全 文 ：不同植茶年限茶园土壤 pH缓冲容量*
苏有健1,2 摇 王烨军1 摇 张永利1 摇 罗摇 毅1 摇 孙摇 力1 摇 宋摇 莉1 摇 廖万有1**
( 1安徽省农业科学院茶叶研究所, 安徽祁门 245600; 2浙江大学环境与资源学院, 杭州 310029)
摘摇 要摇 为探明长期植茶对土壤 pH 缓冲容量(pHBC)的影响,以安徽郎溪和祁门茶园为研
究对象,研究了连续植茶 10、15、20、25、30 年的茶园土壤酸碱缓冲容量的变化及其影响因素.
结果表明: 酸碱滴定法适用于茶园土壤 pHBC 的测定,酸碱加入量与 pH 值在酸碱滴定曲线
的特定突跃段(pH4. 0 ~ 6. 0)呈近似直线关系,可通过线性拟合方程计算 pHBC.两地茶园土
壤的 pHBC随着植茶年限的增加均呈下降趋势,郎溪茶园和祁门茶园土壤 pHBC 的下降速率
分别为 0. 10 和 0. 06 mmol·kg-1·a-1 .茶园土壤 pHBC与阳离子交换量、土壤有机质、盐基饱
和度、物理性质黏粒含量呈显著正相关,而与交换性酸总量及交换氢含量呈显著负相关.
关键词摇 茶园土壤摇 植茶年限摇 pH缓冲容量
文章编号摇 1001-9332(2014)10-2914-05摇 中图分类号摇 S156. 3, S571. 1摇 文献标识码摇 A
Soil pH buffer capacity of tea garden with different planting years. SU You鄄jian1,2, WANG
Ye鄄jun1, ZHANG Yong鄄li1, LUO Yi1, SUN Li1, SONG Li1, LIAO Wan鄄you1 ( 1 Institute of Tea Re鄄
search, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Qimen 245600, Anhui, China; 2College of
Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China) . 鄄Chin. J.
Appl. Ecol. , 2014, 25(10): 2914-2918.
Abstract: In order to investigate the effects of long鄄term tea planting on soil pH buffer capacity
(pHBC), the variation of pHBC and its influence factors were investigated in tea gardens of 10,
15, 20, 25 and 30 years in Langxi and Qimen of Anhui Province. The results showed that the acid鄄
base titration method was suitable for the determination of soil pHBC of tea gardens. The amount of
acid鄄base added had approximate linear relationship with soil pH value in specific section (pH 4. 0-
6. 0) of acid鄄base titration curves, so the soil pHBC could be calculated by linear regression equa鄄
tion. Soil pHBC in the tea gardens from the two regions showed a downward trend with increasing
the planting years, which decreased at rates of 0. 10 and 0. 06 mmol·kg-1·a-1 in Langxi and Qi鄄
men tea gardens, respectively. Soil pHBC had significant positive correlation with CEC, soil organ鄄
ic matter, base saturation and physical clay content, and significant negative correlation with ex鄄
changeable acid and exchange H+ .
Key words: tea garden soil; planting years; pH buffer capacity.
*国家茶叶产业技术体系土壤肥料岗位项目(CARS鄄23鄄07B)、安徽
省农业科学院院长基金项目(13B0840)和黄山市重点科技计划项目
(2013KN鄄09)资助.
**通讯作者. E鄄mail: wanyou@ 163. com
2014鄄02鄄18 收稿,2014鄄07鄄17 接受.
摇 摇 土壤对酸碱的缓冲性能是土壤环境的基本性质
之一,土壤对酸的敏感性指标是土壤酸缓冲能力的
度量,是土壤质量评价体系中的重要因子[1] . 土壤
酸碱缓冲容量研究可为土壤酸化的预防、控制及修
复提供理论基础,还可作为评价酸沉降、施肥和耕作
等对土壤影响的依据[2],也是土壤质量评价体系中
的重要因子[3-5] . 测定酸碱缓冲容量可以为土壤酸
化的控制和盐碱化的防治提供理论基础,还可以评
价外源性酸,如酸沉降对土壤的生态影响[6] . 茶树
是一种喜酸性经济作物,其适宜生长的土壤 pH 范
围在 4. 5 ~ 6. 0,最适值为 5. 5[7] . 研究表明,茶园
0 ~ 20 cm年土壤酸化速率>0. 1 个 pH 单位,其中
33%的茶园土壤酸化速率>0. 2 个 pH 单位,50%的
茶园土壤 pH<4. 0[8] . 当土壤 pH 值<4. 0 时将严重
影响茶树的正常生长和茶叶品质.此外,茶园土壤酸
化程度的加剧会增强土壤重金属的活性,进而增加
重金属向茶叶中转移的可能,从而危害人类健
康[9-10] .由此可见,加强茶园土壤管理,及时采取有
效措施,防止茶园进一步酸化是十分必要的.
