3种绿肥对茶园土壤pH值和交换性阳离子含量的影响

2019-09-02罗博仁李聪聪朱悦蕊杨江帆高水练

亚热带农业研究 2019年2期

罗博仁, 李聪聪, 朱悦蕊, 杨江帆, 高水练

(1.福建农林大学安溪茶学院，福建安溪 362406；2.福建省安溪县现代农业产业园协同创新中心，福建安溪 362406；3.福建农林大学园艺学院，福建福州 350002)

土壤酸化已成为生态茶园建设的棘手问题，会导致土壤板结、酶活性下降、养分有效性降低，影响茶树养分吸收[1-3]。土壤酸化的主要原因有H+循环脱节，C、N、S循环与酸沉降等[4-8]。降雨使土壤的碱基化合物(以Ca和Mg为主)大量淋失[9]，茶树聚Al的同时其根系会分泌有机酸，加重了茶园土壤酸化程度。目前对土壤酸化改良的研究主要集中在施用土壤改良剂与采用农艺措施上[10]。有研究表明，种植大豆、白三叶草等绿肥可促使土壤pH值上升、交换性Al含量下降，提升土壤肥力，改善土壤结构[11-14]。添加植物残留物、凋落物等也能显著改良土壤酸化[15-16]。有关种植马唐和油菜花对茶园土壤pH值影响的研究较少，调控机理也不甚明确。因此，本研究用采自茶园的酸性红壤土盆栽马唐、白三叶草、油菜花，通过比较种植前后土壤pH值和阳离子含量(含交换性酸Al3+、H+和呈碱性的交换性盐基K+、Na+、Ca2+、Mg2+)的变化，探讨3种绿肥对茶园土壤酸碱度的影响机理，以期为茶园土壤酸化改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 土壤来源土壤采自福建省安溪县参内乡岩前村铁观音茶园基地0～30 cm的红壤土，pH值4.40，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Al3+含量分别为0.47、0.35、1.35、0.59、2.79 cmol·kg-1。

1.1.2 供试植物 (1)马唐[Digitariasanguinalis(L.) Scop.]，禾本科1年生草本植物，半匍匐生长、根系较浅，为茶园中常见植物，可自然生长；(2)白三叶草(TrifoliumrepensL.)，呈掌状三边复叶，叶柄细长，自根茎或匍匐茎茎节部位长出，具有蝶形花冠，一般为白色或粉红色；(3)油菜花(BrassicacampestrisL.)，十字花科1年生草本植物，植株笔直，茎绿花黄，无托叶，成熟时开裂散出种子。

1.2 试验设计

试验地设在福建农林大学安溪校区，位于福建省安溪县城东片区，东经118°13′50″ 、北纬25°4′45″，属亚热带季风气候。2017年4月，盆栽(盆内直径33 cm、高27 cm，每盆装土壤18 kg)无包衣种子，各种子分别种植4盆(4个重复)，以未种植绿肥的土壤作为对照(CK)，随机排列。其中，马唐每盆种植30粒种子，白三叶草每盆种植1 g种子，油菜花3穴，每盆共种植6粒种子。2018年春季马唐自然再生长，2018年1月底第2次种植油菜花和白三叶草。各处理均在种子成熟前割除覆盖，植物生长基本不间断(图1)，落叶不移出。

1.3 试验方法

1.3.1 土壤取样时间及方法分别于2017年9月(种植156 d)、2018年1月(种植288 d)、2018年5月(种植407 d)，采用三点取样法进行土壤取样，即在等边三角形顶点处拨开植株和落叶后取土，取土深度为0～10 cm。

1.3.2 土壤指标的测定及方法土壤K+、Na+含量采用乙酸铵交换—火焰光度法[17]测定；土壤Ca2+、Mg2+含量采用乙酸铵交换-EDTA络合滴定法[18]测定；土壤Al3+含量采用KCl交换—中和滴定法[19]测定；土壤pH值采用电位法[20]测定。

1.4 统计与分析

采用Excel 2010与SPSS 24对土壤酸碱性及其离子含量进行差异显著性分析。交换性酸总量为土壤Al3+和H+含量总和；交换性盐基总量为土壤K+、Na+、Ca2+、Mg2+含量总和。

2 结果与分析

2.1 3种绿肥对茶园土壤pH值的影响

由表1可知，种植156、288、407 d后3种绿肥植物土壤pH值均高于CK。其中，种植马唐后土壤pH值呈先降低后升高趋势；油菜花土壤pH值呈稳步增长趋势；白三叶草土壤pH值在种植156～288 d时缓慢升高，288～407 d时呈急速上升趋势，后期提升效果明显。种植156 d时，马唐、白三叶草和油菜花土壤pH值分别比CK提高了0.16、0.07、0.01，其中，马唐土壤pH值与CK差异达显著水平；种植288 d后分别比CK提高了0.05、0.10、0.14；种植407 d时分别比CK提高了0.15、0.46、0.26，其中白三叶草最高，且三者与CK差异均达显著水平。

