不同植茶品種土壤團(tuán)聚體及其全鋁和交換態(tài)鋁的分布特征

楊 佳，鄭子成，李廷軒

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都 611130）

茶樹為聚鋁植物[1]，鋁主要分布于茶樹葉部[2]，在成熟葉中鋁的濃度一般高達(dá)20 000～30 000 mg·kg-1。植株鋁含量主要取決于土壤活性鋁含量的高低[3]，土壤固相鋁的吸附特性對土壤鋁的形態(tài)分布能產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響茶園土壤活性鋁的含量[4]。土壤中活性鋁一般包括交換態(tài)鋁和游離態(tài)鋁[5]，交換態(tài)鋁雖然含量較低，但其較為活躍，是土壤交換性酸和土壤pH的決定性因素，對植物的生長具有重要意義[6]。

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)最基本的單元，對土壤的許多理化性質(zhì)以及生物學(xué)性質(zhì)有著重要影響[7]。前期對不同植茶年限的研究表明，土壤全氮主要集中在大粒徑團(tuán)聚體中，而全鉀、全磷和堿解氮含量在各粒徑團(tuán)聚體中分布較均勻[8～9]。土壤全鋁和交換態(tài)鋁含量隨粒徑的減小而升高[10]。不同粒徑團(tuán)聚體會影響土壤中鋁含量，進(jìn)而影響鋁的生物有效性[11]。不同植茶品種土壤理化性質(zhì)之間也存在差異，相關(guān)研究表明，同一成土母質(zhì)兩種植茶品種土壤的pH差異顯著[12]。茶園土壤交換態(tài)鋁與土壤pH顯著相關(guān)，不同植茶品種土壤的鋁含量也可能存在差異。因此，研究不同植茶品種土壤團(tuán)聚體中全鋁和交換態(tài)鋁的分布特征，對茶園土壤質(zhì)量的管理與培肥具有一定指導(dǎo)意義。

近年來，隨著茶樹良種的選育和推廣，研究區(qū)域形成了以川沐217、川茶3號、福鼎大白和川農(nóng)黃芽早等茶樹品種為主的規(guī)模化茶園。在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的同時，其生態(tài)效益?zhèn)涫荜P(guān)注。從土壤團(tuán)聚體角度，研究不同植茶品種土壤團(tuán)聚體中全鋁和交換態(tài)鋁的分布特征，揭示土壤團(tuán)聚體中全鋁和交換態(tài)鋁形態(tài)對不同植茶品種的響應(yīng)特征，以期為制定科學(xué)合理的茶園管理措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于隸屬于四川省雅安市名山區(qū)的中峰萬畝生態(tài)茶園，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，雨量充沛，終年溫暖濕潤，適宜茶葉生長。年均氣溫15.4℃，最高氣溫35.2℃；年均降雨量1500 mm左右，無霜期298 d，年均相對濕度82%。研究區(qū)屬典型的低山丘陵區(qū)，以川茶3號、福鼎大白、川沐217和川農(nóng)黃芽早等新品種種植為主。

在每年10月中旬，沿樹冠邊沿垂直下方開溝，分別施入K2SO4型復(fù)合肥（N∶P2O∶5K2O=20∶8∶8）675 kg·hm-2、豬圈肥（15 000 kg·hm-2）和餅肥（3000 kg·hm-2），然后覆土。次年2月中旬、5月下旬和8月上旬施用復(fù)合肥1000 kg·hm-2和尿素500 kg·hm-2，位置和基肥相同。茶樹行距為（150±15）cm，株距為（30±15）cm，行長7～10 m，單株種植，每小區(qū)2～4行。

1.2 土樣采集與處理

在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，選擇成土母質(zhì)、經(jīng)營措施、植茶年限一致的不同茶樹品種（川茶3號、福鼎大白、川沐217和川農(nóng)黃芽早）作為研究對象。在每一品種茶園隨機(jī)布設(shè)5個典型樣方，在每個樣方采集地表凋落物，混合均勻后裝入紙袋標(biāo)記后帶回實驗室。在每一樣方內(nèi)按“S”形設(shè)置5個采樣點(diǎn)，每一茶園5次重復(fù)，在不破壞土壤結(jié)構(gòu)的條件下，按0～20、20～40 cm土層采集土樣。

除去動植物殘體、小石塊等，將采集的原狀土樣沿自然結(jié)構(gòu)輕輕用手掰成直徑約1 cm的小土塊，在通風(fēng)陰涼處自然風(fēng)干。一部分土樣用于理化性質(zhì)的測定，另一部分采用干篩法分離出＞5、5～2、2～1、1～0.5、0.5～0.25 mm 和＜0.25 mm共6個粒徑團(tuán)聚體[13]。同時將每一茶園收集的凋落物混合裝入紙袋，在實驗室以75℃烘48 h，稱重，磨碎備化學(xué)分析用。供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.3 測定項目及方法

