蘭欣悅

土壤酸化對于茶樹利用鋁的影響

蘭欣悅

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)北京100000）

土壤作為茶樹生長的載體，其對于茶葉品質(zhì)有著很大的影響，而隨著茶園中茶樹種植年限的增長與外界環(huán)境因素的共同作用，會改變茶樹種植最合適的土壤酸度條件，令土壤出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，造成鋁離子活化，從而影響茶葉的品質(zhì)與產(chǎn)量。文章通過分析茶樹土壤酸化的原因、酸脅迫條件下如何影響茶樹對于鋁的利用，進(jìn)而影響茶樹生長及茶葉品質(zhì)等方面來對結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)，并對當(dāng)前茶園土壤酸化問題提出了相應(yīng)的改善措施。

茶樹；土壤酸化；鋁形態(tài)變化；高鋁脅迫

茶樹（(L.)）屬于被子植物門，雙子葉植物綱，山茶目，山茶科，山茶屬，為多年生常綠木本植物，植株一般為1～6m，枝嫩無毛，葉片革質(zhì)，呈長圓或橢圓狀。它具有喜溫濕、耐酸、耐鋁等特性，在我國有廣泛的種植。

對于茶樹種植而言，偏酸性富鋁的土壤是茶樹最適的生長土壤，但是在全球酸雨形勢嚴(yán)峻的背景下，茶樹生長條件逐漸轉(zhuǎn)差，土壤酸化嚴(yán)重，而酸化的土壤往往會成為影響植株生長的“導(dǎo)火索”，即單一因素的變化往往會牽制更多的因子，進(jìn)而共同對茶樹生長產(chǎn)生直接影響。故在本文中，筆者便從酸化現(xiàn)象影響的眾多因子中，選取鋁作為因變量而展開相應(yīng)分析。

1 茶樹種植土壤酸化的成因

1.1 內(nèi)部因素

1.2 外部因素

1.2.1 人為因素——長期施加氮肥

在茶樹的種植過程中，種植者為了提高土壤肥力往往會向土壤中施加化學(xué)氮肥，尤其是無機(jī)氮肥濫用嚴(yán)重，該做法不僅會降低土壤中有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)含量，而且長期大量地添加還會令氮肥中的銨鹽物質(zhì)在土壤中發(fā)生硝化作用，產(chǎn)生亞硝酸鹽，再進(jìn)一步經(jīng)由亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}置換出H+，H+滲入土壤也會進(jìn)一步造成鉀離子、引起土壤酸化。

1.2.2 環(huán)境因素——酸雨

自20 世紀(jì)90年代以來，全球化酸雨問題日趨嚴(yán)重。其在我國尤其以華東地區(qū)形勢最為嚴(yán)峻，而我國茶樹由于喜溫濕等原因，生長主要集中于我國江浙、福建、安徽、貴州等地，均處于長江中下游沿岸，這與酸雨頻發(fā)區(qū)高度重合；而酸雨對于土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響是全方位的，它不僅會導(dǎo)致土壤中鉀、鈣等陽離子的流失，降低土壤肥力，還會令土壤發(fā)生酸毒物質(zhì)的積累，引起土壤酸化。

2 鋁對茶樹的重要性

2.1 促進(jìn)有效元素的吸收

低濃度的鋁可以促進(jìn)茶苗對氮、磷、鉀等元素的吸收利用，且隨鋁濃度的增加，茶樹吸收相關(guān)元素的量也逐漸增加。同時，鋁抑制了茶樹對鈣、鎂以及過量錳的吸收和在根際中的積累，同時并促進(jìn)了鎂、鐵元素向茶樹地上部轉(zhuǎn)移。

2.2 促進(jìn)光合作用

低濃度的鋁可誘導(dǎo)茶樹葉片中細(xì)胞色素 b6f、PetB、PetD等復(fù)合物大量合成，加速電子從光系統(tǒng) II到光系統(tǒng)I的轉(zhuǎn)移，從而影響 ATP和 NADPH的生成，同時令葉綠素 a/b結(jié)合蛋白的基因出現(xiàn)高表達(dá)，最終令植物光合速率增加，同化作用增強(qiáng)。

2.3 促進(jìn)抗氧化系統(tǒng)相關(guān)酶的合成

低濃度的鋁能令茶樹體內(nèi)脯胺酸積累，從而誘導(dǎo)相關(guān)抗氧化酶的合成增加、活性增強(qiáng)，如可保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷的胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST），在低鋁條件下在它可在根部大量合成，并進(jìn)一步將產(chǎn)物運(yùn)輸?shù)揭号葸M(jìn)行隔離。

