張永利，孫力

（安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，祁門245600）

茶園土壤酸化及其改良措施

張永利，孫力

（安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，祁門245600）

土壤酸化是我國(guó)茶園中存在的一個(gè)普遍性問(wèn)題。本文綜述了茶園土壤酸化的現(xiàn)狀，從外源因素和內(nèi)源因素分析了土壤酸化的成因，并提出了相應(yīng)的改良措施。

茶園；土壤酸化；原因；改良

茶樹(shù)原產(chǎn)于我國(guó)西南山區(qū)與半山區(qū)，長(zhǎng)期在酸性土壤上生長(zhǎng)，逐漸適應(yīng)了酸性環(huán)境，如今已形成了較為固定的遺傳性狀。茶樹(shù)的喜酸性還與共生的菌根真菌有關(guān)，菌根真菌能夠吸收礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和水分，供自身和茶樹(shù)生長(zhǎng)需要，而這種菌根真菌只能在酸性環(huán)境下生長(zhǎng)繁殖，在中性和堿性土壤條件下，菌根真菌生長(zhǎng)受到影響，從而影響茶樹(shù)的生長(zhǎng)。另外，鋁是茶樹(shù)生長(zhǎng)必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素，研究表明凡土壤中活性鋁含量高的茶園，茶樹(shù)生長(zhǎng)較好，茶葉產(chǎn)量也高，而活性鋁含量低的茶園，茶樹(shù)生長(zhǎng)較差，而茶園土壤只有在酸性條件下才有較多的活性鋁存在，供茶樹(shù)生長(zhǎng)需要[1]。因此，茶樹(shù)是一種喜酸植物，只能在酸性環(huán)境下生長(zhǎng)。

雖然茶樹(shù)可以生長(zhǎng)的酸度范圍廣泛，約在pH3～7之間，但是茶樹(shù)對(duì)pH反應(yīng)敏感。當(dāng)pH高于6.5時(shí)茶樹(shù)生長(zhǎng)逐漸停滯，低于4.0時(shí)，茶樹(shù)生長(zhǎng)受到抑制，影響茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)。茶樹(shù)適宜的土壤pH范圍與氣候條件、土壤性質(zhì)、茶樹(shù)品種、樹(shù)齡及栽培管理措施等因素有關(guān)，因而不同國(guó)家和地區(qū)報(bào)道不一。我國(guó)方興漢采用水培法進(jìn)行試驗(yàn)，認(rèn)為茶樹(shù)最適的pH值為5.0～6.0之間。吳洵等人[2]在盆栽條件下的試驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)論是茶樹(shù)生長(zhǎng)還是對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，都是在pH5.5～6.0時(shí)最好，其中茶樹(shù)生長(zhǎng)最適pH值為5.5。一般認(rèn)為適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)的土壤pH范圍為4.5～6.0，以pH5.0～6.0最佳[3]。

1 茶園土壤酸化現(xiàn)狀

長(zhǎng)期種植茶樹(shù)后，茶園土壤pH降低，土壤酸化問(wèn)題突出。對(duì)重慶市87個(gè)樹(shù)齡在20～30年的茶園土壤的調(diào)查結(jié)果顯示，pH<4.0的茶園占4.6%，pH值在4.0～5.0的茶園占74.7%，而pH在5.0～6.2的僅占20.7%，約80%的茶園土壤處于非最佳的茶樹(shù)生長(zhǎng)土壤pH范圍[4]。在江蘇省的23個(gè)典型茶場(chǎng)中0～20cm土層土壤pH<4.0的茶場(chǎng)面積占總面積的4.3%，pH在4.0～4.5的占總面積的52.5%，pH在4.5～5.0的占32.1%，pH>4.5的占總面積的11.1%[5]。

湖南省茶葉研究所2008年的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示茶園表層土壤酸化十分嚴(yán)重，92.7%的表層土壤pH< 4.5，pH<4.0的茶園面積由1985年的36.9%增加到了43.2%，pH>4.5的茶園面積則由1985年的11.7%下降到了0[6]。與此類似，1998年蘇、浙、皖三省茶園土壤與1990～1991年相比，pH<4的土樣比例由13.7%上升到43.9%，最適宜茶樹(shù)生長(zhǎng)的土壤則由59.4%下降到了20.3%，而且進(jìn)入90年代后茶園土壤酸化現(xiàn)象有所加劇[7]。浙江松陽(yáng)縣茶園土壤與全國(guó)第二次土壤普查時(shí)（1980年）相比，酸化趨勢(shì)明顯，2006～2007年茶園土壤pH值4.0以下的占5.2%，pH值4.5以下的占21.2%，而非茶園的pH值在4.5以下的只有4.9%[8]。

