进入新时代以来，茶树新品种及栽培新技术得到推广应用，使得我国茶产业进入一个新的高速发展期。然而，由于我国茶树主要栽培在山地丘陵地区，茶园土壤条件较差，加之部分茶农长期过度施用化肥，忽视生态环境的保护，导致茶园生态环境不断恶化，其中土壤作为茶树生长的基石，同样面临质量退化的问题，并已成为制约我国茶产业发展的一个重要因素。本期综述了近年来我国茶园土壤改良相关研究，分析总结了我国茶园土壤质量退化现状及改良措施应用成效，并提出展望。
一、茶园土壤质量退化现状
1. 茶园土壤酸化
一般适合茶树生长的土壤pH为4.0～6.5，最适pH为4.5～5.5。我国主要茶区均存在不同程度的土壤酸化现象，且呈现出不断加剧的趋势。研究表明，我国茶园土壤pH平均为4.68，pH小于4.5的茶园面积约占44%。茶园土壤酸化属于生态环境问题。
各茶树种植省份和全国茶园土壤平均pH(1)外源因素：在茶园管理过程中习惯大量施用生理酸性N肥，但这会增加土壤中的NH₄+，进而形成阳离子积聚区，同时在雨水冲刷力作用下盐基阳离子不断淋失，破坏土壤团粒结构，导致土壤酸化;此外，石油、煤炭等矿物原料的燃烧产生的酸性微尘颗粒及酸性气体也将会随降雨直接进入土壤而引起土壤酸化。(2)内源因素：茶树根系具有明显的“嫌钙聚铝”特性，随着种植年限的增加，土壤中硅酸盐化合物以及含铁化合物的矿化加速，导致钾、钙流失和铝、硅积累，也会加快茶园土壤的酸化;茶树叶片自然凋落、腐烂分解返回土壤后，茶树根系会释放有机酸和H+等分泌物，也将影响茶园土壤酸;茶树吸收铵态氮后，根系也会分泌出大量H+，同时氨的硝化作用也会产生大量H+，加剧茶园土壤的酸化进程;茶园其他植物的根系也会在特定环境下分泌出酸性物质。
2. 茶园土壤重金属污染
土壤酸化会降低土壤对重金属离子的吸附力，使重金属离子得到活化，进而增加土壤重金属对茶树的毒害作用。而人为活动一般被认为是茶园土壤重金属污染的主要来源，茶园土壤重金属污染程度与肥料、农药、种植模式以及周边工业、交通“三废”造成的环境污染等诸多因素密切相关。
茶园土壤重金属超标会对茶树的生长产生胁迫作用。镉、铬、铅会破坏叶绿体结构，降低光合色素积累，抑制茶树光合作用;高浓度镉、铬会破坏茶树的抗氧化酶系统，进而影响细胞膜结构和功能;而铅浓度与超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等的活性成反比。
铅胁迫对茶树叶绿素含量的影响
3. 茶园土壤物理结构破坏
茶园土壤在未受到外力干扰的情况下，土壤固相、气相和液相“三相”始终在一个合理的比例范围内，起到协调土壤水、肥、气、热的关系。随着茶园长期的施肥、采茶、修剪等农事活动带来的人为踩踏，加之大部分茶园位于山地丘陵地区，受限于茶园基础设施差、有机肥施用长期被忽视，以及茶树密植等外部因素的作用，使得土壤内在平衡被打破，茶园土壤原本疏松的结构被破坏，土壤变得板结坚硬，吸收水能力下降，导致大多数水分以地表径流和地表蒸发的方式流失掉，而进入土壤中的部分剩余水分，也因土壤孔隙比例的降低，使原本储存为毛管水的土壤有效水转化为重力水而流失，降低了土壤保水能力。此外，土壤通气孔隙度比例降低造成土壤空气含量降低，影响土壤微生物及根系的呼吸。
二、茶园土壤改良措施
1. 增施有机肥
