茶园土壤酸化修复技术研究进展

徐火忠，吴林土，李贵松，洪海清，王允祥，潘瑛洁

松阳县农业农村局，浙江 松阳323400

茶树原产于我国西南部，作为我国种植面积广泛的重要经济作物之一，具有悠久的种植历史和深厚的文化底蕴，通过各种途径传播至世界各地，受到人们的喜爱。茶树分为乔木型、半乔木型和灌木型3种，适宜生长在土壤pH为4.0～6.5的温暖湿润环境中，但当土壤酸化时（pH小于4），茶树生长会受到抑制[1-2]。土壤酸化是指土壤性质逐渐向酸性发展的过程。土壤通过各种途径接受了游离态氢离子（H+）或铝离子（Al3+），造成土壤内部的钙、镁、钾等盐基离子大量淋失，最终促使土壤pH值降低，形成酸性土壤。

我国作为茶树发源地，面临的茶园土壤酸化问题较为严重。茶园土壤环境偏酸会影响茶树、生物及微生物的生长代谢过程，改变土壤中养分的形态，降低土壤肥力状况，增加温室气体排放，甚至使土壤中活性态重金属含量增加，经生物富集作用在作物器官内积累使之中毒，会极大降低植物生产力与品质，对人体产生危害，影响茶农经济收益等。为了维持茶园良好的生态环境与可持续发展力，提高茶农经济收益，保障人体健康，有必要对茶园土壤酸化问题进行有效治理。由于我国幅员辽阔，茶树种植的区域相对分散，不同地区的土壤理化性质不一，出现了许多有效的酸化土壤改良措施，但未有文章系统地进行梳理与归纳，因此，本文将近年来土壤酸化现状、原因及修复技术进行综述，以期对茶园土壤酸化修复领域作出总结和展望。

1 茶园土壤酸化现状及酸化原因

中国茶园土壤酸化的明显趋势始于1980年左右，包含浙江在内的3省[3]，有近70%的茶园土壤pH值低于5.0。根据2020年相关研究显示[4]，全国土壤pH值平均为4.68，各省土壤平均pH值范围为3.96～5.48。总体来说，46.0%的土壤样品的pH值小于4.5，这些土壤对茶树的生长极为不利，只有43.9%的土壤pH值处于4.5～5.5范围内，这些土壤pH环境对茶树生长较为理想。在过去20～30年中，茶园的土壤酸化程度最大，pH值下降幅度从0.47增加到了1.43，这远远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值下降值变化。与森林土壤相比，施用化肥的茶园土壤酸化严重，而有机茶园土壤酸化不明显[5]。茶园土壤酸化的主要原因有以下几个方面。

1.1 茶树生长

大部分茶园处于温暖湿润的山地丘陵地区，脱硅富铝化过程在此气候下极易发生，当土壤中的Ca2+、Mg2+、Na+和K+等盐基离子大量流失时，会引起土壤酸化。另外，茶树生长过程会吸收土壤中的盐基离子，循环代谢后向土壤中释放游离态H+维持土壤电荷平衡，也会造成土壤pH值降低[6-8]。其次，每次采茶带走茶叶的生物量会使土壤盐基饱和度下降，H+、Al3+的浓度增加，引起土壤进一步酸化[9]。除此之外，因茶树是聚铝性植物，其生长过程中会吸收大量的活性铝，并释放大量H+引起土壤酸化[10-12]。最后，茶树自身分泌的酸类物质会增加活性铝的含量，也是导致茶园土壤酸化的一个重要原因[13]。

1.2 茶园施肥

相比茶树自身物质循环和产生酸类物质导致土壤酸化程度来说，人为原因导致的土壤酸化问题更严重一些[14]。上世纪70年代后，为提高经济收益，茶农会向茶园施大量氮肥，导致大量外源H+进入土壤，加重土壤酸化。传统的茶园施肥模式下，一般偏施铵态氮肥等含氮量较高的化肥，而NH4+与盐基离子价态都为正态，彼此竞争吸附位点，此时土壤含水量过多则会造成盐基离子的淋溶，加速土壤酸化。研究表明[15]，硫酸铵的酸化能力最强，其次是尿素。使用氮肥还会促进氨氧化细菌生长，加快硝化矿化反应速率，增加土壤NO3--N含量，加快土壤酸化。长期大量偏施化学氮肥、施肥不科学、肥料利用率低等是加剧茶园土壤酸化的最根本原因[16]。