土壤酸化程度隨樹(shù)齡增加而加劇，如安徽省祁門縣山地紅黃壤茶園，樹(shù)齡6年時(shí)，土壤pH值為5.0～6.3，樹(shù)齡19年時(shí)降為4.06～4.13，樹(shù)齡23年時(shí)降到3.85～3.90[9]。另外，對(duì)江蘇省茶園土壤調(diào)查結(jié)果表明：隨著土層加深，土壤pH逐漸增加，一方面表明隨著土層加深，酸化程度逐層減弱，另一方面也可看作是茶園土壤嚴(yán)重酸化后，土壤中鹽基離子逐漸淋溶至耕層以下土層的外在表現(xiàn)，即深層土壤也在逐漸面臨酸化的結(jié)果。2003～2005年僅兩年時(shí)間的茶園土壤酸化速率竟遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1994～2003年近十年的茶園土壤酸化速率，表明近年來(lái)江蘇省茶園土壤酸化的速度在加快，茶園土壤酸化問(wèn)題日益嚴(yán)峻[5]。

2 茶園土壤酸化的原因

導(dǎo)致茶園土壤酸化的因素是多方面的，不僅與亞熱帶、熱帶氣候條件引起的土壤富鋁化過(guò)程及茶樹(shù)自身生物化學(xué)循環(huán)過(guò)程有關(guān)，還與施肥不當(dāng)及環(huán)境污染引起的酸雨有關(guān)。

茶園大都分布在熱帶、亞熱帶地區(qū)，在高溫、多雨的氣候條件下，發(fā)生脫硅富鋁化過(guò)程，土壤中的鈣、鎂、鉀、鈉等鹽基離子淋失嚴(yán)重，鐵和鋁則相對(duì)富集。

一般植物含鋁量很低，多在100～200mg/kg以下，而茶樹(shù)屬富鋁性作物，體內(nèi)含鋁量常在1500mg/kg以上，老葉中含量可達(dá)20000mg/kg[1]。茶樹(shù)根系吸收土壤中的鋁后，以AlPO4的形態(tài)把鋁運(yùn)輸?shù)降厣喜?，逐漸在葉片中累積，而變成老葉后則累積在葉片的上表皮細(xì)胞壁和柵欄組織中，待老葉凋落或茶樹(shù)修剪時(shí)，累積的鋁隨葉片落入地表，經(jīng)腐熟后重新進(jìn)入土壤。雖然鈣、鎂、鉀等元素也隨老葉進(jìn)入土壤，但在強(qiáng)降雨作用下向下淋洗，而移動(dòng)性差的鋁則在土壤表層富集，茶樹(shù)種植時(shí)間越長(zhǎng)，生長(zhǎng)狀況越好，越易造成土壤酸化。

茶樹(shù)根系分泌大量蘋果酸、檸檬酸、草酸等有機(jī)酸和多酚類物質(zhì)，對(duì)鋁具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力，促進(jìn)了固定態(tài)鋁的活化，活化的鋁可以吸附羥基或與氫離子交換，這些均可導(dǎo)致土壤酸化；另外有機(jī)酸通過(guò)羧基解離質(zhì)子，提供土壤酸化的H+。由于茶樹(shù)系多年生常綠植物，根系代謝作用強(qiáng)烈，而茶園種植密度大，土壤翻耕條件差，各種根系分泌物易在表層土壤累積，導(dǎo)致土壤酸化[10]。

還有人認(rèn)為茶樹(shù)地上部、地下部呼吸作用以及有機(jī)殘?bào)w分解、土壤微生物活動(dòng)產(chǎn)生的CO2對(duì)土壤酸化產(chǎn)生重大影響[11]；另外，茶樹(shù)根系對(duì)銨態(tài)氮的選擇性吸收，也會(huì)導(dǎo)致土壤pH值降低。

