3種綠肥對茶園土壤pH值和交換性陽離子含量的影響

羅博仁, 李聰聰, 朱悅?cè)? 楊江帆, 高水練

(1.福建農(nóng)林大學(xué)安溪茶學(xué)院，福建 安溪 362406；2.福建省安溪縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 安溪 362406；3.福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院，福建 福州 350002)

土壤酸化已成為生態(tài)茶園建設(shè)的棘手問題，會導(dǎo)致土壤板結(jié)、酶活性下降、養(yǎng)分有效性降低，影響茶樹養(yǎng)分吸收[1-3]。土壤酸化的主要原因有H+循環(huán)脫節(jié)，C、N、S循環(huán)與酸沉降等[4-8]。降雨使土壤的堿基化合物(以Ca和Mg為主)大量淋失[9]，茶樹聚Al的同時其根系會分泌有機酸，加重了茶園土壤酸化程度。目前對土壤酸化改良的研究主要集中在施用土壤改良劑與采用農(nóng)藝措施上[10]。有研究表明，種植大豆、白三葉草等綠肥可促使土壤pH值上升、交換性Al含量下降，提升土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)[11-14]。添加植物殘留物、凋落物等也能顯著改良土壤酸化[15-16]。有關(guān)種植馬唐和油菜花對茶園土壤pH值影響的研究較少，調(diào)控機理也不甚明確。因此，本研究用采自茶園的酸性紅壤土盆栽馬唐、白三葉草、油菜花，通過比較種植前后土壤pH值和陽離子含量(含交換性酸Al3+、H+和呈堿性的交換性鹽基K+、Na+、Ca2+、Mg2+)的變化，探討3種綠肥對茶園土壤酸堿度的影響機理，以期為茶園土壤酸化改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 土壤來源 土壤采自福建省安溪縣參內(nèi)鄉(xiāng)巖前村鐵觀音茶園基地0～30 cm的紅壤土，pH值4.40，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Al3+含量分別為0.47、0.35、1.35、0.59、2.79 cmol·kg-1。

1.1.2 供試植物 (1)馬唐[Digitariasanguinalis(L.) Scop.]，禾本科1年生草本植物，半匍匐生長、根系較淺，為茶園中常見植物，可自然生長；(2)白三葉草(TrifoliumrepensL.)，呈掌狀三邊復(fù)葉，葉柄細長，自根莖或匍匐莖莖節(jié)部位長出，具有蝶形花冠，一般為白色或粉紅色；(3)油菜花(BrassicacampestrisL.)，十字花科1年生草本植物，植株筆直，莖綠花黃，無托葉，成熟時開裂散出種子。

1.2 試驗設(shè)計

試驗地設(shè)在福建農(nóng)林大學(xué)安溪校區(qū)，位于福建省安溪縣城東片區(qū)，東經(jīng)118°13′50″ 、北緯25°4′45″，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。2017年4月，盆栽(盆內(nèi)直徑33 cm、高27 cm，每盆裝土壤18 kg)無包衣種子，各種子分別種植4盆(4個重復(fù))，以未種植綠肥的土壤作為對照(CK)，隨機排列。其中，馬唐每盆種植30粒種子，白三葉草每盆種植1 g種子，油菜花3穴，每盆共種植6粒種子。2018年春季馬唐自然再生長，2018年1月底第2次種植油菜花和白三葉草。各處理均在種子成熟前割除覆蓋，植物生長基本不間斷(圖1)，落葉不移出。

1.3 試驗方法

1.3.1 土壤取樣時間及方法 分別于2017年9月(種植156 d)、2018年1月(種植288 d)、2018年5月(種植407 d)，采用三點取樣法進行土壤取樣，即在等邊三角形頂點處撥開植株和落葉后取土，取土深度為0～10 cm。

1.3.2 土壤指標的測定及方法 土壤K+、Na+含量采用乙酸銨交換—火焰光度法[17]測定；土壤Ca2+、Mg2+含量采用乙酸銨交換-EDTA絡(luò)合滴定法[18]測定；土壤Al3+含量采用KCl交換—中和滴定法[19]測定；土壤pH值采用電位法[20]測定。

1.4 統(tǒng)計與分析

采用Excel 2010與SPSS 24對土壤酸堿性及其離子含量進行差異顯著性分析。交換性酸總量為土壤Al3+和H+含量總和；交換性鹽基總量為土壤K+、Na+、Ca2+、Mg2+含量總和。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種綠肥對茶園土壤pH值的影響

由表1可知，種植156、288、407 d后3種綠肥植物土壤pH值均高于CK。其中，種植馬唐后土壤pH值呈先降低后升高趨勢；油菜花土壤pH值呈穩(wěn)步增長趨勢；白三葉草土壤pH值在種植156～288 d時緩慢升高，288～407 d時呈急速上升趨勢，后期提升效果明顯。種植156 d時，馬唐、白三葉草和油菜花土壤pH值分別比CK提高了0.16、0.07、0.01，其中，馬唐土壤pH值與CK差異達顯著水平；種植288 d后分別比CK提高了0.05、0.10、0.14；種植407 d時分別比CK提高了0.15、0.46、0.26，其中白三葉草最高，且三者與CK差異均達顯著水平。

表1 3種綠肥對茶園土壤pH值的影響1)Table 1 Effect of three green manures on soil pH value in tea garden

