套种紫花苜蓿对茶园土壤及茶叶品质的影响

户杉杉 ，高水练，郭 彬，潘荣艺，张 帅，王苗苗，向 萍，林金科*

（1.福建农林大学 园艺学院，福建 福州350002；2.福建农林大学 安溪茶学院，福建 福州350002）

化肥在农业生产中扮演着重要角色，21世纪中后期以来，增加化肥投入量成为提高农作物产量的快速、高效举措之一。茶树作为一种多年生的木本经济作物，在中国以及世界各地被广泛种植，2017年全球茶园面积超过470万hm2。但是，茶园大量施用化肥不仅破坏了土壤微循环系统，造成了土壤理化性状的恶化,还降低了肥料利用率，破坏了生态环境，进而影响了茶树正常生长发育和茶叶品质[1-3]，逐渐引起人们对茶园绿肥改良措施和化肥高效施用技术的关注[4]。紫花苜蓿（学名：Medicago sativa.），豆科、苜蓿属，多年生草本，高30～100 cm，根粗壮，深入土层，根茎发达，味道清香，产量高且稳定[5]，适应性广，对土壤要求不严，可作茶园绿肥。套种紫花苜蓿，可改善盐碱地，增加土壤碱解氮及速效磷含量[6]，调节土壤养分。紫花苜蓿根系具有固氮作用，较高的枝干可避免夏日光照灼烧，增加茶园漫射光，提高茶树净光合作用[7]。紫花苜蓿等豆科作物枝叶茎秆田间覆盖还可提高土壤有机质以及氮含量[8]。研究表明，每hm2施用绿肥7500 kg可以减少氮肥 67.5～90 kg[9,10]，翻压紫云英可降低田间 40%左右施肥量，长期套种并进行豆科绿肥回田可降低小麦田和甜瓜园15%～30%施肥量[11]。套种紫花苜蓿可以改善大田生态[6]，丰富田间生物种群数量，较对照捕食性天敌数增加103.7%，瓢虫类增加70.9%，有效降低虫害发生率[12]。套种紫花苜蓿还可以提高土壤酶活性，脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶分别提高29.60%、52.07%和32.77%[8]，可作为土壤改良剂[13-14]。

目前，关于茶园套种紫花苜蓿对土壤改良以及茶园减施化肥方面的研究报道较少。为深入研究套种紫花苜蓿对茶园土壤化学性状及茶叶品质影响，明确套种紫花苜蓿是否可以减少茶园化肥施用量，本试验假设套种紫花苜蓿可减少30%施肥量，研究常规施用量、常规施用量 ×70% （T1） 和常规施用量 ×70% + 套种紫花苜蓿 （T2）等不同施肥模式对茶园土壤养分、土壤酶活性、新梢生长、茶叶品质成分的影响，旨在为茶园化肥减施增效提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与设计

试验于2017年3月～2018年9月,在广东省英德市英红镇广东省茶叶科学研究所试验茶园开展。试验地位于东经113°23'27",北纬24°18'03"，海拔 30 m，年均气温 20℃ ,年均日照 1862 h,年均降雨量 2000 mm；试验茶树品种为鸿雁12号，树龄3年；供试土壤基本情况：黄红壤，全氮含量1.32 g/kg，全磷含量0.08 g/kg，全钾含量10.64 g/kg，碱解氮含量52.45 mg/kg，有效磷含量42.85 mg/kg，速效钾含量128.07 mg/kg，有机质含量1.61%。

本试验设三个重复试验区，每个试验区80 m2并设三种施肥处理，各处理随机排列。施肥处理分别为：CK（对照），常规施肥[NPK（15 ∶15 ∶15）225 kg/hm2]；T1， 常规施肥量×70%[NPK（15 ∶15 ∶15）157.5 kg/hm2]；T2，常规施肥量 ×70%[NPK（15 ∶15 ∶15）157.5 kg/hm2]+ 套种紫花苜蓿（品种为先行者，种植密度4.5～6 kg/hm2）。施肥时间分别为：2017年 7月3日（秋茶用肥），2018年2月1日（春茶用肥），2018年5月25日（夏茶用肥）。

