得国内茶园土壤的酸化程度大大提高。另外，大规模的使用氮肥通常使得农作物的收成大幅度提高，但也可能伴随着大量的盐基离子和氢离子的排放，从而促使土地的酸化。根据徐楚生[10]的研究，在1hm2茶园中施氮量介于75kg-600kg范围之间，施氮量越高，茶园的酸度状况就越严重[7]。此外，根据氮肥施用后土壤酸度的大小，可以发现，硫酸铵对土壤酸性的影响比尿素、碳酸氢钙以及硝酸铵钙都要更加显著。

降水和灌溉：土壤化学成分与水量的关系非常明显。在降水和灌溉量大的地区，在土壤表面流动的水越多，矿物土壤的酸中和潜力越低。结果，更多的酸被释放到地表水中，降低了土壤的pH值。由于氢离子的活跃性，当降水中含有氢离子或土壤中产生氢离子时，碱性物质便会迅速被消耗殆尽；此外，由于水分的淋溶作用，碱性物质也会迅速流失[11]，从而影响土壤的肥力和生态平衡。

周边环境：在某些特定的地方，由于酸沉降的存在，会使得当地的土壤变得更加贫瘠。这种情况可能会造成严重的后果，比如说，农作物的收成受到了严格的限制，甚至会出现严重的生态破坏。大多数学者认为，人为排放与茶园土壤酸化密切相关。罗敏等人[12]的研究表明，茶区的土壤pH值与附近的工业分布密度直接相关。

1.2 土壤酸化的危害

当pH值显著降低时，植物会失去大量的营养元素，这会导致植株无法充分地摄取这些元素，从而限制植株的生长发育。此外，由于土壤的结构发生改变，植株的生长会减慢，导致植株的生长不良。随着pH值的下降，大多数的有机物被氧化成无机物，这些物质的含量也随之减少，而且它们的流通性也变得越来越强，从而使得它们的损耗变得越来越严重。由于大量阳离子吸附在土壤颗粒表面，土壤中水稳性团聚体大量减少，土壤结构稳定性降低，土壤物理性质恶化，进一步影响茶树根际的渗透性，降低水分和养分的传输效率，明显抑制茶树的正常生长发育。当土壤酸度升高时，一些重金属元素的溶解性、迁移性和有效性也会增强，这将导致茶树不断吸收和积累这些重金属，从而使水体受到污染，并给环境带来更大的压力。

2 喀斯特地区土壤酸化成因

贵州是一个多元文化的省份，其中包括众多的茶园。尽管贵州的许多地方都有利于茶的生长，但目前，贵州的茶园仍集中于都匀、贵定、湄潭、普定、印江、石阡、凤岗、金沙、雷山、黎平、花溪等地[13]。针对贵州茶园的研究表明，在无公害茶园土壤环境质量标准的基础上，pH值范围在4.5-5.5之间的地区为非常适宜种植区，而在5.5-6.5之间及4.0-4.5之间的地区为适宜种植区，同时pH值超过6.5或小于4.0的地方为不适宜种植区。近年来，贵州省农业土壤的pH值一直是值得关注的问题。在过去的几年中，许多学者都在努力探索这一问题。在2008年和2009年，贵州省的普通茶园的pH值都在4.60[14]左右。2010年，全省新开发茶园土壤pH值为3.71-9.24，平均值为5.36，pH值在4.5-5.5范围内的占62.8%[15]。同时，茶树根系为适应土壤贫瘠环境（如缺磷）而分泌的有机酸是茶园土壤酸度增加的重要因素；此外，都匀、西秀、湄潭、凤岗等地的茶园凋落物丰富导致土壤有机物质含量高，凋落物及植物残体的腐败分解是土壤酸化的另一原因。此外，都匀和西秀茶树种植区土壤全氮浓度高，过度使用尿素以及酸性肥料也是导致当地土壤酸化的原因。