茶园施用有机肥可缓解土壤酸化，且土壤pH值增幅随有机肥使用量的增加而提高，全量有机肥处理的pH为4.65，而化肥处理pH为3.93。有机肥不仅含有丰富的有机物质，还有植物生长所需的各种养分。研究表明，茶园连续长期施用有机肥可显著增加土壤有机质和N、P、K含量。同时，长期配施有机肥能增加茶园土壤中过氧化氢酶、转化酶和磷酸酶等各种酶的活性，丰富土壤微生物种群的数量及丰度，促进形成理想的微生物种群结构，从而活化土壤养分，增加土壤N、P、K有效态含量，提高肥料的利用率。
2. 施用土壤调理剂
天然矿质碱性肥料常被作为茶园土壤酸化改良调理剂施用。由于调理剂本身含有丰富的Ca、Mg、S等矿质元素，可以提高土壤矿质养分，同时Ca2+、Mg2+、K+等能与土壤中的Al3+竞争交换位点，中和土壤溶液中的H+，提高土壤pH，从而改善土壤的酸化状况。
生物质炭作为一种健康的生物土壤调理剂，已被广泛用于茶园酸化土壤的改良。施用生物质炭可以增加土壤有机碳含量，由于生物质炭自身容重远小于土壤，可降低土壤容重，改善土壤结构。同时，生物质炭拥有较大的比表面积，且表面富含多种官能团，能增加土壤阳离子交换量，对酸性土壤的阳离子交换量的提高尤为明显，加之生物质炭自身的碱性特征，使其具有改良酸性土壤的潜能。此外，生物质炭因其多级空隙结构，具有强大的吸附能力，能有效提高土壤的持水性能;且可增加对土壤N素的吸附能力，降低N素的淋失，延长矿质N在土壤中的停留时间，提升土壤的供N效。
3. 茶园套种绿肥
新开垦茶园中套种绿肥能有效覆盖茶园地表，保持土壤温湿度，减缓地表径流对土壤的侵蚀，减少茶园水、肥的流失。绿肥根系在土壤中穿插活动能改善土壤物理结构，增加土壤孔隙比，改善土壤板结的问题。绿肥除本身富含有机质外，还含有N、P、K及其他中微量元素，绿肥成熟经覆盖翻压等处理进入土壤，腐烂分解后能为土壤补充养分。豆科绿肥根系富含根瘤菌，可将空气中的游离态 N 转为能被植物吸收利用的N，提高土壤N含量。另外，部分绿肥根系分泌物能活化被土壤固定的养分;同时茶园套种绿肥能改善茶园土壤环境，增加土壤中的生物种群数量及丰度，土壤生物的活动能进一步提高养分有效性。
三、小结与展望
随着茶叶消费市场的不断发展，消费者对茶叶的品质也提出了更高的要求，而土壤不仅为根系生长和穿插提供机械支撑，还为植物生长提供所必需的水、肥、气、热，健康的茶园土壤生态系统是保障茶树健康生长和优质茶叶生产的基础。因此，构建和保障茶园土壤生态健康应该成为未来我国茶园土壤改良工作的重点。
1. 建立茶园土壤生态健康评价体系
当前，对茶园土壤质量的评价更多集中在土壤肥力状况方面，相较于土壤肥力而言，土壤健康状态更多的是从土壤生态系统的角度来考虑，认为具有生物活力及良好功能的土壤才是健康的土壤。因此，未来应加强对茶园土壤生态健康评价体系的构建，对于评价指标的选择不应再局限于土壤理化指标，还应更多关注土壤生物学特性。开展对我国茶园土壤生态健康评价，提升对茶园土壤生态健康状况的认知，将有利于针对性地制定土壤改良措施，从而提升土壤的改良效果。
2. 充分发挥土壤微生物的作用
土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分，其代谢活动影响土壤中物质循环和能量流动，并参与土壤养分的转化过程，被认为是土壤物质转化的动力。因此，未来应加强对土壤微生物资源的开发利用，通过探讨茶园土壤生态系统中不同微生物群落结构及其功能，研究茶园氮循环微生物及土壤解磷微生物对于各种措施的响应，提升茶园土壤养分的利用率，促进健康茶园土壤生态系统构建。
