茶園土壤酸化修復技術研究進展

徐火忠，吳林土，李貴松，洪海清，王允祥，潘瑛潔

松陽縣農業農村局，浙江 松陽323400

茶樹原產于我國西南部，作為我國種植面積廣泛的重要經濟作物之一，具有悠久的種植歷史和深厚的文化底蘊，通過各種途徑傳播至世界各地，受到人們的喜愛。茶樹分為喬木型、半喬木型和灌木型3種，適宜生長在土壤pH為4.0～6.5的溫暖濕潤環境中，但當土壤酸化時（pH小于4），茶樹生長會受到抑制[1-2]。土壤酸化是指土壤性質逐漸向酸性發展的過程。土壤通過各種途徑接受了游離態氫離子（H+）或鋁離子（Al3+），造成土壤內部的鈣、鎂、鉀等鹽基離子大量淋失，最終促使土壤pH值降低，形成酸性土壤。

我國作為茶樹發源地，面臨的茶園土壤酸化問題較為嚴重。茶園土壤環境偏酸會影響茶樹、生物及微生物的生長代謝過程，改變土壤中養分的形態，降低土壤肥力狀況，增加溫室氣體排放，甚至使土壤中活性態重金屬含量增加，經生物富集作用在作物器官內積累使之中毒，會極大降低植物生產力與品質，對人體產生危害，影響茶農經濟收益等。為了維持茶園良好的生態環境與可持續發展力，提高茶農經濟收益，保障人體健康，有必要對茶園土壤酸化問題進行有效治理。由于我國幅員遼闊，茶樹種植的區域相對分散，不同地區的土壤理化性質不一，出現了許多有效的酸化土壤改良措施，但未有文章系統地進行梳理與歸納，因此，本文將近年來土壤酸化現狀、原因及修復技術進行綜述，以期對茶園土壤酸化修復領域作出總結和展望。

1 茶園土壤酸化現狀及酸化原因

中國茶園土壤酸化的明顯趨勢始于1980年左右，包含浙江在內的3省[3]，有近70%的茶園土壤pH值低于5.0。根據2020年相關研究顯示[4]，全國土壤pH值平均為4.68，各省土壤平均pH值范圍為3.96～5.48。總體來說，46.0%的土壤樣品的pH值小于4.5，這些土壤對茶樹的生長極為不利，只有43.9%的土壤pH值處于4.5～5.5范圍內，這些土壤pH環境對茶樹生長較為理想。在過去20～30年中，茶園的土壤酸化程度最大，pH值下降幅度從0.47增加到了1.43，這遠遠大于水果和蔬菜土壤（0.40～1.08）以及谷物土壤（0.30～0.89）的pH值下降值變化。與森林土壤相比，施用化肥的茶園土壤酸化嚴重，而有機茶園土壤酸化不明顯[5]。茶園土壤酸化的主要原因有以下幾個方面。

1.1 茶樹生長

大部分茶園處于溫暖濕潤的山地丘陵地區，脫硅富鋁化過程在此氣候下極易發生，當土壤中的Ca2+、Mg2+、Na+和K+等鹽基離子大量流失時，會引起土壤酸化。另外，茶樹生長過程會吸收土壤中的鹽基離子，循環代謝后向土壤中釋放游離態H+維持土壤電荷平衡，也會造成土壤pH值降低[6-8]。其次，每次采茶帶走茶葉的生物量會使土壤鹽基飽和度下降，H+、Al3+的濃度增加，引起土壤進一步酸化[9]。除此之外，因茶樹是聚鋁性植物，其生長過程中會吸收大量的活性鋁，并釋放大量H+引起土壤酸化[10-12]。最后，茶樹自身分泌的酸類物質會增加活性鋁的含量，也是導致茶園土壤酸化的一個重要原因[13]。

1.2 茶園施肥

相比茶樹自身物質循環和產生酸類物質導致土壤酸化程度來說，人為原因導致的土壤酸化問題更嚴重一些[14]。上世紀70年代后，為提高經濟收益，茶農會向茶園施大量氮肥，導致大量外源H+進入土壤，加重土壤酸化。傳統的茶園施肥模式下，一般偏施銨態氮肥等含氮量較高的化肥，而NH4+與鹽基離子價態都為正態，彼此競爭吸附位點，此時土壤含水量過多則會造成鹽基離子的淋溶，加速土壤酸化。研究表明[15]，硫酸銨的酸化能力最強，其次是尿素。使用氮肥還會促進氨氧化細菌生長，加快硝化礦化反應速率，增加土壤NO3--N含量，加快土壤酸化。長期大量偏施化學氮肥、施肥不科學、肥料利用率低等是加劇茶園土壤酸化的最根本原因[16]。

