福建省安溪县茶园土壤酸化速率与改良技术

杨文俪

(安溪县茶叶技术推广站，福建 安溪 362400)

茶树喜生于酸性富铝(A1)化的土壤中，适宜生长的土壤pH值范围在4.5～5.5[1]。近几十年来，由于工业“三废”排放导致的酸雨强度和频率的增加、人为不合理的施用化学肥料及茶树自身的物质循环特征，茶园土壤酸化呈加剧趋势。据统计我国茶园土壤pH值平均为4.68，约有46.0%的茶园土壤pH低于4.5，近20～30年来降低0.47～1.43个单位[2]。茶园土壤过度酸化，造成土壤营养元素流失、茶树生长受阻，严重影响茶树正常生长和茶叶品质，成为茶叶高产优质的重要限制因子[3]；同时土壤酸化活化土壤有害元素[4-6]，对茶叶质量安全产生影响。

安溪县是著名的“中国乌龙茶(名茶)之乡”，现有茶园总面积4万hm2(其中铁观音茶园面积近3万hm2)，约占全国茶园总面积的2%；年产茶叶6.2～6.8万t，约占全国茶叶总产量的4%[7]。安溪茶园土壤酸化现状及特征已经有了较多研究，普查数据表明上世纪80年代至今，安溪茶园土壤pH降低1.37个单位[2]；从林地转换为茶园，土壤pH每年平均下降0.03个单位[8]。以上研究结论均基于土壤普查数据得出，缺乏长期定位样点监测。本研究在系统调查安溪县茶园土壤酸化现状的基础上，选择典型茶园进行土壤酸化速率定位监测，并开展白云石粉施用改良茶园酸化土壤效果评估，旨在对安溪茶园土壤酸度演变规律的预测预判提供基础数据，为安溪茶园科学的土壤肥料管理和寻求有效阻控茶园土壤酸化的技术措施选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 安溪县概况

安溪县(E117°36′～118°17′，N24°50′～25°26′)属南、中亚热带海洋性季风气候。由于地形地貌之差异，形成内外安溪明显不同气候特点。东南部外安溪属南亚热带，年平均气温19～21℃，年均降雨量1600 mm，夏季长而炎热，几乎占近半年时间，冬季短暂而无严寒，农作物一年可三熟；西北部内安溪属中亚热带海洋性季风气候，年平均气温16～18℃，年均降雨量1800 mm，农作物一年两熟。

1.2 试验方法

1.2.1 茶园土壤酸度调查试验 根据全国测土配方施肥采样技术规范[9]要求，依据安溪县茶园面积分布图，在地图大概确定采样位置。实地采样时，再结合具体地形、海拔高度、茶龄、土壤类型等因素，确定代表性土样采集点。土样采集时间选择在秋茶采收结束后基肥施用前的秋冬季，以“S”形布点采样或梅花形布点采样，同时记录GPS定位信息及样品野外调查表。每个土样采集8～10个样点，各采样点的土壤混合均匀，采用四分法保留1 kg左右风干过筛用于测试。每个样点按照行间位置取3个土钻：行中间位置(0～10 cm宽度内随机选择)、偏中位置(离行间中线10～30 cm范围随机选择)和靠茶行位置(离行间中线30～60 cm范围随机选择)[10]；采样深度为耕层土壤0～30 cm。采样时间为2008年～2010年秋冬季(全年茶季结束后基肥施用前)，全县共取茶园土壤样品5285个。

1.2.2 土壤酸化速率的定位观测 于2010年，采用GPS定位技术分别在安溪县选择虎邱镇高山村、龙涓乡钱塘村、感德镇岐阳村、祥华乡新寨村等安溪茶叶4个重点乡镇4个村建立定位观测标准地各4个，每个试验标准地面积100 m2，共16个定位观测点。定位观测样点茶园日常管理同常规管理。在初始年(2010年)及2019年秋茶结束后基肥施用前分别采集土壤样品进行检测。土壤样品采集方法同1.2.1。

