不同雜草防控模式對茶葉產(chǎn)量品質(zhì)、土壤肥力及土壤酶活性的影響

劉聲傳，馬林紅，賀圣凌，陳智雄，林長松，鄢東海，徐 霖*

（1．貴陽學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550005；2．貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，貴州 貴陽 550006；3．貴州理工學(xué)院，貴州 貴陽 550003；4．貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，貴州 貴陽 550006）

幼齡茶園、低產(chǎn)衰老改造茶園和未封行成齡茶園，極易滋生種類多、生長快的雜草，與茶樹爭肥、爭水、爭光、爭空間，是茶樹病蟲害的過渡寄主，危害茶樹生長，降低茶樹成活率和茶葉產(chǎn)量品質(zhì)［1-2］。人工除草費時費力、成本高，鋤頭等器械易碰傷幼齡茶樹主干；化學(xué)除草快速高效、低成本，但影響茶葉質(zhì)量安全，污染環(huán)境［3-4］。因此，研究成本低、效果好、無污染的茶園雜草防控技術(shù)，對于茶葉綠色高效生產(chǎn)非常重要。

近年來，間套作抑草、覆蓋抑草在茶園中得到廣泛應(yīng)用［5］。茶園間作‘白三葉草’［6］、‘紫花苜蓿’［7］、‘圓葉決明’［8］、‘茶肥1號’［9］等豆科綠肥種植，對抑制雜草生長、提高土壤肥力、茶葉品質(zhì)等具有良好的效果。茶園間作‘鼠茅草’，抑制雜草生長、提高土壤有機質(zhì)含量和改良土壤理化性質(zhì)的效果明顯，一次播種，多年受益［10］。秸稈、地膜、防草布等覆蓋是另一種非化學(xué)雜草防控措施，秸稈覆蓋成本高，難以大面積推廣。地膜、防草布覆蓋具有成本低、保濕增溫、抑制雜草等優(yōu)點，已進行大量推廣。姚健等［11］研究認為，茶園覆蓋地膜可有效保墑、增溫、抑草，顯著提高茶樹成活率。然而，難降解的黑色地膜具有不透氣、不透水、易破碎形成殘膜等缺陷［12］。防草布具有透水、透氣、保溫保墑、使用壽命長、易回收等優(yōu)

點，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［13-14］。蔣慧光等［15］研究發(fā)現(xiàn)茶園覆蓋防草布可提高土壤溫濕度、促進茶樹生長、高效防治雜草。目前，很少有研究茶園間作綠肥、不同覆蓋物對土壤酶活性的影響，以及茶園不同雜草防控技術(shù)效果和成本的綜合比較。為此，本研究在同一茶園，設(shè)置清耕、間作‘茶肥1號’、防草布覆蓋和黑色地膜覆蓋4種處理，探究不同處理對雜草生物量、茶葉產(chǎn)量品質(zhì)、土壤濕度、土壤pH值、土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的影響，結(jié)合評估成本，為茶園雜草綠色高效防控提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗在貴州省茶葉研究所貴陽茶樹品種區(qū)試驗地進行，供試材料為無性系茶樹品種‘中黃3號’，樹齡3年，雙行雙株種植，大行距150 cm，小行距40 cm，穴距33 cm。茶園管理一致，長勢一致。

黑色聚丙烯防草布，厚度0.15 mm，寬度1.2 m；黑色聚乙烯地膜，厚度0.015 mm，寬度1.2 m；‘茶肥1號’為湖南省茶葉研究所選育的一年生亞灌木豆科植物。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理，清耕（CK）、間作‘茶肥1號’（T1）、防草布覆蓋（T2）和黑色地膜覆蓋（T3）。每個處理重復(fù)3次，共12個小區(qū)，每個小區(qū)面積為15 m2（1.5 m×10 m）。2019年4月16日淺鋤茶園雜草。T1小區(qū)茶樹大行間間作‘茶肥1號’；T2小區(qū)茶樹大行間鋪長10 m、寬1.2 m的防草布，地布釘固定邊緣；T3小區(qū)茶樹大行間鋪長10 m、寬1.2 m的黑色地膜，覆土固定邊緣。2019年7月23日離地20 cm第1次割青，覆蓋在T1小區(qū)茶樹大行間，測定各處理雜草生物量、鮮葉產(chǎn)量。持續(xù)7 d多云轉(zhuǎn)晴后，8月20日測定土壤濕度。9月12日離地30 cm第2次割青、覆蓋，測定各處理的雜草生物量、鮮葉產(chǎn)量。制作一芽二葉烘青綠茶生化樣。