3 土壤酸化限制因子

3.1 茶园土壤酸化的内源因素

内源性因素对于茶园的酸化有重大影响，其中最重要的就是植株的物理变化，包括植株的根部活动、植株的修剪以及植株的枯萎。首先，茶树是多年生常绿作物，其根系分泌大量碳酸和有机酸，促进固定铝的活化。活性铝具有吸附羟基和与阳离子交换的能力，这使得有机酸能够通过羧基解离阳离子，从而使土壤变得更加酸性[16]。此外，由于茶树是一种富含铝的植物，当它们的老叶掉落或者被修剪时，积累的铝会返还到地面，经过分解后再次进入土壤。流动性差的铝在淋溶条件下富集到土壤表面，使富含铝的土壤酸化[17]。

3.2 茶园土壤酸化的外源因素

由于缺乏适宜的施肥管理技术以及恶劣的环境状况，导致茶园土壤出现严重的酸性变质。其中，一方面由于过度依赖于化学肥料（如氨基甲酸钠）以及过多的有机肥，导致茶叶的生长受到限制；另一方面，由于植物的生长期长，一年中所摄入的氮元素只能满足其生长所必须的30%-37%;在茶树生长发育过程中，它的根部将释放出大量的阳离子，并且在这些阳离子的作用下，形成一种酸性的分解反应，导致土壤的pH值逐渐减小[17，18]。此外，由于缺乏适当且有效的养分，以及一些酸性的沉淀物被排出，使得土壤的pH值受到严重的影响，进一步削弱了土壤的稳定性[19]。对于茶园的土壤来说，有多个影响其酸性的因素，其中一个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 化学改良

白云石粉（CaCO3+MgCO3）含有大量钙镁离子，能快速稳定地增加土壤阳离子交换容量。确定白云石粉的用量极为关键，如贵州常见的红、黄壤茶园，为将pH值从3.9调整至5.0，建议施加每亩250kg-300kg的白云石用量；并且建议在秋季深耕时施用，同时将耕作深度保持在25cm-30cm范围内。

4.2 生物改良

近年来，通过使用各种植物资源来提升土地肥力，如使用农业废弃物来修复耕地，已经取得了显著成效。例如，王辉等人在两种不同类型的酸性茶园土壤上进行了使用刺槐叶来提高土地肥力的实验[21]。研究发现，使用刺槐树的叶片会显著改善土壤的pH值，并且会减少土壤中的盐基离子含量，降低土壤活化铝对植物的生物毒性。

4.3 物理改良

通过利用多孔的生物炭材料，以及其多样的芳香环结构，可以有效地满足泥土中的细菌的需求，同样也可以改变泥土的物理性质、化学、电解等物质的平衡，从而大大提升CEC水平。当土壤4.2≤pH≤4.5时，施用新材料生物炭可以改善土壤的吸附性能，减少盐基的淋溶损失，增加土壤有机碳，改善土壤pH。

4.4 土壤改良剂的应用

研究表明，施用土壤改良剂可以迅速且又有效的改善土壤的酸碱程度，然而，在施行过程中，应该特别重视：首先，应该全面深刻理解改良剂的特点，并且确保施用过程中没有二次污染；其次，应该对施用的剂量进行精确的把握，尤其注意连续使用年限，如石灰类改良剂连续使用三年后要停止使用；第三，应该根据当前的经济情况，尽可能的从当地获得原料。

4.5 合理耕作

通过科学的农业管理，不仅有助于减轻土壤营养的流失，而且有助于改善土壤的组成，促进植物、动物及微生物的健康发展，减轻土壤的酸度[22]，改善土壤的营养状况。在茶园里施用绿肥，不仅有助于提高pH值，而且有助于改善土壤的营养状况，从而大大提升其保水保肥的功效；另一方面，适当的减轻农田的负担（如免耕、少耕），也有助于促进土壤的健康发展。

4.6 形成长效治理机制

政府应当积极推动茶园土壤酸化治理的实施，科研院所应当加快制定完善的技术标准，农业技术部门应当加大宣传力度，茶企和茶农应当积极配合，形成一个“政府主导、科技引领、农技推广、农民参与”的协同机制，以期达到有效控制和改善茶园土壤酸化的目的。