李艷春 李兆偉 王義祥

摘要：以圓葉決明、印度豇豆、大豆、稻秸4種植物物料為試驗材料，通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗研究它們對茶園土壤酸度的改良效果。結果表明，培養(yǎng)90 d后，添加圓葉決明和稻秸的土壤pH值分別比對照顯著提高0.39、0.71（2%添加量）和0.54、0.89個單位（4%添加量），其他處理對pH值的提升不顯著。除2%添加量的大豆和印度豇豆處理外，其他處理都能顯著降低土壤交換性鋁以及交換性酸含量。4種植物物料均能顯著增加交換性鹽基離子總量以及土壤鹽基飽和度，并且4%處理比2%處理的增加幅度更大。只有4%添加水平的大豆和圓葉決明處理能顯著增加土壤陽離子交換量，其他處理對土壤陽離子交換量的影響不顯著或有所降低。大豆、印度豇豆、圓葉決明（4%添加量）能夠顯著提升土壤硝態(tài)氮含量，2%添加量的圓葉決明處理對土壤硝態(tài)氮含量的影響不顯著。相反地，稻秸降低了土壤硝態(tài)氮含量。綜合比較，圓葉決明和稻秸可作為改良茶園酸化土壤的生物材料。

關鍵詞：茶園;酸化土壤;改良效果;有機物料;陽離子交換量

土壤酸化是當前茶樹種植業(yè)面臨的嚴重問題之一。有學者對福建省107個典型茶園土壤進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土壤pH值<4.5的茶園占86.9%，而其中pH值<4.0的嚴重酸化茶園占28.0%，pH值在 4.50～5.50符合高效生產(chǎn)條件的茶園占10.3%，pH值>5.5的占2.8%[1]。由此可見，福建省茶園土壤普遍酸化問題嚴重。茶園土壤酸化致使土壤中的活性鋁含量增加，當過高含量的活性鋁聚積到根尖時，就可能對茶樹產(chǎn)生直接毒害，如抑制茶樹根系生長，抑制鉀、鎂等養(yǎng)分吸收進而影響茶樹產(chǎn)量和茶葉品質(zhì)[2]。此外，土壤酸化還會影響茶園土壤微生物種群以及土壤酶活性的變化，進而影響茶樹的正常生長[3-4]。施用石灰或石灰石粉是改良酸性土壤的常用方法，但施入土壤后待石灰堿性消耗后土壤會再次發(fā)生酸化（即復酸化過程），并且酸化程度比之前有所加劇，其改良效果不持久[5]。近年來，一些農(nóng)作物秸稈、豆科綠肥、畜禽糞肥等被開發(fā)為改良酸化土壤的有機物料，其改良效果可能受有機物料的性質(zhì)、土壤類型和理化特性等因素的影響[6-8]。Wang 等發(fā)現(xiàn)由于豆科植物含有較高的灰化堿和有機氮，因此對土壤pH值的提升作用比非豆科植物更大[9]。有研究者發(fā)現(xiàn)，當酸性土壤與豆科植物物料一起培養(yǎng)時會出現(xiàn)早期土壤pH值增加，后期土壤pH值降低，原因在于培養(yǎng)早期有機氮礦化產(chǎn)生的銨根離子在后期發(fā)生了硝化作用，即有機氮礦化過程中產(chǎn)生的NH+4的硝化作用可能在一定程度上抵消了豆科植物物料對酸性土壤的改良作用[10-11]?？梢?，不同豆科植物物料對酸化土壤的改良效果及其機制值得進一步研究。

圓葉決明、印度豇豆、大豆是適宜熱帶、亞熱帶紅壤丘陵區(qū)種植的優(yōu)良綠肥品種。另外，稻秸是資源量非常豐富的農(nóng)業(yè)廢棄物。如果將這些植物物料利用起來，開發(fā)成綠色環(huán)保型的土壤改良劑，不僅能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對酸化土壤改良劑的需求，還可以節(jié)約農(nóng)業(yè)成本，符合我國建設資源節(jié)約型社會的總體方針。因此，本研究選用4種植物物料，采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗，評價這些植物物料對酸化茶園土壤的改良效果，通過試驗獲得較佳的改良物料以及施用量，為酸化茶園土壤的改良提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤與植物材料

