余跑蘭，孫永明，吳 艷，肖小軍，林小兵，周 鶯，汪海鴻

（1. 江西省紅壤研究所，江西 南昌 330046；2. 婺源縣蚺城街道辦事處農(nóng)業(yè)綜合服務站，江西 婺源 333200）

江西省是我國江南茶葉主產(chǎn)區(qū)，2019 年全省茶園面積為10.99 萬hm2，干毛茶總產(chǎn)量7.34 萬t，茶葉綜合產(chǎn)值為66.39 億元[1]，茶葉成為茶農(nóng)增收、鄉(xiāng)村振興的重要支柱產(chǎn)業(yè)。茶樹是一種喜溫、喜濕、喜蔭的亞熱帶常綠植物，最適生長溫度為20～25 ℃[2]。然而，隨著全球氣候變化加劇，極端天氣頻繁發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計，1961—2016 年江西省12 月至翌年2 月最低氣溫≤-5 ℃的年發(fā)生天數(shù)平均為0.9 d，天數(shù)最高為4.8 d[3]。冬季極端低溫給茶樹越冬帶來嚴重的影響，輕則減產(chǎn)，重則死亡，常造成嚴重的損失[4]。因此，開展茶園越冬期低溫凍害研究，對于保障江西茶產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展至關重要。

土壤溫度直接影響茶樹根系的發(fā)育，其與茶樹的生長發(fā)育極為密切，相關性甚至超過氣溫[5]，因此提高土壤溫度有利于茶樹安全越冬。地表覆蓋能減少地表與大氣的熱交換，緩沖土壤溫度變化，提高土壤地表最低溫度，是目前茶園預防凍害的主要措施之一。程建萍等[6]研究認為，覆蓋無紡布可以調(diào)節(jié)土壤溫度，減少溫度日較差；夏季覆蓋黑膜、無紡布和稻草均可顯著降低土壤溫度，減少溫度日較差。楊書運等[7]通過連續(xù)觀測覆蓋層表面及其對應的地面溫度，發(fā)現(xiàn)冬季地表覆蓋2 種厚度的稻草和地膜均能提高地表最低溫度。目前地表覆蓋對茶樹小氣候的影響研究主要集中在夏季保水降溫[8-10]、早春萌芽期霜凍防治[11-14]等方面，且更多關注的是土壤地表溫度對茶樹相關方面的影響，對于越冬期低溫脅迫下，地表覆蓋對茶園地溫時空變化的影響研究較少。因此，采用白膜、防草布、稻草3 種材料進行地表覆蓋，開展越冬期不同覆蓋材料對茶園地溫變化以及茶樹凍害的影響研究，比較不同材料覆蓋對土壤極端溫度、日較差、茶樹受凍率的影響，為茶園防凍提供技術支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗茶園和時間

試驗在廬山市華林鎮(zhèn)共同村茶園基地（29°24′5″N、115°55′15″E，海拔110 m）進行。供試茶樹樹齡為3 a，茶樹品種為迎霜。根據(jù)廬山市天氣預報，2020 年12 月29 日開始大幅度降溫，最低溫度為-5 ℃，因此，于12月27—28日布置不同材料地表覆蓋試驗，并在每個處理茶園地表（0 cm），地下10、20、30 cm 以及地表1.5 m 高處分別放置1 根溫度記錄儀（SSN-11E，深圳宇問加壹傳感系統(tǒng)有限公司）。溫度記錄從2020 年12 月29 日至2021 年1 月19 日，地表覆蓋于2021 年2 月21 日結(jié)束。試驗期間出現(xiàn)2 段持續(xù)低溫時間（＜0 ℃），一段是2020 年12 月30日—2021 年1 月2 日，另一段是2021 年1 月7—13日，低溫幅度為-6.1～-1.1 ℃。

1.2 試驗方法

試驗設置4個處理，處理1為對照（CK），即地表不覆蓋；處理2為地表覆白膜，白膜厚度為0.05 mm，4 層覆蓋；處理3 為地表覆稻草，厚度約7 cm；處理4為地表覆防草布（厚度60 g/m2），雙層覆蓋。各處理直接覆蓋在茶樹根部和根部附近的行間，覆蓋寬度為1.5 m，采用隨機區(qū)組排列，每個小區(qū)為6 m（4行茶樹）×25 m，3次重復，共12個小區(qū)。

