套種圓葉決明改善茶園生態(tài)環(huán)境促進茶樹生長

詹杰 李振武 鄧素芳 應(yīng)朝陽

摘 ?要 ?針對福建丘陵山地茶園普遍面臨的土壤退化，季節(jié)性干旱嚴重、生態(tài)組分簡單、生態(tài)環(huán)境惡化等生態(tài)問題，結(jié)合目前茶園管理模式，以常規(guī)清耕茶園（定期鋤草）為對照，研究行間套種豆科綠肥閩引圓葉決明（Chamaecrista rotundifolia ‘minyin）對茶園溫濕度、土壤理化性狀、茶樹生長等的影響。結(jié)果表明：與清耕茶園相比，套種圓葉決明顯著提高茶園土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷含量（P<0.05），其中土壤速效氮含量增加57.78 mg/kg;在夏季高溫干旱時期，套種圓葉決明茶園土壤含水量（0～20 cm土層）顯著提高（P<0.05），達21.84%，空氣溫度日變化幅度降低5.1?℃，空氣濕度日均值顯著提高3.9%;同時顯著提高夏茶氨基酸及茶水浸出物含量（P<0.05）。茶園套種圓葉決明能有效改善茶園土壤質(zhì)量及光、溫、濕等小氣候條件，表明該品種是一種適宜山地茶園推廣利用的優(yōu)良綠肥。

關(guān)鍵詞 ?茶園;圓葉決明;套種;武夷巖茶;品質(zhì);產(chǎn)量;綠肥

中圖分類號 ?S571.1 ?????文獻標識碼 ?A

Abstract ?In view of the widespread soil degradation， severe seasonal drought， simple ecological composition， and deterioration of the ecological environment in tea gardens in the hilly and mountainous areas of Fujian Province， combined with the current management model of tea gardens， the conventional cultivated tea gardens （regular weeding） are used as a comparison to study the effects of Chamaecrista rotundifolia ‘minyin （CR） on temperature and humidity， soil physical and chemical properties， and growth of tea trees. Compared with the tea garden without interplanting， the content of organic matter， rapid nitrogen， and quick-impact phosphorus in the soil of the tea garden with CR significantly increased （P<0.05）， among which the quick-impact nitrogen content increased by 57.78 mg/kg. The soil water content with CR was significantly increased by 21.84% （P<0.05） （0-20 cm soil layer） during the high temperature and drought period in summer. The change of daily air temperature reduced by 5.1?℃， and the daily mean air humidity significantly increased by 3.9%. At the same time， the content of amino acids and tea leachate in the summer tea significantly increased （P<0.05）. The results show that the tea garden interplanted with CR can effectively improve the soil quality， light， temperature， humidity and other small climate conditions， and it is an excellent green fertilizer suitable for the promotion and utilization of mountain tea gardens.

Keywords ?tea garden; Chamaecrista rotundifolia; intercropping; Wuyi rock tea; quality; yield; green manure

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.06.003

茶園是福建省丘陵山地的主要土地利用類型之一，隨著茶葉經(jīng)濟效益的提升，茶葉種植面積不斷擴大，已逐漸成為農(nóng)村經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，但大部分傳統(tǒng)茶園開發(fā)以清耕種植為主，由于茶園土壤缺乏地表覆蓋，導(dǎo)致茶園土壤侵蝕嚴重，土壤肥力下降，加之茶園中肥料和農(nóng)藥的不合理施用，茶園生態(tài)環(huán)境日漸惡劣，嚴重制約茶產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[1-2]。

