茶樹品種對茶園土壤理化性質(zhì)及土壤酶活性的影響

林 立，王 涵,*，洪永聰，石玉濤，鄭淑琳

（1.武夷學院 生態(tài)與資源工程學院，福建省生態(tài)產(chǎn)業(yè)綠色技術重點實驗室，福建 武夷山 354300；2.武夷學院中國烏龍茶產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 武夷山 354300；3.武夷學院 茶與食品學院，福建 武夷山 354300）

茶樹是我國廣泛種植的經(jīng)濟灌木，連年種植的茶園土壤，在人為管理和茶樹生物學特性的雙重影響下，其理化性質(zhì)會逐步改變，形成獨特的土壤生境[1]。如，隨著茶樹種植年限增加，茶園土壤pH值下降[2]，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化[3]。作為土壤生態(tài)系統(tǒng)最活躍的有機組分，土壤酶活性變化顯示土壤演變方向[4-5]。大量的研究表明，土壤酶活性變化比理化性質(zhì)更為敏感，可用于指征土壤污染、肥力變遷，或綜合評價土壤質(zhì)量，合理反映土壤健康狀態(tài)[6]，為土壤污染治理、土壤管理提供科學依據(jù)[7]。

上述研究大多基于某一個茶樹品種種植對土壤的影響，不同茶樹品種對茶園土壤理化性質(zhì)和酶活性變化的影響，尚未見報道。本文在管理水平一致、生態(tài)環(huán)境和樹齡相同條件下，以大紅袍等10個茶樹品種的種植土壤為研究對象，檢測土壤各項理化指標，全面考察土壤碳循環(huán)、氮循環(huán)、磷循環(huán)和氧化還原相關酶的活性變化，以期為良種良法推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及采樣

試驗地位于武夷山市武夷星茶業(yè)有限公司的茶樹種質(zhì)資源圃，管理水平一致，生態(tài)條件相同。參試品種為大紅袍、水仙、奇蘭、肉桂、黃旦、水金龜、矮腳烏龍、半天妖、白雞冠和佛手等10個品種，樹齡均為7年，種植土壤類型為磚紅壤。

大紅袍、水仙、奇蘭、肉桂、黃旦、水金龜、矮腳烏龍、半天妖、白雞冠和佛手等10個品種種植土壤分別記為S1～S10。土壤樣品的采集方法按《土壤分析技術規(guī)范》中的方法，采樣點避開施肥點、路邊、溝邊等特殊位置，采用隨機布點法于每一品種茶樹種植地設置4個土壤采集點，作為重復，采集表層（0～20 cm）土壤，同時在茶園周邊采集4個土壤作為對照重復。對照土壤為僅生長飛蓬等草本植物的自然土壤（記為S11）。采集時間為2018年4月下旬，微生物活動旺盛。采樣結(jié)束后，迅速將新鮮土樣運回，測定pH、含水率和土壤酶活性，剩余土樣風干過篩后用于其余理化性質(zhì)的測定。

1.2 試驗方法

土壤理化性質(zhì)測定參照《土壤農(nóng)化分析方法》進行[8]。pH值測定采用CHN-82801 型pH計（水土比2.5 ∶1）；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀加熱法測定；全N 含量采用半微量凱氏定氮法測定；堿解N 含量采用堿解蒸餾法測定；全P含量采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測定；有效P 含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；全K 含量采用HF-HClO4消解火焰光度法測定；速效K 采用醋酸銨提取火焰光度法測定。

土壤酶活性采用關松蔭的方法檢測[9]。其中，苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定土壤脲酶活性；3,5-二硝基水楊酸比色法測定土壤蔗糖酶活性和土壤纖維素酶活性；磷酸苯二鈉比色法測定土壤酸堿性磷酸酶活性；鄰苯三酚比色法測定土壤多酚氧化酶和土壤過氧化物酶活性；氯化三苯基四氮唑（TTC）比色法測定土壤脫氫酶活性；Folin-Ciocslteu 法測定土壤蛋白酶活性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)處理，計算變異系數(shù)；利用SPSS 19.0 對土壤酶活性和土壤理化性質(zhì)作相關性分析；采用Origin 作圖。

變異系數(shù)（CV）反映數(shù)據(jù)的離散程度，按其大小可將變異程度粗略分級（CV＜10%為弱變異性，CV=10%～100% 為中等變異性，CV＞100%為強變異性）[10]。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