1.3 試驗調(diào)查

試驗期間每隔0.5 h記錄一次溫度，記錄各處理不同深度土壤的溫度變化。凍害過后于2021年1月21 日對每個小區(qū)隨機取3 叢茶樹（枝條數(shù)30 根以上）進行受凍率調(diào)查，調(diào)查出現(xiàn)變色、枯焦或脫落的受凍葉片數(shù)和3叢茶樹所有的葉片數(shù)，計算受凍率。

1.4 統(tǒng)計分析

用OriginPro 8.1和Excel 2017進行制表和繪圖，采用DPS 對各處理進行方差分析，圖表中的數(shù)據(jù)采用平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 地表覆蓋對茶園不同深度土壤日最低溫度、最高溫度及日較差的影響

2.1.1 最低溫度的變化 由圖1 得出，試驗期間茶園覆白膜、稻草、防草布處理的地表日最低溫度變化幅度分別為0.3～8.2 ℃、-0.3～7.2 ℃、-2.3～6.2 ℃，較CK（-4.2～6.1 ℃）分別提高1.5～5.0 ℃、1.0～3.9 ℃、0.1～2.0 ℃，極端最低溫度分別較CK 提高4.5、3.9、1.9 ℃；整個過程中覆白膜、稻草、防草布處理的地表最低溫度平均值分別為4.1、3.8、2.1 ℃，較CK（1.2 ℃）分別提高2.9、2.6、0.9 ℃，表明地表覆蓋后能起到明顯的增溫效果，增溫效果表現(xiàn)為覆白膜＞覆稻草＞覆防草布。

圖1 不同覆蓋處理對茶園不同深度土壤日最低溫度的影響Fig.1 Effect of different mulching treatments on daily minimum temperature of soli at different depths in tea plantation

茶園覆蓋對地下土壤最低溫度的影響表現(xiàn)為，覆蓋白膜和防草布后地下10、20、30 cm 土壤平均最低溫度均有所提高。覆白膜處理較CK分別提高1.0、1.1、1.3 ℃；覆防草布處理較CK 分別提高0.4、0.3、0.4 ℃；覆稻草處理較CK增溫不明顯甚至略有降低，地下20、30 cm 土壤日最低溫度較CK 分別降低0.1、0.6 ℃。隨著土壤深度增加，平均最低溫度增加，覆白膜處理地表和地下10、20、30 cm 土壤平均最低溫度比CK分別高出242.2%和16.8%、14.3%、15.9%，覆防草布處理地表和地下10、20、30 cm 土壤平均最低溫度比CK分別高75.3%和6.6%、4.7%、4.6%，覆稻草處理地表和地下10、20、30 cm土壤平均最低溫度比CK分別高217.1%和1.3%、-1.2%、-7.3%?？梢?，覆蓋增溫效果主要表現(xiàn)在地表。

2.1.2 最高溫度和日較差的變化 由表1可知，3種覆蓋材料對茶園土壤平均最高溫度的影響表現(xiàn)為覆稻草降低土壤最高溫度，較CK降低1.4～7.7 ℃；覆白膜提高土壤最高溫度，較CK提高1.0～4.7 ℃；覆防草布使地表最高溫度較CK 提高6.7 ℃，使地下最高溫度較CK降低0.1～0.3 ℃。覆稻草處理地表平均最高溫度和地下平均最高溫度相差不大，差值僅為1.2～1.6 ℃；其他處理地表平均最高溫度高于地下平均最高溫度，其中，覆防草布處理差值為13.1～14.4 ℃，覆白膜處理差值為7.7～11.2 ℃，CK 差值為6.3～7.5 ℃。

表1 不同覆蓋處理對茶園不同深度土壤最高溫度與日較差的影響Tab.1 Effect of different mulching treatments on maximum temperature and daily range of soil at different depths in tea plantation

