红黄壤茶园不同培肥模式的土壤理化效应1)

王利民 林新坚 黄东风 李卫华 邱孝煊

(福建省农业科学院，福州，350013)

红黄壤位于热带、南亚热带和中亚热带地区，遍布我国南方16个省，面积为21.8 Gm2，约占国土面积的1/5。红黄壤地区水热资源丰富，在农业生产中发挥重要的作用。但是，由于高温多雨，土壤有机质分解较快，有效养分易淋失，造成土壤肥力下降［1］。红黄壤自身的酸性也会破坏其生物学性质，导致微生物数量减少，从而抑制养分的矿化、运移、吸收和利用［2］。此外，茶农片面追求短期经济利益，掠夺性开发利用土地，用地和养地脱节，以及不合理施肥加剧了土壤退化，作物减产［3］。以往研究表明:单施有机肥，有机—无机肥配施和套种豆科绿肥等不同培肥模式均有利于改善土壤理化性状［2，4－9］。但是，不同培肥模式均有一定的适用范围，针对红黄壤有机质质量分数低、酸性强和水分少等障碍特征，研究不同长期培肥模式下土壤的机械组成，含水量，密度，孔隙度，有机质、N、P、K质量分数，阳离子交换量(CEC)及pH值的变化规律，以便分析茶园土壤水、肥、气、热的动态变化，为红黄壤茶园的科学培肥提供进一步依据。

1 试验区概况

长期培肥定位试验设在福建省福安市市郊。福安市位于福建省东北沿海(119°23＇～119°51＇E ，26°41＇～27°24＇N)，属于中亚热带海洋性季风气候。地貌以中、低山，丘陵为主，适宜茶树生长。地带性土壤为红、黄壤。供试土壤采自福安市天香茶叶有限公司茶叶基地的长期培肥定位试验区，试验所在地的基础土壤肥力为:pH值5.19，有机质质量分数7.40 g·kg－1，全 N 质量分数 0.40 g·kg－1，水解N 质量分数 58.34 mg·kg－1，有效 P 质量分数 0.87 mg·kg－1，速效 K 质量分数 77.20 mg·kg－1。年均气温19.3 ℃，年日照时数 1 836.6 h，年降水量 1 539.9 mm，3—9月份为雨季，占年降水总量的81.5%，10—翌年2月份为旱季。

2 材料与方法

试验设计:试验始于2006年，设6个处理，分别为CK，不施肥;C，全量化肥(年施N为102.90 kg·hm－2、P2O5为 33.90 kg·hm－2、K2O 为 33.90 kg·hm－2);C1/2O1/2，半量化肥(年施 N 为 51.45 kg·hm－2、P2O5为 16.95 kg·hm－2、K2O 为 16.95 kg·hm－2)+半量有机肥(年施量5 716.50 kg·hm－2);O，全量有机肥(年施量 11433.00 kg·hm－2);CL，全量化肥(年施 N 为 102.90 kg·hm－2、P2O5为 33.90 kg·hm－2、K2O 为 33.90 kg·hm－2)+豆科绿肥;C1/2O1/2L，半量化肥(年施 N 为51.45 kg·hm－2、P2O5为 16.95 kg·hm－2、K2O 为16.95 kg·hm－2)+半量有机肥(年施量5 716.50 kg·hm－2)+豆科绿肥，每处理重复3次，采用随机区组排列。小区面积为13.65 m2，供试茶树为黄观音(Camellia sinensis‘Huangguanyin’)，套种豆科绿肥为圆叶决明(Cassia rotundifolia，34721品系)，其播种量为7.50 kg·hm－2，每年冬季自然枯萎并覆盖于茶园行间的表土上，种子成熟后随之散落，于次年春天自发萌芽。有机肥为“农地乐牌精制有机肥”(福建省农业科学院土壤肥料研究所农普农业科技开发有限公司生产)，其有机质质量分数 368.90 g·kg－1，全 N 质量分数 9.00 g·kg－1，全 P(P2O5)质量分数 22.90 g·kg－1，全 K(K2O)质量分数5.29 g·kg－1。化肥分别用尿素、磷酸一铵和氯化钾。肥料在每年冬季进行条施，施肥量详见表1。

