不同種植年限茶樹根際土壤微生物數(shù)量和肥力之間關系

陳麗華 劉蘭英 呂新 李玥仁

摘要：[目的]了解不同種植年限茶樹根際土壤微生物數(shù)量和肥力指標之間的相關性，為茶園土壤改良和穩(wěn)定生產(chǎn)提供依據(jù)。[方法]采用稀釋平板法對武夷山茗上緣茶業(yè)有限公司試驗茶園不同土層不同種植年限（5、10、15年）茶樹根際土壤微生物數(shù)量進行研究，并與土壤肥力指標進行相關性分析。[結果]可培養(yǎng)微生物數(shù)量隨著土層加深而減少;10年生茶樹根際土壤可培養(yǎng)細菌數(shù)量最大，不同種植年限茶樹根際土壤的可培養(yǎng)真菌數(shù)量在不同土層表現(xiàn)出不一樣的變化趨勢。茶樹根際土壤酸化嚴重，pH值為3.14～3.36;隨著種植年限的增加，各項肥力指標的變化趨勢不盡相同，0～15cm土層的全磷和全鉀含量隨著種植年限的增加而降低，15～30cm土層全氮和堿解氮的含量隨著種植年限的增加而增加，其他的指標則在連續(xù)種植5年或10年的時候出現(xiàn)最高值或最低值。冗余分析發(fā)現(xiàn)，可培養(yǎng)細菌數(shù)量主要受速效鉀和全磷含量的影響，可培養(yǎng)真菌數(shù)量主要受全氮和堿解氮含量的影響。

[結論]采樣點不同種植年限茶樹根際土壤微生物數(shù)量和部分肥力指標之間存在著相關性。

關鍵詞：茶樹;根際土壤;微生物數(shù)量;肥力;種植年限

中圖分類號：Q938.1文獻標志碼：A 文章編號：1008-0384（H019）12-1433-07

0 引言

[研究意義]福建是全國著名的產(chǎn)茶大省，2017年毛茶產(chǎn)量45.2萬t，產(chǎn)值235億元，毛茶產(chǎn)量和產(chǎn)值均位居全國第一。茶產(chǎn)業(yè)作為福建七大優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)之一，在福建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的地位不可替代。武夷山是中國烏龍茶的發(fā)源地，自20世紀80年代武夷巖茶被評為中國十大名茶以來，武夷山茶產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，已成為武夷山的主導產(chǎn)業(yè)和特色產(chǎn)業(yè)，在農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、農(nóng)民就業(yè)和社會穩(wěn)定方面發(fā)揮了極為重要的作用。武夷山茶園主要是由荒山荒坡和集體林地開墾而來，土壤大多呈酸性，腐質(zhì)層厚，適宜茶樹生長，新開墾茶園茶樹長勢良好，茶葉品質(zhì)優(yōu)良。由于經(jīng)年的水土流失，茶園土壤肥力逐漸衰退，多數(shù)茶園在投產(chǎn)20年左右茶葉產(chǎn)量品質(zhì)大幅下降，形成了低產(chǎn)衰老茶園，大大降低了茶園的經(jīng)濟效益。土壤微生物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，參與大約90%的土壤反應過程，對土壤化學特性的變化反應敏感，其特征可作為生物指標指示土壤質(zhì)量，評價土壤肥力。了解不同種植年限茶園土壤微生物的變化情況，對茶園土壤肥力衰退研究具有重要意義。[前人研究進展]由于土壤微生物在土壤有機質(zhì)分解、土壤礦質(zhì)營養(yǎng)循環(huán)等方面的重要作用，不少科學工作者對茶園土壤微生物展開研究。李俊強等的研究結果表明，6種不同施肥模式對茶樹根際土壤微生物數(shù)量有顯著影響，與對照（不施肥）相比，均增加了茶樹根際土壤微生物量碳、氮和土壤酶活性。王秀青等的研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代茶園的微生物的總數(shù)量高于古茶園，但各微生物數(shù)量與茶園土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)之間相關性無統(tǒng)計學意義。林生等的研究發(fā)現(xiàn)，隨著茶樹種植年限的增加，茶樹根際土壤的微生物群落結構發(fā)生了較大的變化，體現(xiàn)在微生物群落的多樣性降低，適應于貧瘠條件與低代謝能力的種群增多。武夷山作為福建省茶葉主產(chǎn)區(qū)，有較多學者對該地茶園土壤理化特征進行研究，涉及的理化特征包括土壤有機質(zhì)、酸度”、重金屬等。然而，關于武夷山茶園土壤微生物的研究則鮮見報道。（本研究切入點）課題組前期在武夷山茗上緣茶業(yè)有限公司試驗茶場開展農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全技術服務，服務過程中了解到該茶場種植多年的茶樹茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)均有所下降，種植多年的老茶園土壤肥力也呈下降趨勢。眾所周知，茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)與土壤肥力密切相關，肥沃的茶園土壤是實現(xiàn)茶園優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基本保證。也有研究表明，隨著茶樹種植時間的延長，茶樹根際土壤有益微生物降低、病原菌增多，茶葉產(chǎn)量下降，品質(zhì)降低。那么，種植多年的茶園土壤肥力與土壤微生物之間是否存在著一定的聯(lián)系，涉及該方面的研究報道較少。（擬解決的關鍵問題）本研究以武夷山茗上緣茶業(yè)有限公司試驗茶場中不同種植年限茶樹根際土壤為研究對象，分析不同種植年限茶樹根際土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量及其肥力指標的變化，了解土壤微生物數(shù)量與肥力之間的關系，為茶園土壤改良和穩(wěn)定生產(chǎn)奠定基礎。