隨著土壤深度增加，平均日較差呈下降趨勢，且地表明顯大于地下。各處理不同深度平均日較差均表現(xiàn)為覆稻草最小，其中地表平均日較差表現(xiàn)為覆防草布＞覆白膜＞CK＞覆稻草，地下10、20 cm 平均日較差表現(xiàn)為覆白膜＞CK＞覆防草布＞覆稻草，地下30 cm 平均日較差表現(xiàn)為CK＞覆白膜＞覆防草布＞覆稻草。綜上所述，覆蓋稻草更有利于降低土壤最高溫度，維持土壤溫度穩(wěn)定性。

2.2 地表覆蓋對茶園土壤小時溫度的影響

由圖2 可見，對于表層土壤，CK 最先在13：30達到溫度峰值，其他處理峰值延遲0.5～1.5 h，各處理最低值主要出現(xiàn)在7:00—7:30。在20:00—7:00低溫階段，各處理溫度高低為覆白膜＞覆稻草＞覆防草布＞CK，覆蓋處理均能提高地表溫度。在12:00—15:30 高溫階段，各處理溫度高低為覆防草布＞覆白膜＞CK＞覆稻草，覆稻草降低地表溫度，較CK 最多可降低8.5 ℃，表現(xiàn)降溫作用，而覆白膜和覆防草布處理則高于CK，表現(xiàn)增溫作用。

圖2 茶園不同覆蓋處理不同深度土壤溫度小時變化Fig.2 Hour variation of soil temperature at different depths under different mulching treatments in tea plantation

對于地下土壤，不同時刻均表現(xiàn)為覆白膜增溫，覆稻草降溫，但覆防草布規(guī)律不明顯。同時，隨著土層深度增加，土壤溫度峰值出現(xiàn)的時間延后，土壤深度每增加10 cm，各處理峰值滯后1.0～3.5 h，平均滯后2 h，最低值滯后0.5～3.0 h，平均滯后1.5 h。

不同時刻覆稻草處理土壤溫度變化幅度最小，極差為0.6～4.9 ℃，而CK、覆防草布處理、覆白膜處理不同時刻土壤溫度極差分別為1.3～14.7 ℃、0.9～20.6 ℃、1.1～17.2 ℃。表層土壤溫度變化較大，各處理不同時刻土壤溫度極差為4.9～20.6 ℃；地下土壤溫度相對穩(wěn)定，地下10、20、30 cm 各處理不同時刻土壤溫度極差分別為1.6～7.0 ℃、0.6～2.9 ℃和0.5～1.3 ℃，表明地下土壤溫度變化與表層土壤相比趨于平緩，土壤深度增加則地溫變化趨于平緩。

2.3 地表覆蓋對茶樹凍害的影響

茶園地表覆蓋后對減輕茶樹受凍有一定的積極作用，圖3 顯示，雖然4 個處理茶樹均發(fā)生凍害，但地表覆蓋處理的茶樹受凍率均低于未覆蓋處理（CK），具體表現(xiàn)為CK＞覆防草布＞覆稻草＞覆白膜。覆白膜處理茶樹受凍率顯著低于其他處理（P＜0.05），覆稻草處理茶樹受凍率顯著低于覆防草布處理和CK，而覆防草布處理與CK 的茶樹受凍率差異不顯著。根據(jù)DBSS/T 2559—2020《茶樹越冬期凍害等級劃分指南》[15]中茶樹受凍程度和等級劃分，CK 受凍率為20.6%，屬于中度凍害，凍害等級為四級，其他處理受凍率小于20.0%，屬于輕度凍害，凍害等級為五級。

圖3 不同覆蓋處理的茶樹受凍率Fig.3 Freezing rate of tea plant under different mulching treatments

2.4 地表最低溫度、低溫持續(xù)時間、日較差與茶樹受凍率的相關性分析

將茶樹受凍率與2 個低溫階段地表的最低溫度、日較差、低溫持續(xù)時間進行相關性分析（表2），茶樹受凍率與地表平均最低溫度和＜0 ℃最長持續(xù)時間均呈顯著相關（P＜0.05），相關系數(shù)分別為-0.953 和0.973，與地表＜4 ℃最長持續(xù)時間呈極顯著相關（P＜0.01），相關系數(shù)為0.999，表現(xiàn)為地表平均最低溫度越低，低溫（＜0 ℃或＜4 ℃）持續(xù)時間越長，茶樹受凍率越高。茶樹受凍率與地表極端最低溫度、平均日較差、最大日較差、＜0 ℃平均持續(xù)時間和＜4 ℃平均持續(xù)時間相關性不顯著。

