曹啟民，王永鵬，覃姜薇，易偉鵬,張冬明,曾建華，肖彤斌*

(1.海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與土壤研究所,海南 ?？?571100；2.農(nóng)業(yè)部海南耕地保育科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站,海南 ?？?571100；3.海南省耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,海南 ?？?571100；4.海南省農(nóng)墾科學(xué)院,海南 ?？?570206；5.海南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站,海南 ?？?571100)

【研究意義】海南茶葉品質(zhì)優(yōu)良，口感醇厚，被譽(yù)為“華夏第一早春茶”，已遠(yuǎn)銷歐、美、東南亞等18個(gè)國(guó)家和地區(qū)，在茶商中享有較高的知名度與美譽(yù)度，開(kāi)發(fā)潛力巨大。截至2018年，海南省有茶園約1333 hm2，茶葉產(chǎn)量約1800 t，總產(chǎn)值約1.2億元。大多數(shù)茶園的耕作常用淺耕和深耕法，這些方法會(huì)造成茶園土壤水土流失，肥力衰退，生產(chǎn)農(nóng)資成本增加，土壤板結(jié)，茶樹(shù)生長(zhǎng)早衰等問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外大力推廣和應(yīng)用生態(tài)循環(huán)農(nóng)耕方式，并取得良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[1-2]。復(fù)合種植對(duì)土壤容重、疏松性等物理性狀有顯著改善作用，并能調(diào)節(jié)土壤溫度，增加土壤含水量，減少水土流失，且對(duì)于改善茶葉品質(zhì)能起到明顯效果[3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】研究表明茶樹(shù)喜濕耐蔭，茶園種植一定數(shù)量和種類的喬木能為茶樹(shù)的良好生長(zhǎng)提供一定的郁閉度[4-5]。植物群落的垂直結(jié)構(gòu)是群落在垂直方面的配置狀態(tài)，其最顯著的特征是成層現(xiàn)象，不同的植被垂直結(jié)構(gòu)，水土保持功能存在差異[6]。良好的植被群落垂直結(jié)構(gòu)能顯著增強(qiáng)土壤保水保肥能力。喬灌草復(fù)合種植的土壤抗蝕性明顯提高，具有更強(qiáng)的水土保持功能[7-8]。在單一大面積種植作物的土地上，可以通過(guò)人工種植相應(yīng)的喬木、灌木和草本組成人工植物群落垂直結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)功能，提升土壤的水土保持能力?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前有關(guān)茶園人工構(gòu)建的群落垂直結(jié)構(gòu)及其生態(tài)效應(yīng)的研究報(bào)道較少，本研究選用適宜海南氣候和酸性土壤且易生長(zhǎng)的喬本豆科植物黃槐(CassiasurattensisBurm.f.)和草本豆科植物野花生[Sennatora(L.) Roxb.]為研究對(duì)象。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】重點(diǎn)明晰喬木黃槐、灌木茶樹(shù)和草本野花生組成的復(fù)合種植結(jié)構(gòu)對(duì)海南茶園土壤性狀和茶葉化學(xué)品質(zhì)的影響，以期為海南茶園綠色生產(chǎn)及海南茶葉產(chǎn)業(yè)二次騰飛提供理論依據(jù)，對(duì)海南國(guó)際自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)建設(shè)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

試驗(yàn)地位于海南農(nóng)墾五指山茶葉集團(tuán)有限公司白沙茶葉基地，試驗(yàn)地處海南省白沙黎族自治縣著名的隕石坑內(nèi)。該地處于牙叉丘陵盆地區(qū)，海拔高度為205～300 m。年平均氣溫22.7 ℃，月平均氣溫最高6、7月為27 ℃，最低1月為16.4 ℃。年平均降雨量1870 mm，4-10月每月降水量均在116 mm以上，8、9月達(dá)到310 mm。4-10月每月降水量均在116 mm以上，8、9月達(dá)到310 mm，1月最少僅11.9 mm，年平均陰?kù)F日達(dá)215 d。

