林地改造茶園對土壤養分動態變化的影響

褚旭東，朱 培，劉 政，張 華，孔力方，馮 怡，王 進

(1.浙江省長興縣林業局，浙江 長興 313100；2. 浙江省林業科學研究院，浙江 杭州 310023)

1 引言

土壤是茶樹種植的基礎[1]，土壤質量影響到茶樹產量，茶葉品質，其中有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀等土壤養分更是土壤肥力的重要組成指標，反映茶園土壤肥力水平，對茶園的長久經營非常重要[2]。近年來有學者陸續對茶園的土壤氮磷流失、土壤養分動態變化、土壤養分特征、土壤肥力質量現狀、林地改為茶園后對土壤凈硝化速率及N2O排放規律等開展了相關研究[3～6]。鞏龍達等研究指出重建茶園初期土壤泥沙、顆粒態氮磷流失較大；經過多年種植后茶園的水土流失明顯減少[3]。陳國獎研究提出要推進生態茶園建設、增施有機肥料、重視茶園綠肥套作、實施科學平衡施肥、深耕改土培肥、調控土壤酸堿平衡[4]。柳書俊等研究發現pH值與有機質、全氮、有效磷之間呈極顯著(P<0.01)負相關關系，與堿解氮呈顯著(P<0.05)負相關[5]。崔靜雅等研究發現林地改為茶園后，隨著植茶年限的增加和氮肥的施用，pH值降低抑制了凈硝化速率，進而降低N2O排放[6]。

浙江省長興縣是中國歷史名茶之鄉，其中和平鎮以白茶(Camelliasinensis.‘Baiye1’)面積超3000 hm2的規模被業界譽為中國白茶第一鎮。茶產業已成為長興縣特色優勢農業的支柱產業，對促進農業結構調整、增加農民收入和實踐鄉村振興戰略具有重要作用。隨著長興縣茶園種植面積的不斷擴大，茶園經營過程中的合理施肥問題以及茶園土壤養分流失造成的污染問題亟需關注。經檢索發現現有文獻中對長興縣茶園研究的資料較少，對茶園與對照林地對比研究土壤肥力全年的養分動態變化規律很有必要。筆者在長興縣和平鎮、夾浦鎮、泗安鎮選擇了3個代表性林地改造茶園和對照林地為研究對象，于2018年5月到2019年4月這12個月內，在每月初采集土壤樣品并對土壤養分進行了測試，分析了土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量分布特征及動態變化規律。研究結果揭示了茶園土壤養分動態變化規律，同時分析了土壤養分元素流失的原因并提出對策，為控制茶園周邊水體污染提供科學依據。

2 材料與方法

2.1 采樣區概況

長興縣隸屬于浙江省湖州市，地處浙江省北部，轄4個街道、9個鎮、2個鄉，地理位置北緯30°43′～ 31°11′，東經119°33′～ 120°06′。長興縣屬亞熱帶海洋性季風氣候，總特征是：光照充足、氣候溫和、降水充沛、四季分明、雨熱同季、溫光協調。長興縣土壤分為4個土類，為紅壤土、水稻土、潮土、巖性土。

本研究在長興縣北部、南部、西部選擇了3個林地改造茶園，并在茶園周邊選擇對照林地，采樣位置見圖1。夾浦鎮地處長興北部，選擇的茶園原為闊葉林，后經改造為茶園，周邊對照林地為竹林-闊葉林，茶園地表水流入周邊河道。和平鎮地處長興南部，選擇的茶園原為針-闊混交林，后經改造為茶園，茶園地表水流入三八水庫，對照林地為竹林-闊葉林。泗安鎮地處長興西部，選擇的茶園為原針-闊混交林改造而成，周邊對照林地為針-闊混交林，茶園地表水流入周邊溪流。為了比較茶園經營活動對土壤養分的影響，所選擇的茶園及其對照林地位置接近，海拔高度、土壤類型、坡度、坡向等立地條件一致，氣候環境接近。

圖1 采樣點分布

2.2 土壤采集

2018年5月至2019年4月期間，每隔一個月赴樣點采集0～20 cm范圍(本文統一稱表層土)、20～40 cm范圍(本文統一稱深層土)土壤樣品，在同一地塊內分別對兩個深度樣品采用對角線五點取樣法混合，用四分法保留混合土樣1 kg左右，取回經自然風干后揀出有機殘體和其它雜質，研碎，過篩，裝入土樣袋中保存，待測。