1.2.3 土壤酸化改良试验 分别在安溪县龙涓乡钱塘村、感德镇歧阳村和祥华乡新寨村随机选择树龄12年以上的茶园设立标准试验地3个，研究白云石粉施用对茶园酸化土壤的改良效应，试验地面积100 m2，4次重复。各试验地分别于2018年、2019年11月上旬施用白云石粉(过60 目筛)300 kg·hm-2，在茶树行间均匀撒施，结合深耕采用旋耕机翻耕35 cm，使其与土壤充分混合。分别在2018年11月上旬(试验开始前)及2020年秋茶结束后基肥施用前，在每个试验茶园的茶树行间随机设6个采样点，采集土壤样品进行检测。土壤样品采集方法同1.2.1。

1.3 检测方法

土壤pH值采用电位法(土：水=2.5：1)，交换性钙镁含量用1 mol·L-1NH4COOH提取，原子吸收分光光度法测定提取液中的Ca2+和Mg2+含量[11]。

1.4 茶园土壤酸化状况评价标准

依据茶园土壤营养诊断指标[12]，将土壤pH值划分为四个等级，即：pH小于4.0称为重度酸化土壤，pH在4.0～4.5称为酸化土壤，pH在4.5～5.5称为适宜土壤，pH大于5.5则称为不适宜土壤。

1.5 数据处理

酸化速率=(初始年pH-结束年pH)/时间(年)。所有试验数据采用Microsoft Excel 2010软件进行整理分析。

2 结果与分析

2.1 安溪县茶园土壤酸度现状分析

依据茶园土壤营养诊断指标[12]，安溪县茶园土壤总体偏酸。表1结果显示，安溪县茶园土壤pH平均值为4.28，酸度属于适宜水平(pH在4.5至5.5)的土样数仅占28.19%，其中pH值介于4.0～4.5的酸化土壤的样品数占到40.06%，尤其是pH值小于4.0的严重酸化土壤的样品数占到28.38%。

表1 安溪县茶园土壤酸度现状

安溪县典型茶区茶园土壤酸度具有明显差别，其中以山地茶园为主的内安溪传统茶区(感德镇、祥华乡、西坪镇、龙涓乡、福田乡、长坑乡、桃舟乡、大坪乡、芦田镇、蓝田乡、剑斗镇及白濑乡)茶园土壤酸化较为严重，pH<4.5的样点比例57.37%～91.17%。而以水田改植及新垦茶园为主的外安溪茶区(城厢镇、龙门镇、官桥镇、湖头镇、参内乡、金谷镇、蓬莱镇、魁斗镇、虎邱镇、尚卿乡、湖上乡)土壤酸化程度相对较轻，土壤平均pH值4.47～5.22；pH<4.5的土壤样点比例均低于50%。

2.2 安溪县茶园土壤酸化速率分析

将茶园土壤pH每年降低值定义为茶园土壤酸化速率[13]，分别计算16个定位观测点茶园土壤酸化速率。表2结果显示，2010～2019年间，4个乡镇16个茶园定位观测点土壤pH均表现为下降，pH平均值从2010年的4.85降低至2019年的4.05，平均降低0.81个单位；各定位观测点茶园土壤酸化速率为每年0.02～0.17个pH单位，平均为每年0.09个单位。

表2 2010年与2019年安溪县部分茶园土壤pH值比较

在安溪不同茶区茶园土壤酸化速率也表现出明显差异，虎邱镇4个定位观测点茶园土壤酸化速率为每年0.02～0.07个pH单位，平均为每年0.04个单位；龙涓乡4个定位观测点平均酸化速率为每年0.12个单位，感德镇观测点为每年0.10个单位，祥华乡观测点为每年0.09个单位。外安溪茶区(虎邱镇)土壤酸化速率低于内安溪茶区(龙涓乡、感德镇、祥华乡)。