圓葉決明（Chamaecrista rotundifolia），作為適宜在熱帶亞熱帶種植的豆科決明屬綠肥牧草兼用型作物，具有耐酸、耐瘠、抗逆性強等特點[3]。福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所從國內(nèi)外廣泛征集引進熱帶豆科決明屬品系，經(jīng)比較試驗、區(qū)域試驗和生產(chǎn)試驗，從中篩選出圓葉決明新品種閩引圓葉決明（C. rotundifolia‘minyin），其具有高產(chǎn)、抗旱、前期生長速度快、匍匐生長等特點[4]，用于土壤改良與生態(tài)恢復(fù)的效果尤為突出，能有效降低紅壤山地的土壤容重，提高土壤肥力，還可減少徑流次數(shù)和徑流量，防控水土流失，同時在果園中得以較大面積推廣利用[5-9]。但由于受“草與茶樹爭水爭肥”觀點的影響，在茶園建設(shè)方面仍然以清耕模式為主[10]，茶園生草栽培及其相關(guān)生態(tài)效應(yīng)的深入研究仍較為缺乏，特別該區(qū)的水熱資源分布不均，季節(jié)性干旱嚴重，給茶葉生產(chǎn)帶來了巨大的影響。據(jù)統(tǒng)計閩北地區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)高溫干旱災(zāi)害的年份達到80%以上，最高溫度能達到38～42?℃，地面最高溫度超過60?℃，致使閩北茶區(qū)，特別是新墾茶園的茶苗死亡，茶葉品質(zhì)下降，造成巨大損失[11-13]。為尋求閩北山區(qū)茶園生態(tài)栽培模式，特別是針對該區(qū)季節(jié)性高溫干旱問題，本研究開展套種圓葉決明對茶園小氣候變化﹑茶樹生長等的影響研究，旨在為圓葉決明在茶園的推廣和探索生態(tài)茶園的建設(shè)利用提供科學(xué)依據(jù)，為同類型（類似區(qū)域）開發(fā)與保護奠定基礎(chǔ)。

1 ?材料與方法

1.1 ?研究茶園與區(qū)域概況

試驗地位于福建省建陽市莒口鎮(zhèn)后山村，北緯27°36′39.9′′，東經(jīng)117°94′54.7′′，海拔150 m，年平均氣溫18.1?℃，年平均日照時數(shù)2000 h，多年平均降雨量1800 mm，無霜期280 d。試驗地土壤pH 5.26，有機質(zhì)含量13.3?g/kg，全氮含量1.26?g/kg，全鉀含量14.53 g/kg，速效磷含量3.33?mg/kg，有效鉀含量71.34?mg/kg。該試驗茶園為傳統(tǒng)武夷巖茶主產(chǎn)地，茶樹品種為金觀音[Camellia sinensis （L.） O. Kuntze cv. Mingke 1]，樹齡為18 a。

1.2 ?供試材料及試驗設(shè)計

試驗設(shè)套種圓葉決明和清耕茶園2個處理：（1）套種閩引圓葉決明，于2015年4月初，在茶園中套種閩引圓葉決明，播種量15.0 kg/hm2，待幼苗長出來后除了采用人工拔去少量雜草外均采用免耕方式管理，每年11月底—12月初（盛莢期）用割草機割草一次，修剪物均勻覆蓋于茶園行間;（2）清耕茶園，視雜草生長情況，3～4個月人工除草1次。試驗地地形、生態(tài)環(huán)境和管理措施一致。每個處理設(shè)置3個20 m×10 m標準地，隨機區(qū)組排列。

1.3 ?試驗觀察與測定方法

1.3.1 ?茶園溫濕度觀測 ?在2017年7月12日至19日（7月15日遇陣雨采集數(shù)據(jù)不做分析），在試驗區(qū)內(nèi)安設(shè)溫濕度自動記錄儀，自動記錄每天8：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00茶園溫濕度（離地100 cm），分析在夏季高溫干旱時期2種栽培模式對茶園溫濕度的影響。

1.3.2 ?土壤理化性狀測定 ?2017年7月12日，在各試驗區(qū)內(nèi)采用5點取樣法，用土鉆采集茶樹根系活動土層20～40?cm的土壤分析有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀及速效氮、速效磷和速效鉀的含量;采集土壤主要截水區(qū)0～20?cm及茶樹根系主要吸收區(qū)20～40 cm土層土壤分析其含水量[14]。

1.3.3 ?土壤微生物量測定 ?2017年7月12日，在各試驗區(qū)內(nèi)采用5點取樣法，取茶樹根系活動土層20～40 cm的土壤，測定微生物量，土壤微生物量測定采用梯度稀釋法制備土壤懸液，稀釋涂抹平板計數(shù)法進行分離，測定細菌、真菌、放線菌數(shù)量[15]。

1.3.4 ?茶樹光合特性測定 ?于2017年7月12日上午9：00時，按5點取樣法選定茶樹，取新梢第2片成熟真葉，用LI-6400便攜式光合測定儀（基因有限公司產(chǎn)）選擇凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）4個指標進行測定。測定時光強約為800??mol/ （m2·s），溫度為（31±1）℃，CO2濃度為（400±10） ?L/L。每葉測定3次，取平均值。

