覆蓋對(duì)茶園土壤溫度和雜草生長(zhǎng)的影響

余舜堯,江新鳳,李 琛,石旭平,葉 川,江亮輝,李洪波,黃圣生

(1.江西婺源茶業(yè)職業(yè)學(xué)院,江西 婺源 333200;2.江西省蠶桑茶葉研究所,江西 南昌 330203;3.江西省井岡山市茶廠,江西 井岡山 343600)

茶樹是典型的亞熱帶常綠植物,喜歡生長(zhǎng)在溫暖、潮濕、耐陰的地方,生長(zhǎng)最適溫度為20～25 ℃[1]。江西隸屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,夏季多干旱。據(jù)歐陽雪靈等調(diào)查,井岡山市新城鎮(zhèn)在2019年7月21日～11月10日期間沒有自然降雨,茶樹遭受高溫旱害,茶葉產(chǎn)量損失嚴(yán)重[2]。因此,減輕高溫對(duì)茶樹的傷害,確保茶樹安全越夏至關(guān)重要。

地表覆蓋不僅可以改善茶園土壤水分狀況,提高旱季保水抗旱能力,還可以改良土壤結(jié)構(gòu),增強(qiáng)土壤肥力,阻礙雜草生長(zhǎng),抑制雜草發(fā)生,提高茶葉的品質(zhì)和效益。劉海洋、余繼忠等[3-6]的研究一致認(rèn)為：在干旱季節(jié)，覆蓋茶園地面能減輕高溫對(duì)茶樹的傷害；茶園鋪草可以穩(wěn)定土壤熱變化,減少地表水分蒸發(fā)量,防止或減輕茶樹旱熱害;茶園鋪草可以減緩地表徑流速度,防止或減輕土壤被沖刷,并促使雨水向土壤深層滲透,增加土壤蓄水量,提高土壤含水率,起保土、保水、保肥的效果;茶園鋪草可以增加土壤有機(jī)養(yǎng)分,保持土壤疏松,抑制雜草滋生,有利于改善茶葉品質(zhì),提高茶葉產(chǎn)量。黑膜覆蓋技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上得到了較為廣泛的應(yīng)用和推廣[7],李毅等研究了新疆農(nóng)田作物在地面覆膜后地溫極值的時(shí)空變化,結(jié)果顯示,覆膜對(duì)改善土壤溫度有明顯的作用[8]。但不同的覆蓋材料,其保溫增溫的效果不一樣。

目前對(duì)覆蓋材料的研究大多集中在秸稈和地膜,對(duì)其他覆蓋材料的研究較少,而且覆蓋材料用于保水抗旱的研究較多,而有關(guān)地面覆蓋對(duì)茶葉、雜草生長(zhǎng)等影響的研究少。因此筆者采用稻草、白膜、黑膜、谷殼和防草布5種材料進(jìn)行地表覆蓋,開展了不同的覆蓋材料對(duì)茶園抗旱、防草效果的研究,比較了不同材料對(duì)土壤溫度、土壤含水量、防草效果的影響,以期為茶園抗旱、防草提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試茶園與處理設(shè)置

供試茶樹樹齡18年,茶樹品種為龍井43。試驗(yàn)地在井岡山新城鎮(zhèn)翠綠茶葉種植專業(yè)合作社基地(井岡山市新城鎮(zhèn)黃夏村境內(nèi))，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)26.7551°,北緯114.0917°；該地屬于丘陵紅壤地貌,海拔212～268 m，土壤以潮土紅壤土為主,土壤基礎(chǔ)理化性狀詳見表1。

表1 試驗(yàn)茶園土壤的基礎(chǔ)理化性狀

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理:處理1覆蓋稻草(厚度10 cm左右)；處理2覆蓋白膜(厚0.006 mm)；處理3覆蓋黑膜(厚度0.006 mm)；處理4覆蓋水稻谷殼(厚度10 cm左右)；處理5覆蓋防草布(密度70 g/m2)；處理6為裸地對(duì)照,未進(jìn)行任何覆蓋處理。將各處理的覆蓋材料直接覆蓋在茶樹行間至茶樹根部。每個(gè)處理3次重復(fù),共18個(gè)小區(qū),采用隨機(jī)區(qū)組排列,每個(gè)小區(qū)面積為100 m2。于2020年4月15～18日開始覆蓋,至10月施茶園基肥時(shí)掀除,覆蓋時(shí)長(zhǎng)約5個(gè)月。

