茶樹間作巨菌草對茶園小氣候及土壤養分的影響

張明澤，姚玉仙，申太官，王小妍

（黔南民族師范學院生物科學與農學院，貴州黔南558000）

茶樹（Camellia sinensis（L.）O.Kuntze）具有喜溫、喜濕、喜散射光的生態習性，在一定空氣濕度和蒸騰強度的環境條件下生長良好[1]。目前的茶園種植模式普遍為純作，這種環境條件下茶園光照強度、空氣溫度和空氣相對濕度升降幅度大，茶樹難以抵御自然災害的侵襲，從而導致茶園生物多樣性下降和茶葉品質降低。因此，合理的復合茶園是一種可持續的茶樹栽培模式。有關茶園復合栽培模式研究報道相對較多，沈潔[2]研究提出，茶-草復合生態系統能改善茶園光照、氣溫、濕度和土壤理化性狀。巨菌草（Pennisetum sinese）為禾本科狼尾草屬植物，是典型的C4植物，一般植株高大（株高為3～5 m）、叢生直立、地下根系極其發達，種植巨菌草有利于水土保持與荒漠化治理，也可以改善土壤質量[3]。目前關于茶樹與巨菌草間作的研究報道相對較少。

本研究主要探討茶樹與巨菌草復合栽培模式下茶園小氣候及土壤養分的變化，旨在為優質高效茶園建設提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗茶園概況

試驗于2017年7—10月在貴州省都勻市黔南民族師范學院教學茶園進行，土壤質地為砂質壤土。茶樹品種為2016年冬季移栽的福鼎大白茶茶苗，苗高20～30 cm，茶苗行間距為120 cm。巨菌草種苗（購于海南儋州牧春綠色生態農業開發有限公司）于2017年2月在距茶苗20 cm處播種，2017年7月巨菌草高度為170～200 cm。

1.2 試驗設計

試驗處理為茶樹間作巨菌草，以純茶園（不間作巨菌草）作為對照。處理和對照均設3個重復，共6個小區，每個小區面積為2 m×2 m。處理和對照茶樹的田間管理措施一致。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 空氣溫度、空氣濕度和光照強度測定采用TES-1339R專業級照度計測定茶蓬上方30 cm處的光照強度。采用TES-1360A溫濕度計測定茶蓬上方30 cm處空氣溫度和相對濕度，每天8：00開始測定，每隔2 h測定一次，直到18：00結束。

1.3.2 土壤養分含量及土壤pH測定于2017年7月選擇晴朗天氣，分別在間作茶園和純茶園各小區進行土壤取樣。每個小區采取五點取樣法，去除土壤表面的雜草等雜物后取0～20 cm土層的土壤。土壤樣品充分混合、研磨、過篩、風干后測定土壤有機質、全氮、堿解氮、全磷、全鉀、速效鉀含量以及pH值。

參照《土壤農化分析》中的常規方法測定[4]：有機質測定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法；全氮、堿解氮測定采用凱氏消散滴定法；pH值采用酸度計法測定；全磷測定采用堿熔-鉬銻抗比色法測定；全鉀采用堿熔-火焰光度計法測定；速效鉀測定采用火焰光度計法測定。

1.3.3 茶樹葉綠素含量測定于2017年8月采集2種茶園茶樹新梢駐芽葉片，參照《植物生理生化實驗原理與技術》[5]中采用95%乙醇提取葉片的葉綠素a（chla）、葉綠素b（chlb）和類胡蘿卜素（car）含量的方法進行。

式中，Ca、Cb分別為葉綠素a（chla）和葉綠素b（chlb）的濃度（mg/L）；Cc，x為類胡蘿卜素（car）的總濃度（mg/L）；A665、A649和A470分別為葉綠體色素提取液在波長665、649、470 nm下的吸光度；C為Ca、Cb或Cc，x；V為提取液體積（mL）；N為稀釋倍數；m為樣品鮮質量（g）；1 000表示1 L（1 000 mL）。

1.4 數據處理

采用SPSS 20.0處理系統進行數據分析，采用Microsoft Office Excel 2010作圖。

2 結果與分析

2.1 對照與處理茶園空氣溫度和空氣相對濕度日變化分析

從圖1～4可以看出，7—8月8：00—18：00，純茶園和間作茶園空氣溫度呈單峰型；10月8：00—18：00，純茶園和間作茶園空氣溫度呈雙峰型；7—8月和10月一天中最高溫度在12：00—16：00。總體上純茶園空氣溫度高于間作茶園，說明茶園間作巨菌草有利于降低茶園空氣溫度。7—8月8：00—18：00，純茶園和間作茶園空氣相對濕度呈倒單峰型；10月8：00—18：00，純茶園和間作茶園空氣相對濕度呈倒雙峰型；7—8月一天中最低空氣相對濕度在12：00—16：00。總體上，茶園空氣溫度越高，相對濕度就越低，空氣溫度與相對濕度成反比例關系，間作茶園空氣相對濕度高于純茶園，說明茶園間作巨菌草有利于增加茶園空氣相對濕度，降低茶園空氣溫度。

