幼齡茶園間作豆科綠肥對土壤質量的影響

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effect of Intercropping Legume Green Manure on Soil Quality in Young Tea Plantations

LUOYan-fei， YANG Jing-yang，LIANG Xian-zhietal（Guangxi South Subtropical AgriculturalScienceResearch Institute，Logzhou， Guangxi ）

AbstractObeie]isstudyimstoexplreteelatiosipetweensoilnutrientsandezeactivitisinyoungteaplatatisinter croppedwithdifentlguousgreemauespees，swellastirtsonsoilpropertMetd]Afeldexpemetwascduc tedwithseventreatments：teamonoculture（CK），teaintercroppedwithChinesemilkvetch（CZ），teaintercropedwithcommonvetch （CJ），teaintercroppdwithhiteclover（CB），teaitercoedwithiryetch（CG），teaitercopedithHungarianvetch（C），and tea intercropped with wolly vetch （CM）. After 90 days of intercropping，soil pH ， nutrient content，and enzyme activities were measured. [Result]ComparedwitCK，llsiguosgreemaeinteroppingtreamentssigifantlyucdoilpndeasdll blenitrogenonnteCBtreatentalseasdosdablysilalableoassvailableosposndganictt Afterintercroinginyoungteaplantatios，allsixlegousgreemanuretreatentsausedticablehangesisoleactiity Pearsoncorelationaalysissowedignifcantpositivecoelatisbetweenurease（URE）andcidpospatase（AP）activities;cidphos phatase（ACP）andavailablepotassium（AK）;andACPwithURE（ighlysignficant）Avalablenitrogen（AN）wassignificantlypositively corelatedithAndetreelypositivelyorrelaedwioancmatter（OM）AKasposiivlyorrelaedwitAPandOMindicating interactionsteangsoilectiitdurtcotentrcipalompontalsisftompresisilrtlde ranked as follows：CB gt; CG gt; CM gt; a gt; CZ gt; CK gt; CS.[Conclusion] Intercropping leguminous green manure in young tea plantations can rgulate soilp，improesoilutrecontentndodulatesolzeactityAmongchCBsoedtestoveralltsandouldeprio itized as a green manure material for intercropping in young tea plantations.

Key WordsYoung tea plantations ; Intercropping;Leguminous green manure;Soil quality

茶樹［Camelliasinensis（L.）O.Kuntze]是多年生常綠木本植物，是世界上最受歡迎的三大飲料作物之一，作為一種重要經濟作物已被廣泛種植[1-3]。隨著經濟發展，茶產業走向多元化，人們對茶葉的需求量日益增加，且對茶葉品質有更高要求。在茶園常規管理中，人們為提高茶葉品質及產量，會定期對茶樹進行施肥和除草。長此以往，茶園將因施肥過量導致土壤質量下降，不利于維持茶園生態系統的穩定性，并且為防止茶樹因噴施除草劑出現茶葉食品安全問題，采取人工除草方式會大幅提高生產成本。基于此，通過改變單一的茶樹種植方式，改善茶園種植環境，進而提高茶葉的品質及產量，成為研究人員關注的重點。

