微生物菌劑對松陽茶園土壤酸化改良及肥力提升的效果分析

吳林土， 徐火忠， 李貴松， 唐仕琴， 王勇軍

(1.松陽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 松陽 323400； 2.浙江農(nóng)林大學(xué) 生物農(nóng)藥高效制備技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300)

茶葉是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2019年我國茶葉產(chǎn)量280萬t，居世界首位[1]。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，茶業(yè)快速發(fā)展，在部分地區(qū)已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。松陽縣是浙西南茶葉發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，2017年松陽茶園面積0.842萬hm2，茶葉產(chǎn)量1.42萬t，產(chǎn)值14.1億元，發(fā)展至今已經(jīng)形成了“40%人口從事茶產(chǎn)業(yè)，50%農(nóng)民收入來源于茶產(chǎn)業(yè)，60%農(nóng)業(yè)產(chǎn)值來自茶產(chǎn)業(yè)”的格局[2]。隨著茶葉種植和產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，茶園可持續(xù)經(jīng)營已成為當(dāng)前面臨的重要課題。特別是近年來由于集約化經(jīng)營、施肥不合理、過重修剪等種植方式，帶來了土壤酸化嚴(yán)重、土壤板結(jié)和退化、土壤肥力退化等問題，嚴(yán)重制約了茶葉的可持續(xù)發(fā)展和土壤的健康利用[3]。倪康等[4]系統(tǒng)調(diào)查我國茶園土壤施肥現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn)，我國茶園化肥養(yǎng)分總用量普遍過高，造成茶園土壤酸化和養(yǎng)分淋失加劇，土壤養(yǎng)分供給能力惡化，影響了周邊水體環(huán)境質(zhì)量和茶樹的正常生長?？娙~旻子等[5]對松陽縣10個(gè)茶葉主產(chǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的茶園土壤pH和主要養(yǎng)分含量進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)松陽茶園土壤酸化情況嚴(yán)重，pH<4.5的土壤占96%以上，土壤速效鉀含量不足，其主要原因是化肥施用過量，施肥技術(shù)單一。

微生物菌劑是一種由大量有益微生物及其代謝產(chǎn)物組成的新型環(huán)保肥料。有益微生物通過定殖于植物根圍及土壤、改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力、抑制病原物生長等方面，起到調(diào)節(jié)作物生長和促進(jìn)土壤健康等作用[6-7]。微生物菌劑已經(jīng)在水稻、黃瓜、番茄等作物上表現(xiàn)出改善土壤性狀、提高肥力、增強(qiáng)肥料利用率等功效[8-12]。微生物菌劑在茶葉上也有應(yīng)用，Bai等[13]發(fā)現(xiàn)，使用解淀粉芽孢桿菌微生物制劑后，茶葉的百芽重和主要品質(zhì)指標(biāo)都有明顯提高。吳淑平等[14]試驗(yàn)表明，微生物肥對茶葉具有增產(chǎn)提質(zhì)的作用。

基于當(dāng)前松陽茶園土壤健康問題和茶葉生產(chǎn)現(xiàn)狀，本研究從2017年起在松陽縣茶園進(jìn)行微生物菌劑的應(yīng)用試驗(yàn)，跟蹤測定了微生物菌劑應(yīng)用后土壤pH、肥力、重金屬含量等指標(biāo)的變化，以期為微生物菌劑在松陽茶園的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

在松陽縣茶葉種植區(qū)，分別選擇赤壽鄉(xiāng)的山地茶園、古市鎮(zhèn)的梯田茶園和水田茶園進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)地土壤均為重度酸化土壤，其基本情況見表1。

表1 供試茶園的基本情況

供試微生物菌劑由中農(nóng)綠康(北京)生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)，有效成分為防病促生芽孢桿菌、木霉菌等高效微生物，每克菌劑有效活菌數(shù)量高于5億個(gè)。

1.2 處理設(shè)計(jì)

每個(gè)茶園分別設(shè)微生物菌劑處理，以不施微生物菌劑為對照。處理區(qū)微生物菌劑用量為90 kg·hm-2，于2017—2019年每年3月(其他有機(jī)肥、化肥等基肥施用后10 d)采用基施的方式施用。對照區(qū)除不用微生物菌劑外，其他施肥、管理措施與處理區(qū)相同。

1.3 樣品采集與測定

分別于2017、2018和2019年的10月，在每個(gè)試驗(yàn)茶園小區(qū)進(jìn)行采樣。采用“S”形取樣法隨機(jī)均勻采取10個(gè)采樣點(diǎn)，采樣深度為0～40 cm。將所取土壤混合，經(jīng)風(fēng)干、磨碎后備用。pH以及有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量分別根據(jù)土壤檢測標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1377—2007、NY/T 1121.6—2006、NY/T 53—1987、NY/T 1121.7—2006和NY/T 889—2004進(jìn)行檢測，鉛含量按照GB/T 17141—1997進(jìn)行檢測。每個(gè)樣品測定3次，結(jié)果取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

所有數(shù)據(jù)利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，圖表制作采用Origin 7.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH

