茶树间作巨菌草对茶园小气候及土壤养分的影响

张明泽，姚玉仙，申太官，王小妍

（黔南民族师范学院生物科学与农学院，贵州黔南558000）

茶树（Camellia sinensis（L.）O.Kuntze）具有喜温、喜湿、喜散射光的生态习性，在一定空气湿度和蒸腾强度的环境条件下生长良好[1]。目前的茶园种植模式普遍为纯作，这种环境条件下茶园光照强度、空气温度和空气相对湿度升降幅度大，茶树难以抵御自然灾害的侵袭，从而导致茶园生物多样性下降和茶叶品质降低。因此，合理的复合茶园是一种可持续的茶树栽培模式。有关茶园复合栽培模式研究报道相对较多，沈洁[2]研究提出，茶-草复合生态系统能改善茶园光照、气温、湿度和土壤理化性状。巨菌草（Pennisetum sinese）为禾本科狼尾草属植物，是典型的C4植物，一般植株高大（株高为3～5 m）、丛生直立、地下根系极其发达，种植巨菌草有利于水土保持与荒漠化治理，也可以改善土壤质量[3]。目前关于茶树与巨菌草间作的研究报道相对较少。

本研究主要探讨茶树与巨菌草复合栽培模式下茶园小气候及土壤养分的变化，旨在为优质高效茶园建设提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验茶园概况

试验于2017年7—10月在贵州省都匀市黔南民族师范学院教学茶园进行，土壤质地为砂质壤土。茶树品种为2016年冬季移栽的福鼎大白茶茶苗，苗高20～30 cm，茶苗行间距为120 cm。巨菌草种苗（购于海南儋州牧春绿色生态农业开发有限公司）于2017年2月在距茶苗20 cm处播种，2017年7月巨菌草高度为170～200 cm。

1.2 试验设计

试验处理为茶树间作巨菌草，以纯茶园（不间作巨菌草）作为对照。处理和对照均设3个重复，共6个小区，每个小区面积为2 m×2 m。处理和对照茶树的田间管理措施一致。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 空气温度、空气湿度和光照强度测定采用TES-1339R专业级照度计测定茶蓬上方30 cm处的光照强度。采用TES-1360A温湿度计测定茶蓬上方30 cm处空气温度和相对湿度，每天8：00开始测定，每隔2 h测定一次，直到18：00结束。

1.3.2 土壤养分含量及土壤pH测定于2017年7月选择晴朗天气，分别在间作茶园和纯茶园各小区进行土壤取样。每个小区采取五点取样法，去除土壤表面的杂草等杂物后取0～20 cm土层的土壤。土壤样品充分混合、研磨、过筛、风干后测定土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、全钾、速效钾含量以及pH值。

参照《土壤农化分析》中的常规方法测定[4]：有机质测定采用重铬酸钾氧化-外加热法；全氮、碱解氮测定采用凯氏消散滴定法；pH值采用酸度计法测定；全磷测定采用碱熔-钼锑抗比色法测定；全钾采用碱熔-火焰光度计法测定；速效钾测定采用火焰光度计法测定。

1.3.3 茶树叶绿素含量测定于2017年8月采集2种茶园茶树新梢驻芽叶片，参照《植物生理生化实验原理与技术》[5]中采用95%乙醇提取叶片的叶绿素a（chla）、叶绿素b（chlb）和类胡萝卜素（car）含量的方法进行。

式中，Ca、Cb分别为叶绿素a（chla）和叶绿素b（chlb）的浓度（mg/L）；Cc，x为类胡萝卜素（car）的总浓度（mg/L）；A665、A649和A470分别为叶绿体色素提取液在波长665、649、470 nm下的吸光度；C为Ca、Cb或Cc，x；V为提取液体积（mL）；N为稀释倍数；m为样品鲜质量（g）；1 000表示1 L（1 000 mL）。

1.4 数据处理

采用SPSS 20.0处理系统进行数据分析，采用Microsoft Office Excel 2010作图。

2 结果与分析

2.1 对照与处理茶园空气温度和空气相对湿度日变化分析

从图1～4可以看出，7—8月8：00—18：00，纯茶园和间作茶园空气温度呈单峰型；10月8：00—18：00，纯茶园和间作茶园空气温度呈双峰型；7—8月和10月一天中最高温度在12：00—16：00。总体上纯茶园空气温度高于间作茶园，说明茶园间作巨菌草有利于降低茶园空气温度。7—8月8：00—18：00，纯茶园和间作茶园空气相对湿度呈倒单峰型；10月8：00—18：00，纯茶园和间作茶园空气相对湿度呈倒双峰型；7—8月一天中最低空气相对湿度在12：00—16：00。总体上，茶园空气温度越高，相对湿度就越低，空气温度与相对湿度成反比例关系，间作茶园空气相对湿度高于纯茶园，说明茶园间作巨菌草有利于增加茶园空气相对湿度，降低茶园空气温度。