三是統(tǒng)籌整合監(jiān)督資源，加大監(jiān)督檢查力度。廣西計劃2018年開展兩次扶貧資金專項督查活動。區(qū)直各成員單位應(yīng)積極選派業(yè)務(wù)骨干參加實(shí)地督查，提高督查質(zhì)量。各市專責(zé)小組要根據(jù)自治區(qū)的部署，自行組織督查組對自治區(qū)未抽查到的縣(市、區(qū))開展檢查，實(shí)現(xiàn)檢查范圍的全覆蓋。

2.4 增進(jìn)根、花粉管的生長

低濃度的鋁可誘導(dǎo)茶樹根系分泌咖啡堿，該物質(zhì)有助于抑制胼胝質(zhì)沉積，對茶樹根增長、根系干物質(zhì)增加、根系活力增強(qiáng)有促進(jìn)作用，從而令茶樹根系發(fā)達(dá)健壯；同時，研究還發(fā)現(xiàn)適量的鋁也可以促進(jìn)花粉管的伸長。

3 茶樹耐鋁聚鋁的機(jī)制

鋁對茶樹的重要性令茶樹對應(yīng)產(chǎn)生了耐鋁聚鋁的特性，從而更好地完成其對鋁的響應(yīng)。

作為植物界少見的耐鋁聚鋁植物，對一般植物存在毒害作用的鋁濃度，反而能促進(jìn)茶樹的生長發(fā)育。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，茶樹的耐鋁聚鋁機(jī)制主要由兩種作用因素決定，一方面為茶樹對鋁的螯合作用，即一般情況下，鋁元素會以有機(jī)或螯合形式存在于茶樹體內(nèi)：在嫩葉中，鋁元素主要與兒茶素結(jié)合；在較老葉片中，鋁元素大部分與兒茶結(jié)合，少部分則以酚酸鋁和有機(jī)態(tài)鋁的形式存在；在木質(zhì)部中，鋁元素主要與檸檬酸發(fā)生絡(luò)合，形成復(fù)合物；在根部，鋁元素主要與草酸結(jié)合。以上結(jié)論表明，鋁在茶樹中的存在形式很大程度地減少了鋁以Al3+形式在植物體內(nèi)引起鋁毒的風(fēng)險；另一方面，茶樹內(nèi)的鋁因生物體自身的區(qū)隔作用被優(yōu)先儲存于細(xì)胞壁及液泡中，且兩者內(nèi)鋁含量及積累比例隨著成熟度而增加，這種儲存方式限制了鋁的活動及散布影響范圍，減少了鋁的毒害作用。

4 酸化條件下對于茶樹利用鋁的影響

4.1 加速茶樹根際對鋁的吸收

鋁作為地殼中含量最多的金屬元素，在通常情況下，土壤環(huán)境中的大部分鋁以晶格狀的鋁硅酸鹽形式和氧化鋁等難溶形式存在，而僅有極少量的可溶性鋁，即交換態(tài)鋁、有機(jī)態(tài)鋁和無機(jī)態(tài)鋁能夠真正對生命體生長產(chǎn)生正向作用。其中，交換態(tài)鋁屬即可被靜電引力吸附又能被陽離子置換的鋁，如Al3+等；有機(jī)態(tài)鋁主要以配合形式出現(xiàn)，它們與大分子腐殖質(zhì)相鰲合，多呈膠體狀態(tài)；而無機(jī)態(tài)鋁主要包含一些羥基鋁聚合物如Al(OH)3、Al(OH)2+等。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在pH低于4.5時，交換態(tài)鋁、有機(jī)態(tài)鋁、無機(jī)態(tài)鋁所占比隨pH下降而增大；且在茶園土壤下層的各種形態(tài)鋁的含量隨pH下降而增高。即說明，隨著pH值下降，可溶性Al3+含量一直在增加，其他形態(tài)鋁有所減少。

綜合前人研究表明，在土壤酸化條件下，土壤中的H+會更容易將鉀、鎂、鈣等離子置換，進(jìn)而導(dǎo)致土壤pH值迅速下降。而土壤中大量陽離子的流失會導(dǎo)致土壤表面巖基離子濃度下降，從而迫使固定于晶格中的鋁逐步解離進(jìn)行補(bǔ)充，增加鋁離子在土壤中的溶解度，促進(jìn)難溶性鋁向交換態(tài)鋁、可溶性鋁的轉(zhuǎn)化，改變其在土壤中的存在形式。而在這種情況下，在加大鋁進(jìn)入到茶樹根際的速度和總量的同時，也相應(yīng)增加了茶樹遭受鋁毒的風(fēng)險。