1材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤樣品取自福建省武夷山茗上緣茶業(yè)有限公司試驗茶園。武夷山市位于福建省西北部（東經(jīng)117°37'22"～118°19'44"、北緯27°27'31”～28°04'49"），是中國著名的茶葉產(chǎn)區(qū)，也是中國烏龍茶和紅茶的發(fā)祥地。當?shù)貧夂驅(qū)僦衼啛釒Ъ撅L濕潤氣候區(qū)，年均氣溫19.7℃，年均降雨量1960mm左右。試驗茶園位于武夷山市區(qū)近郊的“小武夷”風景區(qū)，采用統(tǒng)一管理模式，全年耕作措施基本一致。供試土壤采集于2017年3月29日，天氣陰，最低氣溫13℃，最高氣溫21℃，土壤含水量介于10.40%～19.45%。

以茶樹根際土壤為研究對象，在距離茶樹主莖半徑約30cm的范圍內(nèi)取土，采樣深度為0～15cm和15～30cm。采用多點混合采樣法采集未種植茶樹的土壤（CK），5年生（Y5）、10年生（Y10）和15年生（Y15）茶樹根際土壤。剔除土壤樣品中的殘留根系、石塊及其他雜質(zhì)后，四分法混勻，裝入無菌聚乙烯封口袋，放人冰盒內(nèi)帶回實驗室。帶回的土壤樣品一部分風干，過篩后用于土壤理化指標的測定;一部分置于冷藏室，用于可培養(yǎng)微生物數(shù)量的測定。

1.2土壤可培養(yǎng)微生物測定

通過稀釋平板法測定土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量。采用營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌，混菌法接種后在28℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h，計算細菌菌落數(shù);采用馬鈴薯一葡萄糖瓊脂（PDA）培養(yǎng)基培養(yǎng)真菌，刮刀法接種后在28℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h，計算真菌菌落數(shù)。試驗結果以CFU·g-干土表示。試驗設3個重復。

1.3土壤理化指標測定

土壤pH值采用1mol·g氯化鉀浸提，電位法測定;有機質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀容量法;全氮測定采用半微量凱氏定氮法;全磷測定采用硫酸-高氯酸消煮法;全鉀測定采用氫氧化鈉堿熔-火焰光度法;堿解氮的測定采用堿解擴散法;有效磷的測定采用碳酸氫鈉法;速效鉀的測定采用醋酸銨-火焰光度計法。每個指標測定均設空白對照處理，每個樣品設3個重復。

1.4數(shù)據(jù)處理分析

利用Microsoft Excel 2007、SPSSl7.0和Canoco5軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和作圖。采用單因素方差分析（Oneway-ANOVA）和多重比較（LSD）法分析樣品之間的差異性（a=0.05）。采用冗余分析（RDA）研究土壤樣品可培養(yǎng)微生物數(shù)量和理化指標之間的相關性。

