尿素和茶树落叶对土壤的酸化作用
石锦芹 丁瑞兴 刘友兆 孙玉华
摘要
用亚热带茶区的4种未垦荒地土壤作土柱模拟，研究了重施尿素和表覆茶树落叶对土壤酸化的影响。结果表明，尿素和茶树落叶处理都能酸化土壤，尤以0～20 cm的表层最为明显，其中又以赤红壤和黄壤的酸化比红壤和黄棕壤明显。文中还对尿素和茶树落叶对茶园土壤的酸化作用、酸化过程和不同土类的酸化差异进行了讨论。
关键词：茶园土壤 酸化 尿素 茶树落叶中图分类号：S571.1 S153.4
文献标识码：A Acidification of Soil by Urea and Fallen Tea Leaves Shi Jinqin，Ding Ruixing，Liu Youzhao，Sun YuhuaNanjing Agricultural University，Nanjing 210095 Abstract Four uncropped soils in subtropical tea producing area were applied in soil column experiments to study the influence of urea and fallen tea leaves on soil acidification．Both urea and fallen tea leaves acidified the soils．Soil acidification most seriously occurred in topsoil．Lateritic red soil and yellow soil were more evidently acidified than red soil and yellow-brown soil．The article also deals with the difference in acidification between different soil great groups．Key words：Tea garden soil Acidification Urea Fallen tea leaves 0
前言
茶树是一种适宜在酸性土壤中生长的经济作物，茶园土壤酸化在各植茶国都普遍存在［1，2］。未垦荒地植茶后，土壤pH值会明显降低［3，4］，并且随着植茶年限的延长，土壤酸化也向深度和广度两个方向发展［5，6］。对茶园土壤酸化原因所作的大量研究表明，长期大量施用生理酸性氮肥［7—9］和茶树自身物质循环［10—12］，都会导致土壤酸化，pH值降低，交换性铝含量和铝饱和度上升，但长期定位的试验资料则少见。本研究用4种未垦荒地的土壤制成土柱，重施尿素和土表覆盖茶树落叶，进行室内模拟试验，以探讨尿素和茶树落叶对土壤盐基性质和酸度性质的影响，旨在为揭示茶园土壤的酸化机制和管理提供实验依据。
1 材料和方法
1.1 供试土壤
土柱试验用土壤有赤红壤、黄壤、红壤和黄棕壤等4个土类，分别采自广东英德省茶叶研究所茶场、湖南省古丈县茶叶示范场、江西省铅山县河口茶场和江苏省金坛市茅麓茶场，采样深度为0～20 cm、20～40 cm、40～50 cm、55～70 cm、70～85 cm和85～100 cm，均选自未垦荒地。采样区自然条件见文献［13］。
1.2 土柱试验
土壤晾干并适当敲碎后，根据各土层容重计算填土重量，按采样深度自下而上依次填充在高110 cm、内径20 cm的塑料土柱管中。每种土壤设置对照(T1）、尿素(T2)、茶树落叶(T3)三种处理。试验于1992年12月1日开始，每土柱分别施尿素10 g和茶树落叶50 g；1993年11月1日，每土柱再分别施尿素15 g和茶树落叶75 g，同时设空白对照和原土对照(T0)。尿素浅施并轻覆土，茶树落叶经25 ℃腐解一周后浅盖土表并稍覆土。试验用茶树落叶的矿质元素含量见文献［14］。
试验中尿素年用量相当于氮素1 830 kg／hm2，比年产干茶3 000 kg／hm2的成龄高产茶园的年施氮量450 kg／hm2［15］约高3倍。茶树落叶年用量相当于19.89×103 kg／hm2，比黄棕壤茶园年归还的枯枝落叶量5×103 kg／hm2［11］约高3倍，以利观测重施尿素和茶树落叶对茶园土壤酸化的影响。
