栗-茶間作茶園土壤化學性質和細菌豐富度分析

李 孟，劉 瑯，刀 梅，楊自云，吳 田

（西南林業大學 a.國家林業和草原局西南風景園林工程技術研究中心；b.園林園藝學院，云南 昆明 650224）

茶Camellia sinensis（L.）O.Kuntze 為山茶科山茶屬，是世界上最流行的飲料之一，有獨特的味道、香氣和保健作用[1]，作為一種重要的經濟作物，分布在熱帶和亞熱帶國家，茶葉中的黃酮類及生物堿等次生代謝產物對人體健康具有重要的藥理作用[2]。茶樹原產于我國西南深山密林中，經過長期的適應、進化，形成了能耐受蔭蔽、喜溫喜濕、喜漫射光和喜酸性土壤的生態習性[3]。板栗Castaneda mollissima屬殼斗科栗屬，是一種具有較高經濟價值的干果樹種，原產于中國，在東亞廣泛種植[4]。林農復合經營系統極大地提高了土地利用率、經濟和生態效益，是一種高效的生產模式，同時對改善土壤營養狀況可起到重要作用[5]。在我國茶葉生產中，茶園間作樹木是一種沿用已久的栽培方式，不同物種的根系分泌物相互影響，促使根系微生物多樣性發生變化，通過種群間的相互協調，茶樹可以獲得適合其生長的環境因子[6]。與純作茶園相比，栗-茶混作更利于改善光、溫、水、大氣狀況，改良土壤結構，增加土壤養分含量，減少雜草和病蟲害，提高茶葉品質，是科學有效的生態栽培手段[7]。

土壤在陸地生態系統中的作用至關重要，能為植物提供賴以生存的水、基質和營養[8]。細菌廣泛分布于土壤中，在土壤養分循環中發揮著重要作用，同時對維持陸地生態系統的多種功能具有重要意義[9]。土壤化學性質的改變可能會使得土壤微生物結構和豐富度發生變化[10]。間作是一種涉及兩個或兩個以上作物品種或基因型的耕作方式[11]，間作提高資源利用效率的優勢已在世界范圍內得到證實[12]。間作可以有效解決一些重要的現代農業問題，在提高作物質量和產量、改善環境質量等方面發揮著重要作用[13]。在茶園中種植合適的作物有利于改善土壤的質量，增加經濟收益，而不適宜的林木間作會導致茶葉品質降低，如核桃對茶存在的化感抑制作用致使茶樹不能健康地生長[14]。在相關研究中，通常以土壤理化性質的測定值來評判土壤的肥力，而不同年代間作板栗的茶園土壤的細菌豐富度也是評判板栗與茶樹之間相關性的另一個重要因素。純作和間作的林分結構和林分中的微環境存在差異，這些差異對土壤微生物群落結構的影響，還需更深層次的研究。

程鵬等[15]分析了板栗-茶等3個復合林分的小氣候因子和茶樹的光合特性；蘇紅飛等[16]研究了板栗-茶間作等混作模式對茶園產量、天敵和主要害蟲的影響情況；鞏雪峰等[17]發現，茶林間作使得茶葉品質有效提高；薛建輝等[18]在對純作茶園和杉木-茶間作茶園的研究中發現，采用間作杉木的種植方式對于減少茶葉中4 種重金屬的含量、改善茶葉品質具有顯著作用；胡桂萍等[19]研究發現，喬木與茶樹間作所營造的遮陰效果，可使影響茶葉產量的重要參數（如葉面積、平均干質量和光合產物的累積值等）均得到顯著提高。但是，針對板栗-茶間作的茶園土壤化學性質和細菌豐富度的相關研究報道較少。為給栗-茶間作模式的推廣提供科學依據，本研究對不同年代人工栽培板栗樹下茶樹根際土壤的化學性質、細菌豐富度進行了測定與分析，現將研究結果分析報道如下。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究地位于云南省宜良縣寶洪茶園，土壤類型為紅棕壤。寶洪山海拔高度在1 000 m 以上，年均氣溫16 ℃，年日照時數為2 000 ～2 230 h，光能資源充足，年平均降水量為1 200 ～1 400 mm，適合茶樹生長。寶洪茶園內的茶樹種植于1965年，品種為寶洪茶，屬小葉種茶，有性系；分別于1970、1980、1990年人工栽植了密度大致相同的板栗樹。選取位于同一朝向、海拔極差為66 m 的4個樣地，分別為寶洪純作茶園（以下簡稱為“純作茶園”）和分別于1970、1980、1990年人工栽植板栗樹后的間作茶園（以下分別簡稱為“1970年間作茶園”“1980年間作茶園”“1990年間作茶園”），其編號依次為Ⅰ與Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。每個樣地的長×寬均為10 m×10 m，其基本情況詳見表1。

