间作白三叶草对茶园温湿度和茶树根系生长的影响

2017-06-10严芳娄艳华陈建兴郑生宏何卫中

热带作物学报 2017年12期

严芳娄艳华陈建兴郑生宏何卫中

摘要对连续3a间作白三叶草的茶园及其相临的单作茶园进行大田对比试验，分析间作白三叶草对茶园温湿度、土壤养分、茶树根系形态及生物量的影响。结果显示：间作白三叶草的茶园空气温度和土壤温度均显著低于单作茶园，空气湿度和土壤水分则显著高于单作茶园；间作白三叶草的茶园土壤养分得到显著改善，且茶园间作白三叶草比单作显著增加了茶树根系生物量、总根长等指标。研究结果为提高茶树栽培技术水平以及茶园的优质高效生产提供了科学依据，有助于茶树栽培技术的进一步开发应用。

关键词茶园；间作白三叶草；温湿度；根系形态；生物量

中图分类号 S685.14 文献标识码 A

Abstract A field experiment was conducted to analyze the effect of white clover intercropping on temperature and humidity， soil nutrient， root morphology， and biomass in the tea garden intercropped with white clover continuously for three years. Results showed that air temperature and soil temperature in the tea garden intercropped with white clover were significantly lower than that of the monocropping tea garden， while air humidity and soil moisture were higher than that of the monocropping tea garden significantly. The soil nutrient in the tea garden intercropped with white clover was improved significantly， but the biomass of the tea root system and total root length increased significantly compared with the monocropping tea garden. This study would provide a scientific basis for the improvement of tea plantation technology level aimed at high quality and production， contribute to the development and application of tea plantation technique.

Key words Tea plantation； intercropping Trifolium repens； temperature and humidity； root morphology； biomass

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.12.008

茶树[Camellia sinensis（L.）Kuntze）]是山茶科山茶属常绿灌木或小乔木，具有喜湿、耐荫、畏寒等特性。目前茶树栽培以单作为主，生草间作得到广泛关注并开始在生产上推广应用[1]。白三叶草（Trifolium repens）为豆科多年生草本植物，节间发达，每个节都能生出不定根和长出新的匍匐茎，长达30～60 cm，可大量固定空气中的N素，是常见的间作绿肥材料。已有研究表明，茶园间作白三叶草有利于改善茶园局部生态环境，降低茶园气温变幅，改良土壤环境和物理状况，增加土壤微生物含量和土壤含水量，提高土壤有机质含量和营养成分[2-5]。以往的研究侧重于茶树地上部分和土壤生态系统，对茶树地下部分的研究报道较少。本研究对连续3 a间作白三叶草的茶园及其相临的单作茶园进行大田对比试验，分析间作白三叶草对茶园温湿度、土壤养分、茶树根系形态及生物量的影响，为茶树优质高效生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地设在丽水市缙云县三溪乡缙云县轩黄农业开发有限公司基地内（28°45′ N、120°15′ E），海拔约800 m，属亚热带气候，温暖湿润，日照充足，年平均气温17 ℃，极端最高温达41.9 ℃，极端最低温达-13.1 ℃，平均降水量1 437 mm，无霜期245 d。种植的茶树品种为中黄1号，5 a树龄，间作供试品种为白三叶草。2014年3月播种，每公顷播种230 g，试验共设2种茶树种植模式，即间作茶园和单作茶园；试验地为集中连片缓坡地，生态条件和管理水平一致。

1.2 方法

1.2.1 茶园温湿度观测茶园茶蓬（离地40 cm）空气和土壤温湿度（20 cm）于2016年7月20日至8月17日用土壤环境检测仪（TZS-3X）测定，每个处理设置3个观测点，观测点间距100 m，每间隔1 h观测1次，全天共观测24次。土壤含水量和叶片含水量用烘干法测定，采用剖面挖掘法每隔7 d于各小区多点（10点）对茶园土壤和茶树新梢1芽2叶样进行采集，测定含水量；其余土壤自然风干，用于测定土壤养分等指标。

1.2.2 茶园土壤养分的测定土壤pH采用电位测定法，全氮测定采用半微量凯氏定氮法，碱解氮测定采用碱性扩散法，全磷和有效磷测定采用钼锑钪比色法，全钾和速效钾测定采用火焰光度计法，有机质测定用重铬酸钾容量法（外加热法）[6]。

1.2.3 根系形態和生物量的测定各处理随机选取10个点为根系采集样点，用“S”型土钻钻取茶树根系，立即带回实验室，将带根土样倒入0.1 mm筛进行浸泡、冲洗，用根系分析系统（GXY-A）进行扫描分析。将所分析的根样分别放入75 ℃烘箱中烘至恒重，分别称重和记录，获取根系生物量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 19.0统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 间作白三叶草对茶园茶蓬和土壤温湿度的影响

茶园茶蓬温湿度观测结果见图1、图2。结果表明，间作茶园茶蓬日均气温比单作茶园低0.5 ℃（p<0.05），日均空气湿度比单作茶园高1.87 Pa（p<0.05）；极端高温比单作茶园低5.6 ℃（p<0.05），极端空气湿度比单作茶园高10.45 Pa（p<0.05）。其中，空气湿度在8月6日和9日（雨）出现2个高峰值，其对应的空气温度则出现2个低峰值。同样，间作对茶园土壤温湿度有显著影响（p<0.05）（图3、图4），间作茶园日均土壤温度比单作茶园低1.1 ℃，日平均土壤水分比单作茶园高5.15%。在7月高温时期，土壤温度呈缓慢上升趋势，土壤水分呈持续下降趋势；至8月上旬的第一次降雨后，土壤温度缓慢下降，土壤水分急剧上升。