1.2 測(cè)定指標(biāo)和測(cè)定方法

土壤溫度的測(cè)定:在覆蓋物地表以下0、10 cm左右，分別埋入1支土壤傳感器(CWS農(nóng)田小氣候觀測(cè)站,購于武漢紫光弘元科技有限公司)。每天6:00～22:00記錄該深度土壤溫度,試驗(yàn)從2020年4月15日開始,一直記錄到2020年10月15日。選擇持續(xù)高溫天氣，測(cè)定10 cm深土層溫度,連續(xù)測(cè)定5 d；本研究主要記錄了2020年6月29日各處理土壤表層(0 cm)和10 cm深處溫度的日變化，以及在2020年7月16～21日和2020年7月21～25日這兩個(gè)階段性高溫期間土壤日均溫度的變化情況。

土壤含水率的測(cè)定:用恒重法測(cè)定土壤含水量。選擇持續(xù)晴熱天氣5 d(2020年7月 12～16日、2020年7月16～21日),測(cè)定各處理10 cm處土壤的含水量,每個(gè)處理重復(fù)3次；取土點(diǎn)位置接近土壤溫度測(cè)定位置。在試驗(yàn)期間的氣象資料見表2。

表2 在2020年試驗(yàn)期間部分觀測(cè)日的氣象資料

雜草重量統(tǒng)計(jì):茶園行間覆蓋后,掀起覆蓋物,各處理選取3塊地,采用平方尺框定,用剪刀將平方尺內(nèi)的雜草剪除干凈并稱重,統(tǒng)計(jì)雜草重量并進(jìn)行計(jì)算。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋處理對(duì)茶園土壤溫度的影響

太陽輻射是茶園土壤溫度升高的直接原因[9]。太陽光的照射與土壤溫度、輻射能量的收支密切相關(guān),當(dāng)茶園土壤吸收的熱量大于散失的熱量時(shí),茶園土壤呈現(xiàn)升溫的狀態(tài),反之亦然。在晴熱天氣陽光充分照射的情況下,茶園土壤0、10 cm深處的日溫度變化分別如表3、表4所示。從表3可以看出,在同一天內(nèi)，茶園不同覆蓋處理的土壤溫度的變化趨勢(shì)不盡相同，各覆蓋物處理的土壤表面溫度均在下午14:00達(dá)到頂峰,稻草覆蓋、白膜覆蓋、黑膜覆蓋、谷殼覆蓋、防草布覆蓋的土壤表面最高溫度分別為50.3、56.8、48.5、50.2、50.0 ℃；與空白對(duì)照CK的土壤表面最高溫度55.6 ℃相比，白膜覆蓋處理升高了1.2 ℃，其他4個(gè)處理分別降低了5.3、7.1、5.4、5.6 ℃。不同覆蓋物處理的土壤表層溫度的日變化幅度也不同,稻草覆蓋處理為24.5 ℃，白膜覆蓋處理為30.7 ℃，黑膜覆蓋處理為22.3 ℃，谷殼覆蓋處理為23.2 ℃，防草布覆蓋處理為23.0 ℃，CK為27.5 ℃,可見黑膜覆蓋控制茶園土壤表層溫度變化的效果最好,溫度變化幅度最小。

表3 不同覆蓋物覆蓋下茶園土壤表層(0 cm)溫度的日變化 ℃

如表4所示,不同覆蓋物處理的茶園土壤10 cm深處溫度在下午14:00達(dá)到頂峰,稻草覆蓋、白膜覆蓋、黑膜覆蓋、谷殼覆蓋、防草布覆蓋處理的最高溫度分別是43.8、45.3、42.0、42.7、42.5 ℃,均低于空白對(duì)照(CK)土壤10 cm深處的最高溫度49.1 ℃,分別比CK降低了5.3、3.8、7.1、6.4、6.6 ℃。不同覆蓋物處理10 cm深處土壤溫度的日變化幅度也不同,稻草覆蓋處理為17.5 ℃，白膜覆蓋處理為18.7 ℃，黑膜覆蓋處理為15.6 ℃，谷殼覆蓋處理為16.5 ℃，防草布覆蓋處理為16.0 ℃，CK為18.0 ℃,可見黑膜覆蓋處理控制茶園土壤10 cm處溫度的效果最好,溫度變化幅度最小。