2 結果與分析

2.1 不同種植年限茶樹根際土壤的可培養(yǎng)微生物數(shù)量變化特征

采用傳統(tǒng)的平板計數(shù)法對不同種植年限茶樹根際土壤的可培養(yǎng)微生物數(shù)量進行測定，結果見圖1和圖2。從圖1可以看出，茶樹根際土壤的可培養(yǎng)細菌數(shù)量介于2.43×10～1.14×10CFU·g。從不同土層來看，同一年限15～30cm土層的可培養(yǎng)細菌數(shù)量低于0～15cm土層的可培養(yǎng)細菌數(shù)量;方差分析結果表明，Y5不同土層之間可培養(yǎng)細菌數(shù)量差異顯著（P<0.05），而CK、Y10和Y15各自不同土層之間的可培養(yǎng)細菌數(shù)量差異不顯著。從種植年限來看，0～15cm土層和15～30cm土層的茶樹根際土壤可培養(yǎng)細菌數(shù)量均呈現(xiàn)Y10>CK>Y5>Y15的趨勢，且Y15的可培養(yǎng)細菌數(shù)量顯著低于其他年限樣品（Y5-2除外）中的可培養(yǎng)細菌數(shù)量（P<0.05）。

從圖2可以看出，茶樹根際土壤的可培養(yǎng)真菌數(shù)量為5.07×10～2.39×10CFU·g。從不同土層來看，同一年限15～30cm土層的可培養(yǎng)真菌數(shù)量同樣均低于0～15cm土層的可培養(yǎng)真菌數(shù)量。方差分析結果表明，Y5和Y15不同土層之間可培養(yǎng)真菌數(shù)量差異顯著（P<0.05），而CK和Y10不同土層之間可培養(yǎng)真菌數(shù)量則差異不顯著。從種植年限來看，0～15cm土層茶樹根際土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量表現(xiàn)為Y5-1>Y15-1>Y10-1>CK-1，且CK-1的可培養(yǎng)真菌數(shù)量顯著低于Y5-1、Y15-1和Y10-1（P<0.05）;15～30cm土層茶樹根際土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量則表現(xiàn)為Y10-2>Y5-2>CK-2>Y15-2，且Y10-2的可培養(yǎng)真菌數(shù)量顯著高于Y5-2、CK-2和Y15-2（P<0.05）。

2.2 不同種植年限茶樹根際土壤肥力分析

測定土壤樣品pH值和有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等肥力指標。不同種植年限茶樹根際土壤理化性質(zhì)見表1。從表1可以看出，茶樹根際土壤pH值隨種植年限變化不大，為3.14～3.36;同一種植年限pH值15～30cm土層大于或等于0～15cm土層的趨勢。有機質(zhì)含量介于18.34～30.00g·kg，0～15cm土層有機質(zhì)含量呈現(xiàn)Y5-1>CK-1>Y15-1>Y10-1的趨勢，而15～30cm土層有機質(zhì)含量則表現(xiàn)為Y10-2>Y15-2>CK-2>Y5-2。全氮、全磷和全鉀的含量分別為0.69～1.40g·kg、0.59～0.98g-kg和12.20～33.07g-kg;0～15cm土層全氮的含量呈現(xiàn)Y5-1>Y15-1>Y10-1>CK-1的趨勢，15～30cm土層全氮的含量則隨著種植年限的增加而增加;0-15cm土層全磷的含量隨著種植年限的增加而降低，15～30cm～層全磷的含量則表現(xiàn)為CK-2>Y10-2>Y15-2>Y5-2;0一15cm土層全鉀的含量隨著種植年限的增加而降低，而15～30cm土層全鉀的含量則表現(xiàn)為Y5-2>CK-2>Y15-2>Y10-2。堿解氮、速效磷和速效鉀的含量分別為84.17～110.38mg-kg、50.50～63.99mg-kg和77.87～273.15mg-kg';0-15cm土層堿解氮的含量呈現(xiàn)Y10-1>Y15-1>CK-1>Y5-1的趨勢，而15～30cm土層堿解氮的含量則隨著種植年限的增加而增加;0-15cm土層速效磷的含量表現(xiàn)為Y15-1>CK-1>Y10-1>Y5-1，15～30cm～層速效磷的含量則表現(xiàn)為Y5-2>Y15-2>CK-2>Y10-2;0～15cm土層和15～30cm土層速效鉀的含量均表現(xiàn)為Y15>Y10>CK>Y5。