近年来,伴随着对茶园高产的盲目追求,茶园施
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 10 月摇 第 25 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2014, 25(10): 2914-2918
肥种类不平衡,施肥方式不合理.有些地区茶园不施
有机肥只施化肥,以及生理酸性肥料的大量施用,尤
其是氨态氮肥的过量施用和不合理的田间管理等都
是造成土壤潜在酸化的重要原因[11-14] . 有研究表
明,肥料施用和作物收获都会产生不同程度的土壤
酸化效应[15] .其原因主要是由于水解作用,或因根
毛吸收、交换出根毛表面的氢离子,或因铵、钾离子
交换出土壤胶粒吸附的氢、铝离子,或 NH4 +的硝化
作用产生 H+,从而使得茶园土壤酸化现象日益严
重.土壤缓冲性可使土壤酸度保持在一定的范围内,
避免因施肥、茶树根分泌有机酸、微生物活动、茶园
凋落物分解和湿度的变化使 pH 值发生强烈变化,
从而为茶树生长提供一个有利的环境. Aitken 和
Moody[2]采用酸碱滴定法研究了澳大利亚 100 多种
酸性土壤,结果发现在 pH 4. 0 ~ 7. 0 范围内土壤 pH
与酸碱加入量呈线性相关,且土壤在该 pH 范围内
的 pH缓冲容量就是滴定曲线的斜率. 姜军等[16]采
用类似的方法对中国酸性红壤 pH 缓冲容量进行测
定,结果表明 pH在 4. 0 ~ 6. 0 范围内土壤 pH 与酸
碱加入量之间呈线性相关. 本文利用酸碱滴定曲线
对安徽不同种植年限的茶园土壤 pH缓冲容量(pH鄄
BC)进行拟合分析,以期为当地茶园土壤的酸碱度
演变及调控提供科学依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试土壤
位于安徽省祁门县(QM)的安徽省农业科学院
茶叶研究所试验茶园(29毅09忆18义 N,117毅27忆45义 E)
属于亚热带季风气候,年降雨量 1375 ~ 1550 mm,年
均气温 17. 5 益,土壤类型为红壤,主要栽种的茶树
品种为祁门槠叶种(Camellia sinensis),土壤肥力水
平中等,田间管理水平较好. 安徽省郎溪县(LX)十
字铺茶场试验园(31毅14忆29义 N,119毅17忆38义 E)属北
亚热带温湿气候,四季分明,光照充足,雨水充沛,气
候温和,年均温 15. 9 益,年无霜期 235 d,年降雨量
1150 ~ 1300 mm,土壤为第四纪红土母质发育而成
的黄红壤,土层深厚,地貌为半丘陵低岗,主要的茶
树品种是祁门槠叶种.
土壤样品的采集点按照“S冶形分布,祁门县茶
园分别选取植茶 10 年(取样点 30 个)、15 年(取样
点 30 个)、20 年(取样点 32 个)、25 年(取样点 30
个)、30 年的试验茶园地块(取样点 30 个),共计
152 个取样点;郎溪县茶园分别选取植茶 10、15、20、
25、30 年的试验茶园地块,每个年限的地块各设取
样点 24 个,共计 120 个取样点,两地土壤取样深度
均为 0 ~ 30 cm 耕作层,取土位置靠近茶行滴水沿,
距离施肥沟 5 ~ 8 cm. 样品经风干,剔除植物残体,
磨碎,过 1 mm筛后储存备用.
1郾 2摇 测定项目与方法
土壤 pH 值用 Sartorius PB鄄10 pH 计测定(水土
比为 2. 5 颐 1);电导率(EC)用电导率仪测定;采用
氯化铵鄄乙酸铵法测定土壤阳离子交换量(CEC);用
1. 0 mol·L-1NH4Ac 浸提,0. 01 mol·L-1EDTA鄄Na2
滴定法测定土壤交换性钙含量;其他的相关盐基离
子含量用 ICP鄄OES 测定,并计算盐基饱和度(BS),
交换性酸采用 1. 0 mol·L-1 KCl 交换鄄中和滴定法
测定,淋洗液消耗的标准 NaOH量为交换性酸总量,
加入足量的 NaF时消耗的碱量为交换性 H+,两者之
差为交换性 Al3+;采用重铬酸钾容量法测定土壤有
机质(SOM)含量,并采用吸管法测定土壤机械组
成[17] .土壤基本的理化性状见表 1.