土柱经预湿处理后，用去离子水计量淋洗。试验时间：1992年12月—1994年10月，共23个月。试验结束后按0～20 cm、20～40 cm、40～70 cm和70～100 cm取样，风干后过筛保存备测。
1.3 测定项目和方法
pH值、交换性钾、钠、钙、镁、1 mol／L KCl浸提性酸和铝的测定方法见文献［16］。
2 结果与分析
2.1 土壤交换性盐基性质的变化
土壤经淋洗处理后，全剖面及表层的交换性钾、钙、镁、盐基总量及盐基饱和度大多降低(表1、表2)，其中尤以表层的盐基性质变化幅度较大；尿素处理所引起的变化较大；落叶处理所引起的变化较小或与对照处理相近。
表1 淋洗对全剖面盐基性质的影响
(±s)Table1 Influence of leaching on base properties of entire soil profiles 土壤 Soils 处理代号*TreatmentNo．交换性钾Exch．K〔cmol（K＋）／kg〕交换性钙Exch．Ca 交换性镁Exch．Mg 交换性盐基总量Sum of exch．bases（cmol／kg) 盐基饱和度PBS(%) 赤红壤 T0 0.25±0.04 2.2±0.6 0.12±0.04 2.6±0.6 79±15 Lateritic T1 0.10±0.01 2.0±0.4 0.11±0.00 2.3±0.4 75±14 red soil T2 0.09±0.02 2.1±0.8 0.12±0.05 2.4±0.8 67±26 （LRS) T3 0.10±0.06 2.2±0.5 0.14±0.06 2.5±0.5 80±17 黄壤 T0 0.48±0.06 2.6±1.3 1.3±0.4 4.6±1.7 83±4 Yellow T1 0.16±0.05 2.5±0.7 1.05±0.27 3.8±1.0 84±9 soil T2 0.18±0.02 2.5±0.3 1.1±0.3 3.8±0.7 76±12 （YS） T3 0.18±0.08 2.6±0.7 1.2±0.3 4.1±1.1 83±10 红壤 T0 0.21±0.03 0.82±0.09 0.21±0.06 1.34±0.20 15.3±1.9 Red T1 0.10±0.03 0.62±0.04 0.10±0.02 0.89±0.04 10.9±1.1 soil T2 0.08±0.01 0.48±0.14 0.05±0.02 0.69±0.14 9.0±1.8 (RS) T3 0.12±0.08 0.47±0.03 0.08±0.04 0.74±0.10 8.4±0.7 黄棕壤 T0 0.38±0.02 6.5±1.6 6.7±1.6 14±3 87±9 Yellow-brown T1 0.25±0.03 5.6±1.3 6.4±1.9 12±3 86±11 soil T2 0.26±0.06 5.5±1.8 6.7±2.6 13±4 85±13 (YBS) T3 0.28±0.03 5.4±1.6 6.8±1.3 12.6±2.7 86±12 *T0：Unleached soil，T1：Control，T2：treated with urea，T3：treated with fallen tea leaves．
表2 淋洗对表层盐基性质的影响
(0～20 cm)Table2 Influence of leaching on base properties of topsoil 土壤Soils 处理代号TreatmentNo．交换性钾Exch．K〔cmol（K＋）／kg〕交换性钙Exch．Ca 交换性镁Exch．Mg 交换性盐基总量Sum of exch．bases（cmol／kg) 盐基饱和度PBS(%) 赤红壤 T0 0.30 3.04 0.18 3.60 81.8 LRS T1 0.11 2.06 0.11 2.37 70.5 T2 0.09 1.12 0.08 1.37 35.0 T3 0.20 1.89 0.23 2.40 74.1 黄壤 T0 0.61 5.18 1.98 7.85 76.8 YS T1 0.23 3.56 1.45 5.33 75.9 T2 0.19 2.18 0.78 3.25 60.3 T3 0.31 3.66 1.62 5.69 75.3 红壤 T0 0.26 0.98 0.31 1.71 18.5 RS T1 0.12 0.56 0.08 0.84 9.5 T2 0.07 0.48 0.06 0.67 10.9 T3 0.22 0.46 0.13 0.88 9.4 黄棕壤 T0 0.36 5.07 4.03 9.52 82.3 YBS T1 0.21 3.95 3.77 8.03 74.0 T2 0.17 3.27 2.92 6.45 67.8 T3 0.29 3.67 4.97 9.22 70.8
