茶树品种对茶园土壤理化性质及土壤酶活性的影响

林 立，王 涵,*，洪永聪，石玉涛，郑淑琳

（1.武夷学院 生态与资源工程学院，福建省生态产业绿色技术重点实验室，福建 武夷山 354300；2.武夷学院中国乌龙茶产业协同创新中心，福建 武夷山 354300；3.武夷学院 茶与食品学院，福建 武夷山 354300）

茶树是我国广泛种植的经济灌木，连年种植的茶园土壤，在人为管理和茶树生物学特性的双重影响下，其理化性质会逐步改变，形成独特的土壤生境[1]。如，随着茶树种植年限增加，茶园土壤pH值下降[2]，土壤微生物群落结构发生明显变化[3]。作为土壤生态系统最活跃的有机组分，土壤酶活性变化显示土壤演变方向[4-5]。大量的研究表明，土壤酶活性变化比理化性质更为敏感，可用于指征土壤污染、肥力变迁，或综合评价土壤质量，合理反映土壤健康状态[6]，为土壤污染治理、土壤管理提供科学依据[7]。

上述研究大多基于某一个茶树品种种植对土壤的影响，不同茶树品种对茶园土壤理化性质和酶活性变化的影响，尚未见报道。本文在管理水平一致、生态环境和树龄相同条件下，以大红袍等10个茶树品种的种植土壤为研究对象，检测土壤各项理化指标，全面考察土壤碳循环、氮循环、磷循环和氧化还原相关酶的活性变化，以期为良种良法推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及采样

试验地位于武夷山市武夷星茶业有限公司的茶树种质资源圃，管理水平一致，生态条件相同。参试品种为大红袍、水仙、奇兰、肉桂、黄旦、水金龟、矮脚乌龙、半天妖、白鸡冠和佛手等10个品种，树龄均为7年，种植土壤类型为砖红壤。

大红袍、水仙、奇兰、肉桂、黄旦、水金龟、矮脚乌龙、半天妖、白鸡冠和佛手等10个品种种植土壤分别记为S1～S10。土壤样品的采集方法按《土壤分析技术规范》中的方法，采样点避开施肥点、路边、沟边等特殊位置，采用随机布点法于每一品种茶树种植地设置4个土壤采集点，作为重复，采集表层（0～20 cm）土壤，同时在茶园周边采集4个土壤作为对照重复。对照土壤为仅生长飞蓬等草本植物的自然土壤（记为S11）。采集时间为2018年4月下旬，微生物活动旺盛。采样结束后，迅速将新鲜土样运回，测定pH、含水率和土壤酶活性，剩余土样风干过筛后用于其余理化性质的测定。

1.2 试验方法

土壤理化性质测定参照《土壤农化分析方法》进行[8]。pH值测定采用CHN-82801 型pH计（水土比2.5 ∶1）；有机质含量采用重铬酸钾加热法测定；全N 含量采用半微量凯氏定氮法测定；碱解N 含量采用碱解蒸馏法测定；全P含量采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定；有效P 含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；全K 含量采用HF-HClO4消解火焰光度法测定；速效K 采用醋酸铵提取火焰光度法测定。

土壤酶活性采用关松荫的方法检测[9]。其中，苯酚钠-次氯酸钠比色法测定土壤脲酶活性；3,5-二硝基水杨酸比色法测定土壤蔗糖酶活性和土壤纤维素酶活性；磷酸苯二钠比色法测定土壤酸碱性磷酸酶活性；邻苯三酚比色法测定土壤多酚氧化酶和土壤过氧化物酶活性；氯化三苯基四氮唑（TTC）比色法测定土壤脱氢酶活性；Folin-Ciocslteu 法测定土壤蛋白酶活性。

1.3 数据处理

采用Excel 2010 进行数据处理，计算变异系数；利用SPSS 19.0 对土壤酶活性和土壤理化性质作相关性分析；采用Origin 作图。

变异系数（CV）反映数据的离散程度，按其大小可将变异程度粗略分级（CV＜10%为弱变异性，CV=10%～100% 为中等变异性，CV＞100%为强变异性）[10]。