比起茶樹(shù)自身的物質(zhì)循環(huán)和根系分泌物的作用，茶園土壤酸化受人為誘導(dǎo)作用更大，其中施肥被認(rèn)為是直接影響茶園土壤酸度的首要因素。

茶樹(shù)是葉用作物，每年因?yàn)椴烧蠹s要消耗純氮135kgN/hm2（以年產(chǎn)3000kg/hm2干葉計(jì)算），所以為了保持土壤肥力，每年至少需要向土壤中補(bǔ)充375kgN/hm2的氮肥[10]。茶樹(shù)是喜銨植物，對(duì)銨態(tài)氮的選擇吸收作用大于硝態(tài)氮，所以造成了茶園施肥管理中的偏施氮肥，特別是銨態(tài)氮肥和酰胺態(tài)氮肥。而硫酸銨是生理酸性肥料，長(zhǎng)期使用會(huì)造成土壤酸化。尿素在酸性條件下經(jīng)脲酶水解可生成NH4+，與鹽基離子競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，從而造成鹽基離子的淋洗，促進(jìn)土壤酸化。

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的進(jìn)步和城市的發(fā)展，中國(guó)的酸雨區(qū)（pH<5.6）從1985年約175萬(wàn)km2擴(kuò)大到1993年280萬(wàn)km2，受重酸雨（pH<4.5）影響的區(qū)域由1986年重慶和貴陽(yáng)等局部地區(qū)擴(kuò)大到1993年中國(guó)南方川、黔、湘、鄂、粵、閩和江浙等廣大地區(qū)[12]。

酸雨中90%以上是H2SO4和HNO3的成分，而我國(guó)的降雨中含有較多的NH4+，對(duì)土壤酸化也起到重要作用。土壤作為酸雨的匯，降水中的H2SO4和HNO3增加了土壤溶液的H+，H+與鹽基離子發(fā)生交換，造成鹽基的大量淋失；H+與Al3+交換，使鋁的活性增加，結(jié)果土壤pH降低，導(dǎo)致土壤酸化[13]。模擬酸雨對(duì)土壤酸化和鹽基遷移的影響研究結(jié)果也表明，長(zhǎng)期酸雨淋洗導(dǎo)致我國(guó)南方酸性土壤中鹽基離子的大量淋失，土壤pH愈低，土壤酸化受酸雨的影響愈大[14]。

在茶園土壤的各種致酸因素中，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樹(shù)根系分泌有機(jī)酸是主導(dǎo)因子，而茶樹(shù)落葉和修剪葉還園為次要因子[15]。

3 茶園土壤酸化的危害

酸性土壤中酸度的核心是土壤中鋁的形態(tài)及其轉(zhuǎn)化[5]。茶園土壤酸化后，土壤鹽基飽和度降低，鋁、鐵、錳的溶解度增大，甚至產(chǎn)生毒害，而且鋁、錳離子可使磷酸變成不可溶的鹽類，降低了磷的有效性。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(shù)的養(yǎng)分吸收和生長(zhǎng)。

高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)茶園要求土壤疏松、三相比協(xié)調(diào)并含有較多團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，而酸化的土壤難于形成良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，降低了透水性和通氣性。茶園土壤酸化還會(huì)破壞土壤中微生物區(qū)系，進(jìn)而影響有機(jī)質(zhì)的礦化、養(yǎng)分的循環(huán)轉(zhuǎn)化，阻礙茶樹(shù)的養(yǎng)分吸收，不利于茶樹(shù)生長(zhǎng)。

土壤在其酸度提高的同時(shí)也使得某些重金屬元素的活性增加，這是由錳、鉻、鎘、鉛等有毒金屬離子在低pH值下溶解度升高造成的。重金屬活性的提高增加了其向茶葉中轉(zhuǎn)移的可能[16，17]，危及人類健康。

4 茶園土壤酸化的改良措施

施用有機(jī)肥是降低土壤酸化的有效途徑。有機(jī)肥通常含有較豐富的鈣、鎂、鈉、鉀等元素，它可以補(bǔ)充由于土壤酸化而造成的鹽基離子淋失，而這些鹽基離子及其與各種有機(jī)酸形成的絡(luò)合體具有很強(qiáng)的緩沖能力，可緩解酸化速度[10]。有機(jī)肥經(jīng)微生物分解后合成的腐殖質(zhì)可與土壤中礦質(zhì)膠體結(jié)合，形成有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體，也能增加土壤的緩沖性能。有機(jī)肥還能改善土壤物理化學(xué)性狀，增加孔隙度，提高土壤吸附力，防止和減緩鹽基元素的淋失。