1.3.5 ?茶葉品質(zhì)及產(chǎn)量測定 ?于2017年7月12日至29日夏茶生產(chǎn)季節(jié)，每隔3 d，用1 m1 m固定方框，從上至下采摘完方框內(nèi)所有的一芽二葉為主的鮮葉稱重，統(tǒng)計茶葉產(chǎn)量。同時采摘一芽二葉鮮葉200 g，按（蒸青?攤晾?烘干）的方法制成茶葉樣品，測定茶葉品質(zhì)。樣品中茶多酚含量的測定采用酒石酸鐵比色法，氨基酸采用茚三酮比色法、咖啡堿采用紫外分光光度法、水浸出物的測定采用全量法[16]。

1.4 ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)處理和繪圖，用SPSS18.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件對不同處理各項指標進行單因素方差分析，并以Duncan法進行差異顯著性檢驗，顯著性定為P<0.05，結(jié)果以平均值±標準誤表示。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?茶園空氣濕度

由表1可知，實施茶園套種圓葉決明的處理區(qū)，其空氣濕度日均值顯著高于清耕茶園;就空氣濕度最低值相比，實施茶園套種圓葉決明的處理區(qū)比清耕茶園顯著提高了9.98%（P<0.05），而空氣濕度最高值相比較，也同樣是套種圓葉決明處理區(qū)顯著高于清耕茶園（P<0.05）。試驗結(jié)果表明，套種圓葉決明能明顯增加茶園空氣濕度。

2.2 ?茶園空氣溫度

在12：00和14：00套種圓葉決明茶園空氣溫度顯著低于清耕茶園（P<0.05），在8：00、10：00、18：00茶園的氣溫差異不顯著（P<0.05），其中14：00時清耕茶園空氣溫度高于套種圓葉決明茶園3.0?℃，同時清耕茶園空氣溫度日變化幅度高于套種圓葉決明茶園3.1?℃。套種圓葉決明茶園較清耕茶園模式具有一定的溫度調(diào)節(jié)能力（圖1）。

20～40?cm土層則呈現(xiàn)相反的趨勢，套種圓葉決明茶園土壤含水量顯著低于清耕茶園（P<0.05）。

2.4 ?茶園土壤微生物

與清耕茶園相比，套種圓葉決明可顯著提高茶園土壤細菌和放線菌數(shù)量（P<0.05），減少真菌數(shù)量。由表4可知，土壤細菌數(shù)量比清耕茶園顯著提高了53%（P<0.05），放線菌數(shù)量則顯著提高158%（P<0.05），而真菌數(shù)量則顯著降低81%（P<0.05）。

2.5 ?栽培模式對茶樹光合特性的影響

由表5可知，套種圓葉決明茶園茶樹的凈光合速率略高于清耕茶園，但差異不顯著（P>0.05），套種圓葉決明茶樹氣孔導(dǎo)度顯著高于傳統(tǒng)清耕茶園模式（P<0.05），蒸騰速率方面套種圓葉決明茶樹顯著低于清耕茶園（P<0.05），表明套種圓葉決明能提高茶樹光合利用率。

2.6 ?栽培模式對茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

由表6可知，套種圓葉決明茶園茶葉氨基酸﹑茶水浸出物含量顯著高于清耕茶園（P<0.05），而咖啡堿﹑茶多酚含量顯著低于清耕茶園（P<0.05），對酚氨比的測定顯示，套種圓葉決明茶園茶葉酚氨比顯著小于清耕茶園;同時套種圓葉決明茶園夏茶產(chǎn)量較清耕茶園顯著提高了17%（P<0.05），套種圓葉決明可增加茶園夏茶產(chǎn)量。

3 ?討論

構(gòu)建山地生態(tài)茶園體系勢在必行。福建省茶園面積占全國茶園總面積的8.6%，居全國第5位;茶葉總產(chǎn)量居全國第1位;然而大部分山地茶園建設(shè)仍以傳統(tǒng)生產(chǎn)方式為主。但隨著茶園種植面積的不斷擴大，粗放生產(chǎn)，茶園土壤缺乏地表覆蓋，導(dǎo)致茶園土壤水土流失、土壤肥力下降。合理的間套作作物，可豐富茶園生物多樣性，改善與優(yōu)化生茶園微域生境，使茶園環(huán)境向有利于茶樹生長的方向轉(zhuǎn)化[1]。

