全 文 ：中国生态农业学报 2014年 1月 第 22卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2014, 22(1): 22−30


* 国家茶叶产业技术体系土壤肥料岗位项目(CARS-23-07B)和安徽省科技创新基金项目(13B0804)资助
** 通讯作者: 廖万有, 主要从事茶园土壤肥料与茶树栽培生理及茶叶质量安全研究。E-mail: wanyou@163.com
苏有健, 主要从事茶树营养与土壤肥料研究。E-mail: syjaff1984@sina.com
收稿日期: 2013-04-22 接受日期: 2013-09-30
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2014.30393
单宁酸对不同 pH茶园土壤中活性铝形态分布的影响*
苏有健 1,3 廖万有 1** 王烨军 1,2 张永利 1 罗 毅 1 胡善国 1
(1. 安徽省农业科学院茶叶研究所 祁门 245600; 2. 国家茶树育种中心安徽分中心 祁门 245600;
3. 浙江大学环境与资源学院 杭州 310029)
摘 要 采集云南省普洱市和江西省南昌县两地典型的茶园土壤, 通过添加 HCl和 Ca(OH)2调节土壤 pH, 研究不
同 pH(3.0、3.5、4.0、4.5)茶园土壤添加 0.4 mmol·kg−1、2.0 mmol·kg−1、4.0 mmol·kg−1、8.0 mmol·kg−1、12.0 mmol·kg−1
单宁酸后, 活性铝形态交换态铝(Al3+)、单聚体羟基铝[Al(OH)2+、Al(OH) +2 ]、酸溶无机铝[Al(OH) 03]和腐殖酸
铝[Al-HA]的分布特征。结果表明: 单宁酸添加量为 0~0.4 mmol·kg−1和 0~2.0 mmol·kg−1时, 江西南昌和云南普
洱茶园土壤中交换态铝随土壤 pH的增加呈明显下降趋势, 而羟基态铝、酸溶无机铝和腐殖酸铝呈逐渐上升趋
势; 当单宁酸浓度增至 2.0 mmol·kg−1以上时, 随土壤 pH的增加, 单宁酸对活性铝释放的抑制作用增强, 各形
态活性铝含量都较低, 且不同 pH处理土壤间的差异不显著。0~20 cm土层土壤与 20~40 cm土层土壤变化规
律大致相似, 总体上看, 下层土壤活性铝总量高于上层。云南普洱茶园土壤活性铝总量明显高于江西南昌的茶
园土壤。相关分析表明, 0~20 cm土层土壤中, pH与羟基态铝、腐殖酸铝、土壤酸碱缓冲容量(pHBC)呈正相关
(r=0.796, P<0.01; r=0.960, P<0.01; r=0.852, P<0.01); pHBC与交换态铝、羟基态铝呈负相关(r=−0.904, P<0.01;
r=−0.645, P<0.05), 而与腐殖酸铝呈正相关(r=0.795, P<0.01)。同时, 单宁酸加入浓度为 0~0.4 mmol·kg−1时, 土
壤 pH 明显上升, 之后随着单宁酸加入浓度的增加土壤 pH 持续下降, 土壤 pH(YpH)与单宁浓度(CDN)在此阶段
基本符合方程: YpH=−0.04CDN+3.82 (R2=0.95, P<0.01)的线性变化趋势, 在单宁酸浓度达到 8.0~12.0 mmol·kg−1
时, 土壤 pH基本不再变化。
关键词 单宁酸 茶园土壤 活性铝 土壤 pH
中图分类号: S153.6; S153.4 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)01-0022-09
Effects of tannic acid on active aluminum forms distribution in tea
garden soils with different pH
SU Youjian1,3, LIAO Wanyou1, WANG Yejun1,2, ZHANG Yongli1, LUO Yi1, HU Shanguo1
(1. Tea Research Institute of the Academy of Sciences & Agriculture of Anhui Province, Qimen 245600, China; 2. Anhui Sub-centre
of National Tea Breeding, Qimen 245600, China; 3. College of Environmental and Resources Sciences, Zhejiang University,
Hangzhou 310029, China)
Abstract The effects of tannic acid on the distribution of active aluminum forms in typical tea garden soils with different pH in
Pu’er of Yunnan Province and Nanchang of Jiangxi Province were studied by field observations and laboratory analyses. The tested 4
active aluminum forms in tea garden soils are exchangeable aluminum [Al3+], unimer hydroxyl aluminum [Al(OH)2+ and Al(OH)+2],
acid-soluble aluminum [Al(OH)03] and humic-acid aluminum [Al-HA]. Experimental results showed that at tannic acid addition level
of 0−0.4 mmol·kg−1 in Nanchang tea garden and 0−2.0 mmol·kg−1 in Pu’er tea garden, soil exchangeable aluminum content decreased
whereas hydroxyl aluminum, acid-soluble aluminum and humic-acid aluminum increased significantly with increasing soil pH. When
the concentration of tannic acid exceeded 2.0 mmol·kg−1, the inhibition effect of high concentration of tannic acid on active aluminum
content strengthened with increasing soil pH. The variation trend in 20−40 cm soil layer was similar to that in 0−20 cm soil layer.
