施肥模式對茶樹根際土壤微生物數量及酶活性的影響

李俊強, 林利華, 張 帆, 萬雪琴

(1.宜賓職業技術學院 生物與化工系, 四川 宜賓 644003; 2.四川農業大學 農學院, 成都 611130)

茶樹是中國南方的重要經濟作物，在我國農業生產中占有重要地位[1]。隨著中國人口的增加及人民生活水平的不斷提高，人們對茶葉產品的數量和質量需求日益提高，必然導致茶園種植面積的不斷擴大，特別是近10 a來，茶園種植面積增加尤其突出。2009年中國茶園面積達到184.9萬hm2，比2000年(108.9萬hm2)增加69.8%，比1995年(106.1萬hm2)增加74.3%(2010年中國統計年鑒)[2-3]。幾十年來，居民生活水平不斷提升，茶葉更是走進千家萬戶，茶需求自然不斷上升，市場需求量增大的刺激下，茶葉種植自然日益普及，根據數據統計，近幾十年茶樹種植面積大幅上升超過65%[4]。

我國是世界第一大茶葉生產大國，目前茶葉的生產中，化肥尤其是大量元素肥料施用量越來越大這不僅制約了化肥利用率的提高，也影響到茶葉質量的改善[4]。施肥對提高茶樹產量和品質具有重要的作用。據聯合國糧農組織對中國、印度、斯里蘭卡和肯尼亞等主要產茶國調查表明，肥料投入對茶葉增產的貢獻率高達41%。作為葉用植物的茶樹，每年需要從茶樹上采摘大量鮮葉，因此，茶樹比其他植物對氮肥的需求量更大[5-7]。我國茶區主要分布在低丘紅壤地區，土壤有機質少，酸度強，淋失率高，有效氮含量低，土壤缺氮常成為茶園高產、優質、高效的瓶頸[7]，而過量施肥，不僅生產成本增高，也會引起土壤嚴重酸化、水體污染。施不同施肥模式不僅能提高土壤肥力，為作物提供全面的營養，還能改善土壤的理化性狀、增強土壤的蓄水能力，并改善作物品質。近年來的研究表明，農地長期單一施用化肥不利于土地的持續利用，過量施用化學肥料可引起土壤酸化和板結、硝酸鹽污染、養分的不均衡化和土壤次生鹽漬化等生態環境問題[8-9]。有機肥與化肥的配合施用被認為是維持農業可持續發展的有效施肥模式，這對于我國南方紅壤地區尤為重要，我國紅壤具有pH值低、有機質含量低，淋洗作用強和有機質及養分流失嚴重等特點[10-11]。為了防止盲目施肥引起的肥料利用率低和土壤肥力退化等問題，使茶葉生產可持續發展，茶葉園培肥模式是關鍵，通過合理培肥，來改善土壤生態環境、提高茶葉產量、改善茶葉品質[12-15]。關于施肥與茶葉產量、品質及土壤肥力狀況的變化研究也有較多報道，但這些研究大都只針對單獨施用化肥、有機肥、化肥與有機肥配施或套種綠肥，還缺乏長期的試驗數據驗證。鑒于此。本研究通過連續3 a的田間定位試驗，研究了不施肥(CK)、全量化肥(NPK)、半量化肥+半量有機肥(NPKO)、全量有機肥(O)、全量化肥+豆科綠肥(NPKL)和半量化肥+半量有機肥+豆科綠肥(NPKOL)的施肥模式對茶樹根際土壤養分、酶活性、微生物數量、土壤肥力的影響，旨在促進茶葉營養物質的累積及提升其土壤肥力，并推進我國茶葉產業的可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗茶園為四川農業大學農學院茶園，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫15.7℃，年均降水量940～1 000 mm。茶園土壤為黏盤黃棕壤，茶場年產茶量低，管理水平一般，施肥水平較低，土壤肥力分布均勻。供試茶樹為“龍井43”、“舒茶早”樹齡6 a，無性系扦插良種。