1.3 成土因素与降水

土壤由母质（地表岩石）经外力作用破碎发育而来。不同的土壤受母质、有机质含量和矿物组成等因素影响，理化性质不同，遇酸发生的化学反应和受侵蚀程度也各不相同[17]。土壤性质与当地的气候条件息息相关，尤其受降水量因素影响。有研究显示[18]，雨水丰富和灌溉区的土壤相对来说更易出现酸化问题。当土壤上层发生水分流动时，会带走碱性离子、发生酸碱中和等，使原本矿质土壤中和酸的能力降低。另外，雨水冲刷淋溶会使土壤中的盐基离子被H+或Al3+等酸性离子取代。淋溶过程常发生于降水量大的时期，降雨频率越大，降雨量越多，土壤中的盐基离子流失速率越快，酸化情况就越严重。

1.4 酸沉降

人类活动产生的工业废气、汽车尾气等向大气排放的硫化合物和氮氧化物在高空中产生化学反应，合成硫酸或硝酸，这些酸性物质能溶于云雾或雨水中，传递至地面，这种过程成为酸沉降[19]。酸雨会严重影响土壤酸碱性，大量H+会随雨水一起渗入土壤中，与土壤胶体表面的盐基离子进行交换，导致盐基离子淋失；另一方面，酸雨中的SO42-、NO3-等酸性阴离子会加速土壤酸化。罗敏等[20]的研究发现，茶园土壤的pH值与茶园附近的工业园区数量及远近有着密不可分的联系。

2 茶园土壤酸化修复措施

2.1 化学改良

一般来说，当土壤pH值小于4时，建议考虑利用化学措施改良土壤（图1）。传统的农业措施通常是撒施石灰等碱性材料来改良农用地土壤的酸性性质，但石灰使用方法和注意事项较为复杂，施用不当会对茶园产量以及土壤质量等带来负面影响。当前，多使用白云石粉来提高土壤pH值。白云石粉主要由碳酸钙和碳酸镁构成，施入土壤后，碳酸根离子与酸性离子发生化学反应，使酸性物质得到消耗，土壤pH提高。除此之外，大量钙镁离子能够提高土壤的阳离子交换量，使土壤交换性铝的含量大幅度降低[21]。余跑兰等[22]研究发现，白云石粉的施加量大于1 500 kg/hm2时，茶园土壤酸化问题得到较大程度的改善，土壤pH值升高，交换性酸含量降低，还能提升茶叶品质并增产增收。赵茜等[23]的研究显示，将西班牙河碳酸盐岩（SRC）添加至茶树的大田及盆栽试验均能使土壤pH得到明显的提升。因此，白云石粉相较石灰更易操作、效果更好。

图1 化学改良

2.2 生物改良

生物炭是生物质在厌氧高温条件下燃烧裂解所得的炭化产物，其物理化学性质能在多个领域发挥不同的用途，受到学者广泛关注。研究表明[24-25]，生物炭作为特殊的土壤调理剂，表面存在许多含氧官能团，多呈现碱性，可以改良农田土壤的酸碱性[26]，增加阳离子交换量，降低交换性酸的含量，提高土壤保持水肥的能力。除此之外，生物炭中还存在丰富的矿质元素，可以促进土壤的养分循环以及植物的生长发育，改变土壤微生物的群落结构等[27-28]。李小飞等[29]的研究显示，施用30 t/hm2的生物黑炭能够较大程度改善茶园土壤的酸化环境（图2）。卢再亮等[30]向茶园中施加不同种类生物炭的研究发现，茶园pH提高程度与生物炭的种类相关，与生物炭的施用量呈正相关。

图2 生物改良

绿肥作为一种用绿色植物制成的肥料，绿色无毒，改良土壤性状的效果较好，被许多国家提倡推广使用。绿肥生长到一定程度后，收割翻耕进土壤，经生物代谢作用后腐熟，能改善土壤性质。酸性茶园土壤合理套种绿肥，不仅可以改善土壤酸化程度，转变土壤物理结构，还可以达到提高茶叶产量和品质的效果[31-33]。姜军等[34]通过室内培养试验发现，在土壤中加入土壤干重1 %的植物物料，能够提高土壤pH值，并降低土壤交换性铝含量。李艳春等[35]的研究进一步证明，植物绿肥能够有效改善茶园酸化土壤，且相比印度豇豆和大豆，圆叶决明和稻秸对茶园土壤酸化的改良效果更佳。