2.2 對照與處理茶園光照強度日變化

從表1可以看出，7—8月和10月不同類型茶園的日變化趨勢大致相同，光照強度從8：00開始上升，在12：00—14：00達到一天中的最高值，之后逐漸下降。總體上一天中各個時間點間作茶園光照強度低于純茶園，且差異達到顯著性水平。說明茶園間作巨菌草可以降低茶園光照強度，其具有遮陰功能。

表1 不同類型茶園光照強度日變化比較 lx

2.3 對照與處理茶園茶樹葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量的差異

由表2可知，不同類型茶園茶樹葉片葉綠素a含量均大于葉綠素b和類胡蘿卜素含量；間作葉綠素a/葉綠素b為2.32，而純茶園葉綠素a/葉綠素b為2.24；間作茶園茶樹葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量均高于純茶園，其中，葉綠素a含量的差異達顯著水平。表明間作巨菌草有利于促進茶樹葉片葉綠素a的合成，從而增大葉綠素a與葉綠素b的比值。

表2 不同類型茶園葉綠素和類胡蘿卜素含量mg/g

2.4 對照與處理茶園土壤養分及pH的差異

從表3可以看出，間作茶園土壤養分（全氮、水解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀）含量均高于純茶園，且差異均達顯著水平；純茶園土壤有機碳含量為1.62 g/kg，而間作茶園土壤有機碳含量為12.87 g/kg。表明茶樹與巨菌草復合生態系統中，有較多的有機質重返茶園，在土壤微生物的作用下分解，有效改善了土壤養分狀況，保持土壤肥力。與純茶園相比，間作茶園增加了土壤pH值，因此，間作巨菌草可以減輕土壤酸化。

表3 不同類型茶園土壤養分及pH的差異

3 結論與討論

巨菌草是喜光性C4植物，為須根系，植株較高，而茶樹是耐陰常綠植物，根系為直根系，大多數栽培的茶樹為灌木型，植株較低，茶園間作巨菌草可以形成不同的生態位，具有空間配置合理、對環境資源利用充分的良好生態學基礎[6]。光照強度主要影響茶樹光合作用，進而影響茶葉的產量和品質。研究顯示，茶樹的光補償點為300～500 lx，光飽和點為30 000～40 000 lx，低于光飽和點時，茶樹光合速率隨著光照強度增強而增加，但超過光飽和點后，產生光抑制，凈光合速率下降[7]；低光照強度對綠茶區茶葉品質形成有利，高光照強度可以提高紅茶區茶葉中多酚類物質的含量，增強茶湯滋味，但不利于香氣的形成[8]。有研究認為，遮陰后植物葉片硝酸還原酶（Nitrate Reductase，NR）活性升高，氮代謝強于碳代謝[9]，茶園遮陰有利于茶樹含氮化合物如蛋白質、葉綠素、氨基酸等物質的生物合成，提高茶葉品質，而且，葉綠素含量的增加有利于植物吸收更多的光能[10]，增加茶葉產量。

本研究結果顯示，巨菌草對茶樹具有較好的遮陰效果，能降低茶園內的空氣溫度、增加空氣相對濕度，改善茶園小氣候，避免光照強度過高而產生的光抑制，提高了茶葉嫩度，同時遮陰后使透過巨菌草的陽光發生漫散射現象，有利于茶葉含氮物質的形成。張明生等[11]研究表明，水分脅迫會引起植物體內活性氧的積累，進而引發葉綠素的分解，而葉綠素a可能比葉綠素b更容易分解。本研究結果顯示，間作增加了茶園空氣相對濕度，提高了葉綠素a含量及葉綠素a與葉綠素b的比值；減少了因高溫引起的干旱脅迫對茶樹光合作用的破壞。巨菌草的根系分散在茶樹根際周圍，具有疏松土壤的功能，同時巨菌草的種植提高了土壤微生物數量和土壤酶活性[3]，土壤微生物種群數量與土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量呈顯著正相關[12]。此外，研究表明，不同生長時期巨菌草的根、莖、葉都存在微生物內生固氮菌群，成熟期根部內生固氮菌群組成最高，拔節期莖部和葉部均較高[13]。因此，茶園內間作巨菌草后土壤養分含量增加可能是由巨菌草的枯枝落葉在土壤微生物的作用下大量分解以及生物固氮所致，表明茶園間作巨菌草對于改善土壤質量具有積極作用，這與林冬梅等[14]研究結果（沙質荒漠化土壤種植菌草可以提高土壤養分含量和土壤酶活性、增加土壤微生物數量、改善土壤微生態環境、增強土壤的生產性能）一致。

本研究對茶樹間作巨菌草只是進行了初步探索，對茶草復合生態系統的土壤養分循環、巨菌草對茶樹病蟲害以及茶園生物多樣性的影響等尚未涉及，還有待于進一步探討。巨菌草用途廣泛，如可以作為栽培食藥用菌的培養基質[15-18]、動物飼料[19-20]和生產生物能源的原料[21]，因此，茶園間作巨菌草可以增加經濟收入，但茶草復合生態系統的最佳經濟效益還需系統研究，進而探索出一種生態與經濟均適宜的茶樹與巨菌草間作栽培模式。