全鋁采用微波消解-等離子體發(fā)射光譜法測定[14]。

交換態(tài)鋁采用 l mol·L-1MgCl2（pH 7.0）溶液浸提，采用等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）測定[15]。

表1 供試土壤基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of the soils tested

1.4 數(shù)據(jù)處理

團(tuán)聚體對土壤鋁的貢獻(xiàn)率（%）=某粒徑團(tuán)聚體鋁含量×該粒徑團(tuán)聚體含量（%）/全土鋁含量[16]。

數(shù)據(jù)采用DPS 11.0和Excel 2011軟件進(jìn)行處理與分析，圖繪制采用Origin 10.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤團(tuán)聚體組成

表2是不同植茶品種土壤團(tuán)聚體的分布情況，由表2可知，不同植茶品種土壤團(tuán)聚體含量總體隨粒徑的增大呈先升高后降低的變化趨勢，其中以＞5 mm粒徑團(tuán)聚體為主，其含量介于60.52%～76.49%之間，且顯著高于其他粒徑；5～2 mm粒徑團(tuán)聚體含量次之，且顯著高于＜2 mm粒徑團(tuán)聚體含量；0.5～0.25 mm粒徑含量最少。種植川沐217和川農(nóng)黃芽早＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體含量顯著高于0.5～0.25 mm粒徑。

就不同植茶品種而言，＞5 mm粒徑團(tuán)聚體含量變化表現(xiàn)為福鼎大白＞川茶3號＞川沐217＞川農(nóng)黃芽早，且差異均顯著，而其余粒徑變化趨勢相反。在0～20 cm土層，各植茶品種0.5～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體含量差異不顯著。各植茶土壤＞5 mm粒徑團(tuán)聚體含量的變化趨勢總體表現(xiàn)為20～40 cm土層高于0～20 cm土層，而其他粒徑則呈相反的變化趨勢。

2.2 土壤團(tuán)聚體全鋁的分布特征

表3是不同植茶品種土壤團(tuán)聚體全鋁含量分布，由表3可知，各植茶品種土壤＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體全鋁含量顯著高于其他粒徑，表明全鋁趨于向較小粒徑團(tuán)聚體富集。種植川茶3號和福鼎大白土壤0.5～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體全鋁含量顯著高于1～0.5 mm粒徑，而在20～40 cm土層，種植川農(nóng)黃芽早5～2 mm粒徑團(tuán)聚體全鋁含量卻顯著高于＞5 mm粒徑團(tuán)聚體。

不同植茶品種土壤各粒徑團(tuán)聚體全鋁含量變化均表現(xiàn)為川茶3號＞福鼎大白＞川沐217＞川農(nóng)黃芽早。除了0～20 cm土層川沐217和川農(nóng)黃芽早＞2 mm粒徑團(tuán)聚體，以及各土層川沐217和福鼎大白1～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體全鋁含量差異不顯著外，其余各粒徑團(tuán)聚體全鋁含量在品種間均差異顯著。各土層土壤團(tuán)聚體全鋁含量變化趨勢相似，且20～40 cm土層全鋁含量均高于0～20 cm土層。

表2 不同植茶品種土壤團(tuán)聚體組成Table 2 Composition of soil aggregates with different tea plantation cultivars

表3 植茶品種對土壤團(tuán)聚體全鋁含量的影響Table 3 Effect of tea plantation cultivars on change of total aluminum contents in soil aggregates

2.3 土壤團(tuán)聚體交換態(tài)鋁分布特征

表4是不同植茶品種土壤團(tuán)聚體交換態(tài)鋁含量分布，由表4分析可知，各植茶品種土壤交換態(tài)鋁含量隨粒徑的減小逐漸增加，＜0.5 mm粒徑團(tuán)聚體交換態(tài)鋁含量均顯著高于＞5 mm粒徑團(tuán)聚體，表明小粒徑團(tuán)聚體對交換態(tài)鋁有較強(qiáng)的固持能力。在0～20 cm土層，種植川農(nóng)黃芽早2～1 mm粒徑團(tuán)聚體交換態(tài)鋁含量顯著高于＞5 mm粒徑。除了20～40 cm土層川沐217和川農(nóng)黃芽早以外，其余各植茶品種在各土層中1～0.5 mm粒徑團(tuán)聚體交換態(tài)鋁含量均顯著低于＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體。

就不同植茶品種而言，在0～20 cm土層種植川茶3號土壤各粒徑團(tuán)聚體交換態(tài)鋁含量均顯著高于川農(nóng)黃芽早。種植川茶3號土壤＜0.5 mm粒徑團(tuán)聚體交換態(tài)鋁含量顯著高于川沐217，說明較小粒徑團(tuán)聚體交換態(tài)鋁含量受品種影響較大。20～40 cm土層交換態(tài)鋁含量的變化趨勢與0～20 cm土層相似，且遠(yuǎn)低于0～20 cm土層。