表4 不同覆蓋物覆蓋下茶園土壤10 cm處溫度的日變化 ℃

不同處理茶園土壤0、10 cm深處溫度呈現(xiàn)相同的日變化趨勢(shì),即從6:00到14:00是上升的,從14:00到22:00是下降的，且隨著土壤深度的增加,土壤溫度變化的幅度在下降。因此覆蓋處理能有效地降低茶園土壤溫度的變化幅度,也能在一定程度上降低茶園0、10 cm深處的土壤溫度,其中效果最好的是黑膜覆蓋，其次是防草布覆蓋。

2.2 不同覆蓋處理下溫度、含水量的變化

表5顯示了在2020年7月16～21日、7月21～25日這兩個(gè)階段性高溫期間試驗(yàn)茶園土壤日均溫度的變化情況,從中可以看出,不同處理的土壤平均溫度隨著土層深度的增加而退減,在這兩個(gè)階段茶園各處理土壤10 cm處的溫度要低于0 cm處的溫度,相差2.0～4.0 ℃。在2020年7月16～21日期間，不同處理茶園土壤0 cm處的平均溫度表現(xiàn)為稻草覆蓋處理<防草布覆蓋處理<谷殼覆蓋處理<黑膜覆蓋處理<白膜覆蓋處理

表5 在兩個(gè)高溫階段不同覆蓋處理不同土層土壤溫度的變化 ℃

在2020年7月21～25日期間,不同處理茶園土壤0、10 cm處的平均溫度均表現(xiàn)為谷殼覆蓋處理<防草布覆蓋處理<黑膜覆蓋處理<稻草覆蓋處理<白膜覆蓋處理

對(duì)比上述兩個(gè)階段的溫度數(shù)據(jù)還可以看出，隨著太陽照射時(shí)間的延長(zhǎng), 7月21～25日期間0、10 cm處茶園土壤溫度要高于7月16～21日期間的。另外，有覆蓋物處理的土壤溫度差異幅度要低于CK的。白膜由于透光性好,所以白膜覆蓋處理的土壤溫度上高快,下降慢,不適合夏季茶園抗旱保濕。其余覆蓋處理均能使茶園土壤溫度在1 d內(nèi)呈現(xiàn)比較平緩的變化。

不同覆蓋處理茶園土壤10 cm處含水量如表6所示,在2020年7月12～16日期間各處理10 cm處土壤含水量表現(xiàn)為防草布>稻草>谷殼>黑膜>白膜>CK,除白膜覆蓋處理外,其余處理10 cm處的土壤含水量均顯著高于CK的。在2020年7月16～21日期間，各處理10 cm處土壤含水量表現(xiàn)為黑膜>谷殼>防草布>稻草>白膜>CK,5個(gè)覆蓋處理10 cm處的土壤含水量均顯著高于CK的。從表6還可得知,在上述兩個(gè)階段茶園10 cm處土壤含水量差異不大,變化趨勢(shì)較為一致,這也間接說明了覆蓋處理能有效地提高茶園土壤含水量。

表6 2020年不同處理在不同階段茶園土壤含水量的變化 g/kg

2.3 不同覆蓋處理的成本及除草效益比較

表7顯示,除白膜覆蓋處理外,其余覆蓋處理均能有效地抑制茶園雜草的生長(zhǎng),各處理的雜草數(shù)量表現(xiàn)為防草布<黑膜<谷殼<稻草<白膜

表7 不同處理茶園的雜草生長(zhǎng)情況

從表8可以看出：各覆蓋處理的覆蓋總成本從高到低依次為稻草>谷殼>防草布>黑膜=白膜；稻草、谷殼覆蓋處理分別比不覆蓋對(duì)照多用覆蓋人工費(fèi)1200、1125元/hm2；各覆蓋處理均能顯著降低除草人工費(fèi)；最有效的是黑膜覆蓋處理，總費(fèi)用比CK降低了10965元/hm2,其次是白膜和防草布覆蓋處理,總費(fèi)用分別降低了6245、5121元/hm2。

