The effect of acid-base properties of brown forest acid soil on the yield of green tea leaf (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze) of the Colchis variety in the subtropical conditions of the Russian Federation

Andrey V. Velikii

doi:10.12731/2658-6649-2026-18-3-1819

Andrey V. Velikii Федеральный исследовательский центр «Субтропический научный центр Российской академии наук»

DOI: https://doi.org/10.12731/2658-6649-2026-18-3-1819

Ключевые слова: кислотность, урожайность, зеленый чайный лист, алюминий, кальций, магний

Аннотация

Обоснование. Чай – напиток, объединяющий миллиарды людей. Его мировое производство и потребление продолжает увеличиваться, несмотря на строгие ограничения к условиям к окружающей среды: специфический климат, уровень кислотности почвы и её минеральный состав. Благодаря своей высокой экономической ценности, площадь чайных плантаций в отдельных странах мира быстро расширяется. Установлено, что оптимальный диапазон pH почвы для выращивания растений чая составляет 4,5–6,0.

Однако выращивание чайных растений зачастую сопряженно с дополнительным подкислением почвенного покрова, что является нарастающей проблемой для таких стран, как Япония, Шри-Ланка, Руанда и Китай. С целью увеличения объемов производства чая в сельскохозяйственных угодьях часто применяют большое количество аммиачно-азотных удобрений, что способствует усилению кислотности почвы, особенно в условиях влажного климата. В контексте почвоведения, экологии и агрономии, закисление почвенного покрова представляет собой серьёзную проблему для отрасли чаеводства в мировом масштабе.

Впервые в субтропической зоне России были изучены вопросы закисления почв чайных плантаций, в частности определение нижнего предела актуальной кислотности (pH_KCl), являющегося оптимальным для нормального роста и развития растений чайных растений, а также выявлены закономерности между другими кислотно-основными свойствами почв и урожайностью зеленого чайного листа. Это позволит быстрее оценивать уровень чаепригодности земель, а также приведет к оптимизации минерального питания чайных плантаций.

Цель исследования. Определение закономерностей между кислотно-основными свойствами бурой лесной кислой почвы и урожайностью чайного листа (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze)) в условиях субтропиков РФ.

Материалы и методы. Исследования были проведены в зоне Черноморского побережья Краснодарского края на чайной плантации сорта Колхида. Опыт включает 7 вариантов: контрольный и 6 вариантов с микроэлементами. С целью оценки влияния кислотно-основных свойств на урожайность чайного листа проводились отборы почвенных проб на глубину 0–20 см в осенний период. Лабораторные исследования выполнены по общепринятым методикам: pH_KCl – потенциометрически (ионометр рН-121, Россия); алюминий по Соколову; содержание обменных форм Са²⁺ и Мg²⁺ – трилонометрически.

Результаты. Установлено, что снижение уровня кислотности почвы pH_KCl с 2,8 до 3,8 ед. приводит к росту урожайности чайного листа в 6–8 раз с 1400 кг/га до 11498 кг/га. В свою очередь увеличение уровня Al³⁺в почве с 7,5 до 14,2 ммоль(экв)/100г напротив приводит к снижению урожайности чая в 3,5 раза. При повышении уровня содержания Ca²⁺ в почве с 1,0 до 5,0 ммоль(экв)/100г отмечена тенденция роста урожайности в 3–4 раза, а при повышении уровня содержания Mg²⁺ в почве с 1,0 до 7,0 ммоль(экв)/100г – в 2,1 раза. В ходе детального изучения была получена модель кислотно-основных параметров почвы, что отражает в себе связи актуальной кислотности с другими почвенными характеристиками, в которой отображен механизм получения высоких урожаев чайного листа. Установлено значение в получении высоких урожаев чая около 4200 кг/га таких параметров как Ca²⁺+Mg²⁺/pH_KCl и Ca²⁺/Mg²⁺ при уровне 1,44 и 1,36 соответственно, а также выявлено, что при их уровне 1,54–2,15 и 1,33–1,63 соответственно прибавка урожая чая может составить от 1980 до 4120 кг/га.

Заключение. Полученные результаты показывают сложную взаимосвязь между кислотно-основными свойствами бурой лесной кислой почвы и урожайностью чайного листа.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биография автора

Andrey V. Velikii, Федеральный исследовательский центр «Субтропический научный центр Российской академии наук»

кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник

Литература

Агрохимические методы исследования почв. (1975). В А. В. Соколов (Отв. ред.), Агрохимические методы исследования почв. Москва: Наука. 759 с.

Белоус, О. Г. (2006). Микроэлементы на чайных плантациях субтропиков России. Краснодар: КГАУ. 164 с.