土壤pH缓冲容量测定:称取5郾 00 g过筛后的
表 1摇 供试土壤的主要理化性状
Table 1摇 Main physicochemical properies of the soils in the experiment
取样地点
Sample
site
植茶年限
Planting
years
物理性黏粒
Clay (% )
物理性砂粒
Sand
(% )
pH 有机质
OM
(g·kg-1)
阳离子
交换量 CEC
(cmol·kg-1)
电导率
EC
(滋S·cm-1)
盐基饱和度
BS
(% )
交换性酸
EA
(cmol·kg-1)
郎溪 10 60. 1 19. 7 4. 84 18. 65 18. 32 111. 70 24. 61 4. 45
Langxi 15 56. 5 27. 1 4. 63 22. 16 16. 54 89. 49 21. 95 6. 08
20 47. 9 22. 8 4. 47 20. 10 17. 39 92. 91 19. 86 6. 30
25 53. 4 18. 3 4. 25 16. 53 15. 25 73. 25 19. 53 6. 69
30 43. 3 20. 3 4. 05 15. 20 14. 72 69. 98 16. 25 7. 28
祁门 10 49. 3 33. 3 4. 72 17. 25 17. 71 126. 57 23. 95 5. 14
Qimen 15 53. 0 27. 2 4. 45 20. 21 17. 68 94. 34 22. 04 6. 32
20 39. 1 37. 2 4. 23 22. 54 16. 24 84. 17 20. 13 6. 86
25 32. 9 41. 6 3. 99 18. 19 15. 97 75. 09 18. 84 7. 38
30 33. 5 39. 7 3. 82 17. 33 15. 28 72. 03 15. 37 7. 69
物理性砂粒粒径为 0. 01 ~ 1 mm,物理性黏粒粒径<0. 01 mm Physical sand particle diameter was 0. 01-1 mm, and physical clay particle diameter was
less than 0. 01 mm.
519210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 苏有健等: 不同植茶年限茶园土壤 pH缓冲容量摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 1摇 不同植茶年限茶园土壤的滴定曲线
Fig. 1摇 Titration curves of tea garden soil with different planting
years.
A: 郎溪 Langxi; B: 祁门 Qimen. 横轴上负值代表酸加入量,正值代
表碱加入量 Negative value indicated the amount of acid, and positive
value indicated the amount of alkali on X axis.
风干土于 100 mL塑料瓶中,加入一定量的去离子水
(pH=7. 00 依0. 05, t = 24. 6 益)到土样刚好湿润为
止,然后分别加入已标定的 0郾 10 mol·L-1 HCl 或
0郾 10 mol·L-1 NaOH 溶液 0、0. 25、0. 5、1. 0、2. 0、
4郾 0、6. 0 mL,加入去离子水使外加溶液的总体积为
25 mL,最后密闭好塑料瓶放入摇床,所有处理均重
复 3 次.土壤悬液在 25 益 (50 r·min-1)下振荡 12
h后,恒温 25 益培养 7 d,期间每天往复摇匀 5 min,
最后用复合电极(Sartorius PB鄄10)测定土壤 pH,并
记录悬浊液温度[ t=(22. 5依0. 3) 益] [18-19] .