2019年9月12日，間隔2 m，取每個處理大行中間3個0～20 cm土樣混合，一部分低溫保存，備土壤酶活性測定；另一部分自然干燥，備土壤理化性質(zhì)檢測。防草布覆蓋約18個月后，2020年10月8日，間隔2 m取T2根際（T2R）、防草布邊緣（T2WCE）、大行中間（T2MBL）0～20 cm土樣，用于測定土壤酶活性。

1.2.2 雜草生物量、新梢產(chǎn)量、品質(zhì)成分含量、土壤理化性質(zhì)和土壤酶活性測定

人工淺鋤全部雜草稱重，測定生物量。按一芽二葉標(biāo)準(zhǔn)采摘新梢，記錄產(chǎn)量。采用33.3 cm×33.3 cm的樣框在每個小區(qū)隨機取3個點，計數(shù)10 cm葉層范圍內(nèi)萌動芽以上的芽梢數(shù)，觀測發(fā)芽密度。從各處理挑選出標(biāo)準(zhǔn)一芽二葉，測定百芽重，3次重復(fù)。

水浸出物、咖啡堿、茶多酚和游離氨基酸含量的測定分別采用GB/T 8305-2013、GB/T 8312-2013、GB/T 8313-2018和GB/T 8314-2013。各處理隨機選取6個點，采用土壤濕度計測定大行中間0～20 cm土壤濕度。分別采用LY/T 1237-1999、LY/T 1228-2015、LY/T 1234-2015、LY/T 1232-2015、LY/T 1228-2015、LY/T 1234-2015、LY/T 1232-2015、LY/T 1239-1999測定土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、水解性氮、有效磷、速效鉀含量和pH值。

2019年采用北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)的試劑盒測定4個處理的土壤淀粉酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶活性。土壤淀粉酶活性以1 g土樣24 h催化生成還原糖的mg數(shù) 表 示（mg·g-1·24 h-1）；土 壤 酸 性 磷酸酶活性以1 g土壤24 h釋放酚的nmol數(shù)表示（nmol·g-1·24 h-1）；土壤過氧化氫酶活性以1 g土樣24 h催化H2O2降解的mmol數(shù)表示（mmol·g-1·24 h-1）。土壤多酚氧化酶活性以1 g土樣24 h生成紫色沒食子素的mg數(shù)表示（mg·g-1·24 h-1）。

2020年采用李振高等［16］的方法測定T2R、T2WCE、T2MBL的土壤過氧化氫酶、多酚氧化酶、脲酶和硝酸還原酶活性，略作修改。土壤過氧化氫酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法，酶活性以1 g土壤24 h內(nèi)消耗0.1 mol·L-1KMnO4溶液的mmol數(shù)表示（mmol·g-1·24 h-1）；土壤多酚氧化酶活性測定采用鄰苯三酚比色法，酶活性以1 g土壤24 h生成紫色沒食子素的mg數(shù)表示（mg·g-1·24 h-1）；土壤脲酶活性測定采用靛酚藍比色法，酶活性以5 g土壤24 h生成NH3-N的mg數(shù)表示（mg·5 g-1·24 h-1）；土壤硝酸還原酶活性測定采用酚二磺酸比色法，酶活性以1 g土壤24 h消耗NH3-N的mg數(shù)表示（mg·g-1·24 h-1）［16］。

1.3 統(tǒng)計分析

采用SPSS 26.0對相關(guān)試驗數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，組間多重比較采用最小顯著差異法（LSD）［17］。

2 結(jié)果與分析

2.1 對茶園雜草生物量的影響

如表1所示，兩次雜草生物量大小均為CK＞T3＞T1＞T2。CK雜草生物量顯著高于T1、T2、T3。T2雜草生物量顯著小于CK、T3。7月23日T1和T3之間無顯著差異，9月12日T3雜草生物量顯著大于T1、T2。可見，T2的雜草防治效果最好，其次為T1。