2.2 对照与处理茶园光照强度日变化

从表1可以看出，7—8月和10月不同类型茶园的日变化趋势大致相同，光照强度从8：00开始上升，在12：00—14：00达到一天中的最高值，之后逐渐下降。总体上一天中各个时间点间作茶园光照强度低于纯茶园，且差异达到显著性水平。说明茶园间作巨菌草可以降低茶园光照强度，其具有遮阴功能。

表1 不同类型茶园光照强度日变化比较 lx

2.3 对照与处理茶园茶树叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的差异

由表2可知，不同类型茶园茶树叶片叶绿素a含量均大于叶绿素b和类胡萝卜素含量；间作叶绿素a/叶绿素b为2.32，而纯茶园叶绿素a/叶绿素b为2.24；间作茶园茶树叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量均高于纯茶园，其中，叶绿素a含量的差异达显著水平。表明间作巨菌草有利于促进茶树叶片叶绿素a的合成，从而增大叶绿素a与叶绿素b的比值。

表2 不同类型茶园叶绿素和类胡萝卜素含量mg/g

2.4 对照与处理茶园土壤养分及pH的差异

从表3可以看出，间作茶园土壤养分（全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾）含量均高于纯茶园，且差异均达显著水平；纯茶园土壤有机碳含量为1.62 g/kg，而间作茶园土壤有机碳含量为12.87 g/kg。表明茶树与巨菌草复合生态系统中，有较多的有机质重返茶园，在土壤微生物的作用下分解，有效改善了土壤养分状况，保持土壤肥力。与纯茶园相比，间作茶园增加了土壤pH值，因此，间作巨菌草可以减轻土壤酸化。

表3 不同类型茶园土壤养分及pH的差异

3 结论与讨论

巨菌草是喜光性C4植物，为须根系，植株较高，而茶树是耐阴常绿植物，根系为直根系，大多数栽培的茶树为灌木型，植株较低，茶园间作巨菌草可以形成不同的生态位，具有空间配置合理、对环境资源利用充分的良好生态学基础[6]。光照强度主要影响茶树光合作用，进而影响茶叶的产量和品质。研究显示，茶树的光补偿点为300～500 lx，光饱和点为30 000～40 000 lx，低于光饱和点时，茶树光合速率随着光照强度增强而增加，但超过光饱和点后，产生光抑制，净光合速率下降[7]；低光照强度对绿茶区茶叶品质形成有利，高光照强度可以提高红茶区茶叶中多酚类物质的含量，增强茶汤滋味，但不利于香气的形成[8]。有研究认为，遮阴后植物叶片硝酸还原酶（Nitrate Reductase，NR）活性升高，氮代谢强于碳代谢[9]，茶园遮阴有利于茶树含氮化合物如蛋白质、叶绿素、氨基酸等物质的生物合成，提高茶叶品质，而且，叶绿素含量的增加有利于植物吸收更多的光能[10]，增加茶叶产量。

本研究结果显示，巨菌草对茶树具有较好的遮阴效果，能降低茶园内的空气温度、增加空气相对湿度，改善茶园小气候，避免光照强度过高而产生的光抑制，提高了茶叶嫩度，同时遮阴后使透过巨菌草的阳光发生漫散射现象，有利于茶叶含氮物质的形成。张明生等[11]研究表明，水分胁迫会引起植物体内活性氧的积累，进而引发叶绿素的分解，而叶绿素a可能比叶绿素b更容易分解。本研究结果显示，间作增加了茶园空气相对湿度，提高了叶绿素a含量及叶绿素a与叶绿素b的比值；减少了因高温引起的干旱胁迫对茶树光合作用的破坏。巨菌草的根系分散在茶树根际周围，具有疏松土壤的功能，同时巨菌草的种植提高了土壤微生物数量和土壤酶活性[3]，土壤微生物种群数量与土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量呈显著正相关[12]。此外，研究表明，不同生长时期巨菌草的根、茎、叶都存在微生物内生固氮菌群，成熟期根部内生固氮菌群组成最高，拔节期茎部和叶部均较高[13]。因此，茶园内间作巨菌草后土壤养分含量增加可能是由巨菌草的枯枝落叶在土壤微生物的作用下大量分解以及生物固氮所致，表明茶园间作巨菌草对于改善土壤质量具有积极作用，这与林冬梅等[14]研究结果（沙质荒漠化土壤种植菌草可以提高土壤养分含量和土壤酶活性、增加土壤微生物数量、改善土壤微生态环境、增强土壤的生产性能）一致。

本研究对茶树间作巨菌草只是进行了初步探索，对茶草复合生态系统的土壤养分循环、巨菌草对茶树病虫害以及茶园生物多样性的影响等尚未涉及，还有待于进一步探讨。巨菌草用途广泛，如可以作为栽培食药用菌的培养基质[15-18]、动物饲料[19-20]和生产生物能源的原料[21]，因此，茶园间作巨菌草可以增加经济收入，但茶草复合生态系统的最佳经济效益还需系统研究，进而探索出一种生态与经济均适宜的茶树与巨菌草间作栽培模式。