2 结果分析

2.1 土壤理化性质

由表1可知，10个茶树品种种植土壤的有机质、全N、全K 与碱解氮的平均含量分别为156.91 g/kg、1.59 g/kg、0.20g/kg 和276.45 mg/kg，与对照土壤的107.39 g/kg、0.59g/kg、0.12g/kg 和134.73 mg/kg，存在明显差别。S1～S10 的全P、速效K 和速效P 含量与对照S11 的差异较小。茶园土壤整体呈现酸化趋势，平均pH值为4.44，且所有品种茶树种植土壤的pH值均低于对照（pH=4.83）。可见，长期种植茶树显著改变了土壤基本理化性质，是植物生长和人为管理综合作用的结果[11]。

虽然品种间土壤N、P、K 全量和有机质含量的差异较小（CV ＜10%），但碱解N、速效P 与速效K 含量则差异较为明显。其中，速效K 的变异系数最高，为34.60%，其次为碱解N（18.74%），说明品种间这两项理化性质数据存在较大差异。表1 数据表明，大红袍（S1）和矮脚乌龙（S7）土壤中碱解N 水平明显低于其他品种土壤，大红袍（S1）和黄旦（S5）土壤中速效K 含量明显低于其他品种土壤。

2.2 氧化还原酶活性

对照土样的脱氢酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性与茶园土壤区别明显，且对照3种酶的活性在所有样品中均处于中等水平（图1）。其中，过氧化氢酶活性（1.53 mg/kg）略高于茶园土壤样品的均值（1.36 mg/kg），脱氢酶和过氧化物酶活性（19.97 mg/kg，0.09 mg/kg）则略低于茶园土壤均值（20.76 mg/kg，0.11 mg/kg）。

表1 不同茶树品种土壤理化性质Table 1 Soil physical and chemical properties in planting soils of different tea varieties

图1 土壤氧化还原酶类活性变化Fig.1 Changes of soil oxidoreductase activities

种植不同品种茶树土壤的氧化还原酶活性差异十分显著，说明品种对3种土壤酶活性影响较大。脱氢酶活性变化介于11.52～27.24 mg/g，以种植奇兰（S3）的土壤酶活性最高，种植黄旦（S5）的土壤酶活性最低；过氧化物酶活性最高的为种植肉桂的土壤（0.14 mg/g，S4），最低的为种植白鸡冠的土壤（0.09 mg/g，S9）；土壤过氧化氢酶活性的变化范围为0.59（S10，佛手）～1.97 mg/g（S9，白鸡冠）。变异系数的计算结果表明，10个品种茶树土壤中，3种氧化还原酶活性的变化均达到中等变异程度（20.63%、34.54%和16.30%）。

2.3 碳循环相关酶活性

除少数样品的土壤酶活性与对照接近外，大部分品种茶树土壤中的碳循环相关酶的活性高于对照（图2）。其中，多酚氧化酶（0.02 mg/g）活性差异尤为明显，显著低于所有茶园土壤样品（均值为0.04 mg/g）。可能与茶树凋落物富含多酚类物质有关，促进了多酚氧化酶活性[12]。

考察不同品种茶树土壤碳循环酶活性，纤维素酶活性最高的为种植水金龟品种的土壤（0.08 mg/g，S6），而最低的为种植白鸡冠的土壤（0.04 mg/g，S9）；蔗糖酶活性分布区间为0.26～0.60 mg/g，最高的为黄旦（S5），最低的为佛手（S10）；多酚氧化酶活性最高的为奇兰（0.06 mg/g，S3），最低的为大红袍（0.03 mg/g，S1）。品种间纤维素酶、多酚氧化酶和蔗糖酶的变异系数分别为23.21%、18.69%和21.13%，均达到中等变异程度水平（23.21%、18.69 %和21.13%）。

2.4 氮循环相关酶活性

对照土壤的脲酶活性（104.92 mg/kg）明显低于所有茶园土壤，而对照土壤的蛋白酶活性（0.03 mg/kg）仅略高于种植水仙（0.02 mg/kg，S2）和黄旦（0.02 mg/kg，S5）的土壤。由图3可知，种植不同品种茶树土壤的脲酶和蛋白酶活性变化显著。脲酶活性变化区间为148.57～318.37 mg/g，白鸡冠（S9）最高，肉桂（S4）最低；蛋白酶活性最高的为半天妖（0.04 mg/g，S8）最低的为水仙（0.02 mg/g，S2）。两种土壤酶的变异系数分别为25.23%和22.58%，均属中等变异。