表1 3种绿肥对茶园土壤pH值的影响1)Table 1 Effect of three green manures on soil pH value in tea garden

1)同行数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。

2.2 3种绿肥对茶园土壤交换性阳离子含量的影响

由表2可知，种植156 d时马唐、白三叶草和油菜花与CK相比，交换性酸总量(Al3+、H+)分别降低了0.84、0.61、0.25 cmol·kg-1。其中，Al3+含量分别降低了0.88、0.63、0.31 cmol·kg-1，马唐、白三叶草与CK差异达显著水平；H+变化较小，各处理间差异均不显著。土壤交换性盐基总量(包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+)分别比CK提高了1.64、1.51、0.33 cmol·kg-1。其中，马唐与白三叶草土壤交换性盐基总量与CK差异显著；土壤Na+含量分别比CK提高0.30、0.16 cmol·kg-1；Ca2+含量分别提高1.36、1.18 cmol·kg-1；Mg2+含量变化不明显。

种植288 d时，马唐、白三叶草和油菜花与CK相比，交换性酸总量分别降低了0.59、0.79、1.17 cmol·kg-1。其中，Al3+含量分别降低了0.66、0.81、1.37 cmol·kg-1，均呈显著性差异。土壤交换性盐基总量分别提高了1.10、1.47、1.66 cmol·kg-1，均达显著性差异。其中，Mg2+含量变化不明显，各处理间差异均不显著；白三叶草、油菜花土壤Ca2+含量分别比CK提高1.30、1.46 cmol·kg-1，马唐土壤K+含量比CK提高0.15 cmol·kg-1，均呈显著性差异。

处理407 d时，马唐、白三叶草和油菜花与CK相比，交换性酸总量分别降低了0.70、1.57、1.16 cmol·kg-1。其中，Al3+含量分别降低了0.66、1.52、1.08 cmol·kg-1，均达显著性差异。交换性盐基总量分别提高了0.44、2.29、1.54 cmol·kg-1。其中，白三叶草土壤Mg2+含量比CK提高1.10 cmol·kg-1；白三叶草、油菜花土壤Ca2+含量分别比CK提高0.84、1.35 cmol·kg-1；马唐、白三叶草、油菜花土壤K+含量分别比CK提高0.17、0.21、0.18 cmol·kg-1，差异均达显著水平。

表2 3种绿肥对茶园土壤阳离子含量的影响1)Table 2 Effect of three green manures on exchangeable cation content in tea garden

1)同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。

综上所述，种植绿肥后茶园土壤交换性酸总量减少，且除了种植156 d的油菜花土壤，其他处理均显著低于CK；土壤交换性盐基总量增加，且除了种植156 d的油菜花、407 d的马唐土壤外，其他处理均显著高于CK。

2.3 土壤pH值、交换性酸总量、交换性盐基总量相关性分析

2.3.1 土壤交换性酸总量与pH值相关性由表3可知，种植油菜花后茶园土壤交换性酸总量与pH值之间呈显著负相关，而种植马唐、白三叶草后茶园土壤交换性酸总量与pH值呈极显著负相关。说明种植这3种绿肥均能减少茶园土壤的活性酸(pH值的决定因子)和潜在酸(交换性酸)，而不是通过将活性酸转换成潜在酸的方式来降低土壤pH值。交换性酸减少的原因可能是种植绿肥能在一定程度上提升土壤有机质，其羟基类物质可降低土壤酸性离子的饱和度，显著降低土壤交换性Al3+含量[21-22]。

2.3.2 土壤交换性酸总量与交换性盐基总量相关性种植白三叶草和油菜花的土壤交换性酸总量与交换性盐基总量之间呈负相关(表3)，其中种植油菜花两者的相关系数为-0.811，达到极显著水平。说明阳离子之间可能存在交换关系，从而减少茶园土壤中的交换性酸(潜在酸)，原因除了交换性Al减少之外，还有可能由于植物叶片、细枝、花瓣枯萎凋落，其主要成分含有纤维素、灰分等中性或偏碱性物质，对土壤中的酸性离子起到一定的中和作用。

3 讨论与小结

3.1 种植绿肥后茶园土壤pH值的变化

本研究表明，种植马唐、白三叶草、油菜花均能提高茶园土壤pH值，且种植407 d时，各处理组pH值均显著高于CK，其中白三叶草pH值比CK提高了10%，效果明显。本研究在绿肥种植过程中割盖回土，形成植物物料，物料进入土壤后释放碱性物质，降低土壤中的活性酸，从而提高土壤pH值，这与毛佳等[23]研究结论一致。植物物料中的碱性物质如灰化碱的释放及有机氮的矿化均会使土壤pH值升高[24]。植物物料的盐基阳离子和N含量是提升酸性土壤pH值的主要因素，短期而言，pH值的增减受N的矿化和硝化作用的影响，长期来看是由于植物物料中的盐基阳离子的矿化释放引起的[25-26]。在茶园内间作白三叶草能截留降水并显著增加茶园土壤表层含水量[27-28]，减少盐基离子的淋失，防止pH值降低。