供試土壤于2015年8月取自福建省安溪縣感德鎮(zhèn)鐵觀音茶園。采集0～20 cm地表土，自然風干后研磨過2 mm篩，充分混勻后備用。供試土壤的基本性質(zhì)為pH值3.76，總氮含量1.62 g/kg，有機碳含量21.81 g/kg，堿解氮含量319.65 mg/kg，速效鉀含量121.64 mg/kg，有效磷含量83.90 mg/kg。供試植物材料為3種豆科綠肥：圓葉決明、印度豇豆、大豆以及農(nóng)業(yè)廢棄物稻秸。3種豆科植物于盛花期刈割，105 ℃殺青20 min后65 ℃烘干。稻秸收集自當?shù)剞r(nóng)田，65 ℃烘干。4種植物材料粉碎過 1 mm 篩備用，植物材料的灰化堿、總碳、總氮等主要化學成分見表1。

1.2 培養(yǎng)試驗設計

于2015年9—12月在福建省農(nóng)業(yè)科學院生態(tài)所進行試驗。植物物料按2%和4%這2個水平添加，分別稱取10、20 g的植物物料與500 g風干土混合均勻，裝入塑料盆中，調(diào)節(jié)土壤水分至田間持水量的70%，分別相當于田間用量的45、90 t/hm2，每個處理3次重復。對照不添加任何植物物料。在塑料盆蓋上鉆3個大小適宜的孔，使土壤保持通氣和濕潤狀態(tài)，將塑料盆置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)90 d，為維持土壤含水量恒定，定期（每隔3 d）稱質(zhì)量并補充水分。分別于培養(yǎng)的0、3、6、10、20、30、40、50、60、70、80、90 d取土壤樣品測定pH值、銨態(tài)氮含量和硝態(tài)氮含量[12]。在培養(yǎng)結束時取土樣測交換性鋁含量、交換性酸含量、陽離子交換量（CEC）、交換性鹽基等指標。

1.3 測定方法

植物物料的pH值測定采用復合電極法，物料與水的比例為1 ∶ 10。灰化堿的測定參考王寧等的方法[13]，用馬弗爐灰化、酸溶解和NaOH返滴定法測定。取灰化物酸溶液，采用原子吸收分光光度法以及火焰光度法測定Ca、Mg、K、Na含量。植物材料的總碳和總氮含量、土壤的pH值、銨態(tài)氮含量、硝態(tài)氮含量、陽離子交換量、交換性鋁含量、交換性酸含量以及交換性鹽基總量的測定參考魯如坤的方法[14]。

2 結果與分析

2.1 植物物料添加對茶園土壤pH值的影響

由圖1可知，在培養(yǎng)過程中，添加豆科植物物料的土壤pH值呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在培養(yǎng) 20 d 時pH值達到最高，且pH值隨植物材料添加量的增加而有所提高。添加稻秸的土壤pH值在0～3 d 有小幅增加，之后變化不明顯。由圖1-a可見，在培養(yǎng)結束時，添加2%圓葉決明和稻秸的土壤pH值分別比對照提高了0.39和0.71;由圖1-b可見，添加4%圓葉決明和稻秸的土壤pH值分別比對照提高了0.54和0.89，其他處理與對照之間的土壤pH值差異不明顯。

2.2 植物物料添加對土壤交換性酸的影響

土壤膠體上吸附的交換性離子（H+和Al3+）所引起的酸度稱為潛性酸，是土壤酸度的一個容量指標。由表2可知，2%添加水平時，只有圓葉決明和稻秸處理的土壤交換性Al3+含量顯著低于對照，分別降低18.07%和30.66%;4%添加水平時，大豆、印度豇豆、圓葉決明和稻秸分別比對照顯著降低24.10%、29.05%、25.97%和4645%，且稻秸處理與大豆、印度豇豆和圓葉決明處理間差異顯著。2%添加水平時，只有圓葉決明和稻秸處理顯著降低了交換性酸含量;4%添加水平時，4種植物物料都能顯著降低交換性酸含量，結果與對交換性Al3+含量的影響類似。只有4%添加量的大豆和圓葉決明處理顯著增加了土壤交換性H+含量，其他處理對交換性H+含量的影響不顯著。

