茶樹間作巨菌草對(duì)茶園小氣候及土壤養(yǎng)分的影響

張明澤，姚玉仙，申太官，王小妍

（黔南民族師范學(xué)院生物科學(xué)與農(nóng)學(xué)院，貴州黔南558000）

茶樹（Camellia sinensis（L.）O.Kuntze）具有喜溫、喜濕、喜散射光的生態(tài)習(xí)性，在一定空氣濕度和蒸騰強(qiáng)度的環(huán)境條件下生長(zhǎng)良好[1]。目前的茶園種植模式普遍為純作，這種環(huán)境條件下茶園光照強(qiáng)度、空氣溫度和空氣相對(duì)濕度升降幅度大，茶樹難以抵御自然災(zāi)害的侵襲，從而導(dǎo)致茶園生物多樣性下降和茶葉品質(zhì)降低。因此，合理的復(fù)合茶園是一種可持續(xù)的茶樹栽培模式。有關(guān)茶園復(fù)合栽培模式研究報(bào)道相對(duì)較多，沈潔[2]研究提出，茶-草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)能改善茶園光照、氣溫、濕度和土壤理化性狀。巨菌草（Pennisetum sinese）為禾本科狼尾草屬植物，是典型的C4植物，一般植株高大（株高為3～5 m）、叢生直立、地下根系極其發(fā)達(dá)，種植巨菌草有利于水土保持與荒漠化治理，也可以改善土壤質(zhì)量[3]。目前關(guān)于茶樹與巨菌草間作的研究報(bào)道相對(duì)較少。

本研究主要探討茶樹與巨菌草復(fù)合栽培模式下茶園小氣候及土壤養(yǎng)分的變化，旨在為優(yōu)質(zhì)高效茶園建設(shè)提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)茶園概況

試驗(yàn)于2017年7—10月在貴州省都勻市黔南民族師范學(xué)院教學(xué)茶園進(jìn)行，土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土。茶樹品種為2016年冬季移栽的福鼎大白茶茶苗，苗高20～30 cm，茶苗行間距為120 cm。巨菌草種苗（購(gòu)于海南儋州牧春綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司）于2017年2月在距茶苗20 cm處播種，2017年7月巨菌草高度為170～200 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)處理為茶樹間作巨菌草，以純茶園（不間作巨菌草）作為對(duì)照。處理和對(duì)照均設(shè)3個(gè)重復(fù)，共6個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為2 m×2 m。處理和對(duì)照茶樹的田間管理措施一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 空氣溫度、空氣濕度和光照強(qiáng)度測(cè)定采用TES-1339R專業(yè)級(jí)照度計(jì)測(cè)定茶蓬上方30 cm處的光照強(qiáng)度。采用TES-1360A溫濕度計(jì)測(cè)定茶蓬上方30 cm處空氣溫度和相對(duì)濕度，每天8：00開始測(cè)定，每隔2 h測(cè)定一次，直到18：00結(jié)束。

1.3.2 土壤養(yǎng)分含量及土壤pH測(cè)定于2017年7月選擇晴朗天氣，分別在間作茶園和純茶園各小區(qū)進(jìn)行土壤取樣。每個(gè)小區(qū)采取五點(diǎn)取樣法，去除土壤表面的雜草等雜物后取0～20 cm土層的土壤。土壤樣品充分混合、研磨、過篩、風(fēng)干后測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、全鉀、速效鉀含量以及pH值。

參照《土壤農(nóng)化分析》中的常規(guī)方法測(cè)定[4]：有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法；全氮、堿解氮測(cè)定采用凱氏消散滴定法；pH值采用酸度計(jì)法測(cè)定；全磷測(cè)定采用堿熔-鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀采用堿熔-火焰光度計(jì)法測(cè)定；速效鉀測(cè)定采用火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.3.3 茶樹葉綠素含量測(cè)定于2017年8月采集2種茶園茶樹新梢駐芽葉片，參照《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)》[5]中采用95%乙醇提取葉片的葉綠素a（chla）、葉綠素b（chlb）和類胡蘿卜素（car）含量的方法進(jìn)行。

