尿素和茶樹落葉對土壤的酸化作用
石錦芹 丁瑞興 劉友兆 孫玉華摘要 用亞熱帶茶區(qū)的4種未墾荒地土壤作土柱模擬，研究了重施尿素和表覆茶樹落葉對土壤酸化的影響。結果表明，尿素和茶樹落葉處理都能酸化土壤，尤以0～20 cm的表層最為明顯，其中又以赤紅壤和黃壤的酸化比紅壤和黃棕壤明顯。文中還對尿素和茶樹落葉對茶園土壤的酸化作用、酸化過程和不同土類的酸化差異進行了討論。關鍵詞：茶園土壤 酸化 尿素 茶樹落葉中圖分類號：S571.1 S153.4
文獻標識碼：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
茶樹是一種適宜在酸性土壤中生長的經(jīng)濟作物，茶園土壤酸化在各植茶國都普遍存在［1，2］。未墾荒地植茶后，土壤pH值會明顯降低［3，4］，并且隨著植茶年限的延長，土壤酸化也向深度和廣度兩個方向發(fā)展［5，6］。對茶園土壤酸化原因所作的大量研究表明，長期大量施用生理酸性氮肥［7—9］和茶樹自身物質循環(huán)［10—12］，都會導致土壤酸化，pH值降低，交換性鋁含量和鋁飽和度上升，但長期定位的試驗資料則少見。本研究用4種未墾荒地的土壤制成土柱，重施尿素和土表覆蓋茶樹落葉，進行室內(nèi)模擬試驗，以探討尿素和茶樹落葉對土壤鹽基性質和酸度性質的影響，旨在為揭示茶園土壤的酸化機制和管理提供實驗依據(jù)。 1 材料和方法1.1 供試土壤
土柱試驗用土壤有赤紅壤、黃壤、紅壤和黃棕壤等4個土類，分別采自廣東英德省茶葉研究所茶場、湖南省古丈縣茶葉示范場、江西省鉛山縣河口茶場和江蘇省金壇市茅麓茶場，采樣深度為0～20 cm、20～40 cm、40～50 cm、55～70 cm、70～85 cm和85～100 cm，均選自未墾荒地。采樣區(qū)自然條件見文獻［13］。1.2 土柱試驗
土壤晾干并適當敲碎后，根據(jù)各土層容重計算填土重量，按采樣深度自下而上依次填充在高110 cm、內(nèi)徑20 cm的塑料土柱管中。每種土壤設置對照(T1）、尿素(T2)、茶樹落葉(T3)三種處理。試驗于1992年12月1日開始，每土柱分別施尿素10 g和茶樹落葉50 g；1993年11月1日，每土柱再分別施尿素15 g和茶樹落葉75 g，同時設空白對照和原土對照(T0)。尿素淺施并輕覆土，茶樹落葉經(jīng)25 ℃腐解一周后淺蓋土表并稍覆土。試驗用茶樹落葉的礦質元素含量見文獻［14］。
試驗中尿素年用量相當于氮素1 830 kg／hm2，比年產(chǎn)干茶3 000 kg／hm2的成齡高產(chǎn)茶園的年施氮量450 kg／hm2［15］約高3倍。茶樹落葉年用量相當于19.89×103 kg／hm2，比黃棕壤茶園年歸還的枯枝落葉量5×103 kg／hm2［11］約高3倍，以利觀測重施尿素和茶樹落葉對茶園土壤酸化的影響。
土柱經(jīng)預濕處理后，用去離子水計量淋洗。試驗時間：1992年12月—1994年10月，共23個月。試驗結束后按0～20 cm、20～40 cm、40～70 cm和70～100 cm取樣，風干后過篩保存?zhèn)錅y。1.3 測定項目和方法
pH值、交換性鉀、鈉、鈣、鎂、1 mol／L KCl浸提性酸和鋁的測定方法見文獻［16］。 2 結果與分析2.1 土壤交換性鹽基性質的變化
土壤經(jīng)淋洗處理后，全剖面及表層的交換性鉀、鈣、鎂、鹽基總量及鹽基飽和度大多降低(表1、表2)，其中尤以表層的鹽基性質變化幅度較大；尿素處理所引起的變化較大；落葉處理所引起的變化較小或與對照處理相近。表1 淋洗對全剖面鹽基性質的影響(±s)Table1 Influence of leaching on base properties of entire soil profiles 土壤 Soils 處理代號*TreatmentNo．交換性鉀Exch．K〔cmol（K＋）／kg〕交換性鈣Exch．Ca 交換性鎂Exch．Mg 交換性鹽基總量Sum of exch．