試驗(yàn)區(qū)供試土壤以磚紅壤為主，土層中等，多含礫砂，保水性較好，肥力較高。

1.2 供試茶園樹(shù)種和套種品種

供試茶園種植的品種為海南大葉種(C.sinensisvar.assamicacv.Hainan-dayezhong)有性系，樹(shù)齡3年，該品種植株高大，分枝部位高，分枝較稀，產(chǎn)量高。黃槐和野花生種苗由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為黃槐+茶樹(shù)+野花生(T1)、黃槐+茶樹(shù)(T2)、茶樹(shù)+野花生(T3)和單一茶樹(shù)(CK)。每處理3 個(gè)重復(fù)構(gòu)成12 個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積 666.7 m2，小區(qū)之間間隔10 m，隨機(jī)分布，其中T1定義為人工茶園群落垂直結(jié)構(gòu)。黃槐和野花生同時(shí)定植，黃槐定植距離30 m×30 m，野花生定植行距為25 cm×25 cm，定植后適量適時(shí)澆水。2017 年3月季施肥，每小區(qū)統(tǒng)一施用有機(jī)肥 4500 kg/hm2(海南邦禾益生園生物科技有限公司，有機(jī)質(zhì)45 %，總養(yǎng)分N，P2O5，K2O 5 %)。試驗(yàn)各處理田間管理措施均完全一樣。

1.4 研究?jī)?nèi)容和測(cè)定方法

1.4.1 土壤含水量和容重 2017年1月初在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，采用隨機(jī)取樣的方式，取0～20和20～40 cm土樣分析。含水量采用烘干法，土壤容重采用環(huán)刀法[9]。

1.4.2 土壤溫度 2017年7月初 15:00 在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每隔10 d隨機(jī)設(shè)置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用地溫計(jì)分別測(cè)定 0～40 cm中每隔 5 cm 的土層溫度。

1.4.3 土壤肥力 采用常規(guī)分析方法[10]：pH 采用電位法，有機(jī)質(zhì)采用油浴重鉻酸鉀氧化容量法；速效氮用堿解擴(kuò)散法；速效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法；速效鉀用乙酸銨浸提原子吸收分光光度法。

1.4.4 茶樹(shù)生長(zhǎng)指標(biāo) 2017年5月采取S法在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的茶樹(shù)上定樣方，樣方長(zhǎng)1 m，隔行定1個(gè)樣方。測(cè)量葉片角度、芽長(zhǎng)、一芽二葉長(zhǎng)和百芽重。

1.4.5 茶葉化學(xué)指標(biāo) 水浸出物含量測(cè)定參照GB/T8305-2002[11]；茶多酚含量測(cè)定采用酒石酸亞鐵比色法[12]；氨基酸組分采用HPLC分析方法-AccQ·Tag[13]；咖啡堿采用HPLC法[13]；可溶性糖的測(cè)定采用蒽酮比色法，參照張志良的方法[14]；黃酮類化合物含量測(cè)定參照程紅的方法[15]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，SPSS19.0進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)和顯著性檢驗(yàn)(LDS 檢驗(yàn)法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)茶園土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1 對(duì)茶園土壤水的影響 由圖1可知，0～20和20～40 cm土層土壤含水量T1較CK明顯提高，分別增加了33.70 %和11.81 %，且差異顯著(P<0.05)(圖1)。表明黃槐+茶樹(shù)+野花生復(fù)合種植模式能顯著提高茶園表層土壤的水分含量，茶樹(shù)+野花生種植模式也能提高茶園水土保持功能，但黃槐+茶樹(shù)種植模式無(wú)顯著作用。說(shuō)明茶園復(fù)合種植越復(fù)雜越有利于茶園水土保持功能。

不同小寫(xiě)字母表示不同處理間存在顯著差異，P<0.05，下同The different lowercase letters indicate significant difference at the P<0.05 level,the same as below

2.1.2 對(duì)茶園土壤容重的影響 各土層T1較CK土壤容重分別降低12.07 %和8.43 %(圖2)，且差異顯著(P<0.05)。表明黃槐+茶樹(shù)+野花生復(fù)合種植模式，改善了茶園表層甚至更深層土壤的疏松度和空隙度，說(shuō)明茶園復(fù)合種植結(jié)構(gòu)降低茶園土壤的容重，提高了土壤的可耕性及通氣性。

圖2 不同處理對(duì)土壤容重的影響Fig.2 The effects of different treatments on soil bulk density