2.3 分析測定

pH值測定方法根據林業行業標準《LY/T 1239-1999 森林土壤 pH 值的測定》[7]，采用pH計水浸提電位測定法。土壤有機質含量測定依據林業行業標準《LY/T 1237-1999 森林土壤有機質的測定及碳氮比的計算》[8]。土壤銨態氮的測定方法依據林業行業標準《LY/T 1231～1999 森林土壤銨態氮的測定》[9]。土壤有效磷的測定方法依據林業行業標準《LY/T 1233～1999 森林土壤有效磷的測定》[10]。土壤速效鉀的測定方法依據林業行業標準《LY/T 1236～1999 森林土壤速效鉀的測定》[11]。運用SPSS統計分析軟件，進行方差分析。

3 結果與分析

3.1 長興縣林地改造茶園及對照林地土壤養分的總體情況

取全年12次測定的平均值代表全年整體的養分狀況，對長興縣3個林地改造茶園和3個對照林地土壤按表層土(0～20 cm)、深層土(20～40 cm)的有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀、pH值等指標進行了檢測，具體情況見表1和表2。

表1 長興縣林地改造茶園土壤養分含量

表2 長興縣對照林地土壤養分含量

筆者實地采樣調查發現長興縣3個林地改造茶園土壤為壤土、沙壤土，土質呈現疏松狀態，由表1茶園表層土和深層土的pH值可知，表層土pH值較深層土低，土壤呈現酸化現象。

此外，表層土(0～20 cm)有機質含量變化為24.11～42.25 g/kg，平均為30.19 g/kg，有機質變異程度較大，但含量總體處于較高水平，高于NY/T 853-2004中規定的Ⅰ級土壤肥力標準值[12]；土壤堿解氮含量變化為173.15～256.73 mg/kg，平均值為211.67 mg/kg，明顯高于NY/T 853-2004中規定的Ⅰ級土壤肥力標準值，可滿足氮素的供應，變異系數為0.20；土壤速效磷含量變化為9.96～21.68 mg/kg，平均值為17.73 mg/kg，高于NY/T 853-2004中規定的Ⅰ級土壤肥力標準值，變異系數為0.38；土壤速效鉀含量分布在69.08～118.74 mg/kg之間，屬于NY/T 853-2004中規定的Ⅱ級和Ⅲ級土壤肥力，變異系數為0.26。

長興縣3個林地改造茶園深層土(20～40 cm)有機質含量變化為13.62～18.92 g/kg，平均為16.20 g/kg，屬于NY/T 853-2004中規定的Ⅰ級土壤肥力，有機質變異系數0.16；土壤堿解氮含量變化為119.36～155.11 mg/kg，平均值為138.22 mg/kg，屬于NY/T 853-2004中規定的Ⅰ級土壤肥力，變異系數為0.13；土壤速效磷含量變化為4.05～12.71 mg/kg，平均值為7.29 mg/kg，屬于NY/T 853-2004中規定的Ⅱ級土壤肥力，變異系數為0.65；土壤速效鉀含量分布在44.38～82.59 mg/kg之間，屬于NY/T 853-2004中規定的Ⅱ級和Ⅲ級土壤肥力，變異系數為0.30。

由表2可知，對照林地土壤也呈酸性，土壤表層土(0～20 cm)有機質含量變化為24.10～39.58 g/kg，平均為29.40 g/kg，屬于NY/T 853-2004中規定的Ⅰ級土壤肥力，有機質變異系數0.30；土壤表層堿解氮含量變化為161.47～245.17 mg/kg，平均值為194.50 mg/kg，屬于NY/T 853-2004中規定的Ⅰ級土壤肥力，變異系數為0.23；土壤速效磷含量變化為4.14～7.49 mg/kg，平均值為5.32 mg/kg，略高于NY/T 853-2004中規定的Ⅲ級土壤肥力，變異系數為0.36；土壤速效鉀含量分布在39.59～60.73 mg/kg之間，屬于NY/T 853-2004中規定Ⅲ級土壤肥力，變異系數為0.22。

對照林地深層土壤(20～40 cm)有機質含量變化為24.10～39.58 g/kg，平均為29.40 g/kg，有機質變異系數0.30；土壤堿解氮含量變化為161.47～245.17 mg/kg，平均值為194.50 mg/kg，變異系數為0.23；土壤速效磷含量變化為4.14～7.49 mg/kg，平均值為5.32 mg/kg，變異系數為0.36；土壤速效鉀含量分布在39.59～60.73 mg/kg，變異系數為0.22。

長興縣茶園整體上養分含量較高，土壤呈現酸化趨勢。根據圖2可知，長興縣茶園表層土(0～20 cm)及深層土(20～40 cm)其堿解氮、速效磷、速效鉀、有機磷等含量較對照林地的表層土和深層土土壤均要高。其中，茶園表層土中堿解氮和有機質含量略高于林地表層土，其原因為林地土壤表層腐殖質較多，富含有機質和堿解氮等營養成分，而茶園由于長期經營積累導致表層土有機質和堿解氮含量也較高，導致兩者含量較為接近。林地經改造成茶園并經營后其表層土和深層土中速效磷和速效鉀的含量均較對照林地有了較大提高。