1.3 成土因素與降水

土壤由母質（地表巖石）經外力作用破碎發育而來。不同的土壤受母質、有機質含量和礦物組成等因素影響，理化性質不同，遇酸發生的化學反應和受侵蝕程度也各不相同[17]。土壤性質與當地的氣候條件息息相關，尤其受降水量因素影響。有研究顯示[18]，雨水豐富和灌溉區的土壤相對來說更易出現酸化問題。當土壤上層發生水分流動時，會帶走堿性離子、發生酸堿中和等，使原本礦質土壤中和酸的能力降低。另外，雨水沖刷淋溶會使土壤中的鹽基離子被H+或Al3+等酸性離子取代。淋溶過程常發生于降水量大的時期，降雨頻率越大，降雨量越多，土壤中的鹽基離子流失速率越快，酸化情況就越嚴重。

1.4 酸沉降

人類活動產生的工業廢氣、汽車尾氣等向大氣排放的硫化合物和氮氧化物在高空中產生化學反應，合成硫酸或硝酸，這些酸性物質能溶于云霧或雨水中，傳遞至地面，這種過程成為酸沉降[19]。酸雨會嚴重影響土壤酸堿性，大量H+會隨雨水一起滲入土壤中，與土壤膠體表面的鹽基離子進行交換，導致鹽基離子淋失；另一方面，酸雨中的SO42-、NO3-等酸性陰離子會加速土壤酸化。羅敏等[20]的研究發現，茶園土壤的pH值與茶園附近的工業園區數量及遠近有著密不可分的聯系。

2 茶園土壤酸化修復措施

2.1 化學改良

一般來說，當土壤pH值小于4時，建議考慮利用化學措施改良土壤（圖1）。傳統的農業措施通常是撒施石灰等堿性材料來改良農用地土壤的酸性性質，但石灰使用方法和注意事項較為復雜，施用不當會對茶園產量以及土壤質量等帶來負面影響。當前，多使用白云石粉來提高土壤pH值。白云石粉主要由碳酸鈣和碳酸鎂構成，施入土壤后，碳酸根離子與酸性離子發生化學反應，使酸性物質得到消耗，土壤pH提高。除此之外，大量鈣鎂離子能夠提高土壤的陽離子交換量，使土壤交換性鋁的含量大幅度降低[21]。余跑蘭等[22]研究發現，白云石粉的施加量大于1 500 kg/hm2時，茶園土壤酸化問題得到較大程度的改善，土壤pH值升高，交換性酸含量降低，還能提升茶葉品質并增產增收。趙茜等[23]的研究顯示，將西班牙河碳酸鹽巖（SRC）添加至茶樹的大田及盆栽試驗均能使土壤pH得到明顯的提升。因此，白云石粉相較石灰更易操作、效果更好。

圖1 化學改良

2.2 生物改良

生物炭是生物質在厭氧高溫條件下燃燒裂解所得的炭化產物，其物理化學性質能在多個領域發揮不同的用途，受到學者廣泛關注。研究表明[24-25]，生物炭作為特殊的土壤調理劑，表面存在許多含氧官能團，多呈現堿性，可以改良農田土壤的酸堿性[26]，增加陽離子交換量，降低交換性酸的含量，提高土壤保持水肥的能力。除此之外，生物炭中還存在豐富的礦質元素，可以促進土壤的養分循環以及植物的生長發育，改變土壤微生物的群落結構等[27-28]。李小飛等[29]的研究顯示，施用30 t/hm2的生物黑炭能夠較大程度改善茶園土壤的酸化環境（圖2）。盧再亮等[30]向茶園中施加不同種類生物炭的研究發現，茶園pH提高程度與生物炭的種類相關，與生物炭的施用量呈正相關。

圖2 生物改良

綠肥作為一種用綠色植物制成的肥料，綠色無毒，改良土壤性狀的效果較好，被許多國家提倡推廣使用。綠肥生長到一定程度后，收割翻耕進土壤，經生物代謝作用后腐熟，能改善土壤性質。酸性茶園土壤合理套種綠肥，不僅可以改善土壤酸化程度，轉變土壤物理結構，還可以達到提高茶葉產量和品質的效果[31-33]。姜軍等[34]通過室內培養試驗發現，在土壤中加入土壤干重1 %的植物物料，能夠提高土壤pH值，并降低土壤交換性鋁含量。李艷春等[35]的研究進一步證明，植物綠肥能夠有效改善茶園酸化土壤，且相比印度豇豆和大豆，圓葉決明和稻秸對茶園土壤酸化的改良效果更佳。