2.3 植物物料添加對土壤交換性能的影響

土壤陽離子交換量是影響土壤緩沖能力，評價土壤保肥能力的重要指標。由表3可見，添加4%的大豆和圓葉決明能顯著提高茶園土壤CEC，增幅分別是6.55%和8.81%，其他處理與對照之間差異不顯著或有所降低。4種植物物料含有豐富的Ca、Mg、K等灰分元素，這些物料施入土壤可直接增加交換性鹽基離子含量，提高鹽基飽和度，并且4%添加量的增加幅度較2%添加量的增加幅度更高。4種物料對土壤交換性鹽基離子的增加效果依次為印度豇豆>大豆>圓葉決明、稻秸。

2.4 植物物料添加對土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的影響

由圖2可見，與稻秸相比，添加豆科植物物料有較高的銨態(tài)氮含量，土壤銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。由圖2-a可見，添加2%豆科植物物料，在培養(yǎng) 30 d 時土壤銨態(tài)氮含量增加到最大值;由圖2-b可見，添加4%豆科植物物料，在培養(yǎng)的 40～60 d時土壤銨態(tài)氮含量達到最大值。在培養(yǎng)后期銨態(tài)氮含量開始降低，是由于銨態(tài)氮的硝化作用。由圖3可見，添加豆科植物物料的土壤硝態(tài)氮含量在培養(yǎng)后期呈逐漸增加的趨勢。培養(yǎng)結束時，土壤硝態(tài)氮含量大小依次為大豆、印度豇豆>圓葉決明>稻秸。

3 討論

已有研究表明，物料中的灰化堿含量、有機氮轉化都是影響土壤pH值的主要因素[7，11]。物料的灰化堿含量是對有機陰離子含量的估計，隨著有機物料的分解，有機陰離子被脫羧，導致質(zhì)子的消耗和CO2的釋放[15-16]。在本研究中，各處理的土壤pH值在初始3 d內(nèi)迅速升高，這可能與植物材料的灰化堿含量有關。另外，本研究發(fā)現(xiàn)，添加大豆、印度豇豆、圓葉決明植物物料的土壤pH值呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，這可能與物料中有機氮的轉化相關。有研究發(fā)現(xiàn)，物料中有機氮氨化為NH+4的過程中，一個OH-離子被釋放，會導致土壤pH值升高;但在NH+4硝化為NO-3-N的過程中，會釋放2個H+離子，又會導致土壤pH值下降;因此，在有機氮向NO-3-N轉化的整個過程中，會產(chǎn)生1個H+離子，導致土壤逐漸酸化[12]。本研究中土壤有機氮的轉化是引起土壤pH值動態(tài)變化得另外一個重要因素。有研究表明，添加不同C/N有機物料的土壤有機氮的礦化進程顯著不同，土壤中添加C/N低于 25的物料在培養(yǎng)初期可迅速礦化出無機氮，添加C/N約為25的物料在培養(yǎng)60 d內(nèi)凈礦化氮量很低，添加C/N高于25的物料在培養(yǎng) 210 d 后土壤中沒有有機氮的凈礦化[17]。本研究中大豆和印度豇豆的C/N小于 25，圓葉決明C/N約為25，都能在90 d的培養(yǎng)期內(nèi)發(fā)生有機氮的氨化和銨態(tài)氮的硝化反應，因此，雖然豆科植物材料具有較高的灰化堿含量，但由于銨態(tài)氮硝化作用釋放的質(zhì)子會抵消物料的部分改良效果，因此3種豆科植物材料對土壤pH值的提升作用反而小于稻秸。

土壤交換性鋁對植物根系有毒害作用，因此交換性鋁的減少有益于植物的生長。添加植物物料后，減少了土壤交換性酸和交換性鋁含量，土壤交換性鹽基含量顯著增加，鹽基飽和度增加，這主要是受植物物料本身元素組成的影響。Ortiz等在對夏威夷熱帶酸性土壤進行有機物料修復時也發(fā)現(xiàn)交換性鋁含量呈下降趨勢[18]。

4種植物物料中3種豆科植物均能不同程度地提高土壤NO-3-N含量，但添加稻秸反而降低了土壤硝態(tài)氮含量，這可能是由于稻秸C/N值高，碳源豐富，直接施入土壤會刺激微生物迅猛活動，導致土壤中有效氮被微生物固持[19]。因此，為防止土壤微生物與作物爭肥現(xiàn)象發(fā)生，在利用稻秸作為物料改良酸性土壤時，應該注意配施氮肥。