微生物菌劑應(yīng)用后，茶園土壤pH測定結(jié)果如圖1所示。在山地茶園，處理區(qū)土壤pH從2017年的4.21提高到2018年的4.69，差異顯著，2019年pH為4.62，與2018年差異不顯著。在梯田茶園，處理區(qū)土壤pH從2017年的3.58，顯著提高到2018年的3.77，2019年pH繼續(xù)顯著提高到3.94。在水田茶園，處理區(qū)土壤pH從2017年的3.47，顯著提高到2018年的3.75，2019年為3.76，2019年與2018年無顯著差異。對照區(qū)pH在2017—2019年無顯著變化，2019年山地、梯田和水田茶園土壤pH分別為4.23、3.60和3.46。

相同茶園比較，無相同小寫字母者表示組間在P<0.05水平差異顯著(最小顯著差數(shù)法)，圖2～6同。圖1 施用微生物菌劑對茶園土壤pH的影響

2.2 有機(jī)質(zhì)

微生物菌劑應(yīng)用后，茶園土壤有機(jī)質(zhì)測定結(jié)果如圖2所示。在山地茶園，處理區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)從2017年的16.22 g·kg-1顯著提高到2018年的21.68 g·kg-1，2019年土壤有機(jī)質(zhì)含量為22.25 g·kg-1，與2018年差異不顯著。在梯田茶園，處理區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量從2017年的20.19 g·kg-1，顯著提高到2018年的23.12 g·kg-1，2019年土壤有機(jī)質(zhì)含量為22.64 g·kg-1，與2018年無顯著差異。在水田茶園，處理區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量從2017年的25.05 g·kg-1，顯著提高到2018年的35.22 g·kg-1，2019年為36.08 g·kg-1，與2018年無顯著差異。對照區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量在2017—2019年無顯著變化，2019年山地、梯田和水田茶園含量分別為16.53、20.34和25.13 g·kg-1。

圖2 施用微生物菌劑對茶園土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.3 全氮

微生物菌劑應(yīng)用后，茶園土壤全氮含量測定結(jié)果如圖3所示。在山地茶園，處理區(qū)2017年土壤全氮含量為77.3 mg·kg-1，2018年為81.0 mg·kg-1，兩者無顯著差異，但2019年土壤全氮含量顯著提高到122.8 mg·kg-1。在梯田茶園，處理區(qū)2017年土壤全氮含量為89.6 mg·kg-1，2018年顯著提高到109.5 mg·kg-1，2019年再顯著提高到143.9 mg·kg-1。在水田茶園，處理區(qū)土壤全氮含量2017年為114.1 mg·kg-1，2018年為128.0 mg·kg-1，兩者差異顯著，2019年顯著提高到192.6 mg·kg-1。對照區(qū)土壤全氮含量在2017—2019年無顯著變化，2019年山地、梯田和水田茶園含量分別為78.3、91.4和118.2 mg·kg-1。

圖3 施用微生物菌劑對茶園土壤全氮含量的影響

2.4 有效磷

微生物菌劑應(yīng)用后，茶園土壤有效磷含量測定結(jié)果如圖4所示。在山地茶園，處理區(qū)2017年土壤有效磷含量為59.6 mg·kg-1，2018年顯著提高到84.5 mg·kg-1，2019年再顯著提高到117.9 mg·kg-1。在梯田茶園，處理區(qū)2017年土壤有效磷為132.5 mg·kg-1，2018年為180.0 mg·kg-1，2019年為265.4 mg·kg-1，均顯著提高。在水田茶園，土壤有效磷含量2017年為159.9 mg·kg-1，2018年顯著提高到225.8 mg·kg-1，2019年再顯著提高到243.3 mg·kg-1。對照區(qū)土壤有效磷含量在2017—2019年無顯著變化，2019年山地、梯田、水田茶園含量分別為61.3、135.4和164.9 mg·kg-1。

圖4 施用微生物菌劑對茶園土壤有效磷含量的影響

2.5 速效鉀

微生物菌劑應(yīng)用后，茶園土壤速效鉀含量測定結(jié)果如圖5所示。在山地茶園，處理區(qū)2017年土壤速效鉀含量為360.2 mg·kg-1，2018年為457.4 mg·kg-1，2019年為551.6 mg·kg-1，相互間差異顯著。在梯田茶園，處理區(qū)2017年土壤速效鉀為325.7 mg·kg-1，2018年為384.9 mg·kg-1，兩者差異顯著，2019年再顯著提高到427.8 mg·kg-1。在水田茶園，處理區(qū)土壤速效鉀含量2017年為260.2 mg·kg-1，2018年為266.2 mg·kg-1，兩者無顯著差異，但2019年顯著提高到320.2 mg·kg-1。對照區(qū)土壤速效鉀含量在2017—2019年無顯著變化，2019年山地、梯田和水田茶園含量分別為364.3、325.7和265.1 mg·kg-1。