Великий, А. В. (2022). Влияние корневого применения биогенных элементов (Mg, Ca, B, Zn) на плодородие бурых лесных кислых почв, урожай и качество зелёного чайного листа в условиях влажных субтропиков России (Диссертация на соискание степени кандидата сельскохозяйственных наук). Краснодар. 219 с.

Дараселия, М. К., Воронцов, В. В., Гвасалия, В. П., & Цанава, В. П. (1989). Культура чая в СССР. Тбилиси: Мецниереба. 558 с. ISBN 5 520 00355 6.

Классификация и диагностика почв СССР. (1977). В В. В. Егоров, В. М. Фридланд, Е. И. Иванова и др. (Авт.-сост.), Классификация и диагностика почв СССР. Москва: Колос. 223 с.

Малюкова, Л. С., Притула, З. В., Козлова, Н. В., Великий, А. В., Керимзаде, В. В., & Самарина, Л. С. (2016). О формировании устойчивости у растений чая (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze) при недостаточном водообеспечении на фоне корневого внесения кальция в виде природного удобрения. Сельскохозяйственная биология, 51(5), 673–679. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.5.673eng. EDN: https://elibrary.ru/WZJQIT

Малюкова, Л. С., Притула, З. В., Козлова, Н. В., & Великий, А. В. (2020). Влияние кальцийсодержащего природного материала на состояние бурых лесных кислых почв и растений чая (Camellia sinensis (L.) Kuntze) в субтропиках России. Агрохимия, (12), 3–10. https://doi.org/10.31857/S0002188120120054. EDN: https://elibrary.ru/JQYEKP

Рындин, А. В. (2016). Агроэкологические аспекты садоводства влажных субтропиков России. Сочи. 260 с. EDN: https://elibrary.ru/YQQIFF

Шавишвили, Л. М. (1973). Влияние магния и микроэлементов В, Zn, Со и Мо на некоторые физиолого биохимические процессы чайного растения (Автореферат диссертации на соискание степени кандидата наук). Тбилиси. 26 с.

Alekseeva, T., Alekseev, A., Xu, R. K., Zhao, A. Z., & Kalinin, P. (2011). Effect of soil acidification induced by a tea plantation on chemical and mineralogical properties of Alfisols in eastern China. Environmental Geochemistry and Health, 33(2), 137–148. https://doi.org/10.1007/s10653-010-9327-5. EDN: https://elibrary.ru/OIAZQV

Brady, N. C., & Weil, R. R. (2008). Elements of the nature and properties of soils (13th ed.). Upper Saddle River. pp. 662–710.

Bünemann, E. K., Bongiorno, G., Bai, Z., Creamer, R. E., De Deyn, G., de Goede, R., Fleskens, L., Geissen, V., Kuyper, T. W., Mäder, P., Pulleman, M., Sukkel, W., van Groenigen, J. W., & Brussaard, L. (2018). Soil quality — A critical review. Soil Biology and Biochemistry, 120, 105–125. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.01.030. EDN: https://elibrary.ru/YEFIST

Chen, D., Lan, Z., Bai, X., Grace, J. B., & Bai, Y. (2013). Evidence that acidification induced declines in plant diversity and productivity are mediated by changes in below ground communities and soil properties in a semi arid steppe. Journal of Ecology, 101(5), 1322–1334. https://doi.org/10.1111/1365-2745.12119

Dai, Z., Zhang, X., Tang, C., Muhammad, N., Wu, J., Brookes, P. C., & Xu, J. (2017). Potential role of biochars in decreasing soil acidification — A critical review. Science of the Total Environment, 581, 601–611. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.12.169

Duan, L., Huang, Y., Hao, J., Xie, S., & Hou, M. (2004). Vegetation uptake of nitrogen and base cations in China and its role in soil acidification. Science of the Total Environment, 330(1–3), 187–198. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2004.03.035

Guo, J. H., Liu, X. J., Zhang, Y., Shen, J. L., Han, W. X., Zhang, W. F., Christie, P., Goulding, K. W. T., Vitousek, P. M., & Zhang, F. S. (2010). Significant acidification in major Chinese croplands. Science, 327(5968), 1008–1010. https://doi.org/10.1126/science.1182570

Hao, T., Zhu, Q., Zeng, M., Shen, J., Shi, X., Liu, X., Zhang, F., & de Vries, W. (2020). Impacts of nitrogen fertilizer type and application rate on soil acidification rate under a wheat maize double cropping system. Journal of Environmental Management, 270, 110888. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.110888. EDN: https://elibrary.ru/ZQRXHT

Joris, H. A. W., Caires, E. F., Bini, A. R., Scharr, D. A., & Haliski, A. (2013). Effects of soil acidity and water stress on corn and soybean performance under a no till system. Plant and Soil, 365(1), 409–424. https://doi.org/10.1007/s11104-012-1413-2. EDN: https://elibrary.ru/HFEOYF

Ma, L. F., Shi, Y. Z., & Lu, J. Y. (2000). Soil pHs in the tea gardens in Jiangsu, Zhejiang, and Anhui provinces and changes of soil pH in the past decade. Chinese Journal of Soil Science, 31(5), 205–207.