表1 各处理小区的施肥量 kg·hm－2

土样采集与分析:2011年5月份，分别于各试验小区内按“S”形取样法随机布点采集茶园0～20 cm土层样品，混合均匀，每处理3个重复。土样经风干、磨细、过筛，装瓶后供土壤颗粒组成与化学性质测定。同时采集环刀样品供土壤密度和孔隙度测定，另取约20 g鲜土装入铝盒供含水量测定。

物理性质:土壤水分采用烘干法测定，土壤密度测定采用环刀法，通过土壤三相关系计算土壤孔隙度，土壤质地测定采用比重计法，土壤含水量测定采用称质量法［10］。

化学性质:CEC用乙酸铵法测定，pH值用电位法测定，有机质用重铬酸钾氧化—外加热法测定，全N用半微量凯氏法测定，水解N用碱解—扩散法测定，有效P用氟化铵(浓度为0.03 mol·L－1)—盐酸(浓度为0.025 mol·L－1)浸提法测定，速效K用乙酸铵(浓度为1 mol·L－1)浸提—火焰光度法［10］测定。

数据处理:数据采用SAS8.02软件进行ANOVA方差分析和Duncan’s新复极差法多重比较，并进行相关性分析，其他统计分析采用Excel 2003处理。

3 结果与分析

3.1 不同培肥模式的土壤物理性质

土壤物理性质是重要的肥力因素，主要包括土壤质地、密度和孔隙度等，表征土壤中的水、肥、气、热状况。

土壤质地(颗粒组成):指由大小不同的土粒按一定比例组合而成，反映土壤粗细状况。它既影响土壤水分、空气和热量运动，也影响养分的转化。各处理土壤的颗粒组成见表2，处理C、C1/2O1/2、O、CL、C1/2O1/2L土壤的极粗砂粒(粒级(D)1.0 mm＜D≤2.0 mm)含量比CK分别减小了30.94% 、17.36% 、29.63%、1.96%、31.33%;(细砂+极细砂粒)(0.05 mm＜D≤0.25 mm)含量分别比CK增加了1.47%、29.97%、14.93%、0、2.63%;黏粒(D＜0.002 mm)含量分别增加了 2.78%、8.66%、17.98%、13.32%、24.42%;处理 C1/2O1/2、O、CL、C1/2O1/2L 土壤的粗砂粒含量分别比 CK 减小了4.03%、14.73%、25.05%、25.05%;中砂粒含量分别减小了 16.93%、21.04%、21.44%、23.39%。而处理C土壤的粗砂粒及中砂粒含量均与CK无显著差异。进一步分析可得，处理 CK、C、C1/2O1/2、O、CL、C1/2O1/2L 砂粒(0.05 mm＜D≤2.0 mm)含量分别为 57.53%、56.29%、53.61%、48.87% 、50.00%、45.77%;粉粒(0.002mm＜D≤0.05 mm)含量分别为 13.85%、14.16%、15.15%、17.22%、17.42%、18.45%;黏粒(D＜0.002 mm)含量分别为 28.75%、29.55%、31.24%、33.92%、32.58%、35.77%。这说明多数培肥模式均有助于降低茶园红黄壤砂粒各粒级含量，而增加粉粒和黏粒含量。其中，砂粒常以单粒存在，主要成分为石英或矿物颗粒，矿质养分质量分数低，蓄水保肥性能差;粉粒则较砂粒比表面积大，保水性较强，矿质养分较高;黏粒多呈片状，常以复粒存在，具有很强的黏性和可塑性，但通透性差，蓄水保肥能力强，矿质养分质量分数高。由此，研究结果进一步阐明了不同培肥模式均能程度不等地增加土壤蓄水保肥供肥性能。由美国制土壤质地分类三角坐标图可知，试验区土壤质地属于砂质黏壤土［10］。

表2 红黄壤茶园不同培肥模式的土壤颗粒组成

土壤密度:是指单位容积原状土壤的质量。通过土壤密度的大小，可以判断土壤的松紧程度。由表3所示，不同培肥处理的土壤密度为1.30～1.38 g·cm－3，适合植物根系生长。处理O与C1/2O1/2L的土壤密度分别比CK显著下降了5.80%、4.35%，土壤密度愈小，越疏松多孔，有利于土壤气体交换和水分渗透，而其他处理则未有明显差异。这表明处理O和C1/2O1/2L均对土壤物理性状产生积极作用。

