茶树适宜生长在土壤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。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。本期将近年来土壤酸化现状、原因进行综述,以对茶园土壤酸化领域作出总结。
中国茶园土壤酸化的明显趋势始于1980年左右,包含江苏、浙江、安徽3省,有近70%的茶园土壤pH值低于5.0。根据2020年相关研究显示,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。茶园土壤酸化的主要原因有以下几个方面。
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。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。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。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。
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。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,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。
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。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,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。
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。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。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。
本文节选自《中国茶叶》2023年第1期,P12-17,《茶园土壤酸化修复技术研究进展》,作者:徐火忠,吴林土,李贵松,洪海清,王允祥,潘瑛洁。
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