土壤酸化對于茶樹利用鋁的影響

蘭欣悅

土壤酸化對于茶樹利用鋁的影響

蘭欣悅

（中國農業大學北京100000）

土壤作為茶樹生長的載體，其對于茶葉品質有著很大的影響，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，令土壤出現酸化現象，造成鋁離子活化，從而影響茶葉的品質與產量。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，進而影響茶樹生長及茶葉品質等方面來對結果進行歸納總結，并對當前茶園土壤酸化問題提出了相應的改善措施。

茶樹；土壤酸化；鋁形態變化；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，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峻的背景下，茶樹生長條件逐漸轉差，土壤酸化嚴重，而酸化的土壤往往會成為影響植株生長的“導火索”，即單一因素的變化往往會牽制更多的因子，進而共同對茶樹生長產生直接影響。故在本文中，筆者便從酸化現象影響的眾多因子中，選取鋁作為因變量而展開相應分析。

1 茶樹種植土壤酸化的成因

1.1 內部因素

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氮肥，尤其是無機氮肥濫用嚴重，該做法不僅會降低土壤中有機質和腐殖質含量，而且長期大量地添加還會令氮肥中的銨鹽物質在土壤中發生硝化作用，產生亞硝酸鹽，再進一步經由亞硝酸鹽轉變為硝酸鹽置換出H+，H+滲入土壤也會進一步造成鉀離子、引起土壤酸化。

1.2.2 環境因素——酸雨

自20 世紀90年代以來，全球化酸雨問題日趨嚴重。其在我國尤其以華東地區形勢最為嚴峻，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，這與酸雨頻發區高度重合；而酸雨對于土壤生態系統的影響是全方位的，它不僅會導致土壤中鉀、鈣等陽離子的流失，降低土壤肥力，還會令土壤發生酸毒物質的積累，引起土壤酸化。

2 鋁對茶樹的重要性

2.1 促進有效元素的吸收

低濃度的鋁可以促進茶苗對氮、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，同時并促進了鎂、鐵元素向茶樹地上部轉移。

2.2 促進光合作用

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

2.3 促進抗氧化系統相關酶的合成

低濃度的鋁能令茶樹體內脯胺酸積累，從而誘導相關抗氧化酶的合成增加、活性增強，如可保護細胞免受氧化損傷的胱甘肽-S-轉移酶（GST），在低鋁條件下在它可在根部大量合成，并進一步將產物運輸到液泡進行隔離。

三是統籌整合監督資源，加大監督檢查力度。廣西計劃2018年開展兩次扶貧資金專項督查活動。區直各成員單位應積極選派業務骨干參加實地督查，提高督查質量。各市專責小組要根據自治區的部署，自行組織督查組對自治區未抽查到的縣(市、區)開展檢查，實現檢查范圍的全覆蓋。

2.4 增進根、花粉管的生長

低濃度的鋁可誘導茶樹根系分泌咖啡堿，該物質有助于抑制胼胝質沉積，對茶樹根增長、根系干物質增加、根系活力增強有促進作用，從而令茶樹根系發達健壯；同時，研究還發現適量的鋁也可以促進花粉管的伸長。

3 茶樹耐鋁聚鋁的機制

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

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，反而能促進茶樹的生長發育。經研究發現，茶樹的耐鋁聚鋁機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，鋁元素會以有機或螯合形式存在于茶樹體內：在嫩葉中，鋁元素主要與兒茶素結合；在較老葉片中，鋁元素大部分與兒茶結合，少部分則以酚酸鋁和有機態鋁的形式存在；在木質部中，鋁元素主要與檸檬酸發生絡合，形成復合物；在根部，鋁元素主要與草酸結合。以上結論表明，鋁在茶樹中的存在形式很大程度地減少了鋁以Al3+形式在植物體內引起鋁毒的風險；另一方面，茶樹內的鋁因生物體自身的區隔作用被優先儲存于細胞壁及液泡中，且兩者內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，即交換態鋁、有機態鋁和無機態鋁能夠真正對生命體生長產生正向作用。其中，交換態鋁屬即可被靜電引力吸附又能被陽離子置換的鋁，如Al3+等；有機態鋁主要以配合形式出現，它們與大分子腐殖質相鰲合，多呈膠體狀態；而無機態鋁主要包含一些羥基鋁聚合物如Al(OH)3、Al(OH)2+等。