表1 不同處理雜草生物量 （kg·hm-2）

2.2 對茶園茶葉產(chǎn)量的影響

各處里間兩次觀測的總鮮葉產(chǎn)量（圖1A）、平均發(fā)芽密度（圖1B）和平均一芽二葉百芽重（圖1C）無顯著差異。CK的總鮮葉產(chǎn)量、發(fā)芽密度和一芽二葉百芽重略高于T1、T2、T3，而T1的總鮮葉產(chǎn)量、發(fā)芽密度和一芽二葉百芽重略低于其他處理。表明各處理間總鮮葉產(chǎn)量無顯著差異，T1產(chǎn)量略低于其他處理。

圖1 各處理的總鮮葉產(chǎn)量、平均發(fā)芽密度和平均一芽二葉百芽重

2.3 對茶葉主要品質(zhì)成分的影響

各處理間的水浸出物、咖啡堿、茶多酚和游離氨基酸含量以及酚氨比無顯著差異（表2）。T1的咖啡堿和游離氨基酸含量略高于其他3個處理，而酚氨比值最低。T3的酚氨比值略低于T2、CK，T2、CK的酚氨比值相等。初步表明各處理間的品質(zhì)成分無顯著差異，T1略微有利于提高綠茶品質(zhì)。

表2 不同處理的一芽二葉干茶水浸出物、咖啡堿、茶多酚、游離氨基酸含量和酚氨比

2.4 對茶園土壤濕度、pH值和肥力的影響

如圖2A所示，T1、T2、T3的土壤濕度分別為76.5%、78.2%、63.8%，顯著高于CK（49.8%）。CK、T3的土壤濕度顯著低于T1、T2。相對于清耕，種植綠肥和覆蓋都可顯著提高土壤濕度，覆蓋防草布（T2）效果最好。CK、T1、T2、T3的土壤pH值分別為4.65、4.64、4.31、4.71（圖2B），各處理間無顯著差異，T2的土壤pH值最低，比CK低7.3%，表明T2可降低土壤pH值。

圖2 不同處理的土壤濕度和土壤pH值

由表3可知，各處理間的有機質(zhì)、全氮含量無顯著差異。相較于CK，T1、T2的有機質(zhì)含量分別增加了7.3%、12.0%，T3降低了1.3%。CK、T2的全磷含量顯著高于T1、T3，CK、T3的全鉀含量顯著高于T1、T2。T1的水解性氮含量顯著高于CK，增加了8.2%；T2、T3的水解性氮含量顯著低于CK，分別降低了14.5%、18.9%。T2有效磷含量顯著低于CK、T1，與T3無顯著差異。T2、T3的速效鉀含量顯著高于CK、T1；T1、T2、T3的速效鉀含量分別比CK增加了11.1%、25.0%、35.6%。總體來看，T1可提高土壤肥力，T2、T3可降低土壤水解性氮、有效磷含量。

表3 各處理的茶園土壤肥力

2.5 對茶園土壤酶活性的影響

2.5.1 各處理的土壤酶活性

土壤淀粉酶活性為T3＞T1＞CK＞T2；T3的土壤淀粉酶活性顯著高于其他處理，比CK增加了20.8%；T2顯著低于其他處理，比CK降低了18.1%；CK和T1之間無顯著差異（圖3A）。土壤多酚氧化酶活性為T1＞CK＞T2＞T3，各處理間差異顯著（圖3B）。T1、T2、T3的過氧化氫酶活性分別比CK低3.1%、2.8%、4.9%，且各處理間無顯著差異（圖3C）。T1的土壤酸性磷酸酶活性顯著高于其他處理，T2、T3的土壤酸性磷酸酶活性略低于CK（圖3D）。