式中，Ca、Cb分別為葉綠素a（chla）和葉綠素b（chlb）的濃度（mg/L）；Cc，x為類胡蘿卜素（car）的總濃度（mg/L）；A665、A649和A470分別為葉綠體色素提取液在波長(zhǎng)665、649、470 nm下的吸光度；C為Ca、Cb或Cc，x；V為提取液體積（mL）；N為稀釋倍數(shù)；m為樣品鮮質(zhì)量（g）；1 000表示1 L（1 000 mL）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Microsoft Office Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)照與處理茶園空氣溫度和空氣相對(duì)濕度日變化分析

從圖1～4可以看出，7—8月8：00—18：00，純茶園和間作茶園空氣溫度呈單峰型；10月8：00—18：00，純茶園和間作茶園空氣溫度呈雙峰型；7—8月和10月一天中最高溫度在12：00—16：00?？傮w上純茶園空氣溫度高于間作茶園，說明茶園間作巨菌草有利于降低茶園空氣溫度。7—8月8：00—18：00，純茶園和間作茶園空氣相對(duì)濕度呈倒單峰型；10月8：00—18：00，純茶園和間作茶園空氣相對(duì)濕度呈倒雙峰型；7—8月一天中最低空氣相對(duì)濕度在12：00—16：00?？傮w上，茶園空氣溫度越高，相對(duì)濕度就越低，空氣溫度與相對(duì)濕度成反比例關(guān)系，間作茶園空氣相對(duì)濕度高于純茶園，說明茶園間作巨菌草有利于增加茶園空氣相對(duì)濕度，降低茶園空氣溫度。

2.2 對(duì)照與處理茶園光照強(qiáng)度日變化

從表1可以看出，7—8月和10月不同類型茶園的日變化趨勢(shì)大致相同，光照強(qiáng)度從8：00開始上升，在12：00—14：00達(dá)到一天中的最高值，之后逐漸下降?？傮w上一天中各個(gè)時(shí)間點(diǎn)間作茶園光照強(qiáng)度低于純茶園，且差異達(dá)到顯著性水平。說明茶園間作巨菌草可以降低茶園光照強(qiáng)度，其具有遮陰功能。

表1 不同類型茶園光照強(qiáng)度日變化比較 lx

2.3 對(duì)照與處理茶園茶樹葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量的差異

由表2可知，不同類型茶園茶樹葉片葉綠素a含量均大于葉綠素b和類胡蘿卜素含量；間作葉綠素a/葉綠素b為2.32，而純茶園葉綠素a/葉綠素b為2.24；間作茶園茶樹葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量均高于純茶園，其中，葉綠素a含量的差異達(dá)顯著水平。表明間作巨菌草有利于促進(jìn)茶樹葉片葉綠素a的合成，從而增大葉綠素a與葉綠素b的比值。

表2 不同類型茶園葉綠素和類胡蘿卜素含量mg/g

2.4 對(duì)照與處理茶園土壤養(yǎng)分及pH的差異

從表3可以看出，間作茶園土壤養(yǎng)分（全氮、水解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀）含量均高于純茶園，且差異均達(dá)顯著水平；純茶園土壤有機(jī)碳含量為1.62 g/kg，而間作茶園土壤有機(jī)碳含量為12.87 g/kg。表明茶樹與巨菌草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中，有較多的有機(jī)質(zhì)重返茶園，在土壤微生物的作用下分解，有效改善了土壤養(yǎng)分狀況，保持土壤肥力。與純茶園相比，間作茶園增加了土壤pH值，因此，間作巨菌草可以減輕土壤酸化。

