修剪深度對茶樹修剪枝葉生物量及其組分持水特性的影響

朱留剛，孫 君，張文錦*，陳芝芝，吳志丹，江福英

(1.福建省農業科學院茶葉研究所， 福建 福安 355015；2.農業部福建茶樹及烏龍茶加工科學觀測實驗站，福建 福安 355015)

修剪深度對茶樹修剪枝葉生物量及其組分持水特性的影響

朱留剛1,2，孫 君1,2，張文錦1,2*，陳芝芝1,2，吳志丹1,2，江福英1,2

(1.福建省農業科學院茶葉研究所， 福建 福安 355015；2.農業部福建茶樹及烏龍茶加工科學觀測實驗站，福建 福安 355015)

為了解茶樹修剪對修剪枝葉凋落物生物量及其生態水文特性的影響規律，采用田間修剪與室內持水模擬試驗相結合的方法，研究不同深度修剪下修剪凋落物的生物量、持水特性及攔蓄能力。結果表明：3種修剪處理下修剪凋落物的生物量為1.75～2.49 t·hm-2，修剪凋落物持水作用主要表現在降雨前期的2 h內。枝葉混合樣的最大持水率表現為：中度修剪(121.33%)>重度修剪(113.69%)>輕度修剪(106.16%)；其中葉組分的平均最大持水率為137.47%；3種修剪處理下凋落物及其組分的最大吸水速率均表現為：葉>混合>枝；其中葉的平均最大吸水速率為2.14 g·g-1·h-1。而枝葉混合組分的對降水的最大攔蓄率為95.12%～110.12%，有效攔蓄率為79.19%～91.91%，其最大持水量、最大攔蓄量及有效攔蓄量均表現為：中度修剪>重度修剪>輕度修剪。其中中度修剪下的單次修剪凋落物的有效攔蓄量為2.19 t·hm-2。研究表明,茶園生態系統凋落物的攔蓄降水能力要小于森林生態系統。

茶樹；修剪；生物量；持水能力；攔蓄能力

茶樹修剪是通過人為剪除部分枝條，改變茶樹自然生長的分枝習性，使樹冠向外圍空間伸展，促進營養生長，塑造理想樹形，并去除頂端優勢，增加芽葉萌發，延長茶樹經濟年齡的一種通用方法[1]。修剪對茶樹養分分配，根、莖比平衡，鮮葉生化成分等均會產生重要影響[2]。對以采摘嫩芽葉為主要經濟目標的人工生態系統，茶園修剪枝葉往往作為廢棄物而未引起足夠重視，尤其在茶園生態系統中的服務功能與作用更鮮見研究報道。茶樹經人為修剪后枝葉自動凋落而覆蓋地表，故可借鑒生態系統“凋落物”的概念，對茶園生態系統凋落物的生態服務功能進行研究。

凋落物(Litter)又稱枯落物或有機碎屑，是指生態系統內由地上植物組分產生并歸還到地表，作為分解者的物質和能量來源，借以維持生態系統功能的所有有機質的總稱[3-4]。凋落物的存在不僅可以減少對土壤的濺擊侵蝕，亦能阻滯地表徑流對土壤的沖蝕；還可促進土壤和大氣之間的水分交換，有利于保持水分，減少地表蒸發，因而具有水土保持與水源涵養的功能[5]。同時凋落物的分解對生態系統的物質循環和養分平衡方面作用亦不小覷[6]。在茶園方面，呂文等[7]研究發現3、4年生茶樹經修剪后的蒸散速率均大幅下降，分別降低了36.73%、48.32%，其原因不僅與茶株高度降低，導致界面層導度減小，減少水分從茶株向大氣的傳輸有關。且與茶園經修剪后，凋落的枝、葉覆蓋在茶行間，增加了行間的土壤遮蔽，降低了土壤的蒸發作用有關。由此可知，修剪能對茶園生態系統的水文功能產生一定影響。

日前鮮見有關茶園修剪枝葉作為凋落物，對其所具備生態水文功能的研究與報道。因此，本研究借鑒生態系統凋落物的概念，探討不同修剪模式對茶樹修剪枝、葉的產生量；并采用室內持水模擬試驗對其持水特性進行研究，旨在揭示不同修剪模式茶樹修剪凋落物及其組分的持水特性與攔蓄能力，以期為茶園生態系統水土保持、水源涵養功能的定量化研究與評估提供理論基礎和科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗茶園位于福建省福安市社口鎮，福建省農業科學院茶葉研究所2號山，地處119°34′E、27°13′N，屬丘陵坡地，海拔約70 m，年無霜期285 d，年均降雨量1 646 mm，年均氣溫19.3℃，為典型的中亞熱帶季風氣候。