Generally, active aluminum content in upper soil layer was less than that in subsoil layers and the total content of active aluminum in
Pu’er tea garden soil was higher than that in Nanchang tea garden soils. Correlation analysis showed that soil pH was positively
第 1期 苏有健等: 单宁酸对不同 pH茶园土壤中活性铝形态分布的影响 23


correlated with soil pH buffle capacity (pHBC), hydroxyl aluminum, humic-acid aluminum (r = 0.852, 0.796, 0.960; P < 0.01, 0.01, 0.01)
in 0−20 cm soil layer. pHBC showed a significant negative correlation with exchangeable aluminum (r = 0.904, P < 0.01) and hydroxyl
aluminum (r = 0.645, P < 0.05) and a positive correlation with humic-acid aluminum (r = 0.795, P < 0.01). At tannic acid concentration
of 0−0.4 mmol·kg−1, soil pH significantly increased to a peak before steadily decreasing. The relationship between pH (YpH) and tannic
acid concentration (CDN) was best described by the following equation — YpH = −0.04CDN + 3.82 (R2 = 0.95, P < 0.01). When the
concentration of tannic acid increased to 8.0−12.0 mmol·kg−1, soil pH remained unchanged. It was thus clearly noted that the effects
of tannic acid on active aluminum content were not the same in different regions of tea garden soils. Low concentration of tannic acid
improved soil content of various forms of activie aluminum. With increasing amounts of tannic acid, however, contents of various
forms of active aluminum were inhibited. With increasing soil pH, high concentrations of tannic acid inhibited the release of active
aluminum. Both pH and tannic acid in garden soils had a mutual weakening effect on active aluminum.
Keywords Tannic acid; Tea garden soil; Active aluminum; Soil pH
(Received Apr. 22, 2013; accepted Sep. 30, 2013)
茶园土壤中有各种各样的有机酸, 这早已为人
们所认识[1]。茶树在生长过程中会产生多酚类次生
代谢物等有机化合物, 以分泌物或凋落物的形式进
入土壤[2]。研究表明, 次生代谢物虽不能通过各种代
谢途径直接影响植物的生长发育, 但它们在整个茶
园生态系统中的功能却极其重要[3−5]。茶树凋落物中
酚类物质主要是以单宁酸为主的一类具有羟基−芳
香环及其他功能团的化合物[6], 在调节茶树−土壤之
间相互作用, 特别是在有机质动态和营养元素循环
等方面扮演着重要角色 [7], 且与土壤矿化有密切关
系[8−9]。土壤中铝的溶出及铝离子的化学形态受土壤
自身物质组成、pH、电解质和温度等多种因素的影
响[10−11], 有机酸是茶园土壤物质的重要组成部分[12]。
已有研究表明[13−14], 有机酸的存在会改变含铝矿物