4.2 改變鋁在茶樹內(nèi)的分布狀況

茶樹因其品種、種植年限、種植環(huán)境等關(guān)系，各個器官組織的含鋁量有所差異。但就總體而言，其各部分鋁含量由高到低表現(xiàn)為葉根枝，具體依次為：老葉、根、新葉、粗枝、細(xì)枝，且同一器官鋁含量會隨茶樹樹齡的增加而積累升高。

根據(jù)前人研究表明，當(dāng)以pH為4.5、3.5、2.5的梯度，逐漸加重酸脅迫后，其對茶樹體各部位鋁的積累均具有一定促進(jìn)作用，但是對于成熟部位的累積作用則更加明顯，即促進(jìn)了鋁以復(fù)合態(tài)的形式向老葉、主枝、儲存根中的轉(zhuǎn)移。而在這種情況下，鋁在茶樹中的富集特別是在葉中的富集可能會在一定程度上增加鋁進(jìn)入人體的風(fēng)險。

5 高鋁濃度對于茶樹葉片結(jié)構(gòu)及相關(guān)物質(zhì)合成的影響

在茶樹生長過程中，鋁經(jīng)木質(zhì)部向葉片中轉(zhuǎn)移富集，并最終會以高濃度的形式積累在葉表皮柵欄組織的細(xì)胞壁中，且隨著葉片的成熟柵欄組織的厚度增加，鋁含量增加。從上述分析我們可以得知，在酸脅迫條件下，會加重高濃度鋁向葉片部分的轉(zhuǎn)移。

為此，前人進(jìn)行了高鋁脅迫下對于白茶和知春早茶葉片顯微結(jié)構(gòu)的觀察實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在高鋁脅迫條件下，不僅使茶樹葉片柵欄組織細(xì)胞排列變得疏松，細(xì)胞間隙變大，層數(shù)減少，而且會令海綿組織細(xì)胞排列無序度增大。

而植物葉片的葉肉組織由柵欄組織和海綿組織組成，兩者各自作為葉片進(jìn)行光合作用的葉肉干物質(zhì)的主要貯存場所，其發(fā)育的好壞直接關(guān)系茶葉品質(zhì)的高低。故高鋁濃度會影響葉肉組織和柵欄組織的正常發(fā)育，從而影響茶樹葉片的光合作用，進(jìn)而影響茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。

而后續(xù)實(shí)驗(yàn)表明，在高鋁濃度(30 mg/L)下，檢測到葉片超氧陰離子產(chǎn)生速率和丙二醛含量增加，這導(dǎo)致葉片內(nèi)抗氧化系統(tǒng)中對應(yīng)的超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶和抗壞血酸過氧化物酶含量和活性下降；同時，檢測葉片內(nèi)可溶性糖含量也下降明顯，說明在高鋁濃度下，會抑制茶樹葉片中相應(yīng)抗氧化酶活性的合成及活性，繼而影響茶樹自身有機(jī)物的積累及生物量合成。

6 對于茶樹種植的改良措施

在全球酸雨問題依然嚴(yán)峻的大背景下，我國茶園土壤酸化現(xiàn)象已成為茶葉生產(chǎn)中的亟待解決的問題；而在嚴(yán)重的酸脅迫條件下，茶樹又會進(jìn)一步通過加大根際對于可溶性鋁的吸收、調(diào)整高濃度鋁貯存位置的分配，而影響到自身正常的生長狀況和相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)價值。為了解決這一問題，筆者認(rèn)為應(yīng)該從問題產(chǎn)生的源頭進(jìn)行控制，即通過改善土壤酸化問題，來減少過高濃度的鋁對于茶樹的傷害。

6.1 均衡施肥

由于酸性土壤中的鉀、鎂、磷等鹽基養(yǎng)分缺乏，故可通過增施鉀、鎂、磷肥及其他堿性肥料來補(bǔ)充鹽基離子淋失造成的不足，并通過鹽基離子與各種有機(jī)酸形成的絡(luò)合物來緩解土壤酸化問題。此外，適當(dāng)增加有機(jī)肥也可以一定程度緩沖土壤酸性。因?yàn)橛袡C(jī)肥可以與土壤中的礦質(zhì)膠體及腐殖質(zhì)結(jié)合，形成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合膠體，從而提高茶園土壤的中和性能。最后，不能盲目大量施加氮肥，因?yàn)檫^量的氮肥在土壤中會發(fā)生硝化作用，產(chǎn)生亞硝酸鹽、硝酸鹽等物質(zhì)，容易發(fā)生硝化作用產(chǎn)生H+，引起土壤酸化。