生物改良相比其他措施來說，方法較為健康環保，效果更為溫和，也是改良酸性土壤性質的有效措施之一。

2.3 有機改良

有機肥由有機物質加工而來，將其中毒害物質消除，使多種有益物質留存。酸化土壤改良可以使用中性或微堿性有機肥料，矯正土壤偏酸化環境，在提供多方面營養物質的同時能夠保持長期緩慢釋放肥力（圖3）。但有機肥所含的營養難以被植物直接利用，經微生物繁殖生長代謝后，能夠緩慢釋放植物可吸收有機質，從而改善土壤的理化性質等[36-38]。將有機無機復合型酸化改良劑施于茶園酸性土壤中，能夠有效提高土壤pH值并增加土壤肥力，補充各種鹽基離子從而增強土壤緩沖能力[39-40]。吳志丹等[41]通過在茶園配施不同比例的生物基質肥料發現，配施養豬場發酵床墊料后，茶園土壤的pH酸化程度得到一定程度的改善，并且土壤鹽基離子總量增加，改良的效果隨施用有機肥的比例增加而增加。但不同種類有機肥的理化性質差異較大，普通加工方式（如農戶堆肥等）產出的有機肥料需要確認其重金屬元素是否超標，若未超標，可根據土壤性狀適當添加施用。

圖3 有機改良

2.4 新型改良

除上述所說的改良材料之外，一些新型的修復材料開始在土壤修復改良方面嶄露頭角[42]。

微生物在土壤養分循環過程中起到重要作用，會影響土壤的理化性質。周移國等[43]研究發現，將微生物菌劑施入茶園土壤，可以提高土壤微生物活性，增加土壤微生物的豐度，各肥力指標得到顯著提升。Bai等[44]研究顯示，淀粉芽孢桿菌能夠提高茶葉品質與產量，且菌落總數為1.6×108cfu/mL時，效果最好。吳林土等[45]研究發現，微生物菌劑（芽孢桿菌和木霉菌為主）的連續施用，能夠增加土壤微生物豐度，其代謝產物能夠提高土壤肥力，有效阻控茶園土壤酸化。但微生物在茶園土壤根際改良酸性土壤的研究機理還不夠明晰，之后的研究可以往此方向深入探討。

高分子聚合物也是一種有效的新型土壤性質改良劑。大分子聚合物可以增加土壤大團聚體的數量，提高孔隙度，改善土壤結構。據研究顯示[46-47]，在酸性土壤中施用聚丙烯酰胺（PAM）可以一定程度提高土壤的pH值，較好地調控土壤性質。張宏偉等[48]將腐殖酸與其他材料共聚，施于赤紅壤后土壤性狀得到改善，pH值也稍有提升。但此類材料未在酸化茶園土壤內進行試驗，研究改良其他酸性土壤也僅進行了室內盆栽試驗，未進行大田試驗。目前，高分子聚合物對茶園酸化土壤的改良效果的研究較少，還有較大的探索空間，將新型改良劑與其他傳統措施并用改善茶園土壤酸化或許會成為未來的研究熱點。

2.5 合理施肥

化肥的濫施濫用是導致土壤酸化的重要原因之一?；誓苎杆俑淖儾鑸@土壤的養分含量[49]。例如，施肥不平衡會導致土壤養分不平衡，容易加劇土壤反應條件。特別是長期單方面施用酸性肥料、生理性酸性肥料或氮肥都會導致土壤酸化[50-51]。因此，茶園不應強調氮肥的單獨施用，而應注意氮、磷、鉀等多種元素的配施。為了平衡土壤養分，防止土壤酸化，根據肥料的吸收特性和土壤特性，宜采用測土配方施肥或混合復配后施用多種肥料[4]。茶農需要充分認識土壤健康安全在茶業可持續發展中的基礎作用，利用各種場所宣傳茶葉質量安全的重要性，牢固樹立憂患意識和責任感，并以保護良好生態茶園環境、科學合理施肥、實現土壤養分平衡為茶業可持續發展的基礎工作。

3 展望

未來應該加強從根源導致土壤酸化的管控，持續將關注度放在修復酸性茶園土壤方法的研究上，尤其是從機理改良方面，應尋找一種適應范圍廣，有效性操作性較強的改善土壤酸化的方法。各地區應從茶園土壤酸化原因出發，因地制宜合理控制施肥，利用有機肥、生物改良、化學改良以及新型改良劑等，多維度綜合治理茶園土壤酸化問題[4]。除此之外，預測及修復酸性茶園土壤還可以與數學模型、信息技術手段相結合[52]，模擬計算未來茶園土壤酸化程度，并給以茶農相應的應對措施等。