中国茶园土壤酸化现状与分析

奥鹏网院作业

中国茶园土壤酸化现状与分析
颜鹏，韩文炎，李鑫，张丽平，张兰

（中国农业科学院茶叶研究所/农业农村部茶叶质量安全控制重点实验室，杭州 310008）

摘要：【目的】茶树是我国重要的经济作物，由于其较好的经济效益，近年来茶树种植面积不断扩大，但是土壤酸化问题也日益突出。对已发表的茶园土壤pH 的文献进行整理和分析，明确我国主要产茶省份茶园土壤pH情况，为茶园土壤调控管理和茶园发展规划提供科学依据。【方法】以我国主要产茶区土壤酸化情况为研究对象，筛选收集中国知网和web of science 上2000—2016 年发表的相关文献，利用加权平均的方法计算全国以及各产茶省份茶园土壤平均pH，以及在各个区间的分布情况。利用文献数据，比较茶园和周边森林土壤pH 的差异。同时利用测土配方施肥数据，对安溪县和松阳县两个典型产茶县不同作物类型下土壤pH 进行比较分析。【结果】全国茶园土壤平均pH 为4.73，各省份间存在很大差异。山东和河南两省茶园土壤pH 超过5.5，分别达到5.76 和5.54，江西省茶园土壤pH 最低，只有3.86。从土壤pH 在各区间的分布来看，只有41%的茶园的土壤pH 在4.5—5.5 这一最适宜茶树生长的范围。高达52%的茶园的土壤pH 在4.5 以下，属于不适宜茶树生长的强酸性土壤。与森林相比较，种植茶树显著降低了土壤pH。种茶历史悠久的安溪县茶园土壤pH 为4.2，远低于水稻土壤的5.2和果蔬等土壤的6.2。在种茶历史相对较短的松阳县，茶园土壤pH 为5.1，也分别低于水稻和果蔬等土壤的5.2和5.4。【结论】我国茶园土壤酸化严重，全国茶园土壤平均pH 为4.73，超过52%的土壤的pH 在4.5 以下，属于不适宜茶树生长的强酸性土壤。后期应当加强茶园土壤酸化调控，以防止茶园土壤继续酸化，实现茶叶长期可持续发展。

关键词：茶园；土壤酸化；土地利用方式；中国

0 引言
【研究意义】 茶树是我国重要的经济作物之一，尤其是近年来作为脱贫攻坚的重要抓手，受到越来越多的重视，茶树种植面积不断扩大。2017 年我国茶园采摘面积和茶叶总产量分别达到305 万公顷和268 万吨，占到全球的45.9%和35.5%[1] 。在茶产业快速发展的同时，也面临着茶园土壤酸化越来越严重的问题，成为制约茶产业发展的一个重要因素[2-5]。土壤过酸会影响茶树养分吸收，从而影响茶树生长和茶叶品质[6-7]。另外，强酸性土壤下重金属有效性提高，茶树对重金属元素吸收量显著提高，从而造成安全隐患[8]。因此，掌握我国茶园土壤酸化现状，可为未来我国茶园土壤酸化分类调控对策的制订和重点区域土壤酸化的阻控提供依据。【前人研究进展】我国早在二十世纪七八十年代就有关于茶园土壤不断酸化的报道。1980年孙继海和吴子铭报道贵州省桐子坡的土壤pH 在种植茶树10 年后由5.2 降到4.1[9]。中国科学院南京土壤研究所徐仁扣研究员课题组利用不同种植年限茶园，通过土壤pH 变化和土壤缓冲容量，计算出植茶早期（0—13年）茶园0—20 cm土层酸化速率高达4.4 kmol H+·hm-2·a-1[10]。云南大学李世玉对云南省不同种植年限茶园0—120 cm 土层pH 的研究发现，0—40 cm 土层pH 呈提高趋势，40—80 cm 土层pH 无变化，而80—100 和100—120 cm 土层呈酸化趋势[11]。我们前期研究发现，不仅茶园表层土壤酸化严重，在100 cm以下土层也存在严重的酸化问题[4]。这一阶段的研究主要集中在茶园土壤酸化速率方面，为了解茶园土壤酸化情况提供了很好的数据。2005 年启动全国测土配方施肥项目后，关于茶园土壤酸化方面的报道越来越多，而且涉及的调查研究范围也更广泛。张炳铃对福建省安溪县茶园土壤pH 的分析发现，土壤平均pH 为4.3，其中pH＜4.5 的占70.0%[12]。这一阶段的研究多是在县域尺度上研究茶园土壤酸化情况，对指导当地茶园土壤调控起到了积极的指导作用。但是尚缺乏从省域甚至是全国尺度主要产茶区土壤酸化现状的报道。而且，前期关于茶园土壤pH 的研究多以土壤平均pH 为主，尚缺乏对茶园土壤pH 在＜4.5、4.5—5.5和＞5.5 三个酸碱度分布情况的研究报道，这一数据能更好地反映茶园土壤酸化状况。【本研究切入点】利用2000 年以来发表的文献数据，收集整理我国各产茶省份茶园土壤酸化的数据，一方面了解全国各主要产茶省份茶园土壤酸化情况，另一方面掌握茶园土壤pH 在＜4.5、4.5—5.5 和＞5.5 三个酸碱度的分布情况。从而从整体上掌握我国茶园土壤酸化情况。【拟解决的关键问题】本研究拟明确我国主要产茶省份茶园土壤酸化状况，尤其是pH 在＜4.5、4.5—5.5 和＞5.5 三个酸碱度的分布情况，研究结果可为茶园土壤酸化防治提供依据。

