茶园土壤调理剂的研究及应用现状

孙宇龙，王烨军，苏有健，张永利，罗毅，廖珺，廖万有，吴卫国

茶园土壤调理剂的研究及应用现状

孙宇龙1，王烨军1，苏有健1，张永利1，罗毅1，廖珺1，廖万有1，吴卫国2

（1安徽省农业科学院茶叶研究所，安徽黄山 245000；2安徽省黄山市徽州区农业委员会，安徽徽州 245061）

研究应用于茶园的土壤调理剂，将为改善茶园土壤环境提供依据。本文以土壤调理剂的分类及功能为基础，对茶园土壤调理剂的研究现状展开综述，并就评价标准、应用成本及潜在风险等三个方面指出其施用过程中存在的问题，最后展望其应用前景，以期对我国茶园土壤环境改善的思路提供一定的参考。笔者认为：在茶园土壤中，适宜地选择并应用土壤调理剂，将有助于改善土壤酸化现状及土壤微生态环境，并可优化土壤物理性状，为茶叶增产、增质奠定坚实基础。

茶树；土壤调理剂；土壤酸化

茶叶是世界上广受欢迎的饮品之一，其产量和品质与茶园土壤环境密切相关。优良的茶园土壤环境使茶叶品质具有独一无二的生态和地域优势[1]。茶园土壤环境不仅受气候类型、地形地貌、成土母质、生物群落等自然条件的影响，而且受到人为因素的影响[2]。长期以来，为追求茶树高产，部分地区的茶农向茶园土壤中施用过量的化学肥料，导致土壤板结、土壤通透性降低、土壤肥力下降、土壤酸化加剧等现象大面积发生，致使茶园土壤环境受到破坏[3-4]。因此，针对茶园土壤环境的修复势在必行。土壤调理剂是改良和修复土壤的重要措施之一。土壤调理剂可有效地改善土壤理化性状、激活土壤养分，并增强土壤微生物活性，从而使土壤环境得到有效修复。因此，土壤调理剂的施用是改善茶园土壤环境的必要措施。本文从土壤调理剂的分类、主要功能及其研究进展等三个方面展开综述，并指出其研究与应用热点，以期为学者提供必要的研究思路及方法。

1 土壤调理剂国内外发展现状

早在 20 世纪初，欧洲国家即开始探索自然有机化合物如共聚物淀粉、氨基酸和油脂等对土壤结构的改良效果。但是由于此类物质用量大，易被土壤微生物分解，未能得以推广。20世纪中期，美国首次人工合成高分子土壤结构调理剂Kriluim，后来又对多种人工合成材料如聚丙烯酰胺 (PAM)、羧甲基纤维素钠 (CMC)、聚乳酸 (PLA)等进行深入研究，其中聚丙烯酰胺作为土壤调理剂已得到普遍的应用[5]。

自上世纪末，我国首次从国外引进共聚物PAM、ASP和PVA等土壤调理剂，主要应用于改良盐碱土、抗旱保墒、植草造林等多个领域[6]。近十年来，随着研究的深入，应用于我国的土壤调理剂在种类与数量上均显著增加，已成为农业生产中不可或缺的要素之一。这些土壤调理剂的功能主要包括：调节土壤酸碱度、减缓土壤盐碱化、改善土壤物理结构、增强土壤抗旱保水能力及修复污染土壤等[7-8]。

2 土壤调理剂的分类和功能

目前我国针对不同种类的土壤调理剂，其分类还未有统一的标准，其中两种分类方法认可度较高，即按照土壤调理剂的功能进行划分或以其原料、成分进行划分。土壤调理剂按照功能划分包括土壤保水剂、土壤养分活化剂、土壤酸碱度调节剂、土壤透性改良剂、土壤有害病菌抑制剂等[9]；以原料或者成分可分为生物调理剂、天然调理剂、合成调理剂、天然-合成共聚物调理剂4大类，也可按矿物质类、有机物类、高分子聚合物类及其它类型对土壤调理剂进行划分[10]。

不同类型的土壤调理剂，功能也不尽一致，其改良作用一般包含以下几点：一、改善土壤物理结构，促进土壤团聚体的形成。如沸石可降低土壤容重，增加土壤孔隙，提高土壤透水力[11]。二、提高土壤保水持水能力。如抗旱保水剂通过亲水基团氢键结合水分子，能迅速吸收储存大量的水分，同时这些亲水性官能团可吸附土壤的无机离子和养分[12-13]。三、调节土壤酸碱度，降低活性铝含量。如施用石灰有效中和土壤酸性物质，提高土壤 pH 值。同时也有效减少交换性铝含量，降低铝离子毒害[14]。四、平衡土壤养分体系，提高有效养分供给。如腐殖酸类调理剂不仅增加土壤有机质含量，还可通过氧化还原作用增溶土壤难溶性元素，促进有效养分供给[15]。五、改善土壤微环境，增强土壤微生物活性。如土壤生态调节剂有效调节土壤微生态，增加微生物含量，提升土壤酶活等[16]。