图2 土壤碳循环相关酶活性变化Fig.2 Changes of enzyme activities related to soil carbon cycle

2.5 磷循环相关酶活性

对照土壤的酸性和碱性磷酸酶活性（0.17 mg/kg，0.07 mg/kg）远低于茶园2种土壤酶活性的均值（1.14 mg/kg，0.41 mg/kg），酸性磷酸酶活性差别尤其明显（图4）。10个品种茶树土壤间的2种磷酸酶活性差异也十分显著。虽然不同品种茶树土壤的碱性磷酸酶活性变化大于酸性磷酸酶，但二者变化趋势十分相似。酸性和碱性磷酸酶的变异系数分别为12.46%和38.35%，均为中等变异程度。碱性磷酸酶活性以种植水金龟的土壤最高（0.79 mg/kg，S6），酸性磷酸酶活性（1.32 mg/kg）也仅次于种植奇兰的土壤（1.37 mg/kg，S3），因此水金龟品种对土壤磷酸酶活性的影响最为明显。

图3 土壤氮循环相关酶活性变化Fig.3 Changes of enzyme activities related to soil nitrogen cycle

图4 土壤酸性和碱性磷酸酶活性变化Fig.4 Changes of soil acid and alkaline phosphatase activities

2.6 土壤理化性质及酶活性的相关性

土壤理化性质与土壤酶活性相关分析表明（表2），10种土壤酶的活性与茶园土壤理化因子间大多呈正相关，仅有少数达到显著水平。比较各土壤因子，发现土壤水分或有机质变化对土壤酶活性影响较大，二者均与3个土壤酶活性呈极显著或者显著正相关。这可能与茶园样地的山地土壤性质有关，有机质或水分匮乏限制了土壤微生物活动。

考察不同土壤酶，发现蔗糖酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶对土壤理化性质变化较为敏感。其中，蔗糖酶与碱解N、速效K 和含水率呈极显著相关，与全N 和有机质含量显著相关；酸性磷酸酶与全N、全K、有机质含量和含水率呈极显著相关，与碱解N 显著相关；多酚氧化酶与全N、有机质含量和含水率显著相关；纤维素酶与全P 显著正相关，而与全K 显著负相关；碱性磷酸酶与速效K 显著正相关；其余的土壤酶与土壤理化性质的相关性均不明显。因此，蔗糖酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶适宜表征类似的茶园土壤的肥力变化。

表2 土壤理化性质与土壤酶活性的相关性Table 2 Correlation between soil physical and chemical properties and soil enzyme activities

3 讨论

土壤理化性质研究结果表明，大红袍等10个不同品种茶树土壤的N、P、K 全量和有机质含量没有太大变化，但碱解氮、速效磷和速效钾的含量差异较大。本研究中，茶园立地、管理条件趋向一致，有理由认为，不同品种茶树土壤速效养分的分化程度不一。这对根据不同茶树品种配方施肥，提高养分利用率，实现化肥的减施增效具有重要意义

土壤酶主要来源于植物根系的分泌物和土壤微生物及动植物残体分解释放[12]。来自植物根系的酶，可以是植物自然释放出来的，也可以是根细胞溶解释放的细胞内酶进入土壤溶液[13]。土壤酶活性研究结果表明，不同品种茶树土壤间10种土壤酶的活性变化较大，均达到中等程度变异水平。10个品种茶树对土壤酶活性的影响程度依次为：水金龟＞奇兰＞肉桂＞矮脚乌龙=大红袍＞半天妖＞黄旦＞水仙＞白鸡冠＞佛手。

土壤理化性质与土壤酶活性变化直接相关，但是野外环境影响因子错综复杂，使得土壤酶难以直接应用于土壤肥力评价[14-16]。从本研究结果来看，筛选肥力关键因子是茶园土壤肥力评价的基础，其次是酶指标的确定，建立合理的分级机制。调查结论显示，蔗糖酶、多酚氧化酶和酸性磷酸酶适宜评价岩茶茶园多数土壤性质的变化，然而对于影响茶园可持续经营的关键因素之一——土壤pH[17]，却没有合适的土壤酶进行评价。未来应就茶树品种对茶园土壤性质影响进行更为细致的研究，进一步探究不同品种茶树对土壤酶的影响规律和机制。