1 材料与方法
1.1 数据来源
本文以我国各主要产茶区土壤酸化情况为研究对象，收集筛选截止到2016 年以来，在中国知网和web of science上发表的相关文献，共计99篇（电子附表1）。筛选标准为至少包括20 个以上茶园取样点的文献报道，主要发表于核心期刊。利用中国知网，收集筛选出40 篇涉及土壤pH 在＜4.5、4.5—5.5 和＞5.5 三个酸碱度分布的文献，用于分析茶园土壤酸化程度（电子附表2）。同时收集到22 篇有关茶园和邻近森林或者荒地的文献，用于分析森林或者荒地改种茶树后对土壤pH的影响（电子附表3）。最后利用2005 年启动的全国土壤测土配方施肥项目，从安溪县和松阳县农业局获得其县域土壤pH的数据，用于比较不同种植作物体系下土壤pH 的差异。以此作为分析的数据集，应用Excel 2010，完成我国主要产茶省份茶园土壤酸化情况分析。

1.2 数据处理
为了综合计算各省份和全国茶园土壤平均pH，土壤pH 在＜4.5、4.5—5.5 和＞5.5 三个酸碱度的分布，将各文章中的数据收集，进行加权平均。数据分析和图表制作采用sigmaplot12.5 和Excel 2010 软件。

2 结果
2.1 全国各省茶园土壤pH
利用中国知网和web of science，共收集到99 篇自2000 年以来有关茶园土壤pH 方面的文献，涵盖了17 个茶叶种植省份，其中福建省文献数量最多为22篇，广西、海南和西藏最少，只有1 篇。每个省份最少采样点为20 个（海南省），最多采样点达到9 432个（福建省），全国总计20 448 个采样点。全国茶园土壤平均pH 为4.73，其中江西省茶园土壤平均pH 最低，仅为3.86，山东省茶园土壤平均pH 最高，达到5.76。通常茶树最适宜的土壤pH 在4.5—5.5 之间，广东、广西、贵州、湖北、海南、湖南、江苏、陕西、西藏、云南和浙江10 个省份的土壤平均pH 在此区间。安徽、福建、江西和四川等4 个省份的茶园土壤平均pH 低于4.5，分别为4.19、4.33、3.86 和3.97，属于严重酸化土壤。河南和山东两省的茶园土壤平均pH高于5.5，分别为5.54 和5.76（表1）。

表1 各茶树种植省份和全国茶园土壤平均pH
Table 1 Soil pH of the different tea cultivation provinces and the whole country

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2.2 全国各省茶园土壤酸化程度
土壤酸化程度方面，共收集到40 篇文献，涵盖12 个茶叶种植省份。其中福建省文献数量最多，为10篇，贵州、海南、河南和江西省只有1 篇。每个省份最少采样点20 个（海南省），最多采样点达到7 812个（福建省），全国总计13 506 个采样点。从全国范围来看，超过52.0%的茶园土壤pH＜4.5，处于严重酸化程度，不利于茶树的生长。只有41.0%的茶园土壤处于4.5＜pH＜5.5 这一最适宜茶树生长的区间。另外，pH＞5.5 的茶园土壤只占7.0%。各省份之间存在差异，其中福建、贵州、海南、河南、江苏、江西和云南等7 个省份有超过50%的茶园土壤pH 在＜4.5 这一土壤严重酸化区间。广东、海南、湖南、四川和浙江5 个省份有超过50%以上的茶园土壤的pH 位于4.5—5.5 这一最适宜茶树生长的区间（表2）。

2.3 茶园与邻近森林或者荒地等自然土壤比较
我们搜集到22 篇包含茶园和周边森林或者荒地的土壤pH 方面的文献。森林土壤平均pH 为5.17，比茶园土壤的4.28 高0.89 个单位（表3）。在所有文献中，森林土壤pH 均高于茶园土壤pH，其中最小差值为0.27 个单位，最大差值为2.37 个单位。