2.1.1 交换性钾
表层交换性钾含量的变化趋势是：T0(未淋洗原土)＞T3(落叶处理土壤)、T1(对照处理土壤)＞T2(尿素处理土壤)，表明重施尿素使表土交换性钾含量减少最甚，而茶树落叶则对钾有一定的归还性效应。全剖面交换性钾含量降低幅度不及表土大，三种处理间的差异也较小。从土壤元素丰缺情况来看［17］，钾含量的降低，使赤红壤和红壤的供钾能力从中等降为极少，黄棕壤从丰富降为中等，黄壤从极丰富降为低。
2.1.2 交换性钙
表层钙含量的变化趋势与钾基本一致，即：T0＞T1、T3＞T2，也是尿素处理的下降幅度最大，落叶处理的降幅较小。但因表层淋出的钙迁移到了下层，表层以下层次土壤的交换性钙含量增高，因而全剖面钙含量的降低较少。
2.1.3 交换性镁
镁含量除赤红壤和黄棕壤茶树落叶处理的表层和全剖面含量高于原土外，其它处理均呈降低趋势，即表层含量以T3＞T1＞T2，表明重施尿素促进了表层镁的流失，而茶树落叶处理则缓解了表层镁含量的降低。尤其是赤红壤和红壤的镁含量原来就低于茶树正常生长所需的临界值［18］，淋洗处理后使其供镁能力进一步减弱，已处于缺镁和高度缺镁状态。
淋洗处理后，由于土壤的交换性钾、钠、钙、镁等含量降低，从而使其表层及全剖面的交换性盐基总量和盐基饱和度也大多下降，其中盐基总量的降幅表层的又比全剖面的大。因为尿素不仅施用量大，而且在酸性条件下水解生成的NH＋4能较多地保留在土壤中，有效地争夺了土壤的阳离子交换点位，促进了土壤尤其是表层盐基的淋失，使表层盐基含量明显下降。就茶树落叶处理而言，因其含有较多的K、Ca、Mg、Mn等矿质元素［14］，在实验过程中，落叶不断分解，这些盐基元素就逐步释放出来归还土壤［4］，从而缓解了表层盐基含量的降低。
2.2 土壤酸度性质的变化
2.2.1 pH值
淋洗处理时脱硅、脱盐基过程的发展，使土壤逐渐酸化，这反映在土壤活性酸度和交换性酸度的变化上。从表3可知，淋洗后土壤全剖面的pH均降低，其中pH(H2O)下降比pH(KCl)大，说明酸化过程中交换性氢含量下降，引起土壤强酸化的原因在于铝。4种土壤均以尿素处理的pH下降最多，其次为落叶和对照处理。pH(KCl)的降幅虽小，但处理间仍表现出与pH（H2O)相同的变化规律。表4所示表层pH的变化情况也显示了同样的趋势，表明尿素和茶树落叶处理有利于土壤全剖面和表层pH的降低。
表3 淋洗对全剖面酸度性质的影响
(±s)Table3 Influence of leaching on acidity properties of entire soil profiles 土 壤Soils 处理代号TreatmentNo． pH 交换性铝Exch．Al 铝饱和度Percentage of AlSaturation（％） H2O KCl 赤红壤 T0 5.74±0.11 4.53±0.28 0.6±0.5 18±15 LRS T1 5.27±0.13 4.48±0.28 0.7±0.4 22±15 T2 4.62±0.28 4.4±0.4 1.1±1.0 31±26 T3 4.99±0.17 4.40±0.23 0.6±0.6 20±17 黄壤 T0 6.12±0.13 4.51±0.20 0.5±0.2 11±6 YS T1 5.4±0.3 4.38±0.22 0.7±0.4 17±10 T2 4.80±0.08 4.26±0.19 1.2±0.7 23±13 T3 5.23±0.27 4.35±0.20 0.7±0.4 16±10 红壤 T0 4.74±0.04 3.80±0.07 7.3±0.8 84.4±2.0 RS T1 4.47±0.18 3.57±0.07 7.2±0.7 90.8±1.1 T2 4.28±0.15 3.54±0.03 6.9±1.2 91.5±1.9 T3 4.33±0.06 3.56±0.08 7.9±0.6 92±1 黄棕壤 T0 5.61±0.11 4.02±0.20 1.8±1.2 12±8 YBS T1 5.5±0.3 3.84±0.21 1.7±1.3 13±11 T2 5.2±0.4 3.81±0.24 1.8±1.2 14±13 T3 5.4±0.4 3.82±0.23 2.0±1.6 14±12