表2 茶樹受凍率與地表最低溫度、日較差、低溫持續(xù)時間的相關性分析Tab.2 Correlation analysis of freezing rate of tea plant with minimum temperature，daily range and duration of low temperature in surface

續(xù)表2 茶樹受凍率與地表最低溫度、日較差、低溫持續(xù)時間的相關性分析Tab.2（Continued） Correlation analysis of freezing rate of tea plant with minimum temperature，daily range and duration of low temperature in surface

3 結(jié)論與討論

地表覆蓋對太陽輻射的吸收轉(zhuǎn)化和土壤熱量傳導都有較大的影響，這是因為覆蓋在地表可以形成一層土壤與大氣熱交換的障礙層，既可阻礙太陽的直接輻射，還可有效減少地面反射長波輻射，對土壤溫度具有明顯的調(diào)控作用[16]。本研究表明，覆蓋能提高茶園土壤表層的最低溫度，保溫效果表現(xiàn)為覆白膜＞覆稻草＞覆防草布，覆白膜的增溫效果優(yōu)于覆稻草。覆白膜能提高不同深度土壤的最低溫度和最高溫度，表現(xiàn)為增溫效果；覆稻草具有高溫時降溫和低溫時升溫的雙向調(diào)控作用，日較差最小，有利于維持土壤溫度的穩(wěn)定性；覆防草布降溫不如覆稻草，增溫不如白膜。這與前人研究認為稻草覆蓋保溫效果優(yōu)于地膜覆蓋有些出入[17-18]，這可能跟地膜和稻草的覆蓋厚度以及天氣狀況等因素有關。白膜透光性強，太陽輻射能直接透過白膜照射地面，而地膜上凝結(jié)露珠可阻礙部分地表反射的長波輻射，吸收的熱能量大于散失的熱能量，所以具有增溫作用。稻草透光性差，覆稻草能減弱地表對太陽輻射的吸收和減少土壤熱量的散失，白天高溫時覆蓋稻草的地面吸收熱輻射較裸地少，表現(xiàn)降溫，晚上低溫時散失的熱量比裸地少，表現(xiàn)保溫，從而減緩土壤溫度的上下波動，保持土壤溫度穩(wěn)定，有利于茶樹的生長發(fā)育。覆蓋防草布影響地面對太陽輻射的吸收和熱量的傳導，具有一定的保溫作用，這與有關學者認為覆蓋防草布具有保溫效果的結(jié)果[19-21]基本一致。防草布是一種以聚丙烯為原料的合成材料，具有較多的細密孔眼，透水性和透光率較好，但阻擋地面接收太陽輻射和土壤熱量散失的能力弱于稻草和白膜。

本研究表明，不同處理地表土壤溫度的變化幅度大于地下土壤，增溫效果主要體現(xiàn)在地表；且隨著土壤深度增加，最低溫度增加，最高溫度降低，地溫變化趨于平緩，峰值出現(xiàn)時間延后。彭晚霞等[5]和李毅等[22]也得出相同的結(jié)論。彭晚霞等[5]研究了稻草覆蓋與白三葉間作對茶園地溫時空動態(tài)變化的影響，結(jié)果表明，土層深度越大，地溫越低，且出現(xiàn)明顯的位相滯后現(xiàn)象，土層深度每增加5 cm，最高溫度出現(xiàn)時間滯后2 h。李毅等[22]對新疆奎屯地區(qū)某地寬地膜覆蓋下地溫場動態(tài)進行分析，結(jié)果表明，表層地溫變化大于各深度地溫，而且沿土壤深度方向增加，地溫變化趨于平緩。這主要是由于太陽輻射是地表增溫的熱源之一，土壤溫度與輻射密切相關，當?shù)孛鎯糨椛錇檎?，溫度升高，反之則下降。地表作為太陽輻射最直接的受體，受熱輻射影響最大，溫度變化最明顯。熱量從地表向地下傳遞，在通過土層時會被土壤吸收掉一部分，所以隨著深度加深，傳遞的熱量越少，溫度變化越小，同時熱量從地表傳到深層需要時間，導致深層土壤最高溫度和最低溫度出現(xiàn)的時間比淺層土壤滯后。