本研究还对文献中对应的森林和茶园土壤pH 相减，计算出这些差值的平均值、最小值、25%Q、中位数、75%Q 和最大值，列于表3 中第4 列。同时对文献中对应的森林和茶园土壤pH 数据相减后再除以茶园土壤pH 数据，再计算这些值的平均值、最小值、25%Q、中位数、75%Q 和最大值，列于表3 中第5 列。

2.4 安溪县和松阳县不同作物种植体系土壤pH 的差异
利用全国测土配方施肥项目所获得数据，对福建省安溪县和浙江省松阳县不同种植体系下土壤pH 进行比较发现，与水稻和果蔬等其他作物相比，茶园土壤具有更低的土壤pH（表4）。安溪县茶园土壤平均pH 为4.2，分别比水稻和果蔬等土壤pH 低1.1 和2.0 个单位。而且茶园土壤pH＜4.5 的比例高达72.5%，远高于水稻和果蔬的12.3 和7.7%。松阳县茶园土壤平均pH 为5.1，分别比水稻和果蔬等土壤pH 低0.1和0.3 个单位。松阳县土壤pH 主要在4.5—5.5 这一区间，其中茶园、水稻和果蔬等作物在此区间的比例分别占到70.9%、83.0%和71.0%。

表2 通过文献收集分析各省茶园土壤pH 分布情况
Table 2 Soil pH distribution in different levels of acidification of the different tea cultivation provinces and the whole country

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表3 茶园与附近森林土壤pH 比较
Table 3 Soil pH of the tea garden and adjacent forest

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表4 安溪县和松阳县茶园、水稻和果蔬等不同作物体系下土壤pH
Table 4 Soil pH of tea garden, rice and vegetable or fruit in the countries of Anxi and Songyang

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3 讨论
我国农田土壤酸化作为土壤退化的一个方面越来越严重，成为农业可持续发展的一个重要限制因素[13-16]。我们的研究结果发现，我国主要产茶省份茶园土壤平均pH 为4.73。与我国森林土壤5.74 的土壤平均pH 相比，要低1.01 个单位[17]；与我国主要经济作物土壤平均pH 相比也要低0.85 个单位[16]；更是远远低于全国农业技术推广服务中心 2015 年公布的2005—2014 年全国测土配方施肥土壤基础养分数据中6.7 这一全国土壤平均pH[18]。同时，各省份之间差别很大，山东和河南省茶园土壤平均pH 在5.5 以上，分别达到5.76 和5.54。这主要是由于山东和河南省茶园主要分布在日照、青岛和信阳等几个地方，该地区土壤以碱性为主。而处于我国南方红黄壤区的福建、广东、广西和贵州等地土壤平均pH 均在5.0 以下，尤其是江西和四川省的茶园土壤平均pH 在4.0 以下，分别低至3.86 和3.97，属于严重酸化土壤。这主要与当地土壤类型本身就是酸性土壤有关[19]。

土壤pH 在各区间的分布也是反映土壤酸化程度的一个重要指标。一般认为4.5—5.5 是茶树生长最适宜的土壤pH 范围。我们研究发现，全国只有41%的茶园土壤pH 在4.5—5.5 这一区间。高达52%的土壤pH 在4.5 以下，属于不适宜茶树生长的pH 范围（表2）。根据全国农业技术推广服务中心 2015 年公布的2005—2014 年全国测土配方施肥土壤基础养分数据，湖南、浙江、广东、江西和福建5 个省份农田土壤平均pH低于5.5的分别占到29.2%、41.9%、54.3%、92.3%和85.4%[18]。我们对这几个省份的研究发现，茶园土壤平均pH 低于5.5 的比例分别高达93.7%、86.0%、93.0%、100%和96.9%（表2）。因此需要通过各种土壤改良措施提高茶园土壤pH，保障茶叶绿色高产和安全。

与森林和其他作物种植体系相比，通常茶园土壤具有更低的土壤pH。在我们的研究中，与周边森林或者荒地相比，茶园土壤平均pH 要低0.89 个单位（表3）。同时对两个典型产茶县不同作物土壤pH 的研究发现，茶园土壤不仅平均pH 要低于水稻和果蔬等土壤，而且土壤pH＜4.5 的比例也远远大于水稻和果蔬等种植体系。