間作是在作物生長季節中，2種或2種以上的作物在一塊土地中同時種植的一種種植模式[4]，是世界范圍內廣泛應用的一項重要農林業技術[5]。有研究表明，間作模式與單一種植模式相比，可以提高土地利用率與作物產量，同時可以通過作物互作產生互補作用，減少肥料施用量，降低管理成本，提高生態系統的穩定性[。近年來，茶園間作種植模式得到研究人員的重點關注。陳義勇等[7-9]研究表明，茶園間作可改善土壤環境，提高茶葉品質和增加產量，同時還可以防止水土流失，增加茶園物種群落生物多樣性，改善茶園微環境，提高茶園生態系統穩定性。幼齡茶園人工管理成本較成齡茶園高，因新植茶園極易滋生雜草，且雜草的適應性、抗逆性較強，會與幼齡茶苗競爭生長資源，嚴重影響到茶樹的成活和生長[10-11]。采取噴施除草劑方法進行雜草防治雖然成本較低、見效快，但易出現茶葉食品安全問題[12]，因此，可通過研究幼齡茶園間作的種植模式嘗試種植出無污染、農藝性狀和品質優異的茶樹。劉傳聲等[12-14]研究發現，幼齡茶園間作白三葉草、圓葉決明等豆科綠肥可以抑制雜草生長、提高土壤肥力和茶葉品質；邢瑤等[15研究發現，幼齡茶園間作不同品種大豆可以改善茶園土壤養分情況;楊海濱等[]通過在幼齡茶園間作不同豆科綠肥篩選出更有利于提高幼齡茶園的土壤肥力，同時可以促進茶樹生長的綠肥品種。由此可見前人在茶園種植綠肥取得明顯成效，但由于自然條件等因素在不同地區差異較大，不同地區適宜茶園間作綠肥品種也因地而異。目前，廣西幼齡茶園仍面臨著如何選擇優質適宜間作綠肥品種的問題，因此，篩選適宜該區域幼齡茶園間作的綠肥品種成為關鍵。為此，該研究在幼齡茶園選擇間作6種不同的豆科綠肥，設置單作為對照，探究不同豆科綠肥對幼齡茶園土壤pH、土壤肥力和土壤酶活性的影響，結合相關性分析和主成分分析，分析影響幼齡茶園土壤的環境因子，并對其土壤質量水平進行綜合評價，篩選幼齡茶園適宜種植豆科綠肥材料，以期為廣西幼齡茶園間作種植模式推廣提供理論支撐。

1材料與方法

1.1試驗區概況試驗在的金萱茶園試驗地（ 進行，該區屬典型的南亞熱帶季風氣候，海拔 125m 左右，年降水量 1 056.3mm ，年平均氣溫 23.3°C 。茶園基礎土壤肥力（ 0～20cm \" pH7.35 堿解氮 81.5mg/kg ，速效鉀 103.3mg/kg ，有效磷19.5mg/kg ，有機質 12.4g/kg 。

1.2試驗材料供試綠肥品種為紫云英（Astragalus sinicusL.）、箭筈豌豆（AstragalussinicusL.）白三葉草（Trifolium repensL.）光葉苕子（Vicia villosa var.）苕子（Vicia dasycarpaTen.）、毛葉苕子（Viciavillosa）。供試茶樹為金萱茶樹，樹齡為2年。

1.3試驗設計于2022年3月1日種植綠肥，共設置7個處理：茶樹單作（CK）、茶樹-紫云英（CZ）茶樹-箭筈豌豆（CJ）茶樹-白三葉草（CB）茶樹-光葉苕子（CG）茶樹-苕子（CS）茶樹-毛葉苕子（CM）。每個試驗小區面積 10m² 0 5m×2m ），重復3次，茶單行種植于中線，長度為 5m ，除CK外茶樹兩邊種植有 1m 寬 ?^5m 長的綠肥，綠肥采用撒播方式，每行綠肥種子播種量為 1kg ，試驗期間在茶樹底部設置噴淋帶進行定期澆水，且不進行除草。

1.4樣品采集于2022年6月2日采集土壤樣品，以茶樹根系為中心，在離根際 5cm 的部位用取土器采集 0～20cm 表層土壤，取5個點的等量土樣混合為1個樣品，將土樣自然風干、去渣、磨碎過 1mm 篩備用，用于土壤養分及酶活性含量分析。

1.5土壤養分及酶活性測定 ΔpH 采用玻璃電極法測定；有機質（OM）采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；堿解氮（AN）采用堿解擴散法測定；有效磷（AP）采用碳酸氫鈉溶液浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀（AK）采用乙酸銨浸提-火焰光度計測定[17]。脲酶（URE）、酸性磷酸酶（ACP）、過氧化氫酶（CAT）的活性由購買的南京陌凡生物科技有限公司生產的酶活性檢測試劑盒測定。

1.6數據分析采用Excel2016軟件對試驗數據進行處理，采用DPS9.0.1軟件中的單因素方差分析（one-wayANOVA）的LSD法檢驗各項指標的差異顯著性（ ?Plt;0.05） 。采用Origin2021軟件進行主成分分析并繪圖；用Pearson相關系數法分析土壤養分和土壤酶活性之間的相關性，并用Origin2021軟件進行繪圖。采用指數和法計算不同豆科綠肥間作土壤綜合肥力指數（integrated fertility index，IFI）[18]，其計算公式如下：