土壤和茶树叶片含水量分析结果见图5、图6。随着高温干旱天气的持续，茶园间作白三叶草显著增加了土壤含水量和叶片含水量。其中，以8月3日的土壤含水量最高，较单作高28.71%。从7月20日开始至8月3日，间作白三叶草茶园的土壤含水量从20.61%上升到31.19%，单作茶园的土壤含水量从18.96%上升到22.40%，而同期单作茶园的叶片含水量从71.85%下降到70.74%。

2.2 间作白三叶草对茶园土壤养分的影响

白三叶草具有发达的根瘤菌，可大量固定空气中的N素，同时其本身含有各种营养元素成分，翻入土壤后自然能增加土壤养分含量[7]。结果表明（表1），间作白三叶草茶园土壤较单作显著（p<0.05）提高了土壤有机质、碱解氮、速效钾和有效磷含量，分别提高了9.55%、22.60%、9.46%、20.51%；但二者土壤pH、全氮间的差异不显著（p>0.05）。

2.3 间作白三叶草对茶树根系的影响

从表2可见，各观测时间点间作白三叶草比单作均显著增加（p<0.05）了茶树根系生物量、总根长、投影面积、表面积、体积、平均直径、连接数、节点数、根尖数、分叉数和交叉数，而且，随着高温干旱的推进，以上各指标均呈增大趋势。其中，8月17日茶树根系的根尖数和交叉数出现高峰值，分别较单作平均增加了82.47%和243.68%。就平均值而言，白三叶草间作茶园茶树根系总长度是单作的2.1倍，投影面积是单作的2.8倍，表面积是单作的2.6倍，体积是单作的2.7倍，直径是单作的1.3倍，连接数是单作的3.0倍，节点数是单作的2.0倍，根尖数是单作的1.8倍，分叉数是单作的4.0倍，交叉数是单作的3.4倍。

根系生物量不仅受外界环境因子的影响，同时还受内在生理因子的影响。导致根系生物量发生变化的环境因子主要是温度、水分以及土壤养分[8-13]。结果表明（表2），单作茶园根系生物量的变化范围在0.030 7～0.043 1 g/cm2，而间作茶园根系生物量为0.081 0～0.096 1 g/cm2。与单作相比，间作茶园茶树根系生物量平均增加了0.036 8 g/cm2，且其根系生物量是单作的2.4倍。

3 讨论

高温干旱是单作茶园夏季最大的生长障碍因子，茶园间作三叶草有较好的降温效果，并提高了茶园的土壤含水量，降低了干旱胁迫对茶园造成的危害，这与肖润林等[14]、宋同清等[2]等结果一致。黄东风等[15]的研究结果表明，茶园套种牧草后可于短时间内在茶园表土层上形成保护层，改变茶园小气候，降低土壤及温度的变化幅度，提高表层土壤的含水量。本研究结果表明，间作白三叶草的茶园空气温度和土壤温度均显著低于单作茶园，空气湿度和土壤水分均显著高于单作茶园，空气温度与空气湿度、土壤温度与土壤水分均呈现相反的变化趋势，其对茶园温湿度的影响为土壤水分>空气湿度>空气温度>土壤温度。随着高温干旱天气的持续，茶园间作白三叶草显著增加了土壤含水量和叶片含水量，间作白三叶草后不但没有受到水分胁迫，反而增加了表土层的湿度，减少了水分蒸发，促使下层土壤水分向上层移动，增加了上层的水分含量，提高水分利用率，有效延缓干旱胁迫对茶树产生的影响。

间作白三叶草的茶园土壤养分得到显著改善。吴洵[16]的研究表明，2年生幼龄茶园套种白三叶草1 a后，比单作处理提高茶园土壤有机质41.3%、全氮13.5%、碱解氮88.2%、有效磷18.8%、速效钾6.7%。宋同清等[5]也得出相似研究结果。吴洵等[16]、向佐湘等[17]研究表明，茶园5 a连续间作白三叶草、2年生幼龄茶园间作白三叶草1 a，茶園土壤有机质、碱解氮和有效磷含量均得到提高，显示了间作白三叶草对茶园土壤的改良作用。本研究结果表明，间作白三叶草的茶园土壤比单作显著提高了土壤有机质、碱解氮、速效钾和有效磷含量，分别提高了9.55%、22.60%、9.46%和20.51%，而对土壤pH、全氮的影响不显著，这主要是因为茶园间作白三叶草可促进植物枯枝落叶的降解、有机物的分解和矿化[9]，再加上白三叶草的根瘤菌有很强的固氮作用，其地上部分本身的营养成分残留于土壤中，明显增加了茶园的土壤养分。

茶园间作白三叶草比单作显著增加了茶树根系生物量、总根长、投影面积、表面积、体积、平均直径、连接数、节点数、根尖数、分叉数和交叉数，而且，随着高温干旱的推进，根系生物量、总根长、投影面积、表面积、体积、平均直径、连接数、节点数、根尖数、分叉数和交叉数均呈增大趋势。表明茶树在高温干旱时，根系首先感应并使整个植株对水分胁迫作出反应，与此同时根系形态特征和生物量也发生相应变化。高温干旱胁迫使茶树根系形态特征发生了改变，且各个组分的变化趋势并不一致，这些变化在一定程度上反映了根系对胁迫的响应。

茶园间作白三叶草适合茶树的生长，调节了茶园小气候，增加了土壤含水量和叶片含水量，减少了茶园土壤水分蒸发，提高了土壤养分含量和土壤孔隙度，促进了根系生长。因此，从根际微环境这个角度来看，茶树与白三叶草间作是一个理想的复合生态模式。本研究结果可为提高茶树栽培技术水平以及茶园的优质高效生产提供一些重要的科学依据，有助于茶树栽培技术的进一步开发应用。

参考文献

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