1.2 試驗設計

供試茶樹品種黃觀音，樹齡14年，種植密度約55 000株·hm-2，樹高約110 cm，樹幅60 cm × 80 cm，生長較均勻一致。試驗按照茶園慣用修剪方式，設不同修剪深度處理3個，分別為重度修剪(樹冠面下約20 cm處平剪)、中度修剪(15 cm處平剪)和輕度修剪(7 cm處平剪)處理。每處理小區長為12 m、面積約15 m2，3個區組重復。修剪機具為單人修剪機(川崎牌PST80H)。

1.3 試驗方法

1.3.1 修剪枝生物量統計 采用人工分揀，將每處理小區修剪枝收集完全，稱重，計算生物量鮮重(fresh weight，FW)；隨后將一部分修剪物，分離枝、葉，統計枝葉比；并放置室內自然風干，風干時稱重，計算自然含水率(Ro)；將各小區自然風干后的枝、葉，分別置于80℃恒溫干燥箱內烘干至恒重，稱重，計算含水率和生物量干重(dry weight，DW)，并換算成1 hm2茶園的修剪枝生物量。

1.3.2 修剪物持水特性測定 分別扦取一定量3個修剪處理的茶樹枝葉，稱重后裝入15 cm×30 cm的尼龍網袋，進行0.5、1、1.5、2、4、6、8、10、12、16、24 h浸水處理，隨后取出，靜止5 min至修剪枝葉不滴水時分別稱重，計算修剪枝葉不同浸水時間的持水量、持水率與吸水速率[8-9]。借鑒森林凋落物水文特征相關計算公式[10-13]，進行茶樹修剪凋落物持水特性、攔蓄能力的相關計算。

持水率R/%=[(浸泡t時間的凋落物重Wt-凋落物烘干重W0)/凋落物烘干重W0] ×100%

持水量Q/(t·hm-2)= 凋落物現存量M×凋落物持水率R

吸水速率V1/(g·g-1·h-1)=(浸泡時間的凋落物重Wt-凋落物烘干重W0)/(凋落物烘干重W0×浸泡時間t)

最大持水率Rm/%= 凋落浸泡24 h中最大持水率Rx

最大持水量Q/(t·hm-2)= 最大持水率Rm×凋落物現存量M

最大攔蓄率Lr/% = 最大持水率Rm-自然含水率R0

最大攔蓄量L/(t·hm-2)= 最大攔蓄率Lr×凋落物現存量M

有效攔蓄率W/% = 0.85Rm-自然含水率R0

有效攔蓄量L2/(t·hm-2)= 有效攔蓄率W×凋落物現存量M

1.4 數據分析

數據經Excel 2010處理；采用SPSS 22.0中單因素方差分析(One-Way ANOVA)的LSD(Least significant difference)法進行顯著性分析；Origin Pro 8.5.1軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同修剪深度對茶樹修剪凋落物生物量的影響

由表1可知，不同修剪深度處理的修剪枝葉生物量，無論是總量、葉、枝的鮮重(FW)，還是總量、葉、枝的干重，均表現為重度修剪>中度修剪>輕度修剪，其總量、葉、枝的鮮重，3個處理間的差異均達到顯著水平，而總量、葉、枝的干重，處理間的差異，表現為輕度修剪與中度修剪、重度修剪之間差異顯著，而中度修剪與重度修剪之間卻無顯著差異。在生物重構成上，鮮重和干重均表現為葉>枝，其中葉鮮重占比為65.27%～75.82%，葉干重占比降為62.24%～70.86%；枝葉干重僅為鮮重的33.62%～39.09%；茶枝修剪物烘干后，葉枝比值下降明顯，降幅達12.23%～22.36%，且有隨修剪深度的增大而下降的趨勢，這與不同深度修剪枝葉的含水量差異有關，修剪深度越深，修剪枝葉的平均含水率越低。