平衡施肥是保持土壤pH值的重要途徑。長(zhǎng)期大量偏施氮肥，造成土壤pH值持續(xù)下降，隨著土壤的酸化，鈣、鎂、鉀等鹽基離子淋溶加劇，它們的淋失，既影響茶樹(shù)對(duì)這些元素的吸收，又破壞了土壤的結(jié)構(gòu)。因此，茶園中肥料應(yīng)以氮、磷、鉀、鎂等元素配合施用，以平衡土壤養(yǎng)分，調(diào)節(jié)土壤pH值。對(duì)一些強(qiáng)酸性茶園應(yīng)施用生理中性和生理堿性肥，以防止土壤pH值持續(xù)下降，如施用硝銨、磷礦粉和鈣鎂磷肥等。

施用石灰或石灰石粉或白云石粉，是提高強(qiáng)酸性茶園土壤pH值的根本途徑，實(shí)踐證明效果較好。施用石灰不僅可以中和土壤酸度，明顯地使酸性土壤的酸度降低，減輕鋁對(duì)植物的毒害，而且可以增加土壤中鈣的含量，有利植物生長(zhǎng)。但同時(shí)施用石灰也會(huì)使復(fù)酸化程度加強(qiáng)，長(zhǎng)期使用還會(huì)引起土壤板結(jié)，因此，用石灰改良酸性土壤時(shí)，必須注意的是不能過(guò)于頻繁地施用，應(yīng)與其他堿性肥料（草木灰、火燒土等）配合使用[18]。施用白云石粉在提高茶園土壤pH值的同時(shí)，對(duì)提高茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)有一定的作用。白云石粉的施用量，按將土壤pH值調(diào)整到4.5來(lái)計(jì)算，一般施用225kg/hm2過(guò)100目篩的白云石粉，在秋季與基肥一起施入，根據(jù)實(shí)際情況掌握施用次數(shù)[19]。

另外，朱江[20]認(rèn)為在茶園土壤改良中，施加某些農(nóng)用礦物在降低土壤酸度、增加有機(jī)質(zhì)含量、改變土壤結(jié)構(gòu)、增加有益元素等方面，都可以得到較好的效果，因此農(nóng)用礦物可廣泛地應(yīng)用于茶園土壤的改良。天然沸石、蒙托石、膨潤(rùn)土、粉煤灰、濾泥等對(duì)酸性土壤的改良也能取得較好的效果。

酸性土壤生物改良主要是利用綠肥及土壤中的一些動(dòng)物來(lái)達(dá)到改良土壤的目的[18]。例如在茶園土壤中加入刺槐葉后，降低了土壤中交換性酸和交換性鋁的數(shù)量，增加了土壤交換性鈣和鎂的含量，提高了土壤pH值，降低了土壤酸度，且刺槐葉對(duì)土壤酸度的改良效果隨其加入量的增加而提升[21]。同理，在茶園土壤中加入紫云英、刺槐葉和豌豆秸稈等植物物料均可使土壤pH顯著增加（P<0.01），特別是在培養(yǎng)試驗(yàn)前期，而在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)土壤pH的增幅與植物物料灰化堿的含量相一致[22]。

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本工作利用Y對(duì)X的條件分布的非參數(shù)貝葉斯估計(jì)來(lái)構(gòu)造回歸函數(shù)的非參數(shù)貝葉斯估計(jì),在此過(guò)程中,用分布估計(jì)的核估計(jì)替代Ferguson估計(jì)的經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù),用較高階的局部多項(xiàng)式回歸替代原構(gòu)造中的Nadaraya-Watson回歸估計(jì),獲得了較為理想的估計(jì)效果,同時(shí)還給出了估計(jì)的均方誤差及其均方收斂性.實(shí)證結(jié)果表明,對(duì)于非參數(shù)貝葉斯估計(jì),當(dāng)先驗(yàn)分布選擇較合適時(shí),在數(shù)據(jù)擬合和預(yù)測(cè)方面均表現(xiàn)出了較好的效果.

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1006-5768(2011)04-0158-04

2011-01-17