3. 因地制宜，多措并举
当前，茶园大部分土壤改良措施在试验设计条件下表现较好，但在实际田间应用时，受不同区域茶园自然环境、气候、土壤母质、茶树品种及管理方法等差异影响造成其效果一般，无法实现大面积推广。因此，未来的茶园土壤改良工作要推进生物改良技术的研究，以配合物理措施和化学措施;加快推进茶树专用肥、专用调理剂的研发工作;同时提高茶农科学管理意识，转变传统简单性施肥习惯，构建适合本地茶区的土壤生态保育综合集成技术。
本文节选自《中国茶叶》2023年第4期，P19-24，《茶园土壤质量现状及改良措施研究进展》，作者：范晓晖，陈慕松*，刘文婷，谢星，雷丽丽。图片来源于网络。
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近年来，伴随着茶园种植年限和种植面积的增加，茶园土壤酸化问题已成为土壤环境质量领域的研究热点。适宜茶树生长的土壤pH范围为4.0~6.5，过低的pH环境会抑制茶树的生长代谢，影响土壤肥力，降低茶叶产量及品质，严重威胁茶园的自然生态环境与可持续发展。本期将继上期内容，总结我国茶园土壤酸化的治理修复措施，并展望茶园土壤酸化未来的研究方向。
1化学改良
一般来说，当土壤pH值小于4时，建议考虑利用化学措施改良土壤。传统的农业措施通常是撒施石灰等碱性材料来改良农用地土壤的酸性性质，但石灰使用方法和注意事项较为复杂，施用不当会对茶园产量以及土壤质量等带来负面影响。当前，多使用白云石粉来提高土壤pH值。白云石粉主要由碳酸钙和碳酸镁构成，施入土壤后，碳酸根离子与酸性离子发生化学反应，使酸性物质得到消耗，土壤pH提高。除此之外，大量钙镁离子能够提高土壤的阳离子交换量，使土壤交换性铝的含量大幅度降低。白云石粉的施加量大于1500 kg/hm²时，茶园土壤酸化问题得到较大程度的改善。将西班牙河碳酸盐岩添加至茶树的大田及盆栽试验均能使土壤pH得到明显的提升。因此，白云石粉相较石灰更易操作、效果更好。
2生物改良
生物炭是生物质在厌氧高温条件下燃烧裂解所得的炭化产物。研究表明，生物炭作为特殊的土壤调理剂，表面存在许多含氧官能团，多呈现碱性，可以改良农田土壤的酸碱性，增加阳离子交换量，降低交换性酸的含量，提高土壤保持水肥的能力。除此之外，生物炭中还存在丰富的矿质元素，可以促进土壤的养分循环以及植物的生长发育，改变土壤微生物的群落结构等。施用30 t/hm²的生物黑炭能够较大程度改善茶园土壤的酸化环境。向茶园中施加不同种类生物炭的研究发现，茶园pH提高程度与生物炭的种类相关，与生物炭的施用量呈正相关。
绿肥作为一种用绿色植物制成的肥料，绿色无毒，改良土壤性状的效果较好，被许多国家提倡推广使用。绿肥生长到一定程度后，收割翻耕进土壤，经生物代谢作用后腐熟，能改善土壤性质。酸性茶园土壤合理套种绿肥，不仅可以改善土壤酸化程度，转变土壤物理结构，还可以达到提高茶叶产量和品质的效果。
生物改良相比其他措施来说，方法较为健康环保，效果更为温和，也是改良酸性土壤性质的有效措施之一。3有机改良
有机肥由有机物质加工而来，将其中毒害物质消除，使多种有益物质留存。酸化土壤改良可以使用中性或微碱性有机肥料，矫正土壤偏酸化环境，在提供多方面营养物质的同时能够保持长期缓慢释放肥力。