2.2 不同修剪深度對茶樹修剪凋落物及其組分持水能力的影響

2.2.1 持水率 3種修剪處理的修剪凋落物及其組分的持水率均隨浸水時間的延長而呈增加趨勢，尤以前4 h增加迅速，隨后增勢趨緩(圖1)。修剪凋落物混合樣及其組分的最大持水率表現為：中度修剪(121.33%)>重度修剪(113.69%)>輕度修剪(106.16%)；葉>枝，其中葉的平均最大持水率為137.47%，分別是混合組分和枝的平均最大持水率的1.2倍和1.49倍。由此可知，葉在修剪物組分中的持水能力最大，其分別是對應混合組分的1.14～1.34倍；而枝條的持水率較小，僅為對應混合組分的0.79～0.81倍。

表1 不同修剪深度對茶樹修剪枝葉生物量的影響Table 1 Biomass of leaf- and stem-clippings produced by various pruning practices

2.2.2 持水量 由圖2可知，不同修剪處理凋落物及其組分的持水量變化趨勢與持水率相一致，均隨時間延長而呈增加趨勢，尤其在前2 h內增加迅速，2 h后變化趨緩。3種修剪處理的混合組分飽和時間約在16 h；3處理修剪枝葉及其組分的最大持水量表現為：中度修剪(2.89 t·hm-2)>重度修剪(2.83 t·hm-2)>輕度修剪(1.86 t·hm-2)，混合枝葉>葉>枝，枝條的持水量最少，且增幅較小。由此可見，枝葉比及其老嫩程度、生物量、持水率高低對其持水能力影響較大。

2.2.3 吸水速率 由圖3可知，3個處理凋落物各組分吸水速率的變化，表現為前0.5 h內最大，隨后呈急劇下降趨勢，至4 h后，下降趨勢漸趨平緩，隨時間延長變化趨于一致。3個處理的凋落物及其組分的最大吸水速率均表現為：葉>葉枝混合>枝，其中葉的平均最大吸水速率2.14 g·g-1·h-1，分別為枝葉混合的1.27倍、枝的1.95倍。同一組分不同處理的最大吸水速率，表現出明顯差異，其中混合組為：中度修剪(1.78 g·g-1·h-1)>重度修剪(1.70 g·g-1·h-1)>輕度修剪(1.59 g·g-1·h-1)； 葉組分： 輕度修剪(2.18 g·g-1·h-1)>中度修剪(2.13 g·g-1·h-1)>輕度修剪(2.12 g·g-1·h-1)；枝條組分：中度修剪(1.28 g·g-1·h-1)>重度修剪(1.05 g·g-1·h-1)>輕度修剪(0.97 g·g-1·h-1)。

2.3 不同修剪深度下茶樹修剪凋落物及其組分的攔蓄能力

2.3.1 修剪凋落物的攔蓄能力 研究結果(表2)表明，3處理下的茶樹修剪凋落物對降雨的攔蓄能力不同，其中混合組分的最大攔蓄率(量)及有效攔蓄率(量)均表現為：中度修剪>重度修剪>輕度修剪，而枝或葉組分不同處理間的變化不明朗。不同修剪處理下凋落物及其組分的最大持水量(率)>最大攔蓄量(率)>有效攔蓄量(率)，其中中度修剪處理的單次修剪凋落物的有效攔蓄量為2.19 t·hm-2，分別比最大持水量、最大攔蓄量下降了24.22%和16.41%；同樣，重度修剪的有效攔蓄量分別下降了24.03% 和9.19%，輕度修剪的有效攔蓄量分別下降了25.27%和10.75%。

表2 不同深度下茶樹修剪凋落物及其組分對降雨攔蓄能力的比較Table 2 Flood-intercepting capacity of litter from various pruning practices

2.3.2 修剪凋落物各組分的蓄水能力 由表2看出，不同修剪處理下凋落物枝、葉組分對降雨的攔蓄能力不同。3種修剪處理下葉組分凋落物最大持水量、最大攔蓄量、有效攔蓄量表現為：中度修剪>重度修剪>輕度修剪；而最大持水率、最大攔蓄率、有效攔蓄率均表現為：輕度修剪>中度修剪>重度修剪。枝條組分則與之不同，其最大持水率、最大攔蓄率、有效攔蓄率表現為：中度修剪>重度修剪>輕度修剪，最大持水量、最大攔蓄量、有效攔蓄量為：重度修剪>中度修剪>輕度修剪。不同處理下凋落物及其組分的最大持水率、最大攔蓄率及有效攔蓄率均表現為：葉>混合>枝，其凋落物組分的最大持水量、最大攔蓄量及有效攔蓄量均呈現葉占比最大，枝次之。由此可說明凋落物中以葉組分對降雨的攔蓄能力最強。