圖2 茶園及對照林地土壤養分含量比較

3.2 采樣時間和采樣地點對土壤養分含量的影響分析

為了考察采樣時間及采樣地點分別對各營養成分含量的影響，對全年采集土壤的檢測數據進行了方差分析，結果見表3所示。

表3 土壤養分方差分析

茶園土壤及對照林地土壤的有機質含量在不同月份和地點差異顯著(P<0.01)，一年內隨月份的變化茶樹對有機質的吸收不同，茶園土壤有機質含量變化明顯，各茶園間有機質含量差異顯著。茶園土壤及對照林地土壤的堿解氮含量在不同月份和地點差異顯著(P<0.01)，隨月份的變化，茶樹對堿解氮的吸收消耗量不同，茶園的堿解氮含量變化明顯，不同鄉鎮茶園間也因施肥種類及管理方式不同，堿解氮含量差異顯著。茶園土壤及對照林地土壤的速效磷含量在不同月份和地點差異顯著(P<0.01)，隨月份的變化，茶樹對速效磷的消耗不同，茶園的速效磷含量變化明顯，不同鄉鎮茶園間速效磷含量差異顯著。茶園土壤及對照林地土壤的速效鉀含量在不同月份和地點差異顯著(P<0.01)。

通過上述方差分析，在研究3個茶園12個月內有機質、堿解氮、速效磷及速效鉀含量變化時，不同的取樣時間及取樣地點對結果的影響很大，單一某次取樣無法準確、真實地反映茶園的養分水平。根據茶園的施肥情況和茶樹吸收情況合理地選擇采樣時間并多次取樣，也應根據地塊位置、管理方法的不同選擇合適的采樣地點才能更準確地全面了解茶園土壤養分情況。為此，建議今后采用多次、多點采樣監測、分析、表征茶園的土壤肥力。

3.3 土壤養分變化分析

3.3.1 有機質

林地改造茶園影響短期影響的是表層土，長期會對深層土可能造成一定影響，鑒于當前采用和分析的林地改造茶園其年限較短，均在5年內，因此本文均以分析對表層土土壤養分變化為主。根據茶園土壤及對照林地土壤表層土(0～20 cm)有機質含量結果分析全年變化規律。本次調查中3個鄉鎮茶園其有機質含量及其動態變化如圖3所示，夾浦鎮茶園有機質含量最高，和平鎮和泗安鎮茶園有機質含量較接近且均比夾浦鎮茶園有機質含量要低。茶園土壤有機質含量與土壤質地、管理水平等均有關[13]。茶園土壤有機質含量在各個月份呈現出一定的變化規律，表現為在6～8月份、1～3月份期間較高，這與當地茶園施肥有關系。據施肥情況調查，當地茶園絕大多數在每年5～6月份、12月份至次年1月份期間分別施肥，且當地茶園追肥一般采用有機肥或復合肥，因此會導致茶園有機質含量增加，而在8～10月份期間，由于夏季茶樹生育旺盛，代謝吸收量大，加速了有機質分解轉化，到10～11月份期間土壤有機質最少。對照林地土壤有機質含量在每年2～3月份期間最高，這與秋冬季期間落葉集中堆積于林下經過自然降解后可增加土壤中有機質的含量有關。

圖3 茶園及對照林地表層土中有機質含量動態變化

3.3.2 堿解氮

堿解氮可反映土壤近期內氮素供應情況[13]。本次調查的茶園土壤表層土(0～20 cm)中堿解氮含量見圖4。由圖4可知，3個茶園的變化規律接近，在5～7月份間，堿解氮含量最高，隨后下降，到次年1～2月份期間含量明顯提高，這與有機質含量變化有一定相似性，其原因是與當地茶農施肥時間有關[14]。對照林地-表層土(0～20 cm)堿解氮含量在每年春季較高，在夏季較低，進入秋冬季后又逐步提高，這體現了林地土壤中氮素的變化特點，與茶園變化規律相比，沒有非常明顯的月變化規律。泗安鎮在10月份和1月份林地堿解氮含量最高，和平鎮和泗安鎮在6月份及12月份時最高。