1)同行數(shù)值后附不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。

2.2 3種綠肥對茶園土壤交換性陽離子含量的影響

由表2可知，種植156 d時馬唐、白三葉草和油菜花與CK相比，交換性酸總量(Al3+、H+)分別降低了0.84、0.61、0.25 cmol·kg-1。其中，Al3+含量分別降低了0.88、0.63、0.31 cmol·kg-1，馬唐、白三葉草與CK差異達顯著水平；H+變化較小，各處理間差異均不顯著。土壤交換性鹽基總量(包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+)分別比CK提高了1.64、1.51、0.33 cmol·kg-1。其中，馬唐與白三葉草土壤交換性鹽基總量與CK差異顯著；土壤Na+含量分別比CK提高0.30、0.16 cmol·kg-1；Ca2+含量分別提高1.36、1.18 cmol·kg-1；Mg2+含量變化不明顯。

種植288 d時，馬唐、白三葉草和油菜花與CK相比，交換性酸總量分別降低了0.59、0.79、1.17 cmol·kg-1。其中，Al3+含量分別降低了0.66、0.81、1.37 cmol·kg-1，均呈顯著性差異。土壤交換性鹽基總量分別提高了1.10、1.47、1.66 cmol·kg-1，均達顯著性差異。其中，Mg2+含量變化不明顯，各處理間差異均不顯著；白三葉草、油菜花土壤Ca2+含量分別比CK提高1.30、1.46 cmol·kg-1，馬唐土壤K+含量比CK提高0.15 cmol·kg-1，均呈顯著性差異。

處理407 d時，馬唐、白三葉草和油菜花與CK相比，交換性酸總量分別降低了0.70、1.57、1.16 cmol·kg-1。其中，Al3+含量分別降低了0.66、1.52、1.08 cmol·kg-1，均達顯著性差異。交換性鹽基總量分別提高了0.44、2.29、1.54 cmol·kg-1。其中，白三葉草土壤Mg2+含量比CK提高1.10 cmol·kg-1；白三葉草、油菜花土壤Ca2+含量分別比CK提高0.84、1.35 cmol·kg-1；馬唐、白三葉草、油菜花土壤K+含量分別比CK提高0.17、0.21、0.18 cmol·kg-1，差異均達顯著水平。

表2 3種綠肥對茶園土壤陽離子含量的影響1)Table 2 Effect of three green manures on exchangeable cation content in tea garden

1)同列數(shù)值后附不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。

綜上所述，種植綠肥后茶園土壤交換性酸總量減少，且除了種植156 d的油菜花土壤，其他處理均顯著低于CK；土壤交換性鹽基總量增加，且除了種植156 d的油菜花、407 d的馬唐土壤外，其他處理均顯著高于CK。

2.3 土壤pH值、交換性酸總量、交換性鹽基總量相關(guān)性分析

2.3.1 土壤交換性酸總量與pH值相關(guān)性 由表3可知，種植油菜花后茶園土壤交換性酸總量與pH值之間呈顯著負相關(guān)，而種植馬唐、白三葉草后茶園土壤交換性酸總量與pH值呈極顯著負相關(guān)。說明種植這3種綠肥均能減少茶園土壤的活性酸(pH值的決定因子)和潛在酸(交換性酸)，而不是通過將活性酸轉(zhuǎn)換成潛在酸的方式來降低土壤pH值。交換性酸減少的原因可能是種植綠肥能在一定程度上提升土壤有機質(zhì)，其羥基類物質(zhì)可降低土壤酸性離子的飽和度，顯著降低土壤交換性Al3+含量[21-22]。

2.3.2 土壤交換性酸總量與交換性鹽基總量相關(guān)性 種植白三葉草和油菜花的土壤交換性酸總量與交換性鹽基總量之間呈負相關(guān)(表3)，其中種植油菜花兩者的相關(guān)系數(shù)為-0.811，達到極顯著水平。說明陽離子之間可能存在交換關(guān)系，從而減少茶園土壤中的交換性酸(潛在酸)，原因除了交換性Al減少之外，還有可能由于植物葉片、細枝、花瓣枯萎凋落，其主要成分含有纖維素、灰分等中性或偏堿性物質(zhì)，對土壤中的酸性離子起到一定的中和作用。

3 討論與小結(jié)

3.1 種植綠肥后茶園土壤pH值的變化

本研究表明，種植馬唐、白三葉草、油菜花均能提高茶園土壤pH值，且種植407 d時，各處理組pH值均顯著高于CK，其中白三葉草pH值比CK提高了10%，效果明顯。本研究在綠肥種植過程中割蓋回土，形成植物物料，物料進入土壤后釋放堿性物質(zhì)，降低土壤中的活性酸，從而提高土壤pH值，這與毛佳等[23]研究結(jié)論一致。植物物料中的堿性物質(zhì)如灰化堿的釋放及有機氮的礦化均會使土壤pH值升高[24]。植物物料的鹽基陽離子和N含量是提升酸性土壤pH值的主要因素，短期而言，pH值的增減受N的礦化和硝化作用的影響，長期來看是由于植物物料中的鹽基陽離子的礦化釋放引起的[25-26]。在茶園內(nèi)間作白三葉草能截留降水并顯著增加茶園土壤表層含水量[27-28]，減少鹽基離子的淋失，防止pH值降低。

表3 茶園土壤離子間的皮爾遜相關(guān)性1)Table 3 Pearson correlation between soil ions in tea garden

1)*、**分別表示在0.05水平(雙側(cè))、0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

3.2 種植綠肥后茶園土壤交換性陽離子含量的變化

總之，種植馬唐、白三葉草、油菜花均能通過提高茶園土壤pH值和交換性鹽基總量，并降低交換性酸總量，從而緩解茶園土壤酸化。