實驗發現，在pH低于4.5時，交換態鋁、有機態鋁、無機態鋁所占比隨pH下降而增大；且在茶園土壤下層的各種形態鋁的含量隨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，進而導致土壤pH值迅速下降。而土壤中大量陽離子的流失會導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行補充，增加鋁離子在土壤中的溶解度，促進難溶性鋁向交換態鋁、可溶性鋁的轉化，改變其在土壤中的存在形式。而在這種情況下，在加大鋁進入到茶樹根際的速度和總量的同時，也相應增加了茶樹遭受鋁毒的風險。

4.2 改變鋁在茶樹內的分布狀況

茶樹因其品種、種植年限、種植環境等關系，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為葉根枝，具體依次為：老葉、根、新葉、粗枝、細枝，且同一器官鋁含量會隨茶樹樹齡的增加而積累升高。

根據前人研究表明，當以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作用，但是對于成熟部位的累積作用則更加明顯，即促進了鋁以復合態的形式向老葉、主枝、儲存根中的轉移。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入人體的風險。

5 高鋁濃度對于茶樹葉片結構及相關物質合成的影響

在茶樹生長過程中，鋁經木質部向葉片中轉移富集，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移。

為此，前人進行了高鋁脅迫下對于白茶和知春早茶葉片顯微結構的觀察實驗，發現在高鋁脅迫條件下，不僅使茶樹葉片柵欄組織細胞排列變得疏松，細胞間隙變大，層數減少，而且會令海綿組織細胞排列無序度增大。

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行光合作用的葉肉干物質的主要貯存場所，其發育的好壞直接關系茶葉品質的高低。故高鋁濃度會影響葉肉組織和柵欄組織的正常發育，從而影響茶樹葉片的光合作用，進而影響茶葉的產量和品質。

而后續實驗表明，在高鋁濃度(30 mg/L)下，檢測到葉片超氧陰離子產生速率和丙二醛含量增加，這導致葉片內抗氧化系統中對應的超氧化物歧化酶、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抗氧化酶活性的合成及活性，繼而影響茶樹自身有機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峻的大背景下，我國茶園土壤酸化現象已成為茶葉生產中的亟待解決的問題；而在嚴重的酸脅迫條件下，茶樹又會進一步通過加大根際對于可溶性鋁的吸收、調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的經濟價值。為了解決這一問題，筆者認為應該從問題產生的源頭進行控制，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、磷等鹽基養分缺乏，故可通過增施鉀、鎂、磷肥及其他堿性肥料來補充鹽基離子淋失造成的不足，并通過鹽基離子與各種有機酸形成的絡合物來緩解土壤酸化問題。此外，適當增加有機肥也可以一定程度緩沖土壤酸性。因為有機肥可以與土壤中的礦質膠體及腐殖質結合，形成有機-無機復合膠體，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，因為過量的氮肥在土壤中會發生硝化作用，產生亞硝酸鹽、硝酸鹽等物質，容易發生硝化作用產生H+，引起土壤酸化。

6.2 減少淋溶

由于酸雨問題嚴峻，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。而在農業生產中，最普遍的覆蓋栽培方式為地膜覆蓋和草覆蓋，筆者認為可以將其應用于茶園茶樹種植中，減輕降水對表層土質的沖刷，進而降低土壤中堿性鹽基的淋溶。

6.3 化學方式改善

對于土壤酸化嚴重的茶園（pH值＜4.0），在上述兩種方案的基礎上，還需采用化學措施進行進一步改善。查詢資料顯示，在種植過程中，添加白云石粉可以令土質得到相應改善，它不僅可以提高土壤pH值，還可以一定程度改善茶葉產量和品質。但不宜長期過量施用，以防土壤板結現象嚴重，導致茶樹減產。