Maharjan, B., Das, S., & Acharya, B. S. (2020). Soil health gap: A concept to establish a benchmark for soil health management. Global Ecology and Conservation, 23, e01116. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2020.e01116. EDN: https://elibrary.ru/UNDNIX

Malyukova, L. S., Pritula, Z. V., Kozlova, N. V., Velikiy, A. V., Rogozhina, E. V., Kerimzade, V. V., & Samarina, L. S. (2021). Effects of calcium containing natural fertilizer on Camellia Sinensis (L.) Kuntze. Bangladesh Journal of Botany, 50(1), 179–187. https://doi.org/10.3329/bjb.v50i1.52686. EDN: https://elibrary.ru/IJLJRS

Mupenzi, J. P., Li, L., Ge, J., Varenyam, A., Habiyaremye, G., Theoneste, N., & Emmanuel, K. (2011). Assessment of soil degradation and chemical compositions in Rwandan tea growing areas. Geoscience Frontiers, 2(4), 599–607. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2011.05.003

Oh, K., Kato, T., Li, Z. P., & Li, F. Y. (2006). Environmental Problems From Tea Cultivation in Japan and a Control Measure Using Calcium Cyanamide. Pedosphere, 16(6), 770–777. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(06)60113-6

Pan, Zhu Cai. (2015). Effect of boron and magnesium fertilization on tea yield, quality and soil fertility of red soil tea plantations. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 30(9), 877–883.

Ruan, J. Y., & Wang, M. H. (2001). Accumulation of fluoride and aluminum related to different varieties of tea plant. Environmental Geochemistry and Health, 23(1), 53–63. https://doi.org/10.1023/A:1011082608631. EDN: https://elibrary.ru/AMPIQD

Ruan, J. Y., Ma, L. F., Shi, Y. Z., & Zhang, F. S. (2004). Effects of litter incorporation and nitrogen fertilization on the contents of extractable aluminum in the rhizosphere soil of tea plant (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze). Plant and Soil, 263(1), 283–296. https://doi.org/10.1023/B:PLSO.0000047744.44940.96. EDN: https://elibrary.ru/VRXGNB

Samarina, L., Malyukova, L., Wang, S., Li, Y., Doroshkov, A., Bobrovskikh, A., et al. (2024). Nitrogen deficiency differentially affects lignin biosynthesis genes and flavanols accumulation in tolerant and susceptible tea genotypes (Camellia sinensis (L.) Kuntze). Plant Stress, 14, 100581. https://doi.org/10.1016/j.stress.2024.100581. EDN: https://elibrary.ru/TRQWKD

Simek, M., & Cooper, J. E. (2002). The influence of soil pH on denitrification: Progress towards the understanding of this interaction over the last 50 years. European Journal of Soil Science, 53(3), 345–354. https://doi.org/10.1046/j.1365-2389.2002.00461.x

Su, H. G. (2012). The improvement measures of soil acidification in tea garden in Anxi. Guangdong Tea Industry, 1, 31–32.

Su, S., Zhou, X., Wan, C., Li, Y., & Kong, W. (2015). Land use changes to cash crop plantations: Crop types, multilevel determinants and policy implications. Land Use Policy, 50, 379–389.

Sun, X., Li, Z., Wu, L., Christie, P., Luo, Y., & Fornara, D. A. (2019). Root induced soil acidification and cadmium mobilization in the rhizosphere of Sedum plumbizincicola: Evidence from a high resolution imaging study. Plant and Soil, 436(1), 267–282. https://doi.org/10.1007/s11104-018-03930-w. EDN: https://elibrary.ru/GPIAAP

Tian, D., & Niu, S. (2015). A global analysis of soil acidification caused by nitrogen addition. Environmental Research Letters, 10(2), 024019. https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/2/024019

USEPA. (2008). Registering pesticides. Washington, D.C. pp. 11–26.

Velikii, A. V. (2024). The effectiveness of the combined use of zinc, boron, and magnesium on tea plantations in the humid subtropics of Russia. BIO Web of Conferences, 139, 04001. https://doi.org/10.1051/bioconf/202413904001. EDN: https://elibrary.ru/UROSKH

Von Uexküll, H. R., & Mutert, E. (1995). Global extent, development and economic impact of acid soils. Plant and Soil, 171(1), 1–15. https://doi.org/10.1007/BF00009558. EDN: https://elibrary.ru/MROKFZ

Working Group WRB. (2014). World reference base for soil resources 2014: International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps (World Soil Resources Reports No. 106). FAO. Rome. 181 p.