1.2 試驗設計

定位試驗始于2014年5月—2017年9月，共計6種不同施肥模式：不施肥(CK)、全量化肥(NPK)、半量化肥+半量有機肥(NPKO)、全量有機肥(O)、全量化肥+豆科綠肥(NPKL)和半量化肥+半量有機肥+豆科綠肥(NPKOL)，每處理3次重復，共計18個小區，每個小區面積為6 m×6 m=36 m2，6個施肥處理的具體試驗設計見表1。為消除小區之間水肥相互影響，不同小區之間用厚塑料布埋入1 m深土層，進行隔離處理。試驗以等氮量施用為基礎，兼顧磷鉀養分平衡；套種的豆科綠肥(圓葉決明)于每年的冬季覆蓋在茶葉行間的表土上，其成熟的種子自然撒落在小區間的表土上，并于次年春季自發萌芽。供施肥料中餅肥為菜籽餅肥(N高于6.12%，P2O5高于4.03%，K2O高于2.59%)；鉀肥主要成分為氯化鉀(K2O高于50%)，中化公司生產；磷肥主要成分是過磷酸鈣(P2O5高于15%)；氮肥主要成分是尿素，總氮含量高于50%；化肥分別用尿素、磷酸一銨和氯化鉀；有機肥用“農地樂”牌精制有機肥。

試驗期間采取同樣的管理措施(大田管理措施)，一年之間灌水3次，保證灌水量均相等，自然條件生長，試驗期間不追肥，定期除草，最大程度上保證其長勢一致。試驗期間，每次單獨測量每個試驗小區的鮮重，每年累計總產量為當年茶葉產量。每年均進行茶葉的氮、磷、鉀含量測定，分別于各試驗小區內按“S”形線路多點采集根區土壤，充分混勻后取1 kg新鮮土樣冰箱保存，作為該小區的分析測試土樣。

1.3 試驗方法

根際土采用抖落法[16]，挖取茶樹具有完整根系的土體(根系主要分布的范圍)，先輕輕抖落大塊不含根系的土壤，小刀刮下附在根系周圍的土壤(非根際土)，然后用刷子刷下粘附在根圍的土壤(距離根圍0～5 mm)作為根際土，盡量減少損害植物根系，對于混雜于根際土中的根系要徹底去除，混合每種植物采集的根際土，將新鮮土樣分為3份，第1份迅速置于聚乙烯速封袋中以測定土壤含水量，第2份帶回實驗室風干后(過1 mm篩)用于土壤酶活性及理化性質的測定，第3份4℃冰箱保存，用于土壤微生物量及微生物數量的測定，并在同一區域用環刀測定土壤容重并計算土壤總孔隙度[17]。

表1 不同施肥處理的試驗設計

1.4 測定方法

土壤微生物的數量測定：采用平板梯度稀釋法，其中細菌培養基為牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基，真菌培養基為馬丁氏培養基，放線菌培養基為高氏一號瓊脂培養基[18]。

土壤微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸—K2SO4浸提法，其中氯仿熏蒸殺死的微生物體中的碳、氮被浸提出來的比例分別為0.38，0.45[19]。

土壤酶活性的測定：根際土壤酶活測定用分光光度計進行比色法測定，測定酶活種類為纖維素酶(1 g土樣1 d內分解產生1 mg葡萄糖所需的酶量)、轉化酶(1 g土樣1 d內分解產生1 mg葡萄糖所需的酶量)、脲酶(1 g土樣1 d內分解產生1 mg氨基氮所需的酶量)和酸性磷酸酶(1 g土樣1 d內分解產生1 mg P2O5所需的酶量[19]。

利用ExceL 2010整理試驗過程中獲取的相關數據，通過SPSS 21.0進行統計分析和相關分析，并在0.05檢驗水平下進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 施肥模式對茶樹根際土壤理化性質的影響