但有机肥所含的营养难以被植物直接利用，经微生物繁殖生长代谢后，能够缓慢释放植物可吸收有机质，从而改善土壤的理化性质等。将有机无机复合型酸化改良剂施于茶园酸性土壤中，能够有效提高土壤pH值并增加土壤肥力，补充各种盐基离子从而增强土壤缓冲能力。通过在茶园配施不同比例的生物基质肥料发现，配施养猪场发酵床垫料后，茶园土壤的pH酸化程度得到一定程度的改善，并且土壤盐基离子总量增加，改良的效果随施用有机肥的比例增加而增加。但不同种类有机肥的理化性质差异较大，普通加工方式(如农户堆肥等)产出的有机肥料需要确认其重金属元素是否超标，若未超标，可根据土壤性状适当添加施用。
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新型改良
一些新型的修复材料开始在土壤修复改良方面崭露头角。微生物在土壤养分循环过程中起到重要作用，会影响土壤的理化性质。将微生物菌剂施入茶园土壤，可以提高土壤微生物活性，增加土壤微生物的丰度，各肥力指标得到显著提升。淀粉芽孢杆菌能够提高茶叶品质与产量，且菌落总数为1.6 ×108 cfu/mL时，效果最好。微生物菌剂(芽孢杆菌和木霉菌为主)的连续施用，能够增加土壤微生物丰度，其代谢产物能够提高土壤肥力，有效阻控茶园土壤酸化。但微生物在茶园土壤根际改良酸性土壤的研究机理还不够明晰，之后的研究可以往此方向深入探讨。
高分子聚合物也是一种有效的新型土壤性质改良剂。大分子聚合物可以增加土壤大团聚体的数量，提高孔隙度，改善土壤结构。在酸性土壤中施用聚丙烯酰胺可以一定程度提高土壤的pH值，较好地调控土壤性质。将腐殖酸与其他材料共聚，施于赤红壤后土壤性状得到改善，pH值也稍有提升。但此类材料未在酸化茶园土壤内进行试验，研究改良其他酸性土壤也仅进行了室内盆栽试验，未进行大田试验。目前，高分子聚合物对茶园酸化土壤的改良效果的研究较少，还有较大的探索空间，将新型改良剂与其他传统措施并用改善茶园土壤酸化或许会成为未来的研究热点。
5
合理施肥
化肥的滥施滥用是导致土壤酸化的重要原因之一。化肥能迅速改变茶园土壤的养分含量。例如，施肥不平衡会导致土壤养分不平衡，容易加剧土壤反应条件。特别是长期单方面施用酸性肥料、生理性酸性肥料或氮肥都会导致土壤酸化。因此，茶园不应强调氮肥的单独施用，而应注意氮、磷、钾等多种元素的配施。为了平衡土壤养分，防止土壤酸化，根据肥料的吸收特性和土壤特性，宜采用测土配方施肥或混合复配后施用多种肥料。茶农需要充分认识土壤健康安全在茶业可持续发展中的基础作用，利用各种场所宣传茶叶质量安全的重要性，牢固树立忧患意识和责任感，并以保护良好生态茶园环境、科学合理施肥、实现土壤养分平衡为茶业可持续发展的基础工作。
6
展望
未来应该加强从根源导致土壤酸化的管控，持续将关注度放在修复酸性茶园土壤方法的研究上，尤其是从机理改良方面，应寻找一种适应范围广，有效性操作性较强的改善土壤酸化的方法。各地区应从茶园土壤酸化原因出发，因地制宜合理控制施肥，利用有机肥、生物改良、化学改良以及新型改良剂等，多维度综合治理茶园土壤酸化问题。除此之外，预测及修复酸性茶园土壤还可以与数学模型、信息技术手段相结合，模拟计算未来茶园土壤酸化程度，并给以茶农相应的应对措施等。
本文节选自《中国茶叶》2023年第1期，P12-17，《茶园土壤酸化修复技术研究进展》，作者：徐火忠，吴林土，李贵松，洪海清，王允祥，潘瑛洁。