表1 不同樣地的基本信息Table 1 Basic information of different sites

1.2 研究方法

1.2.1 土壤樣品的采集

分別于2019年的3月與11月采集土壤樣品（分別標記為春土和秋土）。在10 m × 10 m 的樣方內，除掉茶園地面的雜物，去除地表3 cm 左右的淺土，沿著茶樹根系取根際土樣，每個樣地的采樣各設3 次重復，將所采土樣裝入滅菌密封袋中，并將相應信息標記清楚。將一部分土樣置于4 ℃的溫度條件下保存以備土壤細菌豐富度的測定之用，將另一部分土樣經風干處理后用于土壤化學性質的測定之中。

1.2.2 土壤化學性質的檢測

參照楊嘉麒等[20]采用的電位法與重鉻酸鉀-外加熱法、堿解-擴散法、火焰光度法、碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法、醋酸銨-火焰光度計法分別測定土壤pH 值和有機質、水解性氮、全鉀、有效磷、速效鉀的含量；參照李德文等[21]采用的半微量凱氏定氮法、鉬銻抗比色法分別測定全氮、全磷含量。

1.2.3 土壤細菌豐富度的測定

按照OMEGA 土壤試劑盒中說明的要求提取土壤細菌的DNA，利用核酸蛋白檢測儀檢測土樣的DNA 濃度。采用NCBI 中的Primer-BLAST 在線引物設計程序設計引物F341（5′-CCTACGGGAGGCAGCAG-3′）和R518（5′-ATTACCGCGGCTGCTGG-3′），以用于土壤細菌豐度的熒光定量表達研究中，引物合成由上海生工生物公司完成。通過克隆土壤細菌基因后提取質粒，按照不同梯度分別稀釋不同濃度的質粒，通過實時熒光定量得到循環閾值（Ct 值）并計算絕對定量，建立標準曲線（y=-2.876 4x+39.188 0，R2=0.996 9）。將各樣本實時熒光定量分析得到的Ct 值代入標準曲線公式中，得出寶洪茶園春、秋季的土壤細菌豐富度。

PCR 擴增體系（25 μL）：2×Green Taq Master Mix 12 μL，前引物1 μL，后引物1 μL，cDNA 1 μL，ddH2O 10 μL。擴增參數：94 ℃下預變性7 min；94 ℃下變性30 s，72 ℃下退火30 s，35個循環；72 ℃下延伸1min。PCR 擴增程序結束后，將PCR產物置于4 ℃的冰箱中保存或吸取10 μL 進行質量檢測。

qPCR 反應體系（25 μL）：2 × ChamQTMSYBR qPCR Master Mix 10 μL，前引物0.5 μL，后引物0.5 μL，50×ROX Reference Dye1 0.4 μL，cDNA 1μL，ddH2O 6.6 μL，共19 μL。qPCR 反應程序：95 ℃下預變性30 s；95 ℃下變性10 s，55 ℃下退火30 s，共40個循環；然后在95 ℃下變性15 s，降溫至55 ℃退火1 min，升溫至95 ℃下變性15 s，最后生成一個周期的溶解曲線。