的结晶状态, 同时改变形成的铝氧化物的表面特性,
从而影响其表面活性及其与污染物质的作用机理 ,
进一步影响其环境意义。秦瑞君等[15]把有机酸根离
子加入到酸性土壤中能与铝形成络合物, 从而影响
铝在土壤及环境中的化学行为。
国内对单宁的研究主要集中在其对植物生理的
影响和作为药物的开发应用等方面[16−20], 而有关其
对茶园土壤中活性铝形态分布和土壤 pH 的影响相
关研究较少, 且部分研究只提到单宁酸存在对铝活
性的影响是一个复杂的反应, 并未明确铝受单宁酸
影响的具体过程和影响的浓度范围。本研究选用江
西省和云南省两个不同地点的茶园土壤为研究对象,
在不同土壤 pH 环境条件下, 向土壤中外源加入不
同浓度的单宁酸溶液, 培养 4 周后, 分析土壤中活
性铝的形态和含量变化情况, 同时测定土壤 pH 的
变化及土壤缓冲性能的变化, 探讨单宁酸对茶园土
壤中活性铝影响的可能机理, 以期了解茶园凋落物
中单宁酸含量对茶园土壤环境的影响。
1 材料与方法
1.1 供试土壤
供试土壤分别来源于云南省普洱市思茅区茶园和
江西省南昌县黄马乡江西蚕桑茶叶研究所试验园。云
南省普洱市思茅茶园位于 22°47′23″N, 100°58′33″E,
为低纬度高原季风气候区, 年降雨量 1 490~1 580 mm,
年均气温 18~20 ℃, 干湿季分明; 土壤类型主要为
高原砖红壤; 主要茶树品种是云南大叶群体种, 植
茶年限 30年左右, 茶园肥力水平不高。江西省南昌
县黄马乡江西蚕桑茶叶研究所试验园(28°32′55″N,
115°56′21″E)位于长江中下游地区, 属亚热带季风气候,
年降雨量 1 375~1 550 mm, 年平均气温 17.5 ℃, 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。
土壤样品的采集点按照“S”形分布, 云南普洱茶
园设取样点 165 个, 江西南昌茶园设取样点 124 个,
取土均分为 0~20 cm、20~40 cm两层, 取土位置靠
近茶行滴水沿, 距离施肥沟 5~10 cm。样品经风干、
剔除植物残体、磨碎过 2 mm 筛后储存备用。茶园
土壤主要化学性状见表 1。
表 1 供试土壤的主要化学性状
Table 1 Main chemical properties of the soils in the experiment
采样地点
Sample site
深度
Depth
(cm)
有机质
Organic matter
(g·kg−1)
碱解氮
Alkali-hydrolysis N
(mg·kg−1)
有效磷
Available P
(mg·kg−1)
速效钾
Available K
(mg·kg−1)
阳离子交换量
Cation exchange capacity
(cmol·kg−1)
盐基饱和度
Base saturation
(%)
pH
(H2O)
0~20 21.33 110.23 35.47 36.28 8.65 13.44 4.82普洱
Pu’er 20~40 16.25 99.03 58.22 78.12 12.10 16.29 4.54
0~20 19.41 104.72 34.32 42.55 9.11 14.35 4.29南昌
Nanchang 20~40 16.79 89.46 50.87 66.07 10.57 15.48 4.37
24 中国生态农业学报 2014 第 22卷


1.2 试验处理设置
取不同地点不同土层原始风干土壤样品各 15 kg,
先测定其基础理化性状及活性铝的含量和分布情况,
之后平均分为 4 份, 根据土壤样品的缓冲性能情况,
通过向土壤中加入不同体积的 0.01 mol·L−1 的 HCl
和 0.02 mol·L−1的 Ca(OH)2, 将其处理成 pH 分别为
3.0、3.5、4.0、4.5的样品, 培养约 4周后至风干状态,
再从培养后的每份土壤中取样15份, 每份200 g, 向其
中分别加入 0.4 mol·kg−1、2.0 mol·kg−1、4.0 mol·kg−1、
8.0 mol·kg−1、12.0 mol·kg−1单宁酸并做 3次平行, 在
室温下培养 4 周, 自然风干, 碾磨过 40 目筛。最后
测定培养后土壤活性铝各形态含量及 pH变化。
1.3 测定项目及方法
土壤 pH用 Sartorius PB-10 pH计测定(水土比为
2.5︰1), 有机质用碳氮分析仪(multi N/C 2001 TOC)
测定, 阳离子交换量(CEC)采用 NH4Ac交换法测定[21],
速效氮用碱解扩散法测定, 有效磷和速效钾用 ICP-
OES 测定, 土壤缓冲性能用自动电位滴定仪测定。土
壤各形态活性铝的浸提方法参照邬春华等[22]方法基础