4 結論

添加圓葉決明和稻秸能顯著提升土壤pH值，顯著降低土壤交換性鋁以及交換性酸含量，增加土壤鹽基離子量和土壤鹽基飽和度，并且4%添加量的改良效果較2%添加量的改良效果更好。4%圓葉決明添加量能顯著增加土壤NO-3-N含量，但稻秸反而會降低土壤硝態(tài)氮含量。綜合比較，圓葉決明和稻秸都可以作為改良茶園酸化土壤的生物材料，但要注意稻秸作為物料改良酸性土壤時應配施氮肥。

參考文獻：

[1]楊冬雪，鐘珍梅，陳劍俠，等. 福建省茶園土壤養(yǎng)分狀況評價[J]. 海峽科學，2010，42（6）：129-131.

[2]阮建云.茶園和根際土壤鋁的動態(tài)及其對茶樹生長和養(yǎng)分吸收的影響[C]//中國茶葉學會首屆海峽兩岸茶葉科技學術研討會論文集，2000.

[3]Yc L，Li Z，Li Z W，et al. Variations of rhizosphere bacterial communities in tea （Camellia sinensis L.） continuous cropping soil by high-throughput pyrosequencing approach[J]. Journal of Applied Microbiology，2016，121（3）：787-799.

[4]Li Y C，Li Z W，Arafat Y，et al. Characterizing rhizosphere microbial communities in long-term monoculture tea orchards by fatty acid profiles and substrate utilization [J]. European Journal of Soil Biology，2017，81：48-54.

[5]王 寧，李九玉，徐仁扣.土壤酸化及酸性土壤的改良和管理[J]. 安徽農(nóng)學通報，2007，13（23）：48-51.

[6]Materechera S A，Mkhabela T S. The effectiveness of lime，chicken manure and leaf litter ash in ameliorating acidity in a soil previously under black wattle （Acacia mearnsii） plantation[J]. Bioresource Technology，2002，85（1）：9-16.

[7]Xu R K，Coventry D R. Soil pH changes associated with lupin and wheat plant materials incorporated in a red-brown earth soil[J]. Plant and Soil，2003，250（1）：113-119.

[8]Liu J，Peng S，F(xiàn)aivre-vuillin B，et al. Erigeron annuus （L.） Pers.，as a green manure for ameliorating soil exposed to acid rain in Southern China[J]. Journal of Soils and Sediments，2008，8（6）：452-460.

[9]Wang N，Li J Y，Xu R K. Use of agricultural by-products to study the pH effects in an acid tea garden soil [J]. Soil Use Manage，2009，25（2）：128-132.

[10]Yan F，Hütsch B W，Schuber T S. Soil-pH dynamics after incorporation of fresh and oven-dried plant shoot materials of faba bean and wheat [J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2006，169（4）：506-508.

[11]Xu J M，Tang C，Chen Z L. The role of plant residues in pH change of acid soils differing in initial pH [J]. Soil Biology and Biochemistry，2006，38（4）：709-719.

[12]Yuan J H，Xu R K，Qian W，et al. Comparison of the ameliorating effects on an acidic ultisol between four crop straws and their biochars [J]. Journal of Soils and Sediments，2011，11（5）：741-750.

[13]王 寧，李九玉，徐仁扣.三種植物物料對2種茶園土壤酸度的改良效果[J]. 土壤，2009，41（5）：764-771.

[14]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

[15]Slattery W J，Ridley A M，Windsor S M. Ash alkalinity of animal and plant products [J]. Australian Journal of Experimental Agriculture，1991，31（3）：321-324.

[16]Yan F，Schuber T S，Mengel K. Soil pH changes during legume growth and application of plant material [J]. Biology and Fertility of Soils，1996，23（3）：236-242.

[17]魯彩艷，陳 欣.有機碳源添加對不同C/N比有機物料氮礦化進程的影響[J]. 中國科學院研究生院學報，2004，21（1）：108-112.

[18]Ortiz E M，Hue N V. Temporal changes of selected chemical properties in three manure-amended soils of Hawaii[J]. Bioresource Technology，2008，99（18）：8649-8654.

[19]馬宗國，盧緒奎，萬 麗，等. 小麥秸稈還田對水稻生長及土壤肥力的影響[J]. 作物雜志，2003（5）：37-38.鐘麗娟，趙新海. 一株用于菌糠發(fā)酵的木霉菌株的篩選及其培養(yǎng)工藝[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2021，49（3）：209-213.