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导读：
长期施氮对茶园土壤磷循环特征影响研究取得新进展
中国茶园土壤有机碳空间分布特征
茯茶立功!发酵桑叶提高类黄酮含量获突破性成果
01
长期施氮对茶园土壤磷循环特征影响研究取得新进展
氮(N)和磷(P)是限制植物生长的两种重要营养元素。磷能够通过促进茶树根系吸收养分和参与茶树体内多种生理活动和代谢过程来提高茶叶产量，还能够通过调节总游离氨基酸的比例和茶多酚、γ-氨基丁酸(GABA)和蛋白质的含量来改善绿茶的品质。氮肥施用会改变磷的有效性和磷循环速率，从而影响作物对磷素的吸收和利用，但在不同生态系统、不同作物土壤中又存在较大差异。茶园长年施用化学氮肥，但茶园土壤具有显著的酸化及富铝特性，限制了我们对茶园土壤磷循环机制的认识。
近期，茶树营养与养分管理技术创新团队基于长期定位施肥试验，解析了土壤有效磷和磷循环相关微生物群落对长期施氮的响应机制。相关研究结果以发表在Journal of Environmental Management上。该研究基于长期定位试验土壤样本，通过宏基因组技术分析了土壤磷循环相关基因丰度和微生物群落结构。研究表明，长期施用化学氮肥会导致土壤酸化，并加剧微生物的磷饥饿响应，表现为提高了土壤pstABCS高亲和性磷转运基因的丰度，表明施氮强化了土壤解磷微生物群落对磷资源的竞争。此外，施用氮肥虽然可以增强土壤无机磷的溶解，但同时也会削弱有机磷的矿化能力，总体上茶园土壤有机磷矿化能力的下降与磷有效性的降低有更强的相关性，因而长期施氮会导致土壤磷有效性的下降。此外，长期施氮导致的土壤酸化和有效磷含量下降也会导致参与磷循环的微生物群落结构发生显著变化。上述结果论证了在生产茶园中定期补充磷肥的必要性，为茶园平衡施肥和茶叶可持续生产提供了新的理论依据和科学支持。博士研究生姜艳艳为论文第一作者，杨向德博士和阮建云研究员为通讯作者。该研究得到国家现代农业产业技术体系建设专项、国家重点研发计划项目以及中国农业科学院创新工程等项目支持。
氮肥施用对茶园土壤磷有效性及相关功能基因丰度的影响
02
中国农业科学院茶叶研究所研究明确中国茶园土壤有机碳空间分布特征
土壤有机碳(SOC)是土壤肥力的基础，也是评价土壤质量的核心指标。此外，土壤具有巨大的碳储量，从宏观尺度上探讨土壤有机碳的空间分布特征及其与环境因素之间的相关关系，对整体上掌握茶园土壤肥力现状及其在全球气候调节中所起的作用以及碳库估算具有重要意义。
茶树是我国重要的经济作物，在南方山地丘陵地区广泛种植，但此前历次土壤普查工作中，茶园土壤的样本很少，制约了对我国茶园土壤有机碳的分布格局及其驱动因素的认识。
2021年底，茶树营养与养分管理创新团队在我国16个主要产茶省份采集了965份茶园土壤样品，通过实测数据，首次明确了不同气候带、茶区、省份和栽培品种下的茶园土壤有机碳含量的空间分布格局，并解析了影响我国茶园土壤有机碳分布格局的主控因子及其相对贡献。结果表明，我国茶园土壤有机碳含量主要分布在10—20 g kg-1之间(~45%样本量)。总体上，我国茶叶主产区茶园土壤有机碳含量呈现出高度的空间异质性，但其空间分布又具有显著的地带性规律。具体表现为：土壤有机碳(SOC)含量分布从热带、亚热带向温带递减，自西南、华南向江北茶区递减;各产茶省份中，以云南茶区最高，陕西最低;种植大叶种茶树的茶园土壤有机碳含量显著高于中小叶种茶园。