bases（cmol／kg) 鹽基飽和度PBS(%) 赤紅壤 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 黃壤 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 紅壤 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 黃棕壤 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 淋洗對表層鹽基性質的影響(0～20 cm)Table2 Influence of leaching on base properties of topsoil 土壤Soils 處理代號TreatmentNo．交換性鉀Exch．K〔cmol（K＋）／kg〕交換性鈣Exch．Ca 交換性鎂Exch．Mg 交換性鹽基總量Sum of exch．bases（cmol／kg) 鹽基飽和度PBS(%) 赤紅壤 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 黃壤 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 紅壤 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 黃棕壤 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 70.82.1.1 交換性鉀
表層交換性鉀含量的變化趨勢是：T0(未淋洗原土)＞T3(落葉處理土壤)、T1(對照處理土壤)＞T2(尿素處理土壤)，表明重施尿素使表土交換性鉀含量減少最甚，而茶樹落葉則對鉀有一定的歸還性效應。全剖面交換性鉀含量降低幅度不及表土大，三種處理間的差異也較小。從土壤元素豐缺情況來看［17］，鉀含量的降低，使赤紅壤和紅壤的供鉀能力從中等降為極少，黃棕壤從豐富降為中等，黃壤從極豐富降為低。2.1.2 交換性鈣
表層鈣含量的變化趨勢與鉀基本一致，即：T0＞T1、T3＞T2，也是尿素處理的下降幅度最大，落葉處理的降幅較小。但因表層淋出的鈣遷移到了下層，表層以下層次土壤的交換性鈣含量增高，因而全剖面鈣含量的降低較少。2.1.3 交換性鎂
鎂含量除赤紅壤和黃棕壤茶樹落葉處理的表層和全剖面含量高于原土外，其它處理均呈降低趨勢，即表層含量以T3＞T1＞T2，表明重施尿素促進了表層鎂的流失，而茶樹落葉處理則緩解了表層鎂含量的降低。尤其是赤紅壤和紅壤的鎂含量原來就低于茶樹正常生長所需的臨界值［18］，淋洗處理后使其供鎂能力進一步減弱，已處于缺鎂和高度缺鎂狀態(tài)。
淋洗處理后，由于土壤的交換性鉀、鈉、鈣、鎂等含量降低，從而使其表層及全剖面的交換性鹽基總量和鹽基飽和度也大多下降，其中鹽基總量的降幅表層的又比全剖面的大。因為尿素不僅施用量大，而且在酸性條件下水解生成的NH＋4能較多地保留在土壤中，有效地爭奪了土壤的陽離子交換點位，促進了土壤尤其是表層鹽基的淋失，使表層鹽基含量明顯下降。就茶樹落葉處理而言，因其含有較多的K、Ca、Mg、Mn等礦質元素［14］，在實驗過程中，落葉不斷分解，這些鹽基元素就逐步釋放出來歸還土壤［4］，從而緩解了表層鹽基含量的降低。2.2 土壤酸度性質的變化2.2.1 pH值
淋洗處理時脫硅、脫鹽基過程的發(fā)展，使土壤逐漸酸化，這反映在土壤活性酸度和交換性酸度的變化上。從表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，說明酸化過程中交換性氫含量下降，引起土壤強酸化的原因在于鋁。4種土壤均以尿素處理的pH下降最多，其次為落葉和對照處理。pH(KCl)的降幅雖小，但處理間仍表現(xiàn)出與pH（H2O)相同的變化規(guī)律。表4所示表層pH的變化情況也顯示了同樣的趨勢，表明尿素和茶樹落葉處理有利于土壤全剖面和表層pH的降低。 表3 淋洗對全剖面酸度性質的影響(±s)Table3 Influence of leaching on acidity properties of entire soil profiles 土 壤Soils 處理代號TreatmentNo． pH 交換性鋁Exch．