圖4 茶園及對照林地表層土中堿解氮含量年動態變化圖

3.3.3 速效磷

磷素對茶樹生殖器官的生長和發育有明顯作用，有利于茶樹開花和結實。圖5反映的是茶園及對照林地土壤表層土中速效磷含量的變化情況。茶園表層土土壤速效磷的變化規律相似，5月份含量最高，隨后逐步下降，到1月時其含量明顯提升，再逐步下降；該變化過程一方面與施肥有關，另一方面與茶樹對土壤中磷的吸收規律有關[15]。茶樹對土壤中的磷素吸收在6～9月份間強度最大，尤其是7、8月份是吸收高峰期，這段時間土壤中速效磷含量下降非常明顯，而在1～4月份這段時間下降相比較緩慢。對照林地一年內速效磷含量主要在冬季有明顯上升，從春季到秋季逐漸消耗下降。此外，通過對比分析可知，茶園中速效磷含量較對照林地其含量明顯偏高，這與長期施肥導致的磷素積累有關。

圖5 茶園及對照林地表層土中速效磷含量年動態變化圖

3.3.4 速效鉀

圖6是3個茶園及對照林地表層土土壤(0～20 cm)速效鉀含量變化情況。首先，茶園速效鉀含量較對照林地要明顯偏高，這與速效磷的變化規律相似，表明速效鉀和速效磷均會由于林地改建成茶園并長期經營活動過程中不斷積累導致其含量上升。在一年周期內，茶園土壤速效鉀含量在6月份最高，其次2～3月份較高。速效鉀含量降低最快的月份是7～9月份，這與茶樹的生長周期特點有關。茶樹在7～9月份為吸收鉀量最多的時期，這段時間茶樹吸收大量鉀元素，儲存于根系和老葉片中待來年利用。對照林地土壤鉀元素的變化一年內沒有呈現明顯規律，這與對照林地植物多樣性較茶園要豐富有關。

圖6 茶園及對照林地表層土中速效鉀含量年動態變化圖

4 小結與討論

(1) 長興縣茶園土壤整體上表現為養分含量高且土壤呈現酸化趨勢。茶園表層土及深層土的堿解氮、速效磷、速效鉀、有機磷等含量較對照林地土壤均要高，且茶園表層土較茶園深層土各指標的含量要高。林地自然條件下表層腐殖質較多，經過改造成茶園并長期經營后，其堿解氮和有機質含量變化不明顯，但速效磷和速效鉀含量會由于茶園經營導致磷元素和鉀元素含量不斷升高。

因此，依據本次對茶園土壤和對照林地中各營養成分的測定結果和變化規律，可科學施肥，依據土壤背景中各營養元素含量，結合茶葉在不同生長季節的肥料需求，有針對性地施肥才能更好地達到施肥最佳效果。有機肥配施可以提高土壤有機質含量，增加土壤的保水保肥力，顯著降低了徑流水中全氮、全磷濃度，減少了水體富營養化的風險。長興縣茶園在經營過程中，建議注重適當增加有機肥和氮肥的施入量，以改善有機質偏低的現狀。有機肥料的pH值是5.5～8.0，屬于中性，由于現階段茶園土壤出現一定程度酸化，所以堅持使用有機肥可以改善土壤酸化情況，改良土壤品質。

(2) 方差分析表明，茶園土壤的有機質、堿解氮、速效磷及速效鉀含量在不同月份和地點差異顯著(P<0.01)。單次取樣無法準確、真實地反映茶園的養分水平。李倩等[7]研究嶗山茶區茶園土壤的養分水平，按季節分不同樣點采樣，研究結果表明茶園土壤養分指標因季節和地點的不同存在顯著差異，本文研究結果進一步證實了采樣時間和采樣地點對土壤的養分水平影響顯著。建議采用多次、多點采樣的方法來監測、分析、表征茶園的土壤肥力。

(3) 林地改造成茶園長期經營導致土流失主要造成氮素和有機質的流失，造成下游水體有機質和總氮含量上升引起富營養化。林地土壤中鉀元素的變化規律不明顯，而茶園表現出明顯特征，這與對照林地植物多樣性豐富以及茶園的生產經營活動規律有關。長興縣部分林區經改造成茶園且長期種茶，一些山區坡地土壤表層土層在降雨作用下其表面營養成分流失，隨著地表徑流或滲漏流失到地表水和地下水，最終流入河道或周邊水庫。長期影響之下，一方面造成茶園養分流失，肥料效果不佳，提高用肥成本；另一方面，會造成茶區茶園土壤流失，山體滑坡，茶園周邊流域水質引起污染。通過豐富茶園的植物多樣性，能夠間接減少雨水對土壤的直接沖刷，利用植物的根系對土層起到保護作用，從而使土層更加穩定。

為此，提出經營茶園建議：要注意改造茶園的山體坡度，茶園宜建在山腰；要大力培育和發展生態立體經營性茶園，推廣立體生態種植模式，加強生物多樣性，科學管理，減少水土流失，避免造成下游水體污染。