7 小結

綜合前人的研究結果表明，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，令土壤出現酸化現象。而在酸化的土壤中，鋁會傾向于向可溶性交換態鋁形態的轉變，從而加大茶樹根際對于鋁的吸收，并促進植物體將高濃度的鋁轉運至莖葉中成熟部位，而雖然鋁元素在茶樹的生長發育中占領非常重要的地位，且茶樹自身屬于耐鋁聚鋁植物，但是一旦土壤酸化嚴重，引起鋁元素在茶樹中的過量積累，就會對植物產生毒害。并且通過葉片顯微結構的觀察和葉片內相關產物合成的測定，發現在高鋁脅迫下會嚴重影響葉片的正常發育、其內抗氧化酶活性的合成及活性，減低茶樹自身有機物積累及生物量合成量，進而影響茶樹品質，同時也會在一定程度上增加過了鋁元素進入人體的風險。雖然我們已經了解到在土壤酸化條件下，可以造成土壤中鋁形態學變化的響應，并且進一步影響茶樹對鋁的吸收和分布，但是有關高濃度鋁被根際吸收后，茶樹是如何調控鋁的運輸和分配，并且高濃度鋁在成熟部位是以何種方式積累，目前相關機制的研究還不明確。筆者認為可以通過同位素示蹤或者顯微鏡直接定位觀察的方式，更深入地構建完整的鋁在茶樹植株中的運輸途徑。

截至目前，高鋁脅迫對于茶樹影響的相關研究，大部分集中于其經濟價值最高的葉片上，而對于其他器官和部位的影響及器官間的協同響應機制研究得還不多，故筆者認為，未來可以針對茶樹不同器官、不同部位中鋁的存在形式進行深入，也可對如根、莖等重要的運輸過程部位來觀察鋁脅迫下對應的細胞結構的變化。

不僅如此，由于茶樹是重要的經濟作物，土壤酸化引起高濃度鋁進入葉片，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。

[1]李勇.茶樹響應鋁的遺傳變異及鋁富集候選基因挖掘[D].華中農業大學,2017.

[2]李敬.酸沉降加重對茶樹鋁根際過程和茶園鋁分布格局的影響[D].南昌大學,2013.

[3]羅虹,劉鵬,謝忠雷等.鋁對茶樹葉片顯微結構的影響[J].浙江師范大學學報(自然科學版),2006,29(4):439-442.

[4]王敏.茶樹對鋁的生理響應與固定累積研究[D].中國農業科學院,2017.

[5]李勇,唐澈, 趙華等.茶樹耐鋁聚鋁特性及其機理研究進展[J].茶葉科學,2018.

[6]段小華,胡小飛,鄧澤元等.模擬酸雨和鋁添加對茶樹生長及生理生化特性的影響[J].江西農業大學學報,2012,34(2).

[7]張濤,張育松.種質和土壤水肥與茶葉品質的若干研究進展[J].茶葉科學技術,2008(4):5-8.

[8]陳敬慈,張炳鈴,陳旭東.安溪茶園土壤酸化問題與改良措施[J].北京農業,2014(27).

[9]查岳山.不同pH值對茶園土壤中鋁形態變化的影響[J].現代商貿工業,2014(2):193-193.

[10]吳志丹,江福英,尤志明等.亞熱帶茶園土壤酸度特征研究——以福建省武夷山市為例[J].中國環境科學,2016(1):181-189.

[11]陳元鎮.淺析茶園土壤條件與茶樹生長的關系[J].茶葉科學技術,2003(2):28-29.

[12]王海斌,陳曉婷,丁力等.福建省安溪縣茶園土壤酸化對茶樹產量及品質的影響[J].應用與環境生物學報,2018,24(06):206-211.

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.05.17

S158.3

C

2095-1205(2019)05-30-03