圖3 不同處理的土壤淀粉酶、多酚氧化酶、過氧化氫酶和酸性磷酸酶活性

2.5.2 T2根際、防草布邊緣、大行中間土壤酶活性

T2R、T2WCE、T2MBL的土壤多酚氧化酶活性分別為29.28、52.60、17.16 mg·g-1·24 h-1，呈顯著差異（圖4A）。T2WCE的土壤過氧化氫酶活性 為4.06 mmol·g-1·24 h-1，顯 著高 于T2R（3.38mmol·g-1·24 h-1）、T2MBL（3.34 mmol·g-1·24 h-1）（圖4B）。T2MBL的 土 壤 脲 酶 活 性 為2.74 mg·5 g-1·24 h-1，顯 著 低 于T2R（15.73 mg·5 g-1·24 h-1）、T2WCE（14.25 mg·5 g-1·24 h-1）（圖4C）。T2R、T2WCE、T2MBL的硝酸還原酶活性分別為77.83、81.02、167.79 mg·g-1·24 h-1，T2MBL的硝酸還原酶活性顯著高于T2R、T2WCE（圖4D）。再次說明，防草布覆蓋顯著降低了土壤多酚氧化酶活性，而對土壤過氧化氫酶活性影響不大。防草布覆蓋顯著降低了土壤脲酶活性、顯著增加了土壤硝酸還原酶活性，結(jié)合肥力分析，表明T2可引起氮肥流失、降低氮肥利用率。防草布邊緣略微降低土壤脲酶活性、增加硝酸還原酶活性，不利于氮素利用。

圖4 T2的根際（T2R）、防草布邊緣（T2WCE）和大行中間（T2MBL）的土壤多酚氧化酶、過氧化氫酶、脲酶和硝酸還原酶活性

2.6 不同處理的成本分析

茶樹樹冠面和未覆蓋到的地方，雜草滋生、地膜極易破碎長草，需要進行人工清除。‘茶肥1號’幼苗期需要除草2次。黑色聚丙烯防草布和地布釘使用壽命3年以上，按3年使用期限，原料價格按3年平均計算。黑色聚丙烯防草布和黑色聚乙烯地膜成本每年每公頃分別為3000和1950元，地布釘成本每年每公頃為425元，‘茶肥1號’種子成本每年每公頃為1500元。

T1、T2、T3每年每公頃總成本分別為CK的79.5%、62.6%、58.3%，3種處理均可大幅降低除草成本（表4）。結(jié)合雜草生物量防治效果，T2的綜合效果最好。

表4 不同處理的每年每公頃總成本 （元·hm-2）

3 討論

3.1 間作綠肥、覆蓋對茶園雜草生物量、茶葉產(chǎn)量品質(zhì)的影響

茶園間作綠肥、覆蓋減少土壤裸露，遮光性強，可有效抑制雜草生長。間作‘黑麥草’對茶園雜草防控效果達80%以上，還可有效控制茶園蟲害的發(fā)生［18］。蔣慧光等［15］研究發(fā)現(xiàn)防草布和黑色地膜對雜草的防治效果分別達到了100%和93.5%。與這些研究結(jié)果相似，在本研究中，T1、T2、T3的雜草生物量均顯著低于CK，T2的雜草防控效果最好。本研究的T3雜草防治效果不如T1，尤其是9月12日的雜草生物量顯著高于T1，其原因可能是難降解的普通黑地膜使用壽命短，受自然風(fēng)化、機械耕作和踩踏的影響，極易破碎，雜草滋生［19-20］。

本研究各處理間的茶葉產(chǎn)量和主要品質(zhì)成分無顯著差異。T1產(chǎn)量略低于其他處理，但略有利于提高綠茶品質(zhì)。可能是沒有及時刈割‘茶肥1號’，遮光過度，降低了茶樹光合能力，引起產(chǎn)量下降。傅海平等［21］研究認為茶園間作‘茶肥1號’需采用適當(dāng)?shù)谋壤峙M行刈割，提高茶樹凈光合速率。適當(dāng)遮陰有利于茶樹氮代謝、抑制碳代謝，而提高綠茶品質(zhì)［22］。因此，間作有高桿綠肥的茶園特別是幼齡茶園，需合理刈割，促進茶樹生長。

3.2 間作綠肥、覆蓋對茶園土壤肥力、土壤酶活性的影響

本研究顯示T3的保濕能力不如T1、T2，其原因可能是地膜破碎導(dǎo)致土壤水分蒸發(fā)散失加劇。T1的保濕能力不如T2，可能是‘茶肥1號’生長需要消耗大量水分。各處理間的pH值無顯著差異，T2可能會降低土壤pH值。李發(fā)康等［23］研究發(fā)現(xiàn)，蘋果園覆蓋園藝地布可有效提升土壤水分含量、降低土壤pH值。這可能是地布覆蓋后提升了土壤含水量，增加了土壤有效鋁含量，促進了交換酸的產(chǎn)生，進而降低了土壤pH值。多數(shù)研究表明，種植綠肥可提高肥力、改善土壤理化性質(zhì)［6-9］，本研究種植的‘茶肥1號’也得到了類似效果。