Wang, H., Xu, R. K., Wang, N., & Li, X. H. (2010). Soil acidification of Alfisols as influenced by tea cultivation in eastern China. Pedosphere, 20(6), 799–806. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(10)60070-7

Wu, C., Luo, Y., Deng, S., Teng, Y., & Song, J. (2014). Spatial characteristics of cadmium in topsoils in a typical e waste recycling area in southeast China and its potential threat to shallow groundwater. Science of the Total Environment, 472, 556–561. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.11.084

Yan, P., Wu, L., Wang, D., Fu, J., Shen, C., Li, X., Zhang, L., Zhang, L., Fan, L., & Wenyan, H. (2020). Soil acidification in Chinese tea plantations. Science of the Total Environment, 715, 136963. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.136963. EDN: https://elibrary.ru/DBUZMF

Yang, X. D., Ni, K., Shi, Y. Z., Yi, X. Y., Zhang, Q. F., Fang, L., & Ruan, J. Y. (2018). Effects of long term nitrogen application on soil acidification and solution chemistry of a tea plantation in China. Agriculture, Ecosystems & Environment, 252, 74–82. https://doi.org/10.1016/j.agee.2017.10.004. EDN: https://elibrary.ru/YJXFUZ

Zeng, M. F., De Vries, W., Bonten, L. T. C., Zhu, Q. C., Hao, T. X., Liu, X. J., Xu, M. G., Shi, X. J., Zhang, F. S., & Shen, J. B. (2017). Model based analysis of the long term effects of fertilization management on cropland soil acidification. Environmental Science & Technology, 51(7), 3843–3851. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b05491

Zhang, Q., Zhu, J., Wang, Q., Xu, L., Li, M., Dai, H., Mulder, J., Xi, Y., & He, N. (2022). Soil acidification in China’s forests due to atmospheric acid deposition from 1980 to 2050. Science Bulletin, 67(9), 914–917. https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.01.004. EDN: https://elibrary.ru/AWUIOZ

Zhu, Q., Liu, X., Hao, T., Zeng, M., Shen, J., Zhang, F., & de Vries, W. (2020). Cropland acidification increases risk of yield losses and food insecurity in China. Environmental Pollution, 256, 113145. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113145. EDN: https://elibrary.ru/UQWKRC

References

Agrochemical Methods for Soil Analysis. (1975). In A. V. Sokolov (Ed.), Agrochemical Methods for Soil Analysis. Moscow: Nauka. 759 p.

Belous, O. G. (2006). Microelements in Tea Plantations of the Russian Subtropics. Krasnodar: KGAU. 164 p.

Velikiy, A. V. (2022). The Effect of Root Application of Biogenic Elements (Mg, Ca, B, Zn) on the Fertility of Acid Brown Forest Soils, Yield, and Quality of Green Tea Leaves in the Humid Subtropical Conditions of Russia [Doctoral dissertation, Candidate of Agricultural Sciences]. Krasnodar. 219 p.

Daraselia, M. K., Vorontsov, V. V., Gvasalia, V. P., & Tsanava, V. P. (1989). Tea Cultivation in the USSR. Tbilisi: Metsniereba. 558 p. ISBN 5 520 00355 6.

Classification and Diagnostics of Soils of the USSR. (1977). In V. V. Egorov, V. M. Fridland, E. I. Ivanova, et al. (Comps.), Classification and Diagnostics of Soils of the USSR. Moscow: Kolos. 223 p.

Malyukova, L. S., Pritula, Z. V., Kozlova, N. V., Velikiy, A. V., Kerimzade, V. V., & Samarina, L. S. (2016). Formation of drought resistance in tea plants (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze) under insufficient water supply with root application of calcium as a natural fertilizer. Agricultural Biology, 51(5), 673–679. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.5.673eng. EDN: https://elibrary.ru/WZJQIT

Malyukova, L. S., Pritula, Z. V., Kozlova, N. V., & Velikiy, A. V. (2020). The effect of a calcium containing natural material on the state of acid brown forest soils and tea plants (Camellia sinensis (L.) Kuntze) in the subtropics of Russia. Agrochemistry, (12), 3–10. https://doi.org/10.31857/S0002188120120054. EDN: https://elibrary.ru/JQYEKP

Ryndin, A. V. (2016). Agroecological Aspects of Horticulture in the Humid Subtropics of Russia. Sochi. 260 p. EDN: https://elibrary.ru/YQQIFF

Shavishvili, L. M. (1973). The Effect of Magnesium and Microelements (B, Zn, Co, and Mo) on Certain Physiological and Biochemical Processes in the Tea Plant [Abstract of doctoral dissertation, Candidate of Sciences]. Tbilisi. 26 p.