Al 鋁飽和度Percentage of AlSaturation（％） H2O KCl 赤紅壤 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 黃壤 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 紅壤 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 黃棕壤 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 淋洗對表層酸度性質的影響(0～20 cm）Table4 Influence of leaching on acidity properties of topsoils 土 壤Soils 處理代號TreatmentNo． pH 交換性鋁Exch．Al 鋁飽和度Percentage of AlSaturation（％） H2O KCl 赤紅壤 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 黃壤 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 紅壤 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 黃棕壤 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 28.62.2.2 交換性酸
土壤酸化的本質與鋁的活化有關。在土壤酸化過程中，交換性鹽基含量和鹽基飽和度降低，交換性鋁含量和鋁飽和度上升。表3和表4表明，淋洗后赤紅壤和黃壤全剖面及表層的交換性鋁含量和鋁飽和度都高于未淋洗原土，尤以尿素處理的增幅最大，可使兩種土壤的全剖面交換性鋁含量比原土提高90%和136%，鋁飽和度提高77%和110%；對表層的影響則更大，可使鋁含量提高2.6倍和22倍，鋁飽和度提高3.1倍和34倍。相比之下，茶樹落葉和對照處理的效果不及尿素處理。紅壤與黃棕壤的變化趨勢與赤紅壤和黃壤相同，尤其鋁飽和度在全剖面及表層都表現(xiàn)為增大，但變化幅度以及處理間差異相對較小，表明這兩種土壤具較強的緩沖能力。2.3 土壤pH值與交換性陽離子含量的相關性
處理前后土壤pH值與交換性鹽基含量及交換性酸度之間有顯著的相關性(表5)。在赤紅壤、黃壤和黃棕壤中，土壤pH（KCl)與交換性鈣、鎂及鹽基總量之間均呈極顯著正相關，與交換性鋁和交換性酸總量之間均呈極顯著負相關；pH（H2O）與這些參數(shù)之間的相關性在赤紅壤和黃壤中不顯著，在黃棕壤中極顯著，表明酸化過程與土壤交換性鹽基含量的降低和交換性鋁含量的增加是一致的。強酸性紅壤以pH（H2O）與這些參數(shù)之間的相關性更好，這可能與強酸性條件下交換性鋁難以水解，不易表現(xiàn)出酸性有關。 表5 土壤交換性陽離子含量與pH值的相關系數(shù)Table5 Correlation coefficients between pH value and content of exchangeable cations 土壤Soil pH 交換性鈣Exch．Ca 交換性鎂Exch．Mg 交換性鹽基Exch．bases 交換性鋁Exch．Al 交換性酸Exch．a(chǎn)cidity 赤紅壤 pH（H2O） 0.194 — 0.280 －0.400 －0.371 LRS pH（KCl) 0.776** — 0.731** －0.898** －0.891** 黃壤 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** 紅壤 pH（H2O） 0.813** — 0.796** －0.367 －0.372 RS pH（KCl) 0.754** — 0.695** －0.081 －0.099 黃棕壤 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 討論
從以上對各土壤淋洗前后鹽基性質和酸度性質所作的研究和分析可以看出：3.1 尿素對茶園土壤酸化的作用
尿素雖為中性肥料，但大量施用能酸化土壤，這是因為尿素在酸性環(huán)境下，會水解生成NH＋4，能有效競爭土壤陽離子吸附點位，從而增加了土壤鹽基的淋失量［19］，促進了土壤酸化的發(fā)展。3.2 茶園凋落物歸還對土壤酸化的作用