參與有機碳、氮、磷等元素分解相關(guān)的土壤淀粉酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶、脲酶、硝酸還原酶、酸性磷酸酶等，能較大程度地反映土壤肥力狀況［24］。土壤淀粉酶可以分解土壤中的淀粉，是土壤有機碳循環(huán)的重要酶［25］；土壤過氧化物酶可以氧化土壤中的有機質(zhì)，加速土壤有機物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定腐殖質(zhì)［26］；土壤多酚氧化酶是土壤有機質(zhì)形成的關(guān)鍵酶，是土壤腐殖化的一種媒介，與過氧化物酶具有協(xié)同作用［27］。脲酶可將有機氮化物轉(zhuǎn)化為植物可直接吸收利用的無機氮［28］。土壤硝酸還原酶在嫌氣厭氧條件下，將硝酸鹽（NO3-）轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽（NO2-），并最終轉(zhuǎn)化為氮氣［24］。土壤酸性磷酸酶促進土壤有機磷的礦化與分解，有助于植物對磷的吸收［29］。本研究顯示，種植綠肥、防草布覆蓋、地膜覆蓋均可略微降低土壤過氧化氫酶活性，防草布覆蓋顯著降低了脲酶活性。研究其原因可能是覆膜增加了土壤濕度，使微生物和根系呼吸增加，CO2分壓增高，降低了土壤氧化還原電位，同時受土壤pH值下降的影響，從而抑制了這兩種酶的活性。有研究發(fā)現(xiàn)，玉米地［28］、蠶豆地［30］覆膜之后的脲酶、過氧化氫酶活性較不覆蓋有所降低，與本研究結(jié)果一致。也有研究認為，脲酶、酸性磷酸酶活性來源于蚯蚓、食細菌線蟲的排泄物，土壤接種蚯蚓、食細菌線蟲均極顯著提高了土壤脲酶和酸性磷酸酶活性［31］。本研究的防草布覆蓋可能不利于蚯蚓、食細菌線蟲生存，而降低了土壤脲酶和酸性磷酸酶活性。種植‘茶肥1號’和地膜破碎，有利于蚯蚓生長，這也可能是T1和T3的酸性磷酸酶活性高于T2的原因。田壽樂等［32］研究發(fā)現(xiàn)，黑白地膜覆蓋降低了山地板栗園土壤酸性磷酸酶活性，與本研究結(jié)果一致，這可能是T2、T3土壤有效磷含量低的原因。有研究認為，砂姜黑土秸稈覆蓋量過高不利于增加土壤淀粉酶活性，適度覆蓋相對于不覆蓋可以顯著增加土壤淀粉酶活性［25］。本研究T1和T3的土壤淀粉酶活性均高于CK，而T2的土壤淀粉酶活性低于CK，與上述研究結(jié)果一致。隨著毛竹林地表稻草覆蓋年限的增加，土壤多酚氧化酶活性表現(xiàn)下降的趨勢［27］。本研究T2、T3的土壤多酚氧化酶活性低于CK，而T1的土壤多酚氧化酶活性高于CK，可能是土壤通氣性較差、pH值降低、缺氧，酶活性受抑制。本研究顯示，防草布覆蓋的土壤硝酸還原酶活性顯著高于未覆蓋，可能是覆蓋提供了厭氧條件，促進了該酶的活性，引起氮素的損失，這也可能是T2、T3的土壤氮素含量低于CK的原因。4個處理中T2的土壤有機質(zhì)含量最高，其土壤淀粉酶、過氧化氫酶活性、多酚氧化酶活性均低于CK，這些酶的活性受到了抑制，不利于有機碳轉(zhuǎn)化。

4 小結(jié)

本研究表明T1可略微降低茶樹新梢酚氨比，改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力，但需合理刈割而促進幼齡茶樹生長；T3的成本最低，但是普通黑地膜使用壽命短，后期防控效果差，極易破碎形成殘膜，污染環(huán)境；T2的綜合效果更好，但存在降低有機碳、磷等分解的相關(guān)酶活性，促進反硝化作用等問題，因此還需優(yōu)化完善。