由表2可知，不同施肥模式對茶樹根際土壤容重有顯著的影響：與對照(不施肥)模式相比，不同施肥模式均顯著降低了土壤容重，不同施肥模式下土壤容重變化范圍為0.81～1.27 g/cm3，降低幅度為6.30%～66.67%，NPKOL施肥模式下土壤容重下降幅度最大(66.67%)，O施肥模式下土壤66.67下降幅度最小(6.30%)，其中不同施肥模式下土壤容重均顯著低于對照(p>0.05)。與對照(不施肥)模式相比，不同施肥模式均增加了土壤含水量，不同施肥模式下土壤含水量變化范圍為9.12%～16.01%，增加幅度為0.99%～43.60%，NPKOL施肥模式下土壤容重下降幅度最大(43.60%)，O施肥模式下土壤含水量下降幅度最小(9.12%)。不同施肥模式均增加了土壤電導率，土壤電導率變化范圍為59.03～86.17 μS/cm，增加幅度為3.63%～33.98%，NPKOL施肥模式下土壤電導率增加幅度最大(33.98%)，O施肥模式下土壤電導率增加幅度最小(3.63%)。不同施肥模式均增加了土壤總孔隙度，不同施肥模式下土壤總孔隙度變化范圍為36.59%～47.12%，下降幅度為4.54%～34.63%，NPKOL施肥模式下土壤容重下降幅度最大(34.63%)，O施肥模式下土壤含水量下降幅度最小(4.54%)。

表2 施肥模式對茶樹根際土壤理化性質的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05),下同。

2.2 不同施肥模式對茶樹根際土壤養分的影響

由表3可知，不同施肥模式對茶樹根際土壤有機碳、全氮、全鉀、有效氮、有效磷、有效鉀均有顯著的影響：與對照(不施肥)模式相比，其他幾種不同施肥模式均可在一定程度上提高茶樹根際土壤有機碳、全氮、全鉀、有效氮、有效磷、有效鉀，其增加幅度分別為28.89%～176.89，77.63%～210.53，10.47%～63.22%，37.08%～386.55%，58.41%～249.43%和104.80%～340.12%。

其中，NPKOL施肥模式下茶樹根際土壤有機碳、全氮、全鉀、有效氮、有效磷、有效鉀最高，分別為17.25 g/kg，2.36 g/kg，26.98 g/kg，46.32 mg/kg，217.87 mg/kg，68.79 mg/kg，比對照分別提高了176.89%，210.53%，6.322%，386.55%，249.43%和340.12%，而NPKL施肥模式下茶樹根際土壤有機碳、全氮、全鉀、有效氮、有效磷、有效鉀最高次之。不同施肥模式下土壤有機碳、全氮、全鉀、有效氮、有效磷、有效鉀均表現為NPKOL>NPKL>NPKO>NPK>O>CK，不同施肥模式下土壤有機碳、全氮、全鉀、有效氮、有效磷、有效鉀均顯著高于對照(p>0.05)，其中NPKOL和NPKL差異不顯著(p>0.05)，NPKO和NPK差異不顯著(p>0.05)。對于土壤全磷而言，不同施肥模式下土壤全磷含量高于對照，但與對照之間差異并不顯著(p>0.05)。

表3 施肥模式對茶樹根際土壤養分的影響

2.3 施肥模式對茶樹根際土壤微生物數量的影響

由圖1可知，不同施肥模式對茶樹根際土壤細菌數目、真菌數目、放線菌數目和微生物總數目均有顯著的影響：與對照(不施肥)模式相比，其他幾種不同施肥模式均可在一定程度上提高茶樹根際土壤細菌數目、真菌數目、放線菌數目和微生物總數目，其增加幅度分別為12.50%～226.79%，25.23%～226.17%，50.85%～322.88%，5.33%～217.16%。O處理下土壤細菌數目、真菌數目、放線菌數目和微生物總數目與對照差異不顯著(p>0.05)，其余施肥模式下土壤細菌數目、真菌數目、放線菌數目和微生物總數目均顯著高于對照(p<0.05)，其中NPKL和NPKOL處理下土壤細菌數目、真菌數目、放線菌數目和微生物總數目差異不顯著(p>0.05)。