表4 淋洗对表层酸度性质的影响
(0～20 cm）Table4 Influence of leaching on acidity properties of topsoils 土 壤Soils 处理代号TreatmentNo． pH 交换性铝Exch．Al 铝饱和度Percentage of AlSaturation（％） H2O KCl 赤红壤 T0 5.54 4.44 0.66 15.5 LRS T1 5.46 4.34 0.85 26.4 T2 4.45 4.01 2.38 63.5 T3 4.81 4.21 0.79 24.8 黄壤 T0 6.09 4.86 0.09 1.1 YS T1 5.86 4.70 0.23 4.1 T2 4.85 4.03 2.08 39.0 T3 5.59 4.64 0.24 4.0 红壤 T0 4.70 3.68 7.31 81.0 RS T1 4.72 3.48 5.18 90.3 T2 4.12 3.54 8.25 88.5 T3 4.25 3.45 7.83 90.4 黄棕壤 T0 5.58 3.94 1.89 16.6 YBS T1 5.28 3.68 2.75 25.5 T2 4.88 3.62 2.85 30.6 T3 4.99 3.62 3.69 28.6
2.2.2 交换性酸
土壤酸化的本质与铝的活化有关。在土壤酸化过程中，交换性盐基含量和盐基饱和度降低，交换性铝含量和铝饱和度上升。表3和表4表明，淋洗后赤红壤和黄壤全剖面及表层的交换性铝含量和铝饱和度都高于未淋洗原土，尤以尿素处理的增幅最大，可使两种土壤的全剖面交换性铝含量比原土提高90%和136%，铝饱和度提高77%和110%；对表层的影响则更大，可使铝含量提高2.6倍和22倍，铝饱和度提高3.1倍和34倍。相比之下，茶树落叶和对照处理的效果不及尿素处理。红壤与黄棕壤的变化趋势与赤红壤和黄壤相同，尤其铝饱和度在全剖面及表层都表现为增大，但变化幅度以及处理间差异相对较小，表明这两种土壤具较强的缓冲能力。
2.3 土壤pH值与交换性阳离子含量的相关性
处理前后土壤pH值与交换性盐基含量及交换性酸度之间有显著的相关性(表5)。在赤红壤、黄壤和黄棕壤中，土壤pH（KCl)与交换性钙、镁及盐基总量之间均呈极显著正相关，与交换性铝和交换性酸总量之间均呈极显著负相关；pH（H2O）与这些参数之间的相关性在赤红壤和黄壤中不显著，在黄棕壤中极显著，表明酸化过程与土壤交换性盐基含量的降低和交换性铝含量的增加是一致的。强酸性红壤以pH（H2O）与这些参数之间的相关性更好，这可能与强酸性条件下交换性铝难以水解，不易表现出酸性有关。
表5 土壤交换性阳离子含量与pH值的相关系数
Table5 Correlation coefficients between pH value and content of exchangeable cations 土壤Soil pH 交换性钙Exch．Ca 交换性镁Exch．Mg 交换性盐基Exch．bases 交换性铝Exch．Al 交换性酸Exch．acidity 赤红壤 pH（H2O） 0.194 — 0.280 －0.400 －0.371 LRS pH（KCl) 0.776** — 0.731** －0.898** －0.891** 黄壤 pH（H2O） 0.186 0.417 0.303 －0.580* －0.513* YS pH（KCl) 0.772** 0.832** 0.854** －0.893** －0.877** 红壤 pH（H2O） 0.813** — 0.796** －0.367 －0.372 RS pH（KCl) 0.754** — 0.695** －0.081 －0.099 黄棕壤 pH（H2O） 0.817** 0.475* 0.675** －0.791** －0.793** YBS pH（KCl) 0.925** 0.519* 0.755** －0.876** －0.865** *P＜0.05 **P＜0.01 n＝16 3