3 土壤调理剂在茶园土壤中的应用现状

3.1 土壤酸碱度调节剂

茶树 () 起源于中国西南部，所生存的土壤环境为酸性土壤，由于其喜酸的习性，适度的土壤酸性有利于茶树生长，但酸性过强，则会影响茶树的长势和品质及其产量。研究表明，pH 值在5.0～5.5 范围内最适宜茶树生长；当土壤 pH 低于 4.0 时，其理化性状严重恶化，不仅影响茶树生长，而且活化土壤重金属，增加茶园重金属污染风险[17-18]。

目前茶园土壤酸化现象日益严重。为缓解土壤酸化进程，常用天然碱性物质作为土壤调理剂，如石灰石和白云石等。天然碱性物质可通过提高土壤中Ca2+、Mg2+、K+等阳离子的交换量，扩大土壤的酸缓冲容量(ANC)，从而升高土壤pH值[19]。石灰石粉一般在茶园中可施用750～1500kg/hm2，白云石粉则推荐施用250～300kg/hm2；其施用方法为：秋冬季与基肥混施，每一至两年施用一次，砂质土壤适度减施，黏质土壤酌情增施[17,20]。吴洵[17]认为白云石粉与石灰石粉均能有效提高茶园土壤pH值，其中白云石粉对茶树增产提质作用更为显著，尤其在长期施用铵态氮的茶园中。除此之外，利用天然碱性物质可改善土壤微生态环境及提高土壤酶活等。刘炳君与陈建军等利用酸度调节剂调节茶园土壤 pH值，结果表明：施用酸度调节剂的茶园，其土壤pH值可提高1～2，并改善土壤微生物群结构；此外，土壤中多酚氧化酶、过氧化氢酶、脲酶等活性均随着pH值的升高而增强[19,21]。

在日常茶园管理中，也可通过长期施用生物炭等有机物料改善土壤酸化环境。由于生物炭等有机物料含有碳酸盐等碱性物质，并通过有机质酸根离子的脱羧及含氮有机质的矿化等反应消耗土壤中H+含量，因此可降低土壤酸度[22-23]。李荣林等[24]研究发现：茶园中施用生物炭，可有效降低土壤交换性H+/Al3+的含量、提高盐基交换量及饱和度，且土壤pH值可提升约0.22。除可调节土壤pH值外，生物炭还可优化土壤微环境，并提高茶叶产量、改善茶叶品质等。江福英等[25]连续多年在茶园土壤中施用生物质炭。与空白对照相比，其茶叶产量最高可提升17.05%；胡云飞等[26]研究发现：施用生物炭可有效调节土壤pH值、改善土壤物理结构，并增加土壤微生物数量与生物量。此外，生物炭可降低土壤重金属对茶树的危害，茶园中，生物炭的施用量宜为3000～4500kg/hm2。

少数黄土母质土壤和石灰岩发育的土壤，因长期不施化肥导致茶园土壤pH值偏高（pH〉6.5），也会影响茶树生长和发育，甚至出现腐根、烂根、根毛减少等表现，茶叶产量和品质受到严重影响，针对茶园土壤酸度不足的情况，可通过硫酸亚铁（绿矾）、硫酸铝钾、硫磺粉等进行改良，其中硫酸亚铁施用量为900～1000kg/hm2，硫磺粉施用量为700～900kg/hm2，开沟20～30 cm施入，每年施一次，可与基肥一并施入[27]。当茶园土壤pH值将为5.0～6.0时停止施用。

3.2 土壤养分活化剂

一般而言，施用土壤养分活化剂旨在提高土壤中营养元素的生物有效态而增加生物养分的有效性比重，以达到激活土壤养分的目的，从而提升土壤养料利用效率。常见的土壤养分活化剂有腐殖酸类调理剂和炭基改良剂等。其中泥煤、风化煤和褐煤均属于腐殖酸类调理剂；生物炭等属于炭基改良剂。