上加以修改, 采用KCl(1 mol·L−1)、HCl(1 mol·L−1)、NH4AC
(1 mol·L−1, pH4.8)、NaOH(0.5 mol·L−1) 4种化学浸提剂
提取土壤中不同形态的活性铝。称取风干土样 4 份
各 1 g放入塑料瓶中, 分别加入 50 mL 4种浸提剂,
浸提不同形态的铝, 先在恒温振荡器上振荡 30 min
(25 ℃), 然后以 3 000 r·min−1离心 10 min后用中速定
量滤纸滤出清液, 再用微孔滤膜(孔径 0.45 μm)过滤,
备为待测液。分别吸取 NaOH、HCl、KCl、NH4AC
浸提的待测液 0.25 mL、0.5 mL、2.0 mL、1.0 mL于
4个 25 mL容量瓶中, 加入少量蒸馏水, 调节 pH至
5.6, 加 0.05%铝试剂(玫红三羧酸铵)5 mL, 摇匀, 定
容, 静置 30 min, 用 755型分光光度计在波长 520 nm
处比色, 用差减法计算各形态铝含量[23]。
酸碱缓冲容量(pHBC)测定[24]: 分别取 11 个玻
璃烧杯, 依次编号, 每烧杯中称取试验土样 4 g, 在
1~5号烧杯中依次加入 0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、
4.0 mL 的 0.1 mL HCl, 7~11 号烧杯中依次加入与
HCl等量、等浓度的 NaOH, 6号烧杯中不加酸碱, 加
入无CO2蒸馏水, 使各烧杯总体积达 20.0 mL, 摇匀,
放置 72 h, 每日间歇摇动 3~4 次, 测定 pH。在 pH
为 4~7 之间以 pH 为纵坐标, 酸碱加入量为横坐标,
建立线性方程式:
pHBC=[(5−b)/m]−[(6−b)/m] (1)
式中, pHBC 为试验结束时的酸碱缓冲容量, b 为截
距, m为斜率。
1.4 数据处理方法
由于土壤酸碱滴定曲线在 pH 突跃范围内可以
近似地视为直线, 即加酸、碱的量与土壤 pH呈线性
相关, 斜率 b表示加入单位量的酸、碱引起土壤 pH
的变化量(b=ΔpH/ΔC), ΔC为添加的酸(或碱)的量, b
的绝对值越大, 表明土壤缓冲能力越差[25−26]。
所有数据处理均采用 Excel 2007和统计分析软
件 SPSS 15.0 进行方差分析和相关性分析, 以 LSD
多重比较法进行显著性检测。所用数据以均值±标准
差形式进行两变量间相关性的分析。
2 结果与分析
2.1 不同土层的酸碱缓冲容量分析
从表 2可以看出, 两个茶区不同土层土壤的 pH
缓冲容量差异不明显, 0~20 cm 土壤 pH 缓冲容量
(pHBC)略高于 20~40 cm土壤; 云南普洱茶园土壤的
pHBC大于江西南昌。土壤有机质对 pHBC有较大影
响, 有机质含量越高, pHBC越大。结合表 1可以看
出, 云南普洱和江西南昌的茶园土壤, 0~20 cm层土
壤的有机质含量比 20~40 cm层土壤高, 表层土壤的
pHBC也明显高于底层土壤。土壤有机质含有丰富的
活性基团, 如羧基(-COOH)和酚羟基(-OH )等, 当这
些基团以阴离子存在时, 它们可以通过与 H+的缔合
反应对外源酸起缓冲作用。单宁酸可以从各种矿物
包括高岭石中溶解出铝及其他阳离子, 从而促进矿
物的风化[27−28], 能促进铝的短程(50 h 内)溶解, 而
在矿物表面形成多核表面络合物的有机阴离子对铝
的短程溶解有抑制作用[29]。潘根兴[30]曾指出, 丰富
的有机质可显著增强土壤缓冲作用, 黏粒含量较高
者缓冲能力较大。土壤 pH也是影响 pH缓冲容量的
重要因素, pH 越高, 土壤 pHBC 值越大。如云南普
洱茶园土壤的 pH较高, 其土壤 pHBC值也较大。
表 2 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 Regression equations of liner portion of acid-base titration curve and pH buffer capacity of the tested soil
Y=a+bX1) 采样地点
Sample site
深度
Depth (cm) a b
R2 缓冲容量(pHBC)
Buffer capacity (mmol·kg−1·pH unit−1)
0~20 6.54 −0.50 0.996 1 19.85 普洱
Pu’er 20~40 6.89 −0.58 0.987 3 17.26
0~20 6.59 −0.54 0.980 3 18.31 南昌
Nanchang 20~40 6.55 −0.62 0.974 5 15.46
1) X为添加的酸、碱量(mmol·kg−1), Y为对应的土壤 pH。X is amendment rate (mmol·kg−1), Y is soil pH.