套種適宜牧草可以調(diào)節(jié)茶園生態(tài)環(huán)境。我國南方季節(jié)性干旱具有發(fā)生時間長、強度大的特征，其發(fā)生時太陽輻射強烈、溫度高、濕度低、土壤水分蒸發(fā)強，不利于喜蔭，好濕的茶樹生長，是影響茶園產(chǎn)量和品質(zhì)的突出問題之一[13]。本研究結(jié)果表明，在夏季高溫季節(jié)，人工套種圓葉決明能顯著降低茶園溫度日變化幅度，提高茶園空氣濕度，以及顯著提高茶園土壤含水量（P<0.05）（0～20 cm土層），具有一定的溫濕度調(diào)節(jié)及保水能力。圓葉決明是熱帶豆科植物，喜高溫，在湘南、粵北、福建等地，圓葉決明4月份開始生長，夏季生長最旺，7～9月生長最快，在夏季高溫干旱來臨前就能形成有效覆蓋，由于其對茶園土壤的通過遮蓋及覆蓋，降低了光線的直射，增溫趨勢減緩，同時套種的圓葉決明對空氣及土壤水分還起到一定程度的截留作用，減少了地表土壤水分的蒸發(fā)及增加土壤水分的入滲，從而阻止了茶園內(nèi)部水分的流失，更好的調(diào)節(jié)了茶園溫濕度條件，能改善高溫干旱對茶樹的脅迫作用，有利于茶樹氨基酸、碳水化合等物質(zhì)的積累，改善茶葉的品質(zhì)[17]。劉濤等[9]的研究結(jié)果也表明顯示，果園套種圓葉決明牧草的植草區(qū)與清耕區(qū)相比，在高溫季節(jié)不同土層可降低土壤地溫1～5?℃，土壤含水量分別提高3.79%～5.98%。這也與朱慶松等[18]對不同覆蓋模式下茶園溫濕度變化的研究結(jié)果一致。但也有研究結(jié)果表明間套作作物的時，對土壤保水和爭水的情況有時交替出現(xiàn)，這可以能與茶園生草作物生長過程中對土壤水分的利用以及生草作物類型和管理方式有關(guān)，這方面還需要進一步的深入研究[19]。

合理套種牧草可以培育紅壤地力。本研究結(jié)果表明：與清耕茶園相比，茶園套種圓葉決明顯著提高茶園土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、速效氮、速效磷含量（P<0.05），其中速效氮含量比清耕茶園增加57.78 mg/kg。這與董春華等[20]對茶園套種綠肥后土壤理化影響的研究結(jié)果基本一致，吳洵等[21]通過在幼齡茶園套種另一種豆科作物白三葉草，也發(fā)現(xiàn)套種白三葉草能提高茶園土壤有機質(zhì)及氮﹑磷等養(yǎng)分含量。一方面由于圓葉決明的根瘤菌的生物固氮能力，提高了土壤氮素的凈輸入，使土壤氮素含量大幅增加;另一方面套種圓葉決明產(chǎn)生的有機物料，更好的促進了土壤微生物的活動，增加生物降解量，有利于土壤養(yǎng)分的釋放及積累，進一步改善土壤養(yǎng)分狀況[22-23];同時，圓葉決明對茶園的覆蓋，更好的降低了陽光的對土壤的直接照射，降低了土壤有機物的礦化速率，同時間套種作物其根系的穿插作用，更能增進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，使土壤透氣、透水、疏松性得以增加，進而改善土壤物理性狀[24];合理的茶園間套作可有效提高茶園土壤肥力狀況。本研究發(fā)現(xiàn)，茶園套種圓葉決明相比清耕茶園可顯著提高茶園土壤細菌和放線菌數(shù)量（P<0.05），土壤細菌數(shù)量分別比傳統(tǒng)清耕茶園顯著提高了53%（P<0.05），放線菌數(shù)量則顯著提高158%（P<0.05）。土壤微生物量是土壤中具有生命活力的重要有機物質(zhì)，土壤微生物量的明顯提高，有利于土壤有機質(zhì)分解、腐殖質(zhì)形成、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，進而推進土壤肥力的不斷改善。高美英等的研究也表明套種牧草可明顯提高高果園土壤中主要微生物類群的數(shù)量，尤其是對細菌和固氮菌的影響更大[25-27]。茶園套種圓葉決明后其凋落物腐爛為土壤微生物提供了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)能為土壤微生物提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，以及套種后土壤通氣性、水勢梯度和熱傳導(dǎo)性也隨之改變，有利于適宜微生物生存和繁殖的條件形成[8]。