腐殖酸类调理剂可通过氧化还原作用增溶土壤难溶性元素，如解除土壤对磷元素的固定，增加土壤中速效磷含量等；其次，通过螯合作用，增加土壤中无机与有机养分含量，促进植物对营养元素的吸收[15]；再次，可有效抑制硝化作用，以促进植物对氮素的吸收，从而提升化学肥料的利用效率[28]。陈金秋等[29]研究发现：在常规施肥的基础上添加腐殖酸类调理剂，可优化土壤微生物群落结构，加速土壤微生物增殖，促进微生物代谢作用，提高土壤各种酶活，从而激活土壤养分的转化与对植物的供应。此外，腐殖酸类调理剂可使茶叶产量与品质得到有效提升。张青等[30]通过向茶园土壤中添施腐殖酸土壤调理剂，茶叶产量与单施化肥相比提高11.5%，水浸出物和茶多酚含量分别提高9.4%和20.8%。彭志对等[31]对云南大叶种茶树施用腐殖酸类肥料后发现：腐殖酸类调理剂的施用能够显著增加茶叶产量，并提高茶叶百芽重和芽叶密度。就芽叶密度而言，夏茶的增幅效果明显大于秋茶；而在百芽重方面，夏茶则次于秋茶。同时，不同类型腐殖酸肥料中以黄腐酸提升的效果最佳。腐殖酸类调理剂在茶园中的施用量宜为1500～2500kg/hm2。

炭基改良剂中，以生物炭在茶园土壤中的应用较为广泛。生物炭有比表面积大、含碳量高、化学性质稳定及吸附性较强等特性，能够增加土壤碳储量，提高土壤养分有效性，对于茶园土壤固碳、土壤改良和抑制土壤氮磷流失等方面有较大作用。张宝林等[32]在茶园土壤中施用生物炭+石灰石混合调理剂后发现：与对照相比，茶园土壤有机质含量、有效磷、碱解氮和 CEC 分别提高 49% 、21% 、21% 和64%，土壤养分活化效果显著。王峰等[33]运用室内土柱模拟生物炭对茶园土壤中铵态氮和硝态氮降雨淋溶的影响。结果表明，施用生物炭能显著减少铵态氮和硝态氮的淋失，并增强土壤持续供氮能力。此外，聚丙烯酰胺（PAM）和碱渣等调理剂不但具有保水和调节土壤pH值的功能，且能显著激活土壤养分，并提升茶树对养分利用效率[21,34]。王辉等[35]利用废弃碱渣处理供试茶园，结果显示：施用碱渣处理组的土壤，其钙和镁的养分含量增加，这可能与碱渣中含有大量的氧化镁和氧化钙有关；同时，碱渣处理的成品茶中，咖啡碱、茶多酚和游离氨基酸含量分别提高34.9%，22.5%，69.0%。

3.3 土壤保水剂

土壤保水剂PAM（聚丙烯酰胺）又称农林保水剂，被称为“微型植物水库”，是一种网状结构的高分子有机聚合物。PAM能迅速吸收并保存水分，并可缓慢释放，从而保障植物根际水分充足。PAM浸润于水中时通过疏水基团的疏水作用使其不溶于水中，同时亲水基团利用水合作用在高分子表层形成水分子层。由于PAM独特的三维网状结构，在水合作用下，网内亲水离子与网外形成了离子浓度差， 从而在网状结构内外形成渗透压，迫使外部水分向网内渗透形成网孔水。在土壤中施用PAM，大大增强土壤保水能力，并在植物根际周围形成众多微域水环境。当土壤中水分缺乏时，PAM中的水分在渗透压作用下缓慢释放到土壤中供植物根系吸收，通过PAM可以有效减缓土壤水分流失，起到保墒抗旱作用，从而为农林增产提供保障。王玺洋[34]在供试茶园施用PAM，结果表明：PAM可促进茶园土壤速效钾和碱解氮含量的增加，并提升成品茶中内含物质含量，且不会破坏茶园土壤环境。盛鹤明等[36]通过保水剂和化肥混施，可在茶园土壤中维持适宜的温湿度，使土壤含水量增加20.84%，且茶叶产量与品质均得到提升。土壤保水剂PAM建议施用25～45kg/hm2。

炭基改良剂以生物炭为基质，根据不同地区土壤特性和作物生长特点，把秸秆、畜禽粪便和生物炭等按不同比例配制而成的生态友好型改良剂。炭基改良剂具有较强的吸水保水能力，可以提高沙土土壤持水量，同时在粘质土壤中可以提高土壤通透性，增强土壤水分渗透能力[37]。盛鹤名等[36]通过在常规施肥的基础上施用炭基改良剂，茶园0～30 cm土壤含水率与常规施肥相比提高11.58%，茶叶百芽干重提高10.3%，干茶产量提升10.6%，茶叶中氨基酸含量也明显增加。江福英等[25]在大田试验中研究生物黑炭对茶园土壤理化性状的影响，结果表明，生物黑炭能提高茶园土壤含水量，扩大土壤液相比值，从而增强茶园土壤蓄水保墒能力。柴冠群等[38]对不同炭基改良剂对土壤保墒抗旱能力的研究表明，不同炭基改良剂均能够提高土壤持水量和饱和含水量，其中炭基改良剂〉生物炭〉秸秆〉对照。炭基改良剂茶园推荐施用量为1500～2000kg/hm2。