由表1可知，10個茶樹品種種植土壤的有機質(zhì)、全N、全K 與堿解氮的平均含量分別為156.91 g/kg、1.59 g/kg、0.20g/kg 和276.45 mg/kg，與對照土壤的107.39 g/kg、0.59g/kg、0.12g/kg 和134.73 mg/kg，存在明顯差別。S1～S10 的全P、速效K 和速效P 含量與對照S11 的差異較小。茶園土壤整體呈現(xiàn)酸化趨勢，平均pH值為4.44，且所有品種茶樹種植土壤的pH值均低于對照（pH=4.83）。可見，長期種植茶樹顯著改變了土壤基本理化性質(zhì)，是植物生長和人為管理綜合作用的結(jié)果[11]。

雖然品種間土壤N、P、K 全量和有機質(zhì)含量的差異較小（CV ＜10%），但堿解N、速效P 與速效K 含量則差異較為明顯。其中，速效K 的變異系數(shù)最高，為34.60%，其次為堿解N（18.74%），說明品種間這兩項理化性質(zhì)數(shù)據(jù)存在較大差異。表1 數(shù)據(jù)表明，大紅袍（S1）和矮腳烏龍（S7）土壤中堿解N 水平明顯低于其他品種土壤，大紅袍（S1）和黃旦（S5）土壤中速效K 含量明顯低于其他品種土壤。

2.2 氧化還原酶活性

對照土樣的脫氫酶、過氧化氫酶和過氧化物酶活性與茶園土壤區(qū)別明顯，且對照3種酶的活性在所有樣品中均處于中等水平（圖1）。其中，過氧化氫酶活性（1.53 mg/kg）略高于茶園土壤樣品的均值（1.36 mg/kg），脫氫酶和過氧化物酶活性（19.97 mg/kg，0.09 mg/kg）則略低于茶園土壤均值（20.76 mg/kg，0.11 mg/kg）。

表1 不同茶樹品種土壤理化性質(zhì)Table 1 Soil physical and chemical properties in planting soils of different tea varieties

圖1 土壤氧化還原酶類活性變化Fig.1 Changes of soil oxidoreductase activities

種植不同品種茶樹土壤的氧化還原酶活性差異十分顯著，說明品種對3種土壤酶活性影響較大。脫氫酶活性變化介于11.52～27.24 mg/g，以種植奇蘭（S3）的土壤酶活性最高，種植黃旦（S5）的土壤酶活性最低；過氧化物酶活性最高的為種植肉桂的土壤（0.14 mg/g，S4），最低的為種植白雞冠的土壤（0.09 mg/g，S9）；土壤過氧化氫酶活性的變化范圍為0.59（S10，佛手）～1.97 mg/g（S9，白雞冠）。變異系數(shù)的計算結(jié)果表明，10個品種茶樹土壤中，3種氧化還原酶活性的變化均達到中等變異程度（20.63%、34.54%和16.30%）。

2.3 碳循環(huán)相關酶活性

除少數(shù)樣品的土壤酶活性與對照接近外，大部分品種茶樹土壤中的碳循環(huán)相關酶的活性高于對照（圖2）。其中，多酚氧化酶（0.02 mg/g）活性差異尤為明顯，顯著低于所有茶園土壤樣品（均值為0.04 mg/g）。可能與茶樹凋落物富含多酚類物質(zhì)有關，促進了多酚氧化酶活性[12]。

考察不同品種茶樹土壤碳循環(huán)酶活性，纖維素酶活性最高的為種植水金龜品種的土壤（0.08 mg/g，S6），而最低的為種植白雞冠的土壤（0.04 mg/g，S9）；蔗糖酶活性分布區(qū)間為0.26～0.60 mg/g，最高的為黃旦（S5），最低的為佛手（S10）；多酚氧化酶活性最高的為奇蘭（0.06 mg/g，S3），最低的為大紅袍（0.03 mg/g，S1）。品種間纖維素酶、多酚氧化酶和蔗糖酶的變異系數(shù)分別為23.21%、18.69%和21.13%，均達到中等變異程度水平（23.21%、18.69 %和21.13%）。

2.4 氮循環(huán)相關酶活性

對照土壤的脲酶活性（104.92 mg/kg）明顯低于所有茶園土壤，而對照土壤的蛋白酶活性（0.03 mg/kg）僅略高于種植水仙（0.02 mg/kg，S2）和黃旦（0.02 mg/kg，S5）的土壤。由圖3可知，種植不同品種茶樹土壤的脲酶和蛋白酶活性變化顯著。脲酶活性變化區(qū)間為148.57～318.37 mg/g，白雞冠（S9）最高，肉桂（S4）最低；蛋白酶活性最高的為半天妖（0.04 mg/g，S8）最低的為水仙（0.02 mg/g，S2）。兩種土壤酶的變異系數(shù)分別為25.23%和22.58%，均屬中等變異。

圖2 土壤碳循環(huán)相關酶活性變化Fig.2 Changes of enzyme activities related to soil carbon cycle