根據(jù)行業(yè)標準《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術條件》（NY/T853-2004），將茶園土壤肥力指標分為三級，I級表示優(yōu)良，Ⅱ級表示尚可，Ⅲ級表示較差。根據(jù)優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)茶園土壤營養(yǎng)診斷指標，將茶園土壤pH值分為三級，I級表示酸化，Ⅱ級表示適中，Ⅲ級表示不適宜。具體茶園土壤肥力評價標準見表2。根據(jù)茶園土壤肥力評價標準，對各肥力指標進行分級。不同種植年限茶樹根際土壤肥力情況見表3。從表3看出，土壤pH值均處于I級水平，說明采樣點土壤酸化嚴重。所有樣品的有機質(zhì)含量均達到優(yōu)良水平。從氮含量來看，全氮和堿解氮的變化趨勢基本一致，0～15cm土層的土壤肥力均達到優(yōu)良水平;而15～30cm土層的土壤肥力則表現(xiàn)為CK-2和Y5-2的肥力為尚可或較差，Y10和Y15的肥力達到優(yōu)良。從磷含量來看，大多數(shù)樣品的全磷和速效磷含量均達到優(yōu)良水平（除了Y15-1全磷含量為尚可）。從鉀含量來看，全鉀含量均達優(yōu)良水平，Y5和Y10的速效鉀含量也為優(yōu)良水平，CK的速效鉀含量為尚可，而Y15的速效鉀含量則為較差。

2.3 土壤微生物數(shù)量與肥力指標之間的相關性

采用冗余分析揭示不同種植年限茶樹根際土壤樣品可培養(yǎng)微生物數(shù)量和肥力指標之間的相關性，從而得到二維排序圖（圖3）。從圖3可知，第1排序軸和第2排序軸的解釋量分別為83.2%和16.8%，兩軸累計解釋量為100%，說明這兩軸能夠很好地反映土壤肥力指標對可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響。第1排序軸與pH（r=0.869）、速效磷（r=0.503）和全鉀（r=0.285）正相關，與其他肥力指標負相關。第2排序軸與全氮（r=0.581）、堿解氮（r=0.552）、速效磷（r=0.310）和pH（r=0.130）正相關，與其他肥力指標負相關。

從圖3可以看出可培養(yǎng)細菌數(shù)量和可培養(yǎng)真菌數(shù)量與土壤肥力指標之間的關系。位于第三象限的可培養(yǎng)細菌數(shù)量主要受速效鉀和全磷含量的影響，位于第二象限的可培養(yǎng)真菌數(shù)量主要受全氮和堿解氮含量的影響。然而，與可培養(yǎng)微生物數(shù)量相關性較強的環(huán)境因子在不同土壤樣品中是有差異的。土壤樣品Y10-1和Y10-2主要分布在第三象限，說明10年生茶樹根際土壤樣品主要受速效鉀和全磷含量的影響，并且與它們呈正相關。土壤樣品Y5-1和Y15-1主要分布在第二象限，與全氮和堿解氮含量呈正相關。土壤樣品Y5-2和Y15-2主要分布在第一象限，與pH、速效磷和全鉀含量呈正相關。

3討論與結論

茶園土壤微生物具有固氮、釋鉀、解磷以及增強土壤保濕性等優(yōu)點，它在促進土壤有機質(zhì)的分解、土壤礦質(zhì)營養(yǎng)循環(huán)、維持和提高土壤肥力等方面發(fā)揮著關鍵作用。本研究采用稀釋平板法對武夷山茗上緣茶業(yè)有限公司試驗茶園不同種植年限茶樹根際土壤的可培養(yǎng)微生物數(shù)量進行研究，結果表明，可培養(yǎng)微生物數(shù)量隨著土層加深而減少;10年生茶樹根際土壤可培養(yǎng)細菌數(shù)量最大，15年生茶樹根際土壤可培養(yǎng)細菌數(shù)量顯著低于其他（Y5-2除外）樣品（P<0.05）;不同種植年限茶樹根際土壤的可培養(yǎng)真菌數(shù)量在不同土層表現(xiàn)出不一樣的變化趨勢。張仕穎等對不同種植年限的玫瑰蜜葡萄根際土壤微生物數(shù)量進行了研究，發(fā)現(xiàn)微生物總數(shù)由大到小依次是6年>10年>3年>30年，隨著種植年限的延長，微生物總量先增加后減少，葡萄根際土壤微生物活性在連作10年后不斷下降。本試驗中微生物數(shù)量的變化趨勢與該結果基本相一致。