分析显示，地理因素(纬度和海拔)对SOC含量有很大的间接作用，茶园土壤有机碳含量随纬度、温度呈显著负相关，其相关特征与一般农田土壤有机碳分布规律存在相反趋势，表明出鲜明的茶树栽培特异性。上述研究工作为我国茶园土壤肥力评价、养分综合管理和固碳减排提供了科学依据。
相关研究结果已于近期在《Environmental Research》期刊在线发表。杨向德博士为论文第一作者，马立锋研究员和阮建云研究员为通讯作者。研究得到了国家现代农业产业技术体系建设专项、国家重点研发计划项目和中国农业科学院创新工程等项目支持。
图1 不同省份茶园有机碳含量的样本分布(颜色： 数值区间;饼大小：含量高低)
图2 不同省份、茶区、树种、气候带下土壤有机碳含量的分布
图3 土壤有机碳含量与纬度、海拔、年均气温、年均降水的线性回归
03
茯茶立功!发酵桑叶提高类黄酮含量获突破性成果
日前，西北大学研究人员在利用茯茶分离出的冠突散囊菌发酵桑叶进而提高类黄酮含量方面取得突破性成果。
茯茶是一种独特的黑茶，与其他类型的茶不同，茯茶中含有优势真菌物种冠突散囊菌，在茯茶加工过程中存在大量的生化活动和微生物群落演变过程，从而对人体健康产生许多积极影响。西北大学研究人员采用基因组测序技术，从茯茶中分离鉴定出冠突散囊菌。研究发现，这些冠突散囊菌具有显著的抑菌、耐受消化、减轻肠道炎症损伤等益生菌特性，且能显著改变黑茶中的酚酸和黄酮类化合物，因为冠突曲霉分泌的碳水化合物水解酶是黄酮类化合物释放的重要因子。
桑叶富含多种药理活性化合物，桑叶黄酮类是最有希望治疗糖尿病的化合物，因为它可以内源性控制葡萄糖稳态。但是，桑叶类黄酮大多以结合态的形式存在而不能被轻易提取，这也导致了其生物利用度和生物活性的降低。而固态发酵法(SSF)可以从相应的底物中释放类黄酮，提高桑叶总类黄酮含量，并通过微生物次生代谢产生新的类黄酮，进而提高了抗氧化能力和α-葡萄糖苷酶的抑制活性，已经成为提高药用植物有效性的有效途径。
研究人员选用了13株冠突散囊菌、米根霉、毛霉和黑曲霉等4类菌株，通过构建反向传播人工神经网络来优化真菌固态发酵桑叶条件，从而增强SSF对桑叶类黄酮的释放和转化。米根霉、总状毛霉和黑曲霉常用于谷物和豆类等食品原料的发酵，可以增加燕麦中的酚类和类黄酮。研究人员通过非靶向代谢组学、结构分析和碳水化合物水解酶活性评估，阐明了真菌固态发酵桑叶类黄酮的释放和生物转化机制。
该研究的亮点在于固态发酵提高了桑叶总类黄酮含量，提高了抗氧化能力和α-葡萄糖苷酶的抑制活性，并发现冠突曲霉分泌的碳水化合物水解酶是黄酮类化合物释放的重要因子，酚酸氧化和分子重排是黄酮类化合物生物转化的主要途径。同时，研究人员经过模型预测和试验验证，明确了发酵后桑叶类黄酮的总释放量显著高于未发酵的桑叶，分析表明了固态发酵后29种代谢物(尤其是紫丁香苷和花色苷)的上调有助于提高桑叶类黄酮的ABTS自由基清除活性和α-葡萄糖苷酶抑制活性，导致固态发酵桑叶类黄酮具有较强的抗氧化活性。
该研究成果对于最大限度地利用桑叶具有非常重要意义。
来源：中国农业科学院茶叶研究所、中国食品报
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