3.4 土壤透性改良剂

土壤结构的优劣对茶叶产量和品质有直接影响，而土壤通透性是评价土壤结构优劣的关键性指标，其高低直接决定着土壤中气体与外界气体的交换能力以及土壤水分和养分的流动性。腐殖酸类调理剂、炭基改良剂和保水剂PAM等均能对土壤透性起到改良作用。张青等[30]在茶园中设置四个试验处理，分别为常规施肥、常规施肥+腐殖酸、常规施肥+风化煤、常规施肥+腐殖酸+风化煤，研究不同土壤调理剂对土壤结构的影响。其结果显示：不同土壤调理剂均能够降低土壤容重，增加孔隙度，其中腐殖酸处理组效果最佳，其次是腐殖酸和风化煤共同施用。陈秋金与张青的研究结果相近。其研究显示：化肥与腐殖酸联合施用对降低土壤容重、增加各类孔隙度、提高土壤有机质含量等方面效果显著[29-30]。江福英等[25]在福建茶园大田试验中添加不同用量的生物黑炭后发现：施用生物黑炭可显著降低茶园土壤容重，提高土壤各类孔隙度，提升土壤液相比，有效改善茶园土壤物理性状。田丹等[39]研究发现：在砂质土壤中添加不同种类的生物炭（秸秆炭、花生壳碳），均可降低砂质土壤容重，增加土壤孔隙度，其中生物炭含量较高的花生壳碳对砂性土壤透性改善效果更佳。员学锋等[40]研究不同浓度PAM对茶园土壤结构的影响，试验表明，低浓度PAM可增加土壤水稳性团聚体数量，增加总孔隙度，降低土壤容重，从而达到改良土壤结构的效果，但PAM浓度施用过高时，将导致土壤容重上升，土壤总孔隙度降低。

4 茶园土壤调理剂在应用中存在的问题

土壤调理剂常应用于茶园土壤的修复、土壤养分的激活及土壤肥力的提高等方面。然而，在茶园生产应用中，土壤调理剂还存在以下问题：

4.1 成本高，施用量大

单位面积内，茶园土壤调理剂的使用量远远高于化学肥料。现有市场推荐的有效施用量通常为800～900kg/hm2，甚至某些调理剂产品用量高达5000kg/hm2，而且需要每年多季和常年施用。因此，其施用总量极大。高使用量导致较高成本，从而限制了此类产品在茶园土壤中的推广和应用[8]。

4.2 环境安全问题

土壤调理剂在改善茶园土壤结构和提升茶叶品质等方面有诸多优点，但部分调理剂以农业废弃物、工业废弃物和城市生活垃圾等作为原材料，因现有技术或者成本问题难以实现全部无害化处理，导致此类物质的有害成分转移到茶园土壤中，使得茶叶质量安全方面存在一定的风险。以PAM（聚丙烯酰胺）为例，其分解后形成的单体丙烯酰胺具有致癌性，即使部分研究表明丙烯酰胺在30 ℃ 的高温土壤中会快速降解，但对于此，很多国家已做了严格规定[41]。此外，天然矿物调理剂也存在一定的风险。因为该类调理剂在土壤中解离出大量的阳离子，对土壤产生潜在的毒害作用[42]。

4.3 缺乏科学的评价标准

土壤调理剂品种甚多。然而，应用于茶园土壤的调理剂，在土壤酸碱平衡的调节、土壤理化性状的改善、土壤保水能力及环保等方面，我国暂无统一、科学的检测标准。因此，就土壤调理剂效果优劣的评价，亟需构建土壤调理剂标准化评判体系。

5 展望

茶园土壤酸化是全球茶产区所要面对的共同难题。过度酸化的土壤环境不仅阻碍茶树生长，而且影响茶叶品质。运用土壤调理剂调控酸化进程是现今较为有效的方法之一。土壤调理剂能够有效的平衡土壤养分供给需求，改善土壤理化性状和激活潜在土壤养分因子，并且较好的优化土壤微生物结构[24]。笔者认为，针对各种茶园土壤环境问题，应合理地开发并研制功能多样的土壤调理剂。

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S571.1

A

1006-5768（2019）03-125-006

2018-07-26

1安徽省农业科学院科技创新团队项目“茶园土壤氮素活化迁移影响因子与调控技术研究”（项目编号：18C0818）；2安徽省科技重大专项“安徽茶园肥力提升与化肥减施增效关键技术研究与示范”（项目编号：17030701049）；3安徽省黄山市科技计划项目“机采茶园有机替代关键技术研究与应用” （项目编号：2017KN-16）；4安徽省重点研究和开发计划项目“茶园有机氮素运筹与化肥减施增效关键技术研究” （项目编号：1804a07020113）

孙宇龙（1988-），男，研究实习员，从事植物营养和土壤质量研究，Email:1391032875@qq.com。

（责任编辑：蒋文倩）