第 1期 苏有健等: 单宁酸对不同 pH茶园土壤中活性铝形态分布的影响 25


2.2 单宁酸对茶园土壤活性铝形态和含量的影响
2.2.1 对茶园土壤中交换态铝的影响
交换态铝是茶园土壤中致酸的主要铝形态, 其水
解直接产生的 H+对茶园土壤 pH的影响最为明显[31]。
从图 1 可以看出, 云南普洱和江西南昌茶园土壤被
不同浓度的单宁酸处理后, 交换态铝含量均呈现出
pH3.0>pH3.5>pH4.0>pH4.5。由图 1可以看出, 云南
普洱茶园土壤中单宁酸的加入浓度为 0~2.0 mmol·kg−1
时, 不同 pH 土壤交换态铝含量相对较高; 单宁酸
的加入浓度大于 2.0 mmol·L−1时, 交换态铝含量急
剧下降, 降幅为 58%~82%。而这一现象在江西南昌
土壤中同样存在, 但发生在单宁酸的加入浓度大于
0.4 mmol·kg−1时。从整体上看, 江西南昌茶园土壤交
换态铝含量高于云南普洱的茶园土壤。

图 1 单宁酸对不同 pH云南普洱(a, b)和江西南昌(c, d)茶园 0~20 cm(a, c)、20~40 cm(b, d)土壤中交换态铝含量的影响
Fig. 1 Effects of tannic acid on exchangeable Al content in 0−20 cm (a, c), 20−40 cm (b, d) soil layers of Pu’er, Yunnan (a, b) and
Nanchang, Jiangxi (c, d) tea gardens
2.2.2 对茶园土壤中羟基态铝的影响
羟基态铝 Al(OH)2+、Al(OH) +2是活性铝中所占
比例最小的一种形态, 其占活性铝总量的 2%~5%左
右。从图 2 可以看出, 云南普洱茶园土壤中单宁酸
加入浓度为 0时, 随土壤 pH的增加, 上层土壤中羟
基态铝含量呈现先上升后下降的趋势, 而下层土壤
先呈逐渐下降趋势, 在 pH4.5时又回升至 pH3.0时的
含量; 单宁酸加入浓度为 0.4 mmol·kg−1时, 上下层
土壤中羟基态铝含量的变化差异较大, 上层土壤在
pH3.0→ pH3.5→ pH4.0 时逐渐降低, 在 pH4.5 时羟
基态铝含量上升至 215.4 mg·kg−1, 而下层土壤则表现
为逐渐上升趋势, 尤其在 pH4.5 时, 羟基态铝含量迅速
上升至293.5 mg·kg−1; 单宁酸加入浓度为2.0 mmol·kg−1
时, 上层土壤中羟基态铝含量从 178.8 mg·kg−1 增加至
409.7 mg·kg−1, 呈明显上升趋势; 下层土壤在 pH3.0→
pH3.5, 土壤中羟基态铝含量有明显上升, 而当土壤
pH升高至 4.0和 4.5时, 羟基态铝含量下降至 pH3.5
时的 30%左右。单宁酸加入浓度 4.0~12.0 mmol·kg−1
时, 羟基态铝含量均呈现逐渐下降的趋势。江西南
昌茶园土壤中, 单宁酸加入浓度从 0.4 mmol·kg−1升
至 2.0 mmol·kg−1时, 土壤中羟基态铝含量显著下降,
之后维持在一个相对平衡状态。云南茶园土壤中
0~20 cm土层羟基态铝含量高于 20~40 cm土层, 而
江西茶园土壤则表现相反。
2.2.3 对茶园土壤中酸溶无机铝的影响
酸溶无机铝 Al(OH) 03 占活性铝总量的 18%~
33%, 平均约 25%。从图 3可以看出, 单宁酸加入量
为 2.0~4.0 mmol·kg−1时云南普洱和江西南昌两地茶园
土壤酸溶无机铝含量迅速降低, 浓度为 4.0 mmol·kg−1
时达到最低值。且江西南昌茶园土壤中酸溶无机铝
的含量略高于云南普洱茶园土壤。不同土层中, 酸
溶无机铝含量基本相同。云南普洱茶园土壤中, 单
宁酸加入浓度为 0 时, 上层土壤酸溶无机铝含量随
土壤 pH 增加基本维持不变, 含量在 1 100 mg·kg−1
左右, 而下层土壤酸溶无机铝含量随土壤 pH 的增
加而增加; 单宁酸加入浓度为 0.4 mmol·kg−1时, 上
层土壤中酸溶无机铝含量随土壤 pH 的上升而上升,
下层土壤中酸溶无机铝含量基本维持平衡; 当单宁
26 中国生态农业学报 2014 第 22卷



图 2 单宁酸对不同 pH云南普洱(a, b)和江西南昌(c, d)茶园 0~20 cm(a, c)、20~40 cm(b, d)土壤中羟基态铝含量的影响
Fig. 2 Effects of tannic acid on hydroxyl Al content in 0−20 cm (a, c), 20−40 cm (b, d) soil layers of Pu’er, Yunnan (a, b) and