2.4 各粒徑團(tuán)聚體對土壤全鋁和交換態(tài)鋁含量的貢獻(xiàn)率

表5是各粒徑團(tuán)聚體對土壤全鋁和交換態(tài)鋁含量的貢獻(xiàn)率。由表5可知，不同粒徑團(tuán)聚體對土壤全鋁、交換態(tài)鋁含量的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為（＞5 mm）＞（5～2 mm）＞（1～0.5 mm）＞（＜0.25 mm）＞（2～1 mm）＞（0.5～0.25 mm）團(tuán)聚體。其中，＞5 mm粒徑團(tuán)聚體貢獻(xiàn)率最高，介于53.10%～68.10%之間，其次是5～2 mm團(tuán)聚體，占12.44%～20.36%，且顯著高于其他粒徑。種植川沐217和川農(nóng)黃芽早＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體對全鋁和交換態(tài)鋁的貢獻(xiàn)率均顯著高于0.5～0.25 mm粒徑，變化趨勢與團(tuán)聚體分布的變化趨勢類似。

對不同植茶品種土壤來說，＞5 mm粒徑團(tuán)聚體對全鋁和交換態(tài)鋁含量的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為福鼎大白顯著高于其他品種，而其他粒徑則呈相反的變化趨勢。各植茶品種土壤0.5～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體對全鋁和交換態(tài)鋁含量的貢獻(xiàn)率在品種間差異均不顯著。川茶3號＞5 mm粒徑團(tuán)聚體對全鋁的貢獻(xiàn)率顯著高于川沐217，而對交換態(tài)鋁的貢獻(xiàn)率卻顯著低于川沐217。

3 討論

各植茶品種土壤均以＞5 mm粒徑團(tuán)聚體為主，表明該區(qū)域土壤團(tuán)聚性較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)良好，這與楊建國等[17]、文倩等[12]的研究結(jié)果一致。種植川沐217和川農(nóng)黃芽早＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體含量顯著高于0.5～0.25 mm粒徑，說明川沐217和川農(nóng)黃芽早對土壤小粒徑團(tuán)聚體分布影響更大。全鋁和交換態(tài)鋁主要賦存在較小粒徑中，表明小粒徑團(tuán)聚體對全鋁和交換態(tài)鋁的束縛能力較強(qiáng)。這可能是由于隨著粒徑的減小，團(tuán)聚體比表面積越大，進(jìn)而能提供更多的吸附位點(diǎn)，有利于鋁的富集[18]。同時，有機(jī)質(zhì)也會影響土壤中鋁含量的變化，當(dāng)土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加，有機(jī)酸提供的負(fù)電荷數(shù)量增加，有機(jī)酸的官能團(tuán)與土壤中的鋁離子配合形成了有機(jī)結(jié)合態(tài)鋁，解離出來的氫離子增加了土壤酸性，使更多的鋁離子被淋溶，增加了交換態(tài)鋁的含量[19]。前期研究表明，由于有機(jī)無機(jī)膠體的緊密結(jié)合，小團(tuán)聚體固持有機(jī)碳的能力更強(qiáng)，不易為微生物分解釋放[20]。這也是造成鋁易在小團(tuán)聚體中富集的原因。盡管全鋁和交換態(tài)鋁在小粒徑團(tuán)聚體中含量較高，但由于大粒徑團(tuán)聚體在土壤中所占比例較大，因此各粒徑團(tuán)聚體對土壤全鋁和交換態(tài)鋁的貢獻(xiàn)率隨粒徑的減小而降低，這也與前期對該區(qū)域的研究結(jié)果類似[8]。經(jīng)計算分析可知，土壤全鋁與各粒徑團(tuán)聚體全鋁之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，且＞5、5～2、2～1 mm粒徑團(tuán)聚體的P值分別為0.001 9、0.006 1、0.002 1，均小于＞1 mm粒徑團(tuán)聚體，說明土壤全鋁含量的增加主要取決于＞1 mm粒徑全鋁含量的增加。土壤交換態(tài)鋁與團(tuán)聚體交換態(tài)鋁也呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，且＞5、2～1、1～0.5 mm粒徑團(tuán)聚體的P值分別為0.004 1、0.008 6、0.002 6，均小于其余粒徑團(tuán)聚體，說明土壤交換態(tài)鋁的含量與這3種團(tuán)聚體中交換態(tài)鋁的含量高度相關(guān)。

表4 植茶品種對土壤團(tuán)聚體交換態(tài)鋁含量的影響Table 4 Effect of tea plantation cultivars on change of exchangeable aluminum contents in soil aggregates