土壤孔隙度:是指基质中包括通气孔隙和持水孔隙在内的所有孔隙总和。孔隙度见表3，各处理土壤的总孔隙度为47.92% ～50.94%，属于黏土孔隙度的范围，小孔隙度多。适宜作物生长发育的土壤孔隙度一般为50% ～56%［11］，本试验仅有O和C1/2O1/2L两个处理的孔隙度在此范围。

土壤水分:土壤水分含量在各处理间的变化如表3所示，处理C1/2O1/2L的土壤含水量最高，处理CL、O和C1/2O1/2含水量居中，处理C与CK较低，这说明C1/2O1/2L处理下的土壤保水性较强，有利于茶树生长。

表3 红黄壤茶园不同培肥模式的土壤密度、孔隙状况和含水量

3.2 不同培肥模式的土壤化学性质

土壤pH值:土壤pH值与土壤微生物活性、土壤肥力以及作物生长等密切相关。茶园红黄壤经培肥后，不同处理的土壤pH值如表4所示，未有明显差异，为5.40 ～5.68，属于弱酸性或酸性［10］。

土壤CEC:指在一定条件下，一定量的土中所能交换吸附的阳离子总数，其大小基本上代表了土壤可能保持的养分数量，反映土壤保肥性的强弱，是改良土壤和合理施肥的重要依据。由表4可知，不同培肥模式下茶园土壤的CEC比CK均有不同程度的升高，处理 C、C1/2O1/2、O、CL、C1/2O1/2L 分别比 CK增加了 1.35%、19.71%、44.48%、11.37%、29.62%，尤其是处理O的CEC最高，因为有机肥施入土壤后，能有效改善土壤理化状况及生物特性，增加土壤CEC，从而增强土壤的保肥供肥能力和缓冲性能。此外，处理CK、C、CL的土壤CEC均小于10 cmol·kg－1，土壤保肥力弱，而其他处理的土壤CEC均在10 ～20 cmol·kg－1，保肥力中等［12］。

土壤有机质:土壤有机质质量分数与土壤肥力水平呈正相关，可表征土壤肥力的高低。由表4可知，除处理C外，其他处理C1/2O1/2、O、CL、C1/2O1/2L的土壤有机质质量分数分别比CK显著增加了89.19%、227.84%、37.55%、129.26%。特别是 3 种含有机肥的培肥处理(C1/2O1/2、O和C1/2O1/2L)的土壤有机质质量分数明显增加。

土壤 N、P、K:N、P、K 称为作物营养三要素，它们的质量分数可供施肥参考。从表4可知，处理C、C1/2O1/2、O、CL、C1/2O1/2L土壤全 N 质量分数分别比CK 增加了 14.29%、123.81%、360.32%、39.68%、171.43%，水解 N质量分数分别增加了47.62%、84.86%、175.22%、54.49%、159.40% ，有效 P 质量分数分别增加了 607.08%、1220.83%、2275.00%、515.42%、1873.75%，速效K质量分数分别增加了73.06%、209.61%、367.25%、86.52%、334.64%。

3.3 不同培肥模式的土壤颗粒组成与化学性质的相互关系

由表5中可看出，土壤含水量，CEC，有机质、全N、水解N、有效P和速效K质量分数与极粗砂粒(1.0 mm＜D≤2.0 mm)、粗砂粒(0.5 mm＜D≤1.0 mm)和中砂粒(0.25 mm＜D≤0.5 mm)含量均基本呈显著负相关(R0.05=0.468，n=18);与粉粒(0.002 mm ＜D≤0.05 mm)和黏粒(D＜0.002 mm)含量均呈显著正相关(R0.05=0.468，n=18);与(细砂+极细砂粒)(0.05 mm＜D≤0.25 mm)含量无明显相关性。这说明土壤颗粒组成是影响土壤水肥动态的重要因子，茶园红黄壤中砂粒含量高，则土壤固持养分、供给养分和保持水分的能力较弱;而粉砂粒和黏粒含量高，则土壤蓄水保肥供肥的性能增强。

表4 红黄壤茶园不同培肥模式的土壤化学性质

表5 红黄壤茶园不同培肥模式下土壤物理性状与化学性质间的相关分析

4 结论与讨论

本试验中，处理 C、C1/2O1/2、O、CL、C1/2O1/2L 砂粒含量分别比CK 减少了2.16%、6.81%、15.05%、13.09% 、20.44%;粉粒含量分别增加了2.24% 、9.39%、24.33%、25.78%、33.21%;黏粒含量分别增加了 2.78%、8.66%、17.98%、13.32%、24.42%，说明不同培肥处理的砂粒含量均有所降低，而粉粒和黏粒增加，尤以C1/2O1/2L效果较为明显，土壤颗粒组成朝着有利于增强土壤蓄水保肥性能的方向发展，这与以往研究［13－14］的结论类似。