1.3 數據處理

使用Excel 2010、Photoshop 2019 與SPSS 20.0軟件進行數據的處理與分析和圖表的制作。

2 結果與分析

2.1 間作茶園土壤化學性質的分析

土壤化學元素含量的檢測結果如圖1所示。圖1顯示，春、秋季茶園土壤的pH值為4.22～4.87。與純作茶園相比，1980年間作茶園春季和各個年份間作茶園秋季的土壤有機質含量均有所提高；1980年間作茶園春季、1970年間作茶園秋季和1990年間作茶園秋季的土壤全氮含量均高于純作茶園的；各個年份間作茶園春、秋季的土壤全磷含量均高于純作茶園的；1970年間作茶園春季和各個年份間作茶園秋季的土壤全鉀含量均高于純作茶園的；1980年間作茶園春季、1990年間作茶園春季和1990年間作茶園秋季的水解性氮含量均有提高；土壤有效磷含量，僅有1990年間作茶園春季的含量下降，其余年份間作茶園春、秋季的含量均高于純作茶園的；1980年間作茶園和1990年間作茶園春、秋季的土壤速效鉀含量均高于純作茶園的。可見，栗-茶園間作顯著提高了春、秋季茶樹根際土壤中全磷、全鉀的含量，說明栗-茶間作系統在提高土壤肥力方面存在優勢。

圖1 不同茶園春、秋季土壤化學元素含量的檢測結果Fig.1 Soil chemical elements of different tea orchards in spring and autumn

續圖1Continuation of Fig.1

根據已有的國家標準《茶葉產地環境技術條件》（NY/T 853—2004）[22]，列出了與本研究相關的土壤化學元素的不同肥力等級的含量值（表2）。

表2 茶葉產地土壤肥力不同等級的含量標準Table 2 Content standards for different levels of soil fertility in tea producing areas

對照表2 可知，春季茶園中，純作茶園的土壤樣品中有2個化學元素的含量均達到了Ⅰ級水平；1970、1990年間作茶園的土壤樣品中分別有3、2個化學元素的含量均達到了Ⅰ級水平；1980年間作茶園的土壤樣品中已檢測的7個化學元素的含量均達到了Ⅰ級水平，說明該茶園的土壤肥力最佳。秋季茶園中，純作茶園的土壤樣品中有3個化學元素的含量均達到了Ⅰ級水平，1970、1980、1990年間作茶園的土壤樣品中分別有5、6、6個化學元素的含量均達到了Ⅰ級水平。綜合來看，春、秋季茶園土壤中，間作茶園的土壤肥力更優于純作茶園。

2.2 間作茶園土壤細菌豐富度的分析

不同茶園春、秋季土壤細菌豐富度指數的測定結果如圖2所示。由圖2 可知，春季茶園中，1980年間作茶園的土壤細菌豐富度指數比純作茶園的高。秋季茶園中，1970、1980、1990年間作茶園的土壤細菌豐富度指數均高于純作茶園的，其中1970年間作茶園的土壤細菌豐富度指數最高。秋季，間作茶園的土壤肥力與細菌豐富度指數均優于純作茶園的；而春季，僅有1980年間作茶園的土壤肥力與細菌豐富度指數均顯著優于純作茶園的。其原因可能是，時至秋季，間作茶園中的板栗枯落物改善了土壤條件。

圖2 不同茶園春、秋季土壤細菌豐富度指數的測定結果Fig.2 Determination results of soil bacterial richness index of different tea plantations in spring and autumn

2.3 間作茶園土壤各化學元素間的相關性分析

分別選取細菌豐富度較高的1980年間作茶園春季與1970年間作茶園秋季的土壤樣品，對其各個化學元素含量之間的相關性進行分析，結果分別見表3 和表4。

表3 1980年間作茶園春季土壤各個化學元素含量間的皮爾森相關系數?Table 3 Pearson correlation coefficients of soil chemical elements in intercropping tea garden in spring 1980

表4 1970年間作茶園秋季土壤各個化學元素含量間的皮爾森相關系數?Table 4 Pearson correlation coefficients of soil chemical elements in intercropping tea garden in autumn 1980

由表3 可知，土壤pH 值與7個化學元素含量之間呈負相關或低相關，全鉀與其他6個化學元素含量之間呈負相關或低相關，有機質與速效鉀呈顯著正相關（P＜0.05），水解性氮與速效鉀呈顯著正相關（P＜0.05），其他化學元素含量之間多呈正相關關系。水解性氮、有效磷、速效鉀與多種化學元素含量之間的相關性均較高。這一分析結果表明，在1980年間作茶園中，春季的土壤肥力受到水解性氮、有效磷、速效鉀的影響較大。