生物改良相比其他措施来说，方法较为健康环保，效果更为温和，也是改良酸性土壤性质的有效措施之一。

2.3 有机改良

有机肥由有机物质加工而来，将其中毒害物质消除，使多种有益物质留存。酸化土壤改良可以使用中性或微碱性有机肥料，矫正土壤偏酸化环境，在提供多方面营养物质的同时能够保持长期缓慢释放肥力（图3）。但有机肥所含的营养难以被植物直接利用，经微生物繁殖生长代谢后，能够缓慢释放植物可吸收有机质，从而改善土壤的理化性质等[36-38]。将有机无机复合型酸化改良剂施于茶园酸性土壤中，能够有效提高土壤pH值并增加土壤肥力，补充各种盐基离子从而增强土壤缓冲能力[39-40]。吴志丹等[41]通过在茶园配施不同比例的生物基质肥料发现，配施养猪场发酵床垫料后，茶园土壤的pH酸化程度得到一定程度的改善，并且土壤盐基离子总量增加，改良的效果随施用有机肥的比例增加而增加。但不同种类有机肥的理化性质差异较大，普通加工方式（如农户堆肥等）产出的有机肥料需要确认其重金属元素是否超标，若未超标，可根据土壤性状适当添加施用。

图3 有机改良

2.4 新型改良

除上述所说的改良材料之外，一些新型的修复材料开始在土壤修复改良方面崭露头角[42]。

微生物在土壤养分循环过程中起到重要作用，会影响土壤的理化性质。周移国等[43]研究发现，将微生物菌剂施入茶园土壤，可以提高土壤微生物活性，增加土壤微生物的丰度，各肥力指标得到显著提升。Bai等[44]研究显示，淀粉芽孢杆菌能够提高茶叶品质与产量，且菌落总数为1.6×108cfu/mL时，效果最好。吴林土等[45]研究发现，微生物菌剂（芽孢杆菌和木霉菌为主）的连续施用，能够增加土壤微生物丰度，其代谢产物能够提高土壤肥力，有效阻控茶园土壤酸化。但微生物在茶园土壤根际改良酸性土壤的研究机理还不够明晰，之后的研究可以往此方向深入探讨。

高分子聚合物也是一种有效的新型土壤性质改良剂。大分子聚合物可以增加土壤大团聚体的数量，提高孔隙度，改善土壤结构。据研究显示[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，较好地调控土壤性质。张宏伟等[48]将腐殖酸与其他材料共聚，施于赤红壤后土壤性状得到改善，pH值也稍有提升。但此类材料未在酸化茶园土壤内进行试验，研究改良其他酸性土壤也仅进行了室内盆栽试验，未进行大田试验。目前，高分子聚合物对茶园酸化土壤的改良效果的研究较少，还有较大的探索空间，将新型改良剂与其他传统措施并用改善茶园土壤酸化或许会成为未来的研究热点。

2.5 合理施肥

化肥的滥施滥用是导致土壤酸化的重要原因之一。化肥能迅速改变茶园土壤的养分含量[49]。例如，施肥不平衡会导致土壤养分不平衡，容易加剧土壤反应条件。特别是长期单方面施用酸性肥料、生理性酸性肥料或氮肥都会导致土壤酸化[50-51]。因此，茶园不应强调氮肥的单独施用，而应注意氮、磷、钾等多种元素的配施。为了平衡土壤养分，防止土壤酸化，根据肥料的吸收特性和土壤特性，宜采用测土配方施肥或混合复配后施用多种肥料[4]。茶农需要充分认识土壤健康安全在茶业可持续发展中的基础作用，利用各种场所宣传茶叶质量安全的重要性，牢固树立忧患意识和责任感，并以保护良好生态茶园环境、科学合理施肥、实现土壤养分平衡为茶业可持续发展的基础工作。

3 展望

未来应该加强从根源导致土壤酸化的管控，持续将关注度放在修复酸性茶园土壤方法的研究上，尤其是从机理改良方面，应寻找一种适应范围广，有效性操作性较强的改善土壤酸化的方法。各地区应从茶园土壤酸化原因出发，因地制宜合理控制施肥，利用有机肥、生物改良、化学改良以及新型改良剂等，多维度综合治理茶园土壤酸化问题[4]。除此之外，预测及修复酸性茶园土壤还可以与数学模型、信息技术手段相结合[52]，模拟计算未来茶园土壤酸化程度，并给以茶农相应的应对措施等。