IFI=β₁F₁+β₂F₂+…+β_nF_m

式中： F 為單個主成分得分： _;β 為對應主成分的貢獻率。

2 結果與分析

2.1豆科綠肥間作對幼齡茶園土壤養分的影響從表1可以看出，與單作CK相比，6種綠肥間作處理（ CZ，CJ，CB，CG CS、CM）后的土壤 pH 均有降低，分別降低了 3.28%.6.28% 、5.87%.2.60%.7.24%.9.84% ，除CG以外，其余5種處理與CK均呈顯著差異，其中CM最低。6種處理（ CZ，CJ，CB， CG、CS、CM）的土壤堿解氮含量均高于CK，分別提高了14.43%0.90%.24.63%.7.24%.6.31%.7.53% ，且CZ和CB與CK均達到顯著差異。土壤速效鉀含量，CZ和CJ低于CK，分別降低了 13.31%.10.07% ;CB、CG、CS和CM含量均高于CK，其中CB 最高，提高了 48.94% ，與CK呈顯著差異。土壤有效磷含量，除CS低于CK以外，其余5種處理均高于CK，其中CB、CG分別提高了 62.83%.77.22% ，與CK均呈顯著差異。土壤有機質含量，CZ低于CK，但無顯著差異，其余5種處理均高于 CK 。結果表明，與CK相比，茶園間作豆科綠肥均在一定程度上改變茶園土壤養分含量，同時也具有調節土壤pH的作用。

表1豆科綠肥間作對茶園土壤養分的影響

Table1 Effects of intercropping of 6 kinds of legume green manure on soil nutrients in tea garden

注：同列不同小寫字母表示各處理間差異顯著 （Plt;0.05） 。 Note：Different lowercase letters in the same column indicate significant difference between treatments（ P lt;0.05）.

2.2豆科綠肥間作對幼齡茶園土壤酶活性的影響由圖1可知，與單作CK相比，CZ和CS的土壤脲酶活性顯著低于CK，分別降低了 20.02%.26.91% ;CJ和CB與CK相比無顯著差異;CG和CM顯著高于CK，分別提高了 25.57% ！21.86% 。土壤過氧化氫酶活性中，除CS和CM略低于CK以外，其余4種處理的土壤過氧化氫酶活性均高于CK，但6種處理與CK相比均無顯著差異。土壤酸性磷酸酶活性中，CM顯著高于CK，CZ、CJ和CS顯著低于CK，CB和CG與CK無顯著差異。這表明幼齡茶園間作的6種豆科綠肥均對土壤酶活性具有一定的改變作用。

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著（ Plt;0.05） 。 Note：Different lowercase letters indicate significant difference between treatments（ Plt;0.05） L

圖1豆科綠肥間作對茶園土壤酶活性的影響

Fig.1Effcts of intercropping of 6 kinds of legume green manure on soil enzyme activity in tea garden

2.3豆科綠肥間作幼齡茶園土壤肥力評價

2.3.1相關性分析。對土壤養分和酶活性8種指標進行相關性分析，結果如圖2所示，其中脲酶（URE）與有效磷（AP）呈顯著正相關（ Plt;0.05） ，與堿解氮（AN）有機質（OM）、速效鉀（AK）和 pH 相關性不顯著；過氧化氫酶（CAT）與AN、AK、AP、OM和 ΔpH 相關性均不顯著;酸性磷酸酶（ACP）與AK呈顯著正相關（ Plt;0.05） ，且與URE具有極顯著正相關L （Plt;0.01 ，與 CAT，AN，AP，OM，pH 相關性不顯著；AN與AP呈顯著正相關（ Plt;0.05） ，與OM呈極顯著正相關（ Plt; 0.01） ;AK與 AP、OM 呈極顯著正相關（ Plt;0.01 ）。