2.5 磷循環(huán)相關酶活性

對照土壤的酸性和堿性磷酸酶活性（0.17 mg/kg，0.07 mg/kg）遠低于茶園2種土壤酶活性的均值（1.14 mg/kg，0.41 mg/kg），酸性磷酸酶活性差別尤其明顯（圖4）。10個品種茶樹土壤間的2種磷酸酶活性差異也十分顯著。雖然不同品種茶樹土壤的堿性磷酸酶活性變化大于酸性磷酸酶，但二者變化趨勢十分相似。酸性和堿性磷酸酶的變異系數(shù)分別為12.46%和38.35%，均為中等變異程度。堿性磷酸酶活性以種植水金龜?shù)耐寥雷罡撸?.79 mg/kg，S6），酸性磷酸酶活性（1.32 mg/kg）也僅次于種植奇蘭的土壤（1.37 mg/kg，S3），因此水金龜品種對土壤磷酸酶活性的影響最為明顯。

圖3 土壤氮循環(huán)相關酶活性變化Fig.3 Changes of enzyme activities related to soil nitrogen cycle

圖4 土壤酸性和堿性磷酸酶活性變化Fig.4 Changes of soil acid and alkaline phosphatase activities

2.6 土壤理化性質(zhì)及酶活性的相關性

土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性相關分析表明（表2），10種土壤酶的活性與茶園土壤理化因子間大多呈正相關，僅有少數(shù)達到顯著水平。比較各土壤因子，發(fā)現(xiàn)土壤水分或有機質(zhì)變化對土壤酶活性影響較大，二者均與3個土壤酶活性呈極顯著或者顯著正相關。這可能與茶園樣地的山地土壤性質(zhì)有關，有機質(zhì)或水分匱乏限制了土壤微生物活動。

考察不同土壤酶，發(fā)現(xiàn)蔗糖酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶對土壤理化性質(zhì)變化較為敏感。其中，蔗糖酶與堿解N、速效K 和含水率呈極顯著相關，與全N 和有機質(zhì)含量顯著相關；酸性磷酸酶與全N、全K、有機質(zhì)含量和含水率呈極顯著相關，與堿解N 顯著相關；多酚氧化酶與全N、有機質(zhì)含量和含水率顯著相關；纖維素酶與全P 顯著正相關，而與全K 顯著負相關；堿性磷酸酶與速效K 顯著正相關；其余的土壤酶與土壤理化性質(zhì)的相關性均不明顯。因此，蔗糖酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶適宜表征類似的茶園土壤的肥力變化。

表2 土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性的相關性Table 2 Correlation between soil physical and chemical properties and soil enzyme activities

3 討論

土壤理化性質(zhì)研究結(jié)果表明，大紅袍等10個不同品種茶樹土壤的N、P、K 全量和有機質(zhì)含量沒有太大變化，但堿解氮、速效磷和速效鉀的含量差異較大。本研究中，茶園立地、管理條件趨向一致，有理由認為，不同品種茶樹土壤速效養(yǎng)分的分化程度不一。這對根據(jù)不同茶樹品種配方施肥，提高養(yǎng)分利用率，實現(xiàn)化肥的減施增效具有重要意義

土壤酶主要來源于植物根系的分泌物和土壤微生物及動植物殘體分解釋放[12]。來自植物根系的酶，可以是植物自然釋放出來的，也可以是根細胞溶解釋放的細胞內(nèi)酶進入土壤溶液[13]。土壤酶活性研究結(jié)果表明，不同品種茶樹土壤間10種土壤酶的活性變化較大，均達到中等程度變異水平。10個品種茶樹對土壤酶活性的影響程度依次為：水金龜＞奇蘭＞肉桂＞矮腳烏龍=大紅袍＞半天妖＞黃旦＞水仙＞白雞冠＞佛手。

土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性變化直接相關，但是野外環(huán)境影響因子錯綜復雜，使得土壤酶難以直接應用于土壤肥力評價[14-16]。從本研究結(jié)果來看，篩選肥力關鍵因子是茶園土壤肥力評價的基礎，其次是酶指標的確定，建立合理的分級機制。調(diào)查結(jié)論顯示，蔗糖酶、多酚氧化酶和酸性磷酸酶適宜評價巖茶茶園多數(shù)土壤性質(zhì)的變化，然而對于影響茶園可持續(xù)經(jīng)營的關鍵因素之一——土壤pH[17]，卻沒有合適的土壤酶進行評價。未來應就茶樹品種對茶園土壤性質(zhì)影響進行更為細致的研究，進一步探究不同品種茶樹對土壤酶的影響規(guī)律和機制。