表5 各粒徑團(tuán)聚體對土壤全鋁和交換態(tài)鋁含量的貢獻(xiàn)率Table 5 The contribution rates of soil aggregates to total aluminum and exchangeable aluminum

一般情況下將＞0.25 mm粒徑團(tuán)聚體稱為土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，其數(shù)量與土壤肥力呈正相關(guān)關(guān)系。福鼎大白土壤＞0.25 mm粒徑團(tuán)聚體含量最高，說明福鼎大白的土壤結(jié)構(gòu)較好，這可能是由于福鼎大白茶樹根系分泌物黏結(jié)和菌絲網(wǎng)絡(luò)對土壤的纏結(jié)，導(dǎo)致土壤中大粒徑團(tuán)聚體較多[20]。各粒徑團(tuán)聚體全鋁含量變化表現(xiàn)為川茶3號＞福鼎大白＞川沐217＞川農(nóng)黃芽早。土壤全鋁含量與茶葉品質(zhì)密切相關(guān)[21]，土壤鋁含量的增加，能在不同程度上提高茶葉茶多酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[22]，有研究表明，川農(nóng)黃芽早茶葉所含茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.83%[23]，而川茶3號的為19.27%[24]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于川農(nóng)黃芽早，這也與本研究川茶3號土壤全鋁含量顯著高于川農(nóng)黃芽早的結(jié)果一致。交換態(tài)鋁在土壤pH值低于5.0時易溶出，難溶性鋁逐漸向其轉(zhuǎn)變；而當(dāng)pH值越小，土壤將由質(zhì)子緩沖體系轉(zhuǎn)向鋁緩沖體系，土壤交換態(tài)鋁含量大幅升高[25]，川茶3號土壤pH值較低，從而導(dǎo)致川茶3號土壤各粒徑交換態(tài)鋁含量顯著高于川農(nóng)黃芽早，研究表明，添加外源鋁可明顯提高土壤中交換態(tài)鋁含量[22]，通過分析不同茶樹品種凋落物鋁含量（圖1）可知，川茶3號凋落物中鋁含量顯著高于川農(nóng)黃芽早，凋落物的歸還影響了土壤中交換態(tài)鋁含量。茶樹可利用根系分泌的有機(jī)酸及多酚類物質(zhì)將土壤中的鋁絡(luò)合，鋁大部分進(jìn)入老葉聚集起來，當(dāng)老葉脫落后，又重新歸還到土壤中[26]。在一定條件下，鋁的生物有效性主要受各形態(tài)鋁的相互轉(zhuǎn)化的影響[27]。通過分析團(tuán)聚體對鋁含量的貢獻(xiàn)率可知，福鼎大白土壤＞5 mm粒徑團(tuán)聚體對全鋁和交換態(tài)鋁含量的貢獻(xiàn)最大，川農(nóng)黃芽早的最小，其他粒徑則相反。這是由于福鼎大白土壤大團(tuán)聚體較多，團(tuán)聚性很好。

圖1 不同茶樹品種凋落物鋁含量Figure 1 The contents of aluminum in tea leaves litter under different tea plantation cultivars

4 結(jié)論

（1）不同植茶品種土壤團(tuán)聚體含量以＞5 mm粒徑為主，＞5 mm粒徑團(tuán)聚體含量變化表現(xiàn)為福鼎大白＞川茶3號＞川沐217＞川農(nóng)黃芽早，其他粒徑團(tuán)聚體含量變化則相反，說明植茶品種對土壤團(tuán)聚體分布的影響較大。

（2）小粒徑團(tuán)聚體中全鋁和交換態(tài)鋁含量最高，說明小粒徑團(tuán)聚體對鋁的吸附固持能力較強(qiáng)。各粒徑團(tuán)聚體全鋁和交換態(tài)鋁含量變化表現(xiàn)為川茶3號＞福鼎大白＞川沐217＞川農(nóng)黃芽早，土壤中鋁含量過高會導(dǎo)致土壤酸化，進(jìn)而釋放出易被植物吸收的交換性鋁離子，增加茶葉中鋁含量。因此在茶園管理上，應(yīng)多注意川茶3號，以避免茶葉中鋁含量過高對人體造成危害。交換態(tài)鋁表聚現(xiàn)象明顯，多集中在0～20 cm土層。

（3）研究區(qū)土壤＞5 mm粒徑團(tuán)聚體對全鋁和交換態(tài)鋁含量的貢獻(xiàn)率最高，且團(tuán)聚體全鋁和交換態(tài)鋁與土壤全鋁和交換態(tài)鋁均表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，土壤全鋁和交換態(tài)鋁的增加主要取決于＞5 mm粒徑團(tuán)聚體。