圖5 施用微生物菌劑對茶園土壤速效鉀含量的影響

2.6 鉛

微生物菌劑應(yīng)用后，茶園土壤鉛含量測定結(jié)果如圖6所示。在山地茶園，處理區(qū)2017年土壤鉛含量為24.37 μg·kg-1，2018年為24.06 μg·kg-1，二者無顯著差異；2019年為22.58 μg·kg-1，與2018年含量無顯著差異，但較2017年有顯著降低。在梯田茶園，處理區(qū)2017年土壤鉛含量為44.33 μg·kg-1，2018年為39.83 μg·kg-1，2019年為34.65 μg·kg-1，均呈顯著降低趨勢。在水田茶園，處理區(qū)土壤鉛含量2017年為32.68 μg·kg-1，2018年為32.70 μg·kg-1，兩年無顯著差異，但2019年顯著降低為27.18 μg·kg-1。對照區(qū)鉛含量在2017—2019年無顯著變化，2019年山地、梯田和水田茶園含量分別為23.51、43.67和32.45 μg·kg-1。

圖6 施用微生物菌劑對茶園土壤鉛含量的影響

3 小結(jié)與討論

微生物是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的重要?jiǎng)恿?，也是調(diào)控土壤能量和養(yǎng)分循環(huán)的重要因子[15]。農(nóng)田土壤由于長久單一種植某一種作物，往往會導(dǎo)致土壤微生物種群結(jié)構(gòu)單一、土壤微生物促進(jìn)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)功能減弱等問題。因此，通過添加具有土壤調(diào)理功能的微生物菌劑，可改變土壤中營養(yǎng)元素的活性狀態(tài)，改善土壤營養(yǎng)狀況。本研究以防病促生芽孢桿菌、木霉菌等高效微生物為功效成分的微生物菌劑進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，微生物菌劑連續(xù)施用3 a后，松陽龍井茶園土壤pH顯著提高，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀等土壤養(yǎng)分指標(biāo)均得到顯著提高，土壤重金屬鉛含量顯著下降，說明連續(xù)施用微生物菌劑對松陽茶園土壤健康具有明顯的改善作用。研究結(jié)果與肖開興等[16-17]在四川、福建等茶園試驗(yàn)的結(jié)果相似。

茶園土壤酸化一直是茶樹種植過程中面臨的重要問題。茶樹是一種喜酸植物，在酸性土壤中才能良好地生長，一般要求土壤pH為4.0～6.5，以4.5～5.5最適合，土壤pH過低時(shí)，茶樹生長會受到影響。松陽茶園經(jīng)過多年的發(fā)展，土壤酸化問題也日趨嚴(yán)重，pH<4.0的強(qiáng)酸性土壤占總面積的1.67%，對松陽茶葉發(fā)展和土壤健康產(chǎn)生了重要威脅[18]。茶園土壤酸化主要由生理酸性氮肥的大量投入、酸沉降、茶樹枝條修剪殘落在土壤中帶來的有機(jī)酸以及茶樹自身分泌的酸性物質(zhì)等因素導(dǎo)致而成[19]。酸化對茶園土壤會產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，其中包括鹽基離子的淋失[20]、土壤重金屬離子活化[21]、營養(yǎng)缺失嚴(yán)重[22]，以及土壤微生物種群多樣性降低[23]等，最終導(dǎo)致茶樹生長衰退和土壤健康惡化。微生物菌劑可顯著提高土壤的pH，已在大棚連作土壤[24]、紅壤旱地[25]、林地[26]等作物栽培土壤中得到了應(yīng)用。本試驗(yàn)結(jié)果與其他研究結(jié)果類似，持續(xù)3 a施用以芽孢桿菌和木霉菌為主的微生物菌劑后，水田、梯田和山地茶園土壤pH均可得到顯著提高，其原因可能與微生物菌劑施用后加快氮素循環(huán)、解磷解鉀等功能有關(guān)[7]。同時(shí)發(fā)現(xiàn),微生物菌劑施用后，茶園土壤重金屬鉛的含量也得到顯著降低，可能是土壤酸度得到有效改善的結(jié)果[27]。

茶樹根圍存在大量的固氮和溶磷微生物，這些微生物在茶樹根系吸收營養(yǎng)過程中扮演著重要的功能[28]。有益微生物可通過分解土壤中的有機(jī)物、固氮作用、解磷解鉀、誘導(dǎo)植物抗性、產(chǎn)生植物激素等改良土壤和促進(jìn)植物生長[28]。周移國等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在茶園應(yīng)用微生物菌劑后，土壤中各類微生物迅速生長和繁殖，可通過微生物的分解作用、固氮作用、解磷解鉀作用等改善土壤。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，持續(xù)施用微生物菌劑后，茶園土壤中的有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分指標(biāo)均得到顯著的提升，茶園土壤得到良好的改善。

綜上所述，本研究探索了微生物菌劑在松陽茶園的應(yīng)用效果，經(jīng)過3 a持續(xù)施用并跟蹤土壤健康指標(biāo)，明確了微生物菌劑對茶園土壤的改良效果，為茶園土壤健康和化肥減量增效施用提供了參考。后續(xù)將進(jìn)一步研究有益微生物對茶園土壤改良及茶樹生長發(fā)育的調(diào)控機(jī)制。