Nanchang, Jiangxi (c, d) tea gardens

图 3 单宁酸对不同 pH云南普洱(a, b)和江西南昌(c, d)茶园 0~20 cm(a, c)、20~40 cm(b, d)土壤中酸溶无机铝含量的影响
Fig. 3 Effects of tannic acid on acid-soluble Al content in 0−20 cm (a, c), 20−40 cm (b, d) soil layers of Pu’er, Yunnan
(a, b) and Nanchang, Jiangxi (c, d) tea gardens
酸加入浓度为 2.0 mmol·kg−1时, 上层土壤中酸溶无
机铝含量达到最高值, 均值 1 357.4 mg·kg−1, 且随土壤
pH的上升变化幅度较小, 下层土壤中在土壤 pH为 3.0
和 3.5时酸溶无机铝含量达最高值 1 245.5 mg·kg−1, 而
土壤 pH 升至 4.0 和 4.5 时, 酸溶无机铝含量大幅下
降至 300 mg·kg−1, 平均降幅达 67.5%; 单宁酸加入
量为 4.0~12.0 mmol·kg−1时, 土壤中酸溶无机铝含量
随土壤 pH的增加基本不再变化。两地土壤酸溶无机
铝含量最明显的差异在于, 江西南昌茶园土壤酸溶
无机铝含量从最大值降至平衡是在单宁酸浓度由
0.4 mmol·kg−1升至2.0 mmol·kg−1时发生, 而云南普洱茶
园土壤的这一过程是在单宁酸浓度由 2.0 mmol·kg−1升
第 1期 苏有健等: 单宁酸对不同 pH茶园土壤中活性铝形态分布的影响 27


至 4.0 mmol·kg−1时发生。酸溶无机铝是介于沉淀铝
和可溶铝之间的特殊形态, 这也决定了其对土壤 pH
的敏感程度更为显著, 因为土壤中 H+浓度增加, 会
使之向交换态铝和羟基态铝转变; 而 H+浓度降低,
会使之向沉淀铝方向转变。
2.2.4 对茶园土壤中腐殖酸铝的影响
腐殖酸铝 Al-HA是土壤中相对稳定的活性铝形
态, 其含量与土壤中有机基团含量有密切关系。在
不同 pH 条件下(图 4), 云南普洱茶园土壤中, 添加
单宁酸处理后, 各种形态铝中 Al-HA 形态最高, 占
活性铝总量的 51%~70%, 平均约 63%, 远高于其他
形态, 尤其是在单宁酸加入量为 0.4~2.0 mmol·kg−1
时, Al-HA含量最大; 单宁加入浓度从 2.0 mmol·kg−1
到 4.0 mmol·kg−1时, Al-HA形态的含量迅速下降; 在
8.0 mmol·kg−1时下降到最低; 在 8.0~12.0 mmol·kg−1
时 Al-HA 有所增加。比较两地茶园土壤, 可以看出
云南普洱茶园土壤中的腐殖酸铝含量明显高于江西
南昌茶园, 前者是后者的 2倍左右。其主要原因可能
是云南普洱茶园土壤有机质含量较高 , 有机络合的
铝离子较多。同样可以看出, 不同单宁酸浓度对两地
茶园土壤 Al-HA 的影响拐点浓度不同, 云南普洱为大
于 2.0 mmol·kg−1, 而江西南昌为大于 0.4 mmol·kg−1。
2.3 单宁酸和 pH 值对茶园土壤活性铝总量影响的
方差分析
方差分析结果(表 3)表明, 单宁酸浓度对云南普洱
和江西南昌两地茶园土壤活性铝总量的影响均达极显
著水平, 而土壤 pH 对茶园土壤活性铝总量的影响未
达显著水平, 同时 pH 与单宁酸交互作用对茶园土壤
活性铝总量的影响也未达显著水平。由此可以看出, pH
和单宁酸对茶园土壤活性铝的影响呈相互消弱的关系。

图 4 单宁酸对不同 pH云南普洱(a, b)和江西南昌(c, d)茶园 0~20 cm(a, c)、20~40 cm(b, d)土壤中腐殖酸铝含量的影响
Fig. 4 Effects of tannic acid on humic-acid Al content in 0−20 cm (a, c), 20−40 cm (b, d) soil layers of Pu’er, Yunnan (a, b) and
Nanchang, Jiangxi (c, d) tea gardens
表 3 单宁酸和 pH对茶园土壤活性铝总量影响的方差分析(F值)
Table 3 ANOVA of effects of tannic acid and pH on the total active aluminum of tea soil (F value)
采样地点 Sample site 变异来源 Source of variation 离差平方和 Sum of deviation square df 均方 Mean square F