处理O、C1/2O1/2L的土壤密度分别比CK显著降低，而其他处理则未有明显差异。此外，土壤总孔隙度与土壤含水量的变化相似，与土壤密度相反。这表明O或C1/2O1/2L的培肥模式下土壤更为疏松多孔，含水量高。

不同培肥模式均有利于改善茶园红黄壤化学性质，土壤CEC，土壤有机质、全N、水解性N、速效K质量分数均有不同程度的增加。特别是3种含有机肥的培肥模式(C1/2O1/2、O和C1/2O1/2L)的土壤化学改良效益尤为明显，增强了土壤的保肥供肥能力。

极粗砂粒、粗砂粒和中砂粒含量与土壤含水量，CEC，土壤有机质、全N、水解N、有效P及速效K质量分数多数呈显著负相关(P＜0.05);而粉粒和黏粒含量则与这些土壤指标均呈显著正相关(P＜0.05)。这与以往的研究结论基本吻合［15－17］，从而表明科学培肥，有助于土壤颗粒组成朝着改善土壤水肥状况的方向发展，而且还可以根据土壤颗粒组成的分布大致判断土壤的肥力水平，为合理培肥进一步提供参考。

［1］Aune J B，Lal R.Agricultural productivity in the tropics and critical limits of properties of Oxisols，Ultisols，and Alfisols［J］.Tropical Agriculture，1997，74(2):96－103.

［2］Fageria N K，Baligar V C.Ameliorating soil acidity of tropical Oxisols by liming for sustainable crop production［J］.Advances in Agronomy，2008，99:345－399.

［3］王维明，林敬兰，陈文祥，等.福建省山地水土流失现状及其防治对策［J］.中国水土保持，2005(7):28－29，39.

［4］丁龙君，肖和艾，吴金水，等.选择性抑菌剂对添加稻草红壤旱土团聚体磷素微生物转化的影响［J］.应用生态学报，2010，21(7):1759－1765.

［5］杜振宇，周健民，王火焰，等.氮钾肥对磷在红壤肥际微域中迁移转化的影响［J］.土壤学报，2010，47(3):497－502.

［6］官会林，段庆钟，沈有信.不同轮作方式下高原山地红壤肥力变化特征［J］.西南大学学报:自然科学版，2008，30(5):116－121.

［7］Dobbss L B，Medici L O，Peres L E P，et al.Changes in root development ofArabidopsispromoted by organic matter from Oxisols［J］.Annals of Applied Biology，2007，151(2):199－211.

［8］Hue N V，Vega S，Silva J A.Manganese toxicity in a Hawaiian Oxisol affected by soil pH and organic amendments［J］.Soil Science Society America Journal，2001，65:153－160.

［9］黄东风，罗涛，林新坚.几种有机肥料在茶叶上的应用效果试验［J］.江西农业大学学报:自然科学版，2002，24(5):591－594.

［10］中华人民共和国林业部科技司.林业标准汇编［G］.北京:中国林业出版社，1991.

［11］邵明安，王全九，黄明斌，等.土壤物理学［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［12］林大仪，黄昌勇.土壤学［M］.北京:中国林业出版社，2002.

［13］肖伟.长期定位施肥对土壤部分性状及夏玉米生长的影响［D］.北京:中国农业大学，2006.

［14］李玉文，周北羽，马凤鸣，等.生物有机肥料对红松育苗地土壤微生态环境的影响［J］.东北林业大学学报，2005，33(5):49－50.

［15］潘琇，王亮，谢拾冰，等.温州稻田耕层土壤机械组成与理化性状的相关研究［J］.浙江农业科学，2009(6):1194－1196.

［16］邹诚，徐福利，闫亚丹.黄土高原丘陵沟壑区不同土地利用模式对土壤机械组成和速效养分影响分析［J］.中国农学通报，2008，24(12):424－427.

［17］唐炎林，邓晓保，李玉武，等.西双版纳不同林分土壤机械组成及其肥力比较［J］.中南林业科技大学学报:自然科学版，2007，27(1):70－75.