圖1 施肥模式對茶樹根際土壤微生物數量的影響

2.4 施肥模式對茶樹根際土壤酶活的影響

由表4可知，不同施肥模式對茶樹根際土壤酶活均有顯著的影響：與對照(不施肥)模式相比，其他幾種不同施肥模式均可在一定程度上提高茶樹根際土壤纖維素酶、脲酶、酸性磷酸酶、轉化酶、蔗糖酶和過氧化氫酶，其增加幅度分別為6.59%～56.55%，10.93%～59.18%，6.81%～55.21%，2.47%～65.43%，22.22%～78.17%和5.94%～48.37%。其中，NPKOL施肥模式下茶樹根際土壤纖維素酶、脲酶、酸性磷酸酶、轉化酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性最高，分別為3.59 mg/(g·d)，6.59 mg/(g·d)，4.89 mg/(g·d)，4.57 mg/(g·d)，4.49 mg/(g·d)，3.99 mg/(g·d)，比對照分別提高了56.55%，59.18%，55.21%，65.43%，78.17%和48.37%，而NPKL施肥模式下茶樹根際土壤酶活性次之。不同施肥模式下土壤酶活性均表現為NPKOL>NPKL>NPKO>NPK>O>CK，其中NPKOL和NPKL差異不顯著(p>0.05)，NPKO和NPK差異不顯著(p>0.05)。

表4 施肥模式對茶樹根際土壤酶活性的影響

2.5 施肥模式對茶樹根際土壤微生物量的影響

由圖2可知，不同施肥模式對茶樹根際土壤微生物量碳、微生物量氮、微生物量磷均有顯著的影響：與對照(不施肥)模式相比，其他幾種不同施肥模式均可在一定程度上提高茶樹根際土壤微生物量碳、微生物量氮、微生物量磷含量，其增加幅度分別為4.04%～74.67%，14.97%～219.94%，6.27%～36.44%。處理下土壤微生物量碳、微生物量氮、微生物量磷與對照差異不顯著(p>0.05)，其余施肥模式下土壤微生物量碳、微生物量氮均顯著高于對照(p<0.05)，其中NPKL和NPKOL處理下土壤微生物量碳、微生物量氮差異不顯著(p>0.05)。與對照(不施肥)模式相比，不同施肥模式均顯著降低了土壤微生物量碳/微生物量氮，不同施肥模式下土壤微生物量碳/微生物量氮變化范圍為5.13～8.70，NPKOL施肥模式下土壤微生物量碳/微生物量氮下降幅度最大，其中O和NPKOL處理下土壤微生物量碳/微生物量氮差異不顯著(p>0.05)。

3 討論與結論

施肥是促進茶葉增產的重要農業措施之一。有關施肥與茶葉產量的關系研究也有較多的報道。大量結果表明，對茶樹合理施用無機化肥、有機無機復合肥、有機肥、葉面肥等均可明顯促進茶葉產量的提高[20-21]。但這些研究結果大都是在較短試驗期內，且只針對單獨施用化肥、有機肥、化肥與有機肥配施、葉面肥等對茶葉產量的影響，缺少不同肥料品種合理配施及較長期的試驗結果，而有關茶園套種綠肥或其他肥料品種與綠肥配施對茶葉產量的影響報道甚少[20-21]，不合理的施肥則長遠來看明顯不利于茶產業的長遠發展[22]。