造成茶园土壤酸化的因素众多，主要的致酸因素包括：（1）茶树根系分泌H+，以及草酸、柠檬酸、苹果酸等有机酸类物质，这些物质解离产生有机酸根阴离子和H+，强降雨条件下有机酸根离子淋洗出土壤造成土壤酸化[20]。（2）铝在茶树-土壤过程中的生物地球化学循环。一方面，茶树对铝的吸收累积能力强，在吸收大量铝的同时向土壤中释放H+ 造成土壤酸化[21-22]。另一方面，土壤中铝被吸收后随修剪枝叶返回土壤，而钾、钙、钠和镁等盐基离子淋洗出土壤，造成土壤中铝的累积，从而造成土壤酸化[23-24]。（3）氮肥大量施用，尤其是铵态氮肥在茶园大量施用。一方面茶树在吸收铵态氮肥的同时释放H+ [25-26]；另一方面铵态氮在土壤中发生硝化反应释放H+[27-30]。此外，强降雨下硝态氮被淋洗出土壤的同时带走大量盐基离子，造成土壤酸中和能力的下降[5]。

大量研究表明，长期施用有机肥或者将有机肥与化肥配合施用可以维持土壤酸碱平衡，减缓土壤酸化[15, 31-32]。这主要是由于有机肥能够补充植物吸收带走和伴随阴离子淋洗损失的土壤盐基离子，提高土壤缓冲能力。同时有机肥含有大量有机质，对土壤盐基离子具有很强的吸附能力，从而降低其淋洗损失，因此长期施用有机肥能够提高土壤阳离子交换量，提高土壤酸缓冲容量[33-34]。而我国茶园普遍存在氮肥用量高，氮肥利用效率低，而有机肥用量严重不足的问题，进一步加剧了土壤酸化[35-36]。因此，茶园生产管理中一方面要降低氮肥的施用量，另一方面增加有机肥施用量，从而防止茶园土壤进一步酸化。

4 结论
我国茶园土壤平均pH 为4.73，而且只有41%的茶园土壤处于4.5＜pH＜5.5 这一最适宜茶树生长的区间，高达52%的土壤pH 在4.5 以下，处于严重酸化程度。与其他农田和森林土壤相比，茶园土壤具有较低的土壤pH。因此，为保障我国茶产业绿色可持续发展，必须采取适当的农业生产管理措施防止土壤进一步酸化。

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Present Situation and Analysis of Soil Acidification in Chinese Tea Garden

YAN Peng, HAN WenYan, LI Xin, ZHANG LiPing, ZHANG Lan
(Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Tea Quality and Safety Control, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Hangzhou 310008)

Abstract:【Objective】Tea is an important economic crop in China. Because of its high economic value, its planting area has been expanding rapidly in the past years. However, the soil acidification is more and more serious. Understanding the soil acidification of tea gardens in the main tea planting provinces in China will be useful for guiding soil management and tea development in future.【Method】To achieve our objective, 99 papers published in Chinese magazine Network and web of science were collected and the data about soil pH and its distribution in there interval of ＜4.5，4.5-5.5 and ＞5.5 were analyzed by weighted average method. We further compared the soil pH between forest and tea garden to understand the effect of tea cultivation on soil acidification. And depending on the data from National Soil Testing and Formula Fertilizing Project, the soil pH with different crops were also analyzed in Songyang and Anxi countries, which were two representative tea planting countries.【Result】The averaged soil pH of the whole county was 4.73, while it was various among different provinces. The averaged soil pH of Shandong and Henan were above 5.5, which were 5.76 and 5.54, respectively. While the averaged soil pH of Jiangxi was as low as 3.86. As for the percentage of averaged soil pH distribution in the interval of ＜4.5, 4.5-5.5 and ＞5.5, only 41% soil pH were in the interval of 4.5-5.5, which was suitable for tea growth. 52% sites were in the interval of pH＜4.5, which was too low for tea growth. Depending on the data from 22 literatures, the soil pH of tea garden was 4.28, which was significantly lower than that 5.17 of forest. In Anxi, the country with long history of tea plantation, the soil pH of tea garden was 4.2, which was lower than that 5.2 and 6.2 of rice and fruit or vegetable soil. In Songyang, the country started to growth tea in the last two decades, the soil pH of tea garden was 5.1, this was also lower than that 5.2 and 5.4 of rice and fruit or vegetable soil. 【Conclusion】 Soil acidification was serious in our tea garden, the averaged soil pH was 4.73, and 52% of the tea garden with soil pH below 4.5, which was the critical value for tea growth. It is important to pay more attention on developing various technologies to ameliorate soil acidity in tea garden, and achieve its sustainable development in China.

Key words: tea; soil acidification; land use patterns; whole country

收稿日期：2019-05-24；

接受日期：2019-07-03

基金项目：国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项（2017YFE0107500）和中国农业科学院科技创新工程（CAAS-XTCX2016015）

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通信作者韩文炎，Tel：0571-86650413；E-mail：hanwy@mail.tricaas.com

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（责任编辑 李云霞）