pH 5.49E+06 3 1.83E+06 0.86 普洱
Pu’er 单宁酸 Tannic acid 2.26E+08 5 4.53E+07 21.33**
pH×单宁酸 pH × tannic acid 1.84E+07 15 1.23E+06 0.58
误差 Error 5.10E+07 24 2.12E+06
pH 8.15E+05 3 2.72E+05 1.83
单宁酸 Tannic acid 8.85E+07 5 1.77E+07 119.41**
南昌
Nanchang
pH×单宁酸 pH × tannic acid 3.47E+06 15 2.31E+05 1.56
误差 Error 3.56E+06 24 1.48E+05
** 表示差异达 P<0.01显著水平。** difference is significant at 0.01 level.
28 中国生态农业学报 2014 第 22卷


2.4 单宁酸对茶园土壤 pH的影响
从图 5可以看出, 云南普洱茶园 0~20 cm土壤中,
当单宁酸加入量为0.4 mmol·kg−1时, 各处理土壤的pH
均达到最大值, 而单宁酸浓度为 0.4~4.0 mmol·kg−1时,
土壤 pH 呈缓慢下降趋势, 之后随着单宁酸浓度的增
加, 土壤pH呈明显下降趋势; 20~40 cm土壤中, pH 4.0
和 pH 4.5处理, 单宁酸浓度为 0~2.0 mmol·kg−1时, 土
壤 pH下降, 浓度为 2.0~ 4.0 mmol·kg−1时, 土壤 pH基
本平衡。江西南昌茶园土壤中, 随着单宁酸加入量增
加, 土壤 pH先增加而后降低。不同 pH处理的土壤加
入不同浓度的单宁酸后, 变化趋势基本一致; 单宁酸
加入浓度为 0.4 mmol·kg−1时, pH达到最大, 单宁酸浓
度为2.0~4.0 mmol·kg−1时 pH基本保持不变。综上, 不
同浓度单宁酸处理土壤后, 0~20 cm和 20~40 cm土
壤 pH 的变化趋势基本一致, 但同一 pH 处理土壤,
单宁酸对下层土壤 pH 的影响大于上层, 因为上层土
壤有机质含量较高, 对土壤 pH 的变化有一定的缓冲
性; 单宁酸对 pH 3.0和 pH 3.5处理的影响程度大于
pH 4.0和 pH 4.5处理。
根据统计数据拟合了单宁酸加入浓度超过
0.4 mmol·kg−1时, 土壤 pH与单宁酸浓度之间的关系:
云南普洱 0~20 cm土层:
YpH=−0.05CDN+4.14 (R2=0.982 4) (2)
云南普洱 20~40 cm土层:
YpH=−0.04CDN+3.79 (R2=0.911 9) (3)
江西南昌 0~20 cm土层:
YpH=−0.03CDN+3.75 (R2=0.940 4) (4)
江西南昌 20~40 cm土层:
YpH=−0.04CDN+3.89 (R2=0.977 1) (5)
式中 : YpH 为土壤 pH; CDN 为单宁酸浓度 , 单位为
mmol·kg−1。
将江西南昌和云南普洱两地茶园土壤数据统一
拟合后，单宁酸加入浓度超过 0.4 mmol·kg−1时，土
壤 pH 与单宁酸浓度之间的关系为 YpH=−0.04CDN+
3.82 (P<0.01)。

图 5 酸对云南普洱(a, b)和江西南昌(c, d)茶园 0~20 cm(a, c)、20~40 cm(b, d)土层土壤 pH的影响
Fig. 5 Effects of tannic acid on soil pH in 0−20 cm (a, c), 20−40 cm (b, d) soil layers of Pu’er, Yunnan (a, b) and Nanchang, Jiangxi
(c, d) tea gardens
2.5 茶园土壤不同形态活性铝与土壤 pH、pHBC
间的相关分析
不同土层, 各形态活性铝、pH 及土壤缓冲容量相
关分析(表 4)表明, 0~20 cm土壤中交换态铝 Al3+与 pH、
Al-HA 和 pHBC呈极显著负相关(P<0.01); 单聚体羟基
铝 Al(OH)2+、Al(OH) +2 与 pH和 Al-HA之间呈显著正相
关(P<0.05), 而与 pHBC间呈显著负相关(P<0.05); 酸溶
无机铝 Al(OH) 03与 pH 和 Al-HA 之间呈负相关, 而与
pHBC间呈微弱正相关; pH与pHBC间呈极显著正相关,
相关系数为 0.852(P<0.01)。20~40 cm土壤中, 各因素间