2.1.3 對(duì)茶園土壤溫度的影響 對(duì)2017年7月的土壤平均氣溫統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖3)表明，T1較CK，分別下降了 23.84 %、20.91 %、23.82 %、25.07 %、28.31 %、13.09 %、7.35 %和5.29 %。方差分析結(jié)果表明，T1較CK顯著減低了(P<0.01)土壤溫度，其中0～20 cm的土層降溫效果最明顯。表明在高溫季節(jié)黃槐+茶樹(shù)+野花生復(fù)合種植模式能有效減低各土層的溫度，說(shuō)明茶園復(fù)合種植結(jié)構(gòu)能減低高溫對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的傷害，減小溫度變化幅度。林黎研究表明，組合套種平托花生和百喜草極顯著降低了茶園土壤溫度，特別是在0～20 cm土層中土壤溫度降幅明顯[20]。這可能與喬本和草本植物的營(yíng)養(yǎng)根系大多分布在 0～20 cm土層中有關(guān)。

圖3 不同處理對(duì)土壤溫度的影響Fig.3 The effects of different treatments on soil temperature

2.2 對(duì)茶園土壤肥力的影響

由表1可知，0～20、20～40 cm 各土層T1較CK有機(jī)質(zhì)分別增加25.86 %、23.14 %；堿解氮分別增加30.03 %、58.67 %；速效磷增加25.51 %、39.64 %，速效鉀分別增加28.75 %、58.26 %。方差分析結(jié)果表明，T1與CK差異顯著(P<0.05)，而對(duì)土壤 pH值影響不顯著。表明黃槐+茶樹(shù)+野花生復(fù)合種植模式改善了土壤化學(xué)性狀，這就意味著復(fù)合種植結(jié)構(gòu)提升土壤肥力，有效改善茶樹(shù)生根區(qū)土壤的營(yíng)養(yǎng)狀況，促進(jìn)土壤養(yǎng)分活化。

表1 不同處理對(duì)茶園土壤肥力的影響

2.3 對(duì)茶葉品質(zhì)的影響

2.3.1 對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)指標(biāo)的影響 從表2可以看出，除了葉片角度，其它各指標(biāo)T1較CK都有不同程度的增加，特別是芽長(zhǎng)和百芽重分別增加17.58 %、33.12 %(鮮)和39.88 %(干)，且差異顯著(P<0.05)。表明黃槐+茶樹(shù)+野花生復(fù)合種植結(jié)構(gòu)對(duì)茶樹(shù)的生長(zhǎng)產(chǎn)生明顯促進(jìn)作用，說(shuō)明茶園復(fù)合種植結(jié)構(gòu)有利于茶樹(shù)葉片生長(zhǎng)發(fā)育。

表2 不同處理對(duì)茶葉葉芽生長(zhǎng)的影響

2.3.2 對(duì)茶葉化學(xué)指標(biāo)的影響 由表3可知，除了酚/氨和咖啡堿，其它各化學(xué)指標(biāo)T1較CK都有不同程度的增加，其中水浸出物、茶多酚、氨基酸和黃酮分別增加14.41 %、18.71 %、14.21 %和32.87 %，且差異顯著(P<0.05)。表明黃槐+茶樹(shù)+野花生復(fù)合種植結(jié)構(gòu)提升了茶葉的化學(xué)品質(zhì)成分，說(shuō)明茶園復(fù)合種植結(jié)構(gòu)對(duì)于改善茶葉化學(xué)品質(zhì)具有顯著的促進(jìn)作用。

表3 不同處理對(duì)茶葉化學(xué)指標(biāo)的影響

3 討 論

復(fù)合植被結(jié)構(gòu)差異可顯著影響當(dāng)?shù)刈魑锷L(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)品品質(zhì)，本文通過(guò)人工構(gòu)建茶園復(fù)合種植結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了黃槐+茶樹(shù)+野花生構(gòu)建的生態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)茶園土壤性狀、茶葉生長(zhǎng)和化學(xué)指標(biāo)的影響。