茶園凋落物及修剪枝葉歸還土壤，對減少土壤水分蒸發(fā)、防止水土流失和增加土壤有機質方面均有積極作用，但同時又增加了土壤鹽基元素的淋失［19］，所分解釋出的鋁富集在土壤的表層［4］，從而促進了土壤的酸化。3.3 土壤酸化是一個由表及里的過程
本試驗結果再次表明，重施尿素和表覆茶樹落葉對土壤的酸化影響均以表層比全剖面更明顯，表明土壤酸化是個漸進的過程，隨著時間延長，酸化將向深度方向發(fā)展。3.4 土壤酸化的快慢受土壤緩沖能力和所處緩沖范圍的調節(jié)
黃棕壤交換性鹽基含量和鹽基飽和度大，緩沖能力強，酸化較難。紅壤呈強酸性，處于鋁緩沖范圍，淋洗后雖鹽基含量下降明顯，但進一步酸化很難。赤紅壤和黃壤pH高，鹽基含量少，緩沖能力差，交換性鹽基易于淋失，pH下降快，交換性鋁含量和鋁飽和度上升明顯，酸化強烈。 基金項目：國家自然科學基金資助項目；博士研究生論文內(nèi)容之一。作者簡介：石錦芹(1969—)，女，江蘇如皋人，農(nóng)學博士，現(xiàn)在江西省南昌市南昌大學食品學院工作，主要從事天然生理活性成分研究。作者單位：南京農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，南京210095 參考文獻1 內(nèi)田薰．茶園栽培に欠かせめ石灰．茶，1978(9)：28—332 吳洵．紅壤茶園活性鋁及酸度實質．福建茶葉，1991(1)：25—273 宋木蘭，劉友林．茶園土壤酸化及其防治．見：中國科學技術協(xié)會工作部編．中國土地退化防治研究．北京：中國科學技術出版社，1990：370—3754 丁瑞興，黃驍．茶園—土壤系統(tǒng)鋁和氟的生物地球化學循環(huán)及其對土壤酸化的影響，土壤學報，1991；28(3)：229—2365 魏國雄．茶樹與土壤酸堿度．土壤肥料，1979(6)：20—216 仲兆環(huán)．茶園土壤酸度演化及其調節(jié)．茶葉，1984(1)：11—127 小菅伸郎．茶園土壤におけゐ適正pHについて．茶葉研究報告，1987，第66號：98—1018 Wanyoko，K．Types and Rates of Nitrogen Fertilizers on Seeding Tea．Tea，1988；9（1）：4－99 徐楚生．茶園土壤pH近年來研究的一些進展．茶葉通報，1993；15(3)：1—410 劉友林．茶園生態(tài)系統(tǒng)中鋁和錳的生物地球化學循環(huán)及其對土壤特征的影響［碩士論文］．南京：南京農(nóng)業(yè)大學，198911 李慶康．種植茶樹對黃棕壤物質循環(huán)及土壤酸化的影響［博士論文］．南京：南京農(nóng)業(yè)大學，198912 王效舉，陳鴻昭．茶園—土壤系統(tǒng)的某些生物地球化學特征．土壤，1993；25(4)：196—20013 丁瑞興，劉友兆，孫玉華等．我國亞熱帶茶區(qū)土壤系統(tǒng)分類的研究．見：中國土壤系統(tǒng)分類新論．北京：科學出版社，1994：183—19314 丁瑞興，劉友兆，孫玉華等．土壤地球化學特征對名優(yōu)茶化學品質的影響．見：龔子同主編．中國名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品的土宜．長春：吉林人民出版社，1994：135—14015 中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所編．茶樹栽培技術．北京：農(nóng)業(yè)出版社，1982：159—20616 中國科學院南京土壤研究所土壤系統(tǒng)分類課題組．土壤實驗室分析項目及方法規(guī)范．南京：中國科學院南京土壤研究所，199117 袁可能編著．植物營養(yǎng)元素的土壤化學．北京：科學出版社，198318 吳洵．安溪茶園土壤鎂含量和施肥建議．福建茶葉，1998(2)：23—2619 石錦芹．我國亞熱帶茶園土壤酸化與鋁的化學行為研究［博士論文］．南京：南京農(nóng)業(yè)大學，1995 原稿收到日期：1998—10—22修改稿收到日期：1998—11—14