最低溫度是導致茶樹凍害的主要氣象因子，當大氣溫度下降到一定程度，就會導致茶樹受凍。婁偉平等[23]指出，日最低溫度在-9～-7 ℃，迎霜等中抗寒性茶樹品種會發(fā)生輕度凍害。楊利霞等[24-25]利用漢中市42 a 的氣象觀測數(shù)據(jù)分析茶樹凍害的溫度特征，以最低氣溫≤-8 ℃作為冬季茶樹凍害的指標。雷玄肆等[26]結(jié)合1961—2019 年景德鎮(zhèn)氣象數(shù)據(jù)和茶葉生產(chǎn)實際情況，認為冬季最低氣溫在-5 ℃時景德鎮(zhèn)茶樹會發(fā)生凍害。地表溫度與大氣溫度呈正相關，氣溫下降，地表溫度也會降低。覆蓋提高的是地表溫度，而不是氣溫，所以用地表溫度作為反映茶樹凍害的指標更為合理。許映蓮等[27]研究了江蘇省晚霜凍時空演變特征和茶樹早春凍害分級，認為用地面最低溫度＜0 ℃作為早春茶受低溫凍害的指標更好。本研究表明，所有處理茶樹均發(fā)生凍害，茶樹受凍率與地表平均最低溫度、＜0 ℃最長持續(xù)時間呈顯著相關，與地表＜4 ℃最長持續(xù)時間呈極顯著相關，但與地表溫度日較差、地表極端最低溫度相關性不顯著。這主要是因為茶樹受凍不僅與地表極端最低溫度、地表溫度日較差有關，還與地表平均最低溫度和低溫持續(xù)時間密切相關[28]，盡管地表溫度日較差不夠大、極端最低溫度不夠低，但如果地表最低溫度一直維持較低水平，而且持續(xù)時間比較長，即可使茶樹遭受凍害[29]。本試驗期間，地表平均最低溫度為-2.2～-1.1 ℃，＜0 ℃持續(xù)時間CK最長為12.5 h，＜4 ℃持續(xù)時間CK 最長為34.5 h，而覆白膜處理地表溫度均在0 ℃以上，但＜4 ℃持續(xù)時間為7 d 且日持續(xù)時間最長為13.5 h，依然發(fā)生輕度凍害，因此，地面最低溫度＜0 ℃不是茶樹受凍的臨界溫度，但茶樹發(fā)生凍害的最低地表溫度臨界值以及低溫持續(xù)最短時間有待進一步研究。

綜上所述，白膜、稻草和防草布3種材料覆蓋地表后均能提高茶園地表最低溫度，減輕茶樹受凍程度，增溫效果表現(xiàn)為覆白膜＞覆稻草＞覆防草布。覆稻草具有高溫時降溫和低溫時增溫雙向調(diào)控作用，有利于維持土壤溫度的穩(wěn)定性，降溫效果最好；覆白膜能提高不同深度土壤最高溫度和最低溫度，增溫效果最好；防草布降溫不如稻草，增溫不如白膜。地溫時空變化主要體現(xiàn)在表層土壤，而地下土壤溫度變化趨于平緩；隨著土壤深度增加，最低溫度增加，最高溫度、日較差均降低，土壤溫度峰值出現(xiàn)時間延后。茶樹受凍率與地表平均最低溫度和＜0 ℃最長持續(xù)時間呈顯著相關，與地表＜4 ℃最長持續(xù)時間呈極顯著相關，地表最低溫度＜0 ℃不是茶樹受凍的臨界溫度，當茶園地表溫度在0～4 ℃，持續(xù)時間大于7 d 且日持續(xù)時間大于13.5 h，茶樹依然發(fā)生凍害。因此，從預防茶園低溫凍害考慮，覆蓋材料推薦使用白膜和稻草，從保持土壤溫度的穩(wěn)定性考慮，推薦使用稻草。