本研究表明茶園復(fù)合種植結(jié)構(gòu)顯著增加茶園土壤含水量，提升茶園土壤保水能力，明顯降低茶園土壤容重，增加了茶園土壤通透性，明顯降低高溫季節(jié)表層土壤溫度，減少變化幅度，有利于保護(hù)高溫天氣茶樹(shù)的生長(zhǎng)。林黎[20]研究表明，人工茶園群落垂直結(jié)構(gòu)有效地保持土壤含水率，增加地表植被的覆蓋，能緩解干旱季節(jié)茶園土壤水熱狀況。土壤水是土壤的重要組成部分，是作物吸收水分的主要供給源，是影響土壤肥力和自凈能力的主要因素之一[16]。土壤含水量能反映作物對(duì)水的需要情況，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很重要的指導(dǎo)意義；土壤毛管水移動(dòng)快，數(shù)量大，是植物利用土壤水的主要形態(tài)[17]。土壤容重反映土壤的熟化程度、結(jié)構(gòu)性和松緊度。容重小表明土壤疏松和結(jié)構(gòu)良好，容重大表明土壤緊實(shí)板硬，缺少團(tuán)粒結(jié)構(gòu)[16]。土壤容重直接影響孔隙大小分配和土壤孔隙度、土壤的穿透阻力及土壤水肥氣熱變化，并對(duì)土壤物理性質(zhì)如土壤通氣、持水性質(zhì)、堅(jiān)實(shí)度等產(chǎn)生顯著影響[18]。土壤溫度對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生直接影響，表現(xiàn)為在一定的溫度范圍內(nèi)，土壤溫度越高，作物生長(zhǎng)發(fā)育越快；間接影響表現(xiàn)為土壤溫度影響微生物活性、有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化速度、水分運(yùn)動(dòng)、溶質(zhì)運(yùn)移等，從而間接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育[19]。

本試驗(yàn)研究結(jié)果顯示復(fù)合種植結(jié)構(gòu)顯著增加茶園土壤肥力指標(biāo)(有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀)含量，提升茶園土壤保肥能力。土壤肥力的重要標(biāo)志之一是有機(jī)質(zhì)含量，對(duì)茶樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育、茶品質(zhì)量和產(chǎn)量有顯著影響[18]。研究證實(shí)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)改善茶葉的滋味、香氣、湯色具有明顯效果，并能提升茶葉水浸出物含量[21]。增加土壤氮含量有利于茶葉品質(zhì)的提升，氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)、氨基酸、咖啡堿等茶滋味的重要成分，氮對(duì)新芽生長(zhǎng)發(fā)育和百芽重也有顯著作用[18]。眾多研究顯示，茶湯中碳水化合物、氨基酸和兒茶素與茶樹(shù)鮮葉含氮量相關(guān)性明顯，其中氨基酸和含氮量呈顯著正相關(guān)[22]。茶葉中特有的氨基酸是茶氨酸，它與綠茶滋味等級(jí)的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.787[23]，大量研究顯示，茶園土壤中的磷有利于茶氨酸的形成，鉀能夠提高茶葉中游離氨基酸、茶多酚等內(nèi)含物的含量，適量多施鉀肥，對(duì)茶葉品質(zhì)的改善能起到明顯的作用[24]。

茶葉的種植栽培是影響茶葉成品品質(zhì)的關(guān)鍵，本研究顯示茶園復(fù)合種植結(jié)構(gòu)明顯促進(jìn)茶葉芽長(zhǎng)、一芽二葉長(zhǎng)和百芽重等生長(zhǎng)指標(biāo)，顯著提升茶葉化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)(水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡堿、可溶性糖和黃酮類化合物)的含量。芽長(zhǎng)和百芽重直接影響茶葉外形和葉底。研究表明，水浸出物值越大，內(nèi)含成分越豐富，則加工成的茶具有較好的品質(zhì)[25]。茶多酚是茶葉內(nèi)含成分和功能性成分，與茶葉品質(zhì)呈正相關(guān)[26]。眾多研究表明，氨基酸與茶葉的香氣的形成密切相關(guān)，也是形成茶湯鮮爽味的主要成分[27-29]。黃酮對(duì)茶葉的感官品質(zhì)和生理功能起重要作用，研究證實(shí)隨著沖泡次數(shù)的增加，茶中黃酮類物質(zhì)逐漸減少[30]；紅茶中的澀味主要是黃酮類物質(zhì)[31]。

4 結(jié) 論

茶園復(fù)合種植結(jié)構(gòu)顯著增加茶園土壤含水量，提升茶園土壤保水能力。

茶園復(fù)合種植結(jié)構(gòu)顯著增加茶園土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀等的含量，提升茶園土壤保肥能力。

茶園復(fù)合種植結(jié)構(gòu)明顯促進(jìn)茶葉芽長(zhǎng)、一芽二葉長(zhǎng)和百芽重等生長(zhǎng)指標(biāo)，顯著提升茶葉的水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡堿、可溶性糖和黃酮類化合物等的含量，提升茶葉品質(zhì)質(zhì)量。