的相关性比 0~20 cm土层弱, pH与Al(OH)2+、Al(OH) +2 、
pHBC和Al-HA之间显著正相关, 而与Al3+呈显著负相
关。这说明茶园土壤中各形态活性铝受 pHBC和 pH变
化的影响主要集中表现在 0~20 cm土层。
第 1期 苏有健等: 单宁酸对不同 pH茶园土壤中活性铝形态分布的影响 29


表 4 不同缓冲容量土壤各层活性铝形态分布与 pH间的 Pearson相关系数
Table 4 Pearson correlation coefficients among contents of different active aluminum species and soil pH as well as soil buffer
capacity in different soil layers
土层 Soil layer (cm) Al3+ Al(OH)2+、Al(OH) +2 Al(OH)03 Al-HA pH pHBC
Al3+ 1
Al(OH)2+、Al(OH) +2 −0.624* 1
Al(OH)03 0.314 −0.091 1
Al-HA −0.843** 0.823* −0.638* 1
pH −0.805** 0.796** −0.224 0.960** 1
0~20
pHBC −0.904** −0.645* 0.123 0.795** 0.852** 1
Al3+ 1
Al(OH)2+、Al(OH) +2 −0.248 1
Al(OH)03 −0.179 −0.318 1
Al-HA −0.657* 0.771* 0.070 1
pH −0.703* 0.537* −0.364 0.507* 1
20~40
pHBC −0.630* −0.405 0.410 0.547* 0.874* 1
“**”和“*”表示 P<0.01和 P<0.05显著水平。“**” and “*” mean significant at the 0.01 and 0.05 levels.

3 讨论
不同有机酸对铝释放的不同影响与体系中的各
种化学平衡有关。这些平衡包括铝的溶解平衡、铝
的吸附−解吸平衡、有机酸的吸附−解吸平衡、有机
酸的离解平衡和铝与有机酸的络合−离解平衡[32]。低
浓度单宁酸处理后土壤中活性铝增加主要是由于有
机酸引起土壤酸化, 从而活化了土壤中的铝, 使得
在低浓度范围内, 随着单宁酸加入浓度的增加, 土
壤中活性铝含量增加; 而单宁酸的酸化作用是暂时
的, 随着有机阴离子作用时间的延长, 活化的可溶
性铝将会向有机络合铝转化而减少。这种转化降低
了土壤活性铝的含量 , 从而减轻了铝对植物的毒
害。另外单宁酸与腐殖酸也可能对铝发生竞争性络
合, 所以有机络合态铝和腐殖酸铝之间也存在相互
转化[33]。因此, 在本研究中, 呈现出低浓度单宁酸可
以增加土壤活性铝含量, 而高浓度单宁酸会降低活
性铝含量。云南普洱茶园土壤 pH明显高于江西南昌
茶园土壤, 因此相比江西南昌茶园土壤, 需要更高
浓度的单宁酸才能起到类似的酸化程度。本研究表
明, 虽然单宁酸可以通过自身的吸附来影响铝的吸
附, 但是单宁酸对铝的络合作用较强, 它通过土壤
溶液中铝的络合作用增加腐殖酸铝的含量, 使吸附−
解吸平衡向解吸方向移动, 最后的总结果是使可溶
性铝增加, 交换性铝减小。下层土壤主要的变化大
致和上层土壤相似, 上下层之间最大的差异表现为
可溶性铝、单聚体羟基铝含量比上层多, 主要是由
淋溶淀积作用引起的[33] 。
4 结论
从本研究可以看出, 单宁酸对不同地区茶园土壤中
活性铝含量的影响拐点并不相同, 单宁酸对云南普洱
茶园土壤活性铝的影响拐点浓度为大于 2.0 mmol·kg−1
时, 而江西南昌的拐点浓度为大于 0.4 mmol·kg−1时。低
浓度的单宁酸可以提高土壤中各种形态铝的含量, 但随
着单宁酸量的增加, 对各种形态铝含量都有抑制作用,
随着土壤 pH 的增加, 高浓度单宁酸对活性铝释放的
抑制作用增加。单宁酸浓度加入量为 0~0.4 mmol·kg−1
时, 土壤 pH 有明显上升, 之后持续下降, 土壤 pH
与单宁浓度在此阶段基本符合方程: YpH=−0.04CDN+
3.82 (P<0.01)的线性变化趋势; 在单宁酸浓度达到
8.0~12.0 mmol·kg−1时, 土壤 pH 基本不再变化。pH
和单宁酸对茶园土壤活性铝总量的影响呈相互消弱
的关系。
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