1郾 3摇 数据处理
采用 Excel 2007 和 Origin 8. 5 软件进行数据统
计分析和作图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同植茶年限茶园土壤的酸碱滴定曲线及酸
碱缓冲容量
由图 1 可见,两地不同植茶年限茶园土壤的各
酸碱缓冲曲线均呈 S形,有 2 个拐点,而且不同土壤
滴定曲线中拐点出现位置不同,说明不同茶园的土
壤缓冲能力在不同 pH 阶段存在显著差异. 随着植
茶年限的增加,茶园土壤的缓冲性能呈逐渐下降趋
势.曲线两端均有一段较平缓的区域,当土壤 pH 处
于这一阶段时,缓冲容量相对较小. pH 在 4. 0 ~ 7. 0
范围内,滴定曲线虽然不为直线,但在 pH 4. 0 ~ 6. 0
突跃范围内滴定曲线近似为一直线[20] . 即加酸、碱
的量与土壤 pH 呈线性相关,斜率 b 值表示加入单
位量的酸、碱引起土壤 pH 的变化量(b =驻pH / 驻C),
即平均变化率. b的绝对值越大,表明土壤缓冲能力
越差.本研究中,通过对 pH 4. 0 ~ 6. 0 范围内的缓冲
曲线进行线性拟合,从直线的斜率得出不同植茶年
限茶园土壤的 pHBC. 方程的决定系数 R2均大于
0郾 95,说明在此段 pH 范围内,滴定曲线与土壤 pH鄄
BC的线性相关度较高.由于我国南方绝大部分茶园
土壤的 pH值为 4. 0 ~ 6. 0,因此,本文的测定和计算
方法具有实际意义.从表 2 可以看出,两地茶园土壤
的 pHBC随着植茶年限的增加均呈下降趋势,其中,
郎溪 茶 园 土 壤 pHBC 的 下 降 速 率 为 0郾 10
mmol·kg-1·a-1,祁门茶园土壤 pHBC的下降速率为
0 郾 06 mmol·kg-1·a-1 .根据Ulrich[21]对土壤缓冲体
表 2摇 不同土壤的酸碱滴定曲线在突跃范围的直线拟合结果及缓冲容量
Table 2摇 Regression equations and correlation coefficients of linear portion of the pH buffer capacity
采样地点
Sample site
植茶年限
Planting years
y=a+bx
a b
R2 pH缓冲容量
pH buffer capacity
(mmol·kg-1)
土壤容重
Soil bulk density
(g·cm-3)
郎溪 10 5. 164 -0. 5063 0. 9815 19. 75 1. 26
Langxi 20 5. 392 -0. 5437 0. 9837 18. 41 1. 30
30 5. 411 -0. 6158 0. 9602 16. 24 1. 19
40 5. 275 -0. 5974 0. 9735 16. 83 1. 32
50 5. 096 -0. 6207 0. 9592 15. 96 1. 33
祁门 10 5. 109 -0. 5610 0. 9931 18. 82 1. 15
Qimen 20 5. 220 -0. 5775 0. 9724 17. 33 1. 18
30 5. 438 -0. 5980 0. 9639 16. 72 1. 22
40 5. 320 -0. 6091 0. 9650 16. 40 1. 20
50 5. 418 -0. 6182 0. 9627 16. 17 1. 25
x为添加的酸、碱量,y为对应的土壤 pH x meant amendment rate (mmol·kg-1), and y meant the soil pH.
6192 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 3摇 土壤酸碱缓冲容量(pHBC)与土壤性质的相关系数
Table 3摇 Correlation coefficients between soil pH buffer capacity (pHBC) and soil properties (n=50)
pHBC SOM CEC BS EA Ex鄄H
SOM 0. 792**
CEC 0. 597** 0. 628**
BS 0. 722** 0. 664** 0. 638*
EA -0. 779** -0. 709** -0. 392 -0. 784**
Ex鄄H -0. 625** -0. 655* -0. 431 -0. 604* 0. 704**
Clay 0. 565* 0. 493* 0. 468 0. 384 -0. 683** -0. 466
SOM: 土壤有机质 Soil organic matter; CEC:阳离子交换量 Cation exchange capacity; BS:盐基饱和度 Base saturation; EA:交换性酸 Exchangeable
acid; Ex鄄H: 交换性氢 Exchangeable hydrogen; Clay: 物理性黏粒 Physical clay. *P<0. 05; **P<0. 01.
系的划分,本研究所设定的 pH 4. 0 ~ 6. 0 范围内土
壤缓冲性能主导因子是来源于铁、铝体系与交换性
盐基离子的缓冲作用.
2郾 2摇 土壤酸碱缓冲容量与土壤性质的相关分析
由表 3 可以看出,土壤有机质、阳离子交换量、
盐基饱和度和物理性黏粒含量与土壤酸缓冲容量呈
显著正相关,土壤交换性酸、交换性氢含量与土壤酸
碱缓冲容量呈显著负相关;土壤有机质、盐基饱和度
与阳离子交换量之间互为显著正相关关系. 这表明
土壤有机质和阳离子交换量的增加可以显著改善土
壤酸碱缓冲容量.