表3 不同類型茶園土壤養(yǎng)分及pH的差異

3 結(jié)論與討論

巨菌草是喜光性C4植物，為須根系，植株較高，而茶樹是耐陰常綠植物，根系為直根系，大多數(shù)栽培的茶樹為灌木型，植株較低，茶園間作巨菌草可以形成不同的生態(tài)位，具有空間配置合理、對(duì)環(huán)境資源利用充分的良好生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)[6]。光照強(qiáng)度主要影響茶樹光合作用，進(jìn)而影響茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究顯示，茶樹的光補(bǔ)償點(diǎn)為300～500 lx，光飽和點(diǎn)為30 000～40 000 lx，低于光飽和點(diǎn)時(shí)，茶樹光合速率隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)而增加，但超過光飽和點(diǎn)后，產(chǎn)生光抑制，凈光合速率下降[7]；低光照強(qiáng)度對(duì)綠茶區(qū)茶葉品質(zhì)形成有利，高光照強(qiáng)度可以提高紅茶區(qū)茶葉中多酚類物質(zhì)的含量，增強(qiáng)茶湯滋味，但不利于香氣的形成[8]。有研究認(rèn)為，遮陰后植物葉片硝酸還原酶（Nitrate Reductase，NR）活性升高，氮代謝強(qiáng)于碳代謝[9]，茶園遮陰有利于茶樹含氮化合物如蛋白質(zhì)、葉綠素、氨基酸等物質(zhì)的生物合成，提高茶葉品質(zhì)，而且，葉綠素含量的增加有利于植物吸收更多的光能[10]，增加茶葉產(chǎn)量。

本研究結(jié)果顯示，巨菌草對(duì)茶樹具有較好的遮陰效果，能降低茶園內(nèi)的空氣溫度、增加空氣相對(duì)濕度，改善茶園小氣候，避免光照強(qiáng)度過高而產(chǎn)生的光抑制，提高了茶葉嫩度，同時(shí)遮陰后使透過巨菌草的陽光發(fā)生漫散射現(xiàn)象，有利于茶葉含氮物質(zhì)的形成。張明生等[11]研究表明，水分脅迫會(huì)引起植物體內(nèi)活性氧的積累，進(jìn)而引發(fā)葉綠素的分解，而葉綠素a可能比葉綠素b更容易分解。本研究結(jié)果顯示，間作增加了茶園空氣相對(duì)濕度，提高了葉綠素a含量及葉綠素a與葉綠素b的比值；減少了因高溫引起的干旱脅迫對(duì)茶樹光合作用的破壞。巨菌草的根系分散在茶樹根際周圍，具有疏松土壤的功能，同時(shí)巨菌草的種植提高了土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性[3]，土壤微生物種群數(shù)量與土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量呈顯著正相關(guān)[12]。此外，研究表明，不同生長(zhǎng)時(shí)期巨菌草的根、莖、葉都存在微生物內(nèi)生固氮菌群，成熟期根部?jī)?nèi)生固氮菌群組成最高，拔節(jié)期莖部和葉部均較高[13]。因此，茶園內(nèi)間作巨菌草后土壤養(yǎng)分含量增加可能是由巨菌草的枯枝落葉在土壤微生物的作用下大量分解以及生物固氮所致，表明茶園間作巨菌草對(duì)于改善土壤質(zhì)量具有積極作用，這與林冬梅等[14]研究結(jié)果（沙質(zhì)荒漠化土壤種植菌草可以提高土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性、增加土壤微生物數(shù)量、改善土壤微生態(tài)環(huán)境、增強(qiáng)土壤的生產(chǎn)性能）一致。

本研究對(duì)茶樹間作巨菌草只是進(jìn)行了初步探索，對(duì)茶草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的土壤養(yǎng)分循環(huán)、巨菌草對(duì)茶樹病蟲害以及茶園生物多樣性的影響等尚未涉及，還有待于進(jìn)一步探討。巨菌草用途廣泛，如可以作為栽培食藥用菌的培養(yǎng)基質(zhì)[15-18]、動(dòng)物飼料[19-20]和生產(chǎn)生物能源的原料[21]，因此，茶園間作巨菌草可以增加經(jīng)濟(jì)收入，但茶草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的最佳經(jīng)濟(jì)效益還需系統(tǒng)研究，進(jìn)而探索出一種生態(tài)與經(jīng)濟(jì)均適宜的茶樹與巨菌草間作栽培模式。