讨论
从以上对各土壤淋洗前后盐基性质和酸度性质所作的研究和分析可以看出：3.1 尿素对茶园土壤酸化的作用
尿素虽为中性肥料，但大量施用能酸化土壤，这是因为尿素在酸性环境下，会水解生成NH＋4，能有效竞争土壤阳离子吸附点位，从而增加了土壤盐基的淋失量［19］，促进了土壤酸化的发展。
3.2 茶园凋落物归还对土壤酸化的作用
茶园凋落物及修剪枝叶归还土壤，对减少土壤水分蒸发、防止水土流失和增加土壤有机质方面均有积极作用，但同时又增加了土壤盐基元素的淋失［19］，所分解释出的铝富集在土壤的表层［4］，从而促进了土壤的酸化。
3.3 土壤酸化是一个由表及里的过程
本试验结果再次表明，重施尿素和表覆茶树落叶对土壤的酸化影响均以表层比全剖面更明显，表明土壤酸化是个渐进的过程，随着时间延长，酸化将向深度方向发展。3.4 土壤酸化的快慢受土壤缓冲能力和所处缓冲范围的调节
黄棕壤交换性盐基含量和盐基饱和度大，缓冲能力强，酸化较难。红壤呈强酸性，处于铝缓冲范围，淋洗后虽盐基含量下降明显，但进一步酸化很难。赤红壤和黄壤pH高，盐基含量少，缓冲能力差，交换性盐基易于淋失，pH下降快，交换性铝含量和铝饱和度上升明显，酸化强烈。 基金项目：国家自然科学基金资助项目；博士研究生论文内容之一。作者简介：石锦芹(1969—)，女，江苏如皋人，农学博士，现在江西省南昌市南昌大学食品学院工作，主要从事天然生理活性成分研究。
作者单位：南京农业大学资源与环境学院，南京210095
参考文献1 内田薰．茶园栽培に欠かせめ石灰．茶，1978(9)：28—332
吴洵．红壤茶园活性铝及酸度实质．福建茶叶，1991(1)：25—273
宋木兰，刘友林．茶园土壤酸化及其防治．见：中国科学技术协会工作部编．中国土地退化防治研究．北京：中国科学技术出版社，1990：370—3754
丁瑞兴，黄骁．茶园—土壤系统铝和氟的生物地球化学循环及其对土壤酸化的影响，土壤学报，1991；28(3)：229—2365
魏国雄．茶树与土壤酸碱度．土壤肥料，1979(6)：20—216
仲兆环．茶园土壤酸度演化及其调节．茶叶，1984(1)：11—127
小菅伸郎．茶园土壤におけゐ适正pHについて．茶叶研究报告，1987，第66号：98—1018 Wanyoko，K．Types and Rates of Nitrogen Fertilizers on Seeding Tea．Tea，1988；9（1）：4－99
徐楚生．茶园土壤pH近年来研究的一些进展．茶叶通报，1993；15(3)：1—410
刘友林．茶园生态系统中铝和锰的生物地球化学循环及其对土壤特征的影响［硕士论文］．南京：南京农业大学，198911
李庆康．种植茶树对黄棕壤物质循环及土壤酸化的影响［博士论文］．南京：南京农业大学，198912
王效举，陈鸿昭．茶园—土壤系统的某些生物地球化学特征．土壤，1993；25(4)：196—20013
丁瑞兴，刘友兆，孙玉华等．我国亚热带茶区土壤系统分类的研究．见：中国土壤系统分类新论．北京：科学出版社，1994：183—19314
丁瑞兴，刘友兆，孙玉华等．土壤地球化学特征对名优茶化学品质的影响．见：龚子同主编．中国名特优农产品的土宜．长春：吉林人民出版社，1994：135—14015
中国农业科学院茶叶研究所编．茶树栽培技术．北京：农业出版社，1982：159—20616
中国科学院南京土壤研究所土壤系统分类课题组．土壤实验室分析项目及方法规范．南京：中国科学院南京土壤研究所，199117
袁可能编著．植物营养元素的土壤化学．北京：科学出版社，198318
吴洵．安溪茶园土壤镁含量和施肥建议．福建茶叶，1998(2)：23—2619
石锦芹．我国亚热带茶园土壤酸化与铝的化学行为研究［博士论文］．
南京：南京农业大学，1995 原稿收到日期：1998—10—22修改稿收到日期：1998—11—14