2.3.2主成分分析。將不同豆科綠肥間作后8個土壤指標進行主成分分析，根據主成分特征值大于1的提取原則選出3個主成分，主成分PC1、PC2、PC3的特征值分別為3.176、1.419、1.237，并計算出各成分的貢獻率（圖3），3個主成分因子的累計貢獻率為 72.903% （表2）。PC1的貢獻率為39.698% ，王壤堿解氮、速效鉀、有效磷、有機質、脲酶和酸性磷酸酶的相關系數較大；PC2的貢獻率為 17.738% ，pH、有效磷、脲酶和過氧化氫酶的相關系數較大。PC3的貢獻率為15.467% ，堿解氮、有機質和過氧化氫酶的相關系數較大。

將3個主成分進行土壤綜合肥力指數分析， F_i 表示第 i 個主成分，pH、AN、AK、AP、OM、URE、CAT、ACP這8個土壤指標分別表示 X₁?X₂?X₃?X₄?X₅?X₆?X₇?X₈ ，將各土壤指標的標準化數據帶入下列相應的主成分函數表達式中：

F₁=-0. 147X₁+0. 359X₂+0. 457X₃+0. 419X₄+0. 412X₅+ 0.351X₆-0.027X₇+0.414X₈

F₂=0. 663X₁-0. 032X₂-0. 065X₃+0. 248X₄-0. 235X₅+ 0. 408X₆+0.522X₇+0. 005X₈

F₃=-0. 116X₁+0. 499X₂-0. 148X₃-0. 129X₄+0. 397X₅- 0.268X₆+0.611X₇-0.310X₈

根據公式（1），結合表2中的貢獻率，6種豆科綠肥間作幼齡茶樹土壤綜合肥力指數（IFI）的計算式為 IFI=39.698% F₁+17.738%F₂+15.467%F₃ ，據此計算出土壤綜合肥力指數IFI，并對豆科綠肥間作處理土壤質量水平進行綜合評價，結果表明（表3），IFI從大到小依次為 CBgt;CGgt;CMgt;CJgt;CZgt; CKgt;CS 。

3討論

3.1幼齡茶園間作豆科綠肥對土壤養分的影響該研究中，在幼齡茶園間作的6種豆科綠肥均對茶園土壤養分具有改善作用。在幼齡茶園間作豆科綠肥后，茶園土壤pH明顯降低， pH 由高到低排序為茶樹單作 gt; 茶樹-光葉苕子gt;茶樹-紫云英 gt; 茶樹-白三葉草 ?gt; 茶樹-箭筈豌豆 gt; 茶樹-苕子gt;茶樹-毛葉苕子。劉娟娟等[研究表明種植豆科植物可以降低土壤的 ΔpH ，段玉等[20研究發現當大豆種植在酸性土壤中會使得土壤的 pH 出現先增加再減少的趨勢，說明當土壤pH偏酸或偏堿時，豆科植物具有調節土壤 ΔpH 的作用，使 pH 處于植物適宜生長的范圍。

圖2豆科綠肥間作茶樹土壤的酶活性與養分相關性分析

Fig.2Correlation analysis of enzyme activityand nutrient in tea tree soil intercropping with legume green manure

圖3豆科綠肥間作茶樹土壤的酶活性與養分主成分分析

Table2 Each component score coeficient，eigenvalue and contribution rate

表3豆科綠肥間作茶樹土壤綜合肥力指數（IFI）

表2各成分得分系數、特征值、貢獻率

Table3Soil comprehensive fertility index of tea tree intercropping with legume green manure

豆科綠肥還具有良好的固氮作用，可以通過生物固氮顯著提高土壤中氮素含量，同時還能促進作物生長發育，達到改善作物品質的效果[2I-23]。韓文斌等[24-25]研究表明，在果園種植豆科綠肥可以提升土壤有機質及氮、磷、鉀的含量，有效改善果園土壤肥力。戶杉杉等[26-27]研究表明，在茶園間作豆科植物紫花苜蓿可以增加土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀等有效態養分的含量，長期套種大豆可以增加茶園土壤氮素和有機質含量，同時增加土壤中的有效態養分含量。覃瀟敏等[28]研究表明，茶樹/大豆間作提高土壤中全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質的含量，使茶園土壤環境得到一定的調節，同時對茶葉品質也具有改善作用。該研究結果表明，幼齡茶園間作豆科綠肥紫云英、箭筈豌豆、白三葉草、光葉苕子、苕子、毛葉苕子均能改善土壤中的養分含量，其中茶園間作白三葉草（CB）后對土壤養分效果最為明顯，均顯著高于單作，表明幼齡茶樹中間作豆科綠肥均能不同程度改善土壤養分狀況，提高土壤肥力。