表8 不同覆蓋處理的成本及效益比較 元/hm2

3 討論

3.1 覆蓋對(duì)茶園土壤溫度的影響

本研究表明,對(duì)地表進(jìn)行覆蓋后,茶園地表溫度、土壤10 cm處日均溫度的變化幅度均小于對(duì)照,以黑膜、防草布覆蓋處理的保溫效果較好。在2020年7月16～21日、7月21～25日兩個(gè)階段性高溫期間日均溫度的變化趨勢(shì)基本相似,覆蓋處理(白膜覆蓋處理除外)土壤表面和10 cm處的溫度均要低于CK的,且日變化幅度小于CK的，這樣有利于茶樹根系的生長(zhǎng)[9],其中黑膜和防草布覆蓋處理的效果較好。究其原因,可能是因?yàn)楦采w有一定的保溫作用。楊書運(yùn)比較了兩種厚度的稻草覆蓋與地膜覆蓋的保溫作用[10-11],發(fā)現(xiàn)覆蓋處理能調(diào)節(jié)土壤溫度的變化,使得茶園土壤溫度變化趨于平緩,白天能阻止熱量向茶園土壤傳遞,晚上能阻止茶園土壤溫度向外散失。白膜和黑膜都不透氣,吸熱和放熱均較快,但由于黑膜不透光,影響了太陽輻射的吸收轉(zhuǎn)化和地面熱量的傳導(dǎo),所以黑膜覆蓋處理的溫度變化幅度要小于白膜和CK的,這一結(jié)論與李毅等[12]、程建平等[13]的研究結(jié)果一致。谷殼與稻草類似,能阻擋太陽對(duì)地面的直接輻射,減少熱量向大氣散失,減緩?fù)寥罍囟鹊淖兓?將防草布覆蓋在地表,會(huì)阻擋太陽光對(duì)地面的輻射和土壤熱量的散失,同樣具有一定的保溫作用,這與程建萍等[13]、余繼忠等[14]的研究結(jié)論基本一致。但由于防草布具有細(xì)密的孔眼,透水性和透光率都比較好,與其他材料相比,其阻擋地面接收太陽照射和能量散失的能力不強(qiáng),因此其保溫效果不如其他材料。

3.2 覆蓋對(duì)茶園土壤水分和防草效果的影響

研究表明，地面覆蓋能改善土壤水分在不同深度的分布和變化特征,有利于土壤保持更多的水分,減少茶園土壤地表水分的蒸發(fā)[15]。覆蓋茶園0～20 cm土層的土壤含水量均顯著高于清耕茶園的[16]；山地茶園覆草后土壤含水率能提高60%[17]。本研究也發(fā)現(xiàn),覆蓋處理茶園的土壤含水量均高于不覆蓋對(duì)照的,這是因?yàn)楦采w處理阻隔了土壤水分與空氣的交換,減少了土壤水分的蒸發(fā)；其中效果最好的是黑膜覆蓋處理,其次是防草布、谷殼、稻草覆蓋處理。

本研究結(jié)果表明，覆蓋稻草、谷殼、黑膜和防草布均能有效地抑制茶園雜草的發(fā)生和生長(zhǎng)，其中黑膜、防草布覆蓋的防草效果優(yōu)于稻殼、稻草覆蓋,而白膜覆蓋的防草效果不佳。從覆蓋處理和人工防草的總費(fèi)用來看，黑膜覆蓋處理的效果最好,其次是白膜和防草布覆蓋處理。再結(jié)合防草效果,以及對(duì)土壤水分和溫度的影響等,筆者認(rèn)為黑膜覆蓋是茶園夏季抗旱、防草成本最省、效益最好的一種方式,其次推薦防草布覆蓋。

4 結(jié)論

稻草、白膜、黑膜、稻谷殼和防草布等5種材料覆蓋能改善茶園土壤表層、土壤10 cm處的溫度,提高茶園土壤的水分含量；除白膜覆蓋外均能有效地防止茶園雜草的發(fā)生；黑膜覆蓋、防草布覆蓋能有效地節(jié)約茶園管理成本,提高茶葉產(chǎn)值。綜合茶園土壤溫度、水分變化、防草效果與成本等考慮,黑膜和防草布更適合作為茶園夏季防旱、綠色防草的覆蓋材料。