3 討論與結論

陸地植被生態系統中凋落物對截持降水、防止土壤濺蝕、阻延地表徑流、抑制土壤水分蒸發、增強土壤抗沖效能等方面都具有非常重要的意義[14-15]。另有研究表明，修剪不僅是茶樹培育樹冠的一項重要農藝措施，還可使昆蟲失去部分棲息地，對采食嫩芽葉的病蟲害有一定的抑制作用[16]。但作為修剪凋落物本身其所具有的生態水文功能則一直被忽略。

本研究表明，3種修剪處理下凋落物生物量(DW)為1.75～2.49 t·hm-2，僅為鮮重的33.62%～39.09%。若以輕度修剪每年2次計算，則由修剪產生的凋落物的生物量約為3.5 t·hm-2，加上茶樹生長過程中自然形成的凋落物，而其實際生物量應略大。然而，由于茶園生態系統人為干擾強烈其現存量應低于兩者之和，因此仍遠小于森林生態系統凋落物的產生量。如遠低于15年生馬占相思林和濕地松林的年凋落量(11.14、7.30 t·hm-2)[17]；低于同氣候帶處于頂級群落演替階段的木荷、細柄阿丁楓、浙江桂、觀光木林等(5.96～7.22 t·hm-2)，接近于杉木人工林(3.47、4.82 t·hm-2)[12,18]；與苦竹林、慈竹林、撐綠雜交竹林、苦竹+光皮樺混交林等人工林的凋落物蓄積量(0.95～2.21 t·hm-2)大致相當[19]，其差異主要與植被類型及樹種組分、植被密度、樹齡、水熱條件不同有關。

當前研究表明凋落物的現存量、分解狀態及持水性能對生態系統含蓄水源的功能具有重要影響。本研究發現，3個不同深度修剪的凋落物混合樣的最大持水率表現為：中度修剪(121.33%)>重度修剪(113.69%)>輕度修剪(106.16%)，且均以葉組分的持水率最大，其平均最大持水率為137.47%，是混合枝葉組分平均最大持水率的1.2倍，枝的1.49倍。該結果與前人研究規律一致[12,20]。但其混合枝葉組分持水率小于同氣候帶的6種天然林枯落物最大持水率(159.34%～196.02%)，接近浙江桂(159.34%)[18]；亦小于亞熱帶闊葉林(158%～309%)[20]和溫帶森林(265.19%～525.36%)[11]；與6年生桉樹人工林葉、枝最大持水率(139.99%、66.21%)[21]相當。

本研究表明，凋落物持水作用主要表現在降雨前期的2 h內，特別是前30 min，這一結果與前人研究一致[12,19,22]。3種修剪深度的凋落物及其組分的最大吸水速率均表現為：葉>混合>枝，這一結果與其持水率較為一致。各組分的最大持水量均表現為：混合>葉>枝，混合組分最大持水量以中度修剪為大、其次為重度修剪與輕度修剪(1.86～2.89 t·hm-2)。該結果小于杉木人工林(4.24～11.60 t·hm-2)[12]，遠小于亞熱帶闊葉林(13.37～17.71 t·hm-2)[23]，接近同屬亞熱帶的3種人工林(3.3～6.8 t·hm-2)[24]，差異原因主要與植被類型、生物量、凋落物組分持水特性有關。

不同修剪程度的茶樹修剪物對降雨的攔蓄能力不同。本研究表明，3種處理下混合組分的最大攔蓄率(95.12%～110.12%)， 有效攔蓄率(79.19%～91.91%)。與彭玉華等[13]報道的5種植被類型凋落物的最大攔蓄率(95.13%～147.49%)，有效攔蓄率(75.41%～122.77%)相當。混合組分的最大持水量、最大攔蓄量及有效攔蓄量均表現為：中度修剪>重度修剪>輕度修剪。中度修剪下的單次修剪凋落物的有效攔蓄量(2.19 t·hm-2)，比最大持水量、最大攔蓄量分別下降24.22%和16.41%，小于同氣候帶杉木林的最大攔蓄量(3.44～9.92 t·hm-2)，介于有效攔蓄量(1.88～5.93 t·hm-2)[12]，遠小于彭華等[13]報道的植被類型最大攔蓄量(377.55～520.62 t·hm-2)和有效攔蓄量(313.54～430.74 t·hm-2)。本研究表明茶園生態系統凋落物的攔蓄降水能力明顯小于森林生態系統，兩者相差懸殊主要為各自生態系統內的凋落物現存量及及持水率差別巨大所致。