由表4 可知，土壤有機質與土壤各化學元素含量之間均呈負相關關系，全氮與全鉀呈顯著正相關（P＜0.05），全磷與水解性氮、有效磷均呈極顯著正相關（P＜0.01），水解性氮與有效磷之間呈極顯著正相關（P＜0.01），其他化學元素含量之間多呈正相關關系。全鉀、水解性氮、有效磷與其他化學元素含量之間的相關性均較高。這一分析結果表明，在1970年間作茶園中，秋季的土壤肥力主要受到全鉀、水解性氮、有效磷的影響。

3 討 論

大量研究結果都表明，間作能顯著提高土壤化學元素含量，實現土壤養分資源的高效利用[23-25]。楊海濱等[26]在以純作茶園為對照的研究中發現，林茶間作可以調節不同季節的光照、溫度、濕度等，有效改善茶園的微氣候；Zhu 等[27]研究發現，柿-茶間作生態系統中，茶樹品質和土壤養分條件均優于純作茶園的；王恒明等[28]在研究栗-茶間作對北方茶樹生長及綠茶產量品質的影響情況時發現，栗-茶間作有效降低了茶園的光照強度，穩定了林間土壤溫度，增加了空氣濕度，提高了綜合經濟效益；張潔等[29]研究發現，栗-茶間作改善了土壤條件，優化了林分結構；王廣銘等[30]的研究結果也表明，栗-茶間作茶園中土壤全磷、全鉀等化學元素的含量均高于純作茶園的。研究結果表明，栗-茶間作模式顯著提高了茶樹根際土壤全磷、全鉀的含量，對照茶葉產地環境國家標準可知，栗-茶間作茶園的土壤肥力更優于純作茶園的，表明采用栗-茶間作模式可以提高土壤肥力，因此，茶園內間作板栗對于改善土壤質量具有積極作用。

土壤養分含量影響著茶園土壤微生物的種群數量，土壤生態系統結構和功能的穩定性受到土壤微生物多樣性的影響[31]。作為土壤微生物中的重要組成部分，細菌的群落組成和結構影響著土壤的可持續利用[32]。韓文炎等[33]的研究結果表明，土壤條件、茶園管理辦法和茶樹種植年限對土壤細菌豐富度的影響極大。研究中發現，1980年間作茶園春季土壤的細菌豐富度高于純作茶園的，1970、1980、1990年間作茶園秋季的土壤細菌豐富度均高于純作茶園的。可見，土壤細菌豐富度在受到間作模式影響的同時，還因季節不同而產生差異。研究中還發現，板栗與茶樹間作模式的應用已有30 ～50年的歷史，由于板栗樹是落葉喬木，每年都有大量的枯枝落葉歸還至土壤中，對于間作茶園來說，這些枯枝落葉經過長期緩慢的腐化就形成了一層厚厚的覆蓋物，同時形成了土壤腐殖質，這些覆蓋物與腐殖質可以改善土壤養分狀況，增加土壤細菌豐富度指數。

至今為止，已有很多學者對土壤肥力問題進行了研究。間作能使土壤肥力得到極大改善，尤其是土壤中有機質、氮、磷等化學元素的含量，與純作模式的相比，都有所提高[3,34]。Pearson 相關性分析結果顯示，栗-茶間作茶園中土壤水解性氮、有效磷、速效鉀與其他化學元素之間的相關性均較大，表明間作茶園土壤化學性質主要受到水解性氮、有效磷、速效鉀的影響。施肥是快速提高土壤養分的重要手段，具有改善土壤理化性質、增強土壤肥力的作用[35]，氮、磷、鉀肥的合理施用對茶樹根系發育和養分吸收至關重要[36]。結合研究結果分析可知，在栗-茶間作茶園管理中，應注意水解性氮、有效磷、速效鉀的合理施用。

4 結 論

研究結果表明，在茶樹中間種板栗樹，有利于改善土壤肥力，提高土壤細菌豐富度，這是值得推廣的茶園種植模式。今后應更加深入而又系統地研究不同年代人工栽植板栗樹的間作茶園中土壤與茶樹相互作用的方式與機理，明確間作模式下影響茶葉品質的關鍵通路、基因等信息，進一步提高種植效益。