2.3 白云石粉施用对酸化土壤的改良效果

田间条件下，连续两年施用白云石粉300 kg·hm-2对茶园酸化土壤的改良效果见图1。与初始pH相比，茶园土壤平均pH提高0.94个单位，其中感德镇试验点提高1.16个单位，龙涓乡试验点提高0.94个单位，祥华乡试验点提高0.71个单位；土壤交换性镁感德镇试验点提高25.25 mg·kg-1，龙涓乡试验点提高25.90 mg·kg-1，祥华乡试验点提高31.43 mg·kg-1；土壤交换性钙感德镇试验点提高68.03 mg·kg-1，龙涓乡试验点提高28.50 mg·kg-1，祥华乡试验点提高64.75 mg·kg-1。说明施用白云石粉显著提高茶园土壤交换盐基离子含量，提高土壤pH值，茶园酸化土壤得到有效改良。

图1 施用白云石粉对土壤pH、交换性镁和钙的影响Fig.1 Effect of dolomitic application on soil pH

3 讨论与结论

安溪县茶园土壤呈现明显酸化现象，平均pH值为4.28，低于安溪县农田土壤平均pH值1.01个单位，低于安溪县果园及菜园土壤平均pH值0.87个单位，亦低于全国茶园土壤平均pH值0.40个单位，略高于福建省茶园pH值(pH4.11)[2]。茶树适宜生长的pH范围为4.5～5.5，当土壤pH低于4.0时，茶叶产量及品质将产生负面影响[1]。本研究表明，安溪茶园土壤pH值小于4.5的样点占到68.44%，尤其是小于4.0的严重酸化土壤的样点占到28.38%，这将严重制约安溪茶业的绿色可持续发展。

本研究通过多年多点定位观测表明，安溪县茶园土壤平均酸化速率为每年0.09个pH单位，酸化速率明显高于我国其他作物类型土壤。Guo研究表明1980～2009近30年间，中国土壤pH降低0.13～0.80个单位，其中南方大田作物和经济作物土壤分别降低0.23和0.30个单位，并认为氮肥过量施用是我国农业土壤酸化加速的首要原因[4]。茶园土壤酸化速率显著高于其它作物土壤，可能是以下原因造成的：(1)高的氮肥投入和低的养分利用率，统计表明我国茶园氮肥施用量为281～745 kg·hm-2，全国约有1/3茶园施肥过量[14]；刘扬等[15]调查了安溪50个茶园施肥状况，过度施氮茶园达到20个，占比40%。邹振浩等[16]统计了我国茶园氮肥利用现状，指出我国茶园氮肥农学效率较低，而且呈不断下降的趋势；约有33.9%的氮肥通过硝态氮淋溶的形式损失，硝态氮的淋溶损失同时引起钙、镁等盐基离子的淋湿，引起土壤pH降低。(2)茶树自身物质循环代谢的原因。茶树喜铵态氮，吸收铵态氮的同时置换出质子，降低根际土壤pH值[17]；同时，茶树是典型的聚铝植物，大量的铝富集在茶树叶片，又通过修剪、凋落物等形式归还到茶园土壤，加剧茶园土壤酸化进程[18-19]。因此，为缓解茶园土壤酸化，实现茶园长期绿色可持续发展，必须优化氮肥管理，降低氮肥损失，提高氮肥利用率。

茶园土壤酸化过程是土壤接受H+之后，一方面H+与土壤胶体上的盐基阳离子发生交换反应而被吸附在土粒表面，被交换下来的盐基阳离子随渗漏水淋失；另一方面，土粒表面的H+又自发地与矿物晶格表面的铝反应,迅速转化为交换性Al3+[20]。茶园土壤酸度主要受钙、镁等盐基离子的制约[21]，白云石粉是碳酸钙与碳酸镁的天然复盐，施入土壤后可有效补充土壤钙、镁盐基离子，提高土壤盐基饱和度。本研究发现，连续两年施用白云石粉300 kg·hm-2茶园酸化土壤pH值平均提高0.94个单位，同时交换性钙、镁离子显著提升，说明施用白云石粉可以有效改良茶园酸化土壤。但由于茶树的喜酸特征，施用白云石粉后，土壤pH迅速上升，因此在实际操作过程中，应对茶园土壤进行定期监测，使其保持在适宜茶树生长范围内。