本研究通過3 a的田間定位試驗，研究了6種不同施肥模式對茶樹根際土壤微生物數量及酶活性的影響，結果表明：與不施肥相比，其他幾種不同施肥模式均能在一定程度上增加樹根際土壤微生物數量及酶活性，其中，NPKOL施肥模式效果相對最佳，其原因可能有：(1) 該施肥模式所用的茶樹配方化肥的氮磷鉀比例符合我國茶產區推薦的氮磷鉀比例，氮磷鉀施用比例合理；(2) 該施肥模式施用的有機肥料所含養分較全面，不僅含有豐富的有機質，氮、磷、鉀養分，還含有一定量的中量和微量元素，可以提高茶園土壤的有機質含量并平衡礦質養分，有利于茶樹根系發育和養分吸收，同時，還可以解決某些元素的拮抗作用和微量元素缺乏等問題，從而進一步提高茶葉的產量；(3) 該施肥模式套種的豆科綠肥(圓葉決明)可以固定空氣中的氮供茶樹吸收，且每年冬季圓葉決明的枯枝落葉經腐爛分解為茶樹提供豐富的養分，從而促進茶樹增產；(4) 該施肥模式因套種豆科綠肥，可以調節茶園微氣候，創造更適宜于茶樹生長的微環境，從而有利于茶樹的生長[23-24]。

圖2 施肥模式對茶樹根際土壤微生物量的影響

土壤微生物是土壤生態系統物質循環和能量流動的主要驅動力，對土壤有機質的分解、腐殖質的形成、養分的轉化及循環等過程具有重要作用[25]。本研究在相同生境條件下，施肥對土壤微生物量、酶活性及微生物數量表現為一定程度的增加效應，與前人的研究結果相一致，表明施肥有利于植被—土壤系統營養物質的循環、腐殖質的形成和土壤有效養分的提高，主要是由于較低的pH增加了根際土壤養分的吸收和利用，在生長繁殖過程中促進土壤酶活性及微生物量的增加，是多種環境因素共同引起的。土壤微生物通過分泌酶的方式參與土壤生態系統營養循環等，土壤酶活性動力學的變化可反映出土壤中各種生化過程的強度及其方向[26]。本研究中，施肥均明顯地增加了根際土壤酶活性，造成這種情況的主要原因可能是由于施肥模式的根系釋放不同的化學物質不一致，釋放的物質通過化感作用影響土壤理化性質及營養循環等，對其根際土壤微生物的數量及分布造成不同的影響[27-28]。本研究顯示了土壤微生物均以細菌最多，占微生物總數的90%以上，其次是放線菌和真菌，表明了施肥對于不同微生物菌落起著不同的效果，但總體來說，施肥顯著提高了微生物總數。

合理施肥是提升土壤肥力水平的關鍵措施，有研究結果表明，長期大量施用氮肥后，土壤中各種營養元素之間的正常比例將會受到破環，氮對其他元素的拮抗作用將會明顯表現出來，同時也會降低氮素本身的增產效果[24-25]；而化肥與有機肥或綠肥秸稈長期配合施用，可改良土壤結構，增加土壤微生物數量，提高土壤的生物肥力。大量的研究也表明，增施有機肥料是提高土壤肥力的主要途徑，單施化學肥料雖然能在一定程度上提高土壤肥力水平，但效果有限，有機肥料與化肥配施對提高土壤肥力效果較好[29]。本試驗也得出類似的研究結果，基于3 a的研究表明：不同培肥模式均有利于改善土壤肥力，土壤有機質、全氮、水解氮、速效鉀含量均有不同程度的增加，特別是含有機肥的3種培肥模式(NPKOL，O和NPKL)的土壤肥力改良效果更為顯著，增強了土壤的保肥供肥能力。綜上所述，1/2茶樹配方化肥+1/2有機肥+豆科綠肥施肥模式不僅能夠明顯提高茶葉產量、促進茶葉營養物質的累積，還能有效提升茶園土壤的肥力水平，因此，該種施肥模式值得今后在茶園施肥上進一步推廣應用。