合理套種牧草有利促進山地茶樹生長。茶樹在長期的系統(tǒng)發(fā)育過程中形成了喜漫射光的特性[28]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，茶園套種圓葉決明茶樹的凈光合速率﹑氣孔導(dǎo)度均高于傳統(tǒng)清耕茶園。宋儲君等[29]通過對間種白三葉草對茶樹光合作用及茶葉品質(zhì)的影響研究也發(fā)現(xiàn)，間種白三葉能提高茶樹葉片的凈光合速率，促進茶樹的生長。套種的圓葉決明由于其對于陽光的散射、散射、輻射作用形成的漫射光，提高了茶樹光利用率，同時套種的圓葉決明后土壤養(yǎng)分含量增加、持水能力加強、茶園溫濕度得到更好調(diào)節(jié)也有利于茶樹的光能利用[30-31]。已有研究結(jié)果表明，合理的茶園間套作能為茶樹提供優(yōu)越的生長環(huán)境，提高茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)[32]。舒慶齡等[33]研究發(fā)現(xiàn)，間作茶園茶葉的咖啡堿含量顯著高于純茶園，而茶多酚、兒茶素含量及酚氨比均顯著低于純茶園。趙康等[34]的研究發(fā)現(xiàn)，茶園套種板栗可有效提高茶葉百芽質(zhì)量、芽長、茶葉含水量;氨基酸含量分別提高了58.14%和36.04%，咖啡堿含量分別提高31.18%和29.83%。吳志丹等[24]的研究也發(fā)現(xiàn)，在紅黃壤區(qū)丘陵茶園套種3種牧草（百喜草、白三葉和平托花生）可比對照增加茶葉產(chǎn)量6.48%～ 20.26%。本研究存在同樣的變化趨勢，茶園套種圓葉決明夏茶的氨基酸﹑茶水浸出物含量顯著高于傳統(tǒng)清耕茶園（P<0.05）;同時夏茶產(chǎn)量較傳統(tǒng)清耕茶園也顯著提高了17%（P<0.05）。茶園套種圓葉決明能改變茶園光、溫、濕、土壤等條件，有利于調(diào)節(jié)茶樹的生長代謝有利于茶樹的生長代謝及氨基酸﹑碳水浸出物等物質(zhì)的積累，從而增加夏茶產(chǎn)量及改善茶葉品質(zhì)。

深入進行山地生態(tài)茶園基礎(chǔ)研究。相對于單一茶樹栽培模式，茶園套種圓葉決明有利于改善茶園土壤理化狀況及微域環(huán)境，更有利于茶樹的生長及葉產(chǎn)量品質(zhì)的提高，是一種切實可行的生態(tài)茶園建設(shè)措施。本研究僅對單一季節(jié)及單一套種圓葉決明下茶園溫濕度、土壤理化性狀﹑茶樹生長等方面進行初步對比研究，尚未開展不同管理措施及草種組合的下的茶園長期動態(tài)變化數(shù)據(jù)，今后還需開展多樣化、標準化的長期定位監(jiān)測研究，為提升茶園栽培模式建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持和理論基礎(chǔ)。

4 ?結(jié)論

茶園傳統(tǒng)的清耕管理方式普遍面臨勞力投入多，土壤退化，季節(jié)性干旱嚴重、生態(tài)環(huán)境惡化等生態(tài)問題。結(jié)合目前茶園管理模式，行間套種豆科飼草圓葉決明，可在夏季高溫干旱來臨前就形成有效覆蓋，降低茶園溫度日變化幅度、提高茶園空氣濕度及土壤含水量（0～20 cm土層），起到改善茶園生態(tài)環(huán)境、改良茶園紅壤地力、促進茶葉生長的作用，可作為生態(tài)茶園建設(shè)的優(yōu)良間作草種。

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