6.2 減少淋溶

由于酸雨問題嚴(yán)峻，雨水沖刷會帶走大量的巖基成分，故需要通過覆蓋栽培的方式，盡可能減少淋溶。而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，最普遍的覆蓋栽培方式為地膜覆蓋和草覆蓋，筆者認(rèn)為可以將其應(yīng)用于茶園茶樹種植中，減輕降水對表層土質(zhì)的沖刷，進(jìn)而降低土壤中堿性鹽基的淋溶。

6.3 化學(xué)方式改善

對于土壤酸化嚴(yán)重的茶園（pH值＜4.0），在上述兩種方案的基礎(chǔ)上，還需采用化學(xué)措施進(jìn)行進(jìn)一步改善。查詢資料顯示，在種植過程中，添加白云石粉可以令土質(zhì)得到相應(yīng)改善，它不僅可以提高土壤pH值，還可以一定程度改善茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)。但不宜長期過量施用，以防土壤板結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致茶樹減產(chǎn)。

7 小結(jié)

綜合前人的研究結(jié)果表明，隨著茶園中茶樹種植年限的增長、人為常年施加氮肥及全球化酸雨等影響，會改變茶樹種植最合適的土壤酸度條件，令土壤出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。而在酸化的土壤中，鋁會傾向于向可溶性交換態(tài)鋁形態(tài)的轉(zhuǎn)變，從而加大茶樹根際對于鋁的吸收，并促進(jìn)植物體將高濃度的鋁轉(zhuǎn)運(yùn)至莖葉中成熟部位，而雖然鋁元素在茶樹的生長發(fā)育中占領(lǐng)非常重要的地位，且茶樹自身屬于耐鋁聚鋁植物，但是一旦土壤酸化嚴(yán)重，引起鋁元素在茶樹中的過量積累，就會對植物產(chǎn)生毒害。并且通過葉片顯微結(jié)構(gòu)的觀察和葉片內(nèi)相關(guān)產(chǎn)物合成的測定，發(fā)現(xiàn)在高鋁脅迫下會嚴(yán)重影響葉片的正常發(fā)育、其內(nèi)抗氧化酶活性的合成及活性，減低茶樹自身有機(jī)物積累及生物量合成量，進(jìn)而影響茶樹品質(zhì)，同時也會在一定程度上增加過了鋁元素進(jìn)入人體的風(fēng)險。雖然我們已經(jīng)了解到在土壤酸化條件下，可以造成土壤中鋁形態(tài)學(xué)變化的響應(yīng)，并且進(jìn)一步影響茶樹對鋁的吸收和分布，但是有關(guān)高濃度鋁被根際吸收后，茶樹是如何調(diào)控鋁的運(yùn)輸和分配，并且高濃度鋁在成熟部位是以何種方式積累，目前相關(guān)機(jī)制的研究還不明確。筆者認(rèn)為可以通過同位素示蹤或者顯微鏡直接定位觀察的方式，更深入地構(gòu)建完整的鋁在茶樹植株中的運(yùn)輸途徑。

截至目前，高鋁脅迫對于茶樹影響的相關(guān)研究，大部分集中于其經(jīng)濟(jì)價值最高的葉片上，而對于其他器官和部位的影響及器官間的協(xié)同響應(yīng)機(jī)制研究得還不多，故筆者認(rèn)為，未來可以針對茶樹不同器官、不同部位中鋁的存在形式進(jìn)行深入，也可對如根、莖等重要的運(yùn)輸過程部位來觀察鋁脅迫下對應(yīng)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化。

不僅如此，由于茶樹是重要的經(jīng)濟(jì)作物，土壤酸化引起高濃度鋁進(jìn)入葉片，在葉片成為商品后，泡茶過程中是否會刺激葉片中更多鋁成分的釋放，從而進(jìn)入人體，造成鋁元素的滯留，影響人類健康，這在食品安全方面也是一個亟待解決的問題。

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10.3969/j.issn.2095-1205.2019.05.17

S158.3

C

2095-1205(2019)05-30-03