生產茶園內的茶樹每年都要進行1～3次修剪，考慮茶樹枝葉自然凋落的存在茶園實際凋落物及其蓄水能力要大于單純修剪凋落物的統計量，加之凋落物存在自然分解過程其持水特性非恒定，故有關人為管理導致的茶樹凋落物分解與養分循環、生態水文功能的動態變化還有待進一步深入研究。在茶樹修剪凋落物組分中，葉組分由于其生物學特性及生物量占比較大等原因，成為茶園生態系統凋落物中涵養水源功能的主要承擔者。本研究僅從單一凋落物的生態水文功能角度分析，表明茶園生態系統凋落物所具備的生態水文功能弱于森林生態系統，這與茶園人工生態系統存在較強的水土流失現象相一致。尤其對于新建茶園，在合理選擇栽植方式外(如：等高條栽)，應加強水土保持的生態(如生草覆蓋)和工程技術措施(設置緩路橫溝、等高梯層、外埂內溝，保持梯面適度內傾等)。

此外，從土地利用類型對生態服務功能影響角度出發，植被類型由林/灌叢地轉變為茶園降低了地表覆蓋度、凋落物現存量及持水量，其必然對生態系統的水土保持、水源涵養的功能產生顯著及長期影響。因此，在規劃茶葉種植時不應盲目增加種植面積，而應進行經濟和生態效益的均衡考慮。

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(責任編輯：林海清)

Water Retention and Biomass of Litter from Varied Pruning Practices on Tea Bushes

ZHU Liu-gang1,2，SUN Jun1,2，ZHANG Wen-jin1,2*，CHEN Zhi-zhi1,2，WU Zhi-dan1,2，JIANG Fu-ying1,2

(1.TeaResearchInstitute，FujianAcademyofAgricultureSciences，Fu′an，Fujian355015，China；2.ScientificObservingandExperimentalStationofTeaTreeandOolongTeaProcessesinFujian，MinistryofAgriculture，Fu′an，Fujian355015，China)

The hydrological function is one of the important ecological contributions of tree litter in a forest. To understand the eco-hydrological effects of litter from bush pruning in tea plantations, the biomass, water retention, and flood-intercepting capacity of the litter were studied in the field as well as in the laboratory with simulation experiments. The results indicated that the various pruning practices produced 1.75 tons to 2.49 tons of litter biomass per hm2; and, the water retention of the litter peaked within 2 h after a rainfall. The maximum water holding of the leaves was 106.16%, which was greater than that of the leaves-stems mixture, and followed by that of the stems; that of the mixed litter was 121.33% by the moderate pruning, 113.69% by the severe pruning, and 106.16% by the light pruning; the average rate of water absorbed by the leaves was 2.14 g·g-1·h-1, followed by the mixed litter, and the lowest by the stems; the maximum flood-intercepting rates ranged from 95.12% to 110.12% with effective rates of 79.19%-91.91%; when the clippings of leaves and stems were mixed, the capacity was highest with the moderate pruning with an effective intercepting capacity of 2.19 t·hm-2, followed by the severe pruning, and the lowest with the light pruning. It was concluded that after pruning the potential of a tea plantation to prevent flooding from a heavy downpour was less than that of the forest ecosystem at large.

tea bush; pruning; litter biomass; water retention; flood-intercepting capacity

2016-06-27初稿；2016-09-06修改稿

朱留剛(1985-)，男，助理研究員，主要從事茶樹栽培與環境生態(E-mail：ecology119@163.com) *通訊作者：張文錦(1965-)，男，研究員，主要從事茶樹栽培與育種(E-mail：zwj6618855@163.com)

農業部福建茶樹與烏龍茶加工科學觀測實驗站項目(2015-2017)；農業部公益性行業科研專項專題 (201303094-08)；福建省科技計劃項目——省屬公益類科研院所基本科研專項(2014R1012-4、2015R1012-06)；福建省財政專項——福建省農業科學院科技創新團隊PI項目(2016PI-33)

S 571.1；TU 999.3

：A

：1008-0384(2016)11-1210-06

朱留剛，孫君，張文錦，等.修剪深度對茶樹修剪枝葉生物量及其組分持水特性的影響[J].福建農業學報，2016，31(11)：1210-1215.

ZHU L-G，SUN J，ZHANG W-J，et al.Water Retention and Biomass of Litter from Varied Pruning Practices on Tea Bushes[J].FujianJournalofAgriculturalSciences，2016，31(11)：1210-1215.