3.2幼齡茶園間作豆科綠肥對土壤酶活性的影響該研究結果表明，幼齡茶園間作的6種豆科綠肥均對茶園土壤的酶活性產生一定的影響。土壤脲酶在土壤氮素循環中起重要作用，其活性強弱能表征土壤氮素的供應狀況[29]，該研究中光葉苕子（CG）、毛葉苕子（CM）和白三葉草（CB）的土壤脲酶活性均高于單作（CK），紫云英（CZ）、箭筈豌豆（CJ）和苕子（CS）均低于單作，其原因可能為光葉苕子、毛葉苕子和白三葉草這3種豆科綠肥促進有機氮化物水解成氨的能力較強。朱孔鑫等[30-31]研究表明過氧化氫酶活性與土壤腐殖化程度及有機質的累積程度相關，該研究中箭筈豌豆、光葉苕子、白三葉草和紫云英4種豆科綠肥間作的茶園土壤中過氧化氫酶活性均有提高，這可能是由于間作種植后使土壤中的腐殖質增加，給土壤中的微生物生長繁殖提供有利條件，進而提高土壤中過氧化氫酶的活性，這與張紅蘭[32]的研究結果一致。該研究中除毛苕子的土壤酸性磷酸酶活性高于單作以外，剩余5種豆科綠肥間作的土壤酸性磷酸酶活性均低于單作，其可能因為土壤過氧化氫酶活性升高，進而降低土壤酸性磷酸酶活性。

3.3不同豆科綠肥間作下茶樹土壤養分與土壤酶活性之間的關系土壤酶主要來源于動植物活動及土壤中的微生物代謝，在土壤生態系統中作為生物催化劑參與物質循環和能量轉化，也是土壤肥力的一個重要指標[33]，其活性高低與土壤養分水平之間存在密切聯系[34-35]。唐秀梅等[36-38]研究表明土壤養分含量與土壤酶活性之間具有顯著的相關性。該研究發現，幼齡茶園間作的6種豆科綠肥的土壤酶活性與土壤養分呈現不同程度的相關性，表明土壤酶活性的變化受到土壤pH、土壤養分變化的影響，這與王崢宇等[34]的研究結果一致。

3.4不同豆科綠肥間作的幼齡茶園土壤質量綜合評價該研究中，不同豆科綠肥間作對幼齡茶樹土壤會產生不同影響，采用主成分分析法對不同豆科綠肥間作的幼齡茶樹土壤質量進行評價。結果發現，土壤綜合肥力指數排序為白三葉草 gt; 光葉苕子gt;毛葉苕子 gt; 箭筈豌豆gt;紫云英gt;單作gt;苕子；6種豆科綠肥間作處理中，白三葉草、光葉苕子、毛葉苕子、箭筈豌豆和紫云英的排名高于單作對照，表明這5種豆科綠肥間作提升了幼齡茶樹土壤的質量，對幼齡茶樹的種植起到積極影響，其中白三葉草的效果最好。張帆等[39研究表明果園生白三葉草能夠提高土壤有機質含量，改善土壤養分，進而提高果實品質。該研究結果也表明豆科綠肥能夠提高土壤有機質和氮元素的含量，因為豆科植物可以從環境中吸收氮元素，為伴生植物提供氮元素，進而使植物生長力得到提高[40]。而苕子間作的土壤質量綜合評價低于單作對照，其可能受到播種量和生物量等原因綜合影響，具體原因有待進一步研究。

4結論

該研究發現，與單作相比，幼齡茶園間作紫云英、箭筈豌豆、白三葉草、光葉苕子、苕子和毛葉苕子可以明顯影響茶園土壤中的 pH 、土壤養分和土壤酶活性，且間作不同的豆科綠肥對茶園土壤的影響也有所不同。其中，白三葉草在調節土壤pH、改善土壤養分和土壤酶活性方面的綜合效果最好，可優先作為幼齡茶園間作種植的綠肥材料。

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