3摇 讨摇 摇 论
茶园土壤有机质主要来源于茶园自身枯枝落叶
等凋落物及茶树自身分泌的有机酸转化而成,能吸
附大量的阳离子而使土壤具有缓冲性[22] . 本研究
中,茶园土壤有机质含量都不高 (15. 20 ~ 22. 54
g·kg-1),但其对茶园土壤的一系列物理化学性质
有很大影响.主要是因为土壤有机质具有较大的比
表面积,其范围为 280 ~ 820 m2·g-1,随着土壤胶体
表面羧基(鄄COOH)、酚羟基和醇羟基(鄄OH)中 H+的
解离,使腐殖质带大量负电荷,而其阳离子交换量可
达 100 ~ 250 cmol·kg-1 .由于茶园土壤的盐基饱和
度较低,土壤有机质是酸性土壤 pH 缓冲容量主要
的影响因子之一[23] . 本研究中,随着土壤有机质含
量的增加,土壤对酸的缓冲性能呈增大趋势,两者之
间呈显著正相关 ( r=0. 792, P<0. 01)
不同植茶年限茶园土壤的阳离子交换量存在差
异,土壤阳离子交换量(CEC)及盐基饱和度(BS)的
大小会影响土壤 pH 的变化. 由于在 pH 4. 0 ~ 6. 0
范围内,土壤对酸的缓冲机制主要是通过释放出等
量的阳离子(如 K+、Na+、Ca2+、Mg2+)而实现的,通常
将 BS作为土壤酸敏感性的重要指标[24] .本研究中,
两地茶园土壤 CEC和 BS均随植茶年限的增加而降
低,土壤 CEC、BS与 pHBC均呈显著正相关.说明土
壤中 CEC 越高,土壤的缓冲性能越好,土壤酸化速
率随之降低.由于茶树根系自身的聚铝效应,随着植
茶年限的增加,茶园土壤中的盐基离子被胶体表面
吸附的 H+、Al3+交换,伴随着盐基离子的大量淋失,
土壤初级缓冲体系缓冲能力减弱或耗尽,土壤中铝
的饱和度增加,进而使得土壤中交换性酸逐年增加,
土壤缓冲能力下降. 本研究中,土壤交换性酸、交换
性氢与土壤 pHBC 均呈显著负相关. 随着植茶年限
的增加,茶园土壤中活性酸总量呈增加趋势,土壤
pH值呈逐渐下降趋势,而土壤缓冲能力呈减弱趋
势.另外,土壤黏粒的吸附作用可减弱土壤有机质的
分解能力.研究表明,有机质与黏粒结合可增强有机
质物理稳定性和抗分解能力[25] . 黏粒含量高,土壤
负电荷量增多,土壤阳离子交换量增加,土壤的缓冲
能力越强.本研究表明,土壤 pHBC与土壤黏粒含量
之间呈显著正相关.
目前,中国大部分茶园面临着土壤酸化加速的
危险[26],使得土壤 pHBC逐渐下降.本研究中,通过
对茶园土壤酸碱缓冲曲线的分段处理方式,拟合其
中 pH 4. 0 ~ 6. 0 段,得出不同植茶年限茶园土壤
pHBC均低于 20 mmol·kg-1,且两地茶园土壤 pH鄄
BC随着植茶年限的增加均呈下降趋势,其中郎溪茶
园土壤 pHBC的下降速率为 0. 10 mmol·kg-1·a-1,
祁门 茶 园 土 壤 pHBC 的 下 降 速 率 为 0郾 06
mmol·kg-1·a-1 .酸性土壤主要通过离子交换吸附
作用缓冲外源性酸或电离等机制起缓冲作用. Slat鄄
tery等[27]研究表明,不同土壤层次 pHBC不一致,土
壤酸化速度随着土层的加深而减小. 研究茶园土壤
的层状分布情况,有利于土壤酸碱缓冲性能的垂直
空间变异研究.另外,由于保护性耕作也会对土壤交
换性盐基组成产生深远影响[28] . 因此,茶园土壤
pHBC的水平和垂直空间变异将是下一步工作的重
要内容.
719210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 苏有健等: 不同植茶年限茶园土壤 pH缓冲容量摇 摇 摇 摇 摇 摇
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作者简介摇 苏有健,男,1984 年生,助理研究员.主要从事茶
园土壤环境治理与茶树营养调控研究. E鄄mail: syjaff1984@
sina. com
责任编辑摇 孙摇 菊
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