肥沃的茶園土壤是茶園優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的前提條件。本研究分析了土壤樣品pH值和有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等肥力指標，結果表明，茶樹根際土壤pH值隨種植年限變化不大為3.14～3.36;隨著種植年限的增加，各項肥力指標的變化趨勢不盡相同，0～15cm土層的全磷和全鉀含量隨著種植年限的增加而降低，15～30cm土層全氮和堿解氮的含量隨著種植年限的增加而增加，其他的指標則在連續(xù)種植5年或10年的時候出現(xiàn)最高值或最低值。吳志丹等調(diào)查分析了武夷山市60個茶園的土壤酸度指標，發(fā)現(xiàn)超過50%的土壤樣品屬于重度酸化土壤（pH<4.5），而本研究供試土壤均為重度酸化土壤。對茶園土壤各項肥力指標的研究，發(fā)現(xiàn)隨著種植年限的增加，不同肥力指標呈現(xiàn)出不同的結果。林生等研究了安溪不同年限（1、6和20年生）茶樹土壤養(yǎng)分情況，發(fā)現(xiàn)全磷、速效磷和速效鉀的含量隨著種植年限的增加而降低，而有機質(zhì)、全氮、全鉀和堿解氮則呈現(xiàn)先增加再減少的趨勢。這與本研究中0～15cm土層全磷含量的變化趨勢相一致，而其他指標的變化趨勢則與之不完全一致。王秀青等對古茶園和現(xiàn)代茶園土壤養(yǎng)分的研究表明，3座茶山古茶園土壤全氮、全磷、堿解氮和速效磷含量顯著高于現(xiàn)代茶園。本研究中15～30cm土層全氮和堿解氮也是隨著種植年限的增加而增加，這可能主要是因為隨著種植時間的延長，茶樹凋落物、根系分泌物等歸還土壤，導致兩者含量逐年增加。

冗余分析揭示了不同種植年限茶樹根際土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量和肥力指標之間的相關性，結果表明，土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量主要受速效鉀、全磷、全氮和堿解氮含量的影響。其中，可培養(yǎng)細菌數(shù)量主要受速效鉀和全磷含量的影響，可培養(yǎng)真菌數(shù)量主要受全氮和堿解氮含量的影響。但與微生物數(shù)量相關性較強的環(huán)境因子在不同樣品中是不同的。10年生茶樹根際土壤樣品主要受速效鉀和全磷含量的影響。0～15cm土層的5年生茶樹根際土壤樣品和15年生茶樹根際土壤樣品主要受全氮和堿解氮含量的影響。15～30cm土層的5年生和15年生的茶樹根際土壤樣品主要受pH、速效磷和全鉀含量的影響。張仕穎等的研究發(fā)現(xiàn)，葡萄根際土壤的速效鉀含量與微生物數(shù)量相關性強。王世強等的研究也表明，調(diào)節(jié)茶園酸性土壤的pH值是提高茶園土壤微生物數(shù)量和活性的最好方法。土壤微生物主要通過改善土壤的理化性質(zhì)等來影響土壤的肥力，土壤微生物的數(shù)量在一定程度上反映了土壤的肥力水平。了解茶園土壤微生物與肥力指標之間的相關性，有望通過調(diào)節(jié)土壤微生物來改良某些土壤肥力指標，或者通過調(diào)節(jié)某一肥力指標來調(diào)控特定類別土壤微生物，進而改良茶園土壤。本研究僅于2017年3月采集了不同種植年限茶樹根際土壤樣品進行分析，發(fā)現(xiàn)本次樣品中土壤微生物數(shù)量和部分肥力指標之間存在著相關性。進一步明確該茶園土壤微生物與肥力之間的關系，還需于不同季節(jié)多次采集茶園土壤樣品進行分析，并且對土壤微生物群落結構進行更深入的研究。