1.2 取样与测定方法

2017年 8月 26日、2018年 3月 15日、2018年7月5日，分3次采取茶园土壤和茶鲜叶样品，取样时间分别简写为2017.08、2018.03、2018.07。

土样采集：采用五点取样法，每个小区按“S”选取五点，用取土器直接采取30 cm土层，将五点土样进行混合、拌匀，捡剔杂物，一部分装入土样管并放置-22℃冰箱冷冻保存，用于部分酶活性检测。另一部分则放置阴凉处风干，用于常规养分测定。

土样检测：土壤养分测定方法参照鲍士旦《土壤农化分析》第三版[15]；土壤脲酶测定参照苯酚钠—次氯酸钠比色法[16]；土壤磷酸酶活性测定参照磷酸苯二钠比色法[17]；土壤蔗糖酶活性测定参照3,5- 二硝基水杨酸比色法[18]；土壤过氧化氢酶活性测定参照高锰酸钾滴定法[19]。

茶样采集：使用测产框（33cm×33cm）采摘每季第一轮一芽二叶茶鲜叶，每个小区采取10框，测定发芽密度、一芽二叶百芽重和第一轮鲜叶产量，并及时进行烘干杀青（120℃杀青10 min，80℃烘至足干），用于茶鲜叶品质测定。

茶叶品质测定方法：茶多酚测定参照 GB/T 8313-2008 （福林酚比色法）；咖啡碱测定参照GB/T 8312-2013；水浸出物测定参照 GB/T 8305-2013；茶叶游离氨基酸测定参照 GB/T 8314-2013。

1.3 数据处理

采用 Excel 2016、SPSS 21 和 Cannoco 4.5 统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 套种紫花苜蓿对土壤养分的影响

不同处理的茶园土壤养分含量结果表明（表1），减少茶园化肥施用量在短时间内会减少土壤中各养分含量（2017.08），特别是T1处理，与CK相比，全磷、有效磷、全钾、速效钾含量分别降低了26.93%、64.37%、50.22%和33.59%，差异均达极显著水平。随着紫花苜蓿生长时间的延长，T2处理土壤各养分含量呈现递增趋势，且增长速度大于T1处理。至紫花苜蓿生长11个月（2018.07），除全钾含量外，土壤中全量养分含量均高于CK处理；其中，土壤全氮和全磷含量分别增加了16.99%和30.43%，均达显著水平。土壤有机质含量较CK和T1处理分别增加39.79%和13.62%。紫花苜蓿为豆科植物，具有固氮作用，能提高土壤氮含量，相对于氮元素而言，钾元素被吸收或流失后，没有额外的外源补充，故T1和T2处理土壤中全钾含量低于CK处理。

对比不同处理水平下土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量数据可得出，T2处理显著高于其他处理，在2018.07时，较CK处理分别增加了34.86%、73.83%和38.81%，可见，随着时间推移，CK处理有效磷呈现下降趋势，速效钾呈现先增加后稳定趋势，T1处理两者均呈现先增加后稳定趋势，并且速效钾含量高于CK处理。这与熊兴梅[20]和C Giacometti[21]“当土壤中肥料施用量超过一定值，则会影响土壤中微生物和蛋白酶活性，进而降低土壤中养分活化率，降低肥料利用率”结论一致。

表1 三种施肥处理对茶园土壤养分的影响Table 1 Effects of three fertilization treatments on soil nutrients in tea garden

2.2 套种紫花苜蓿对土壤酶活性的影响

土壤质量不仅仅取决于土壤的理化性状，土壤酶活性对土壤有机质、养分含量也密切相关，特别是脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶等直接影响土壤中氮、磷、碳的循环[22]。套种紫花苜蓿对茶园土壤酶活性的影响结果显示（表2），套种紫花苜蓿可提高茶园土壤酶活性，特别是脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶较CK处理分别提高106.74%、25.49%和40.00%（P＜0.01）。蔗糖酶表现为前期（2017.08）CK处理高于其他处理，但随着套种苜蓿时间延长，T2处理逐渐高于CK处理，在2018.07时较CK处理增加41.82%（P＜0.01）。通过减施化肥（T1）也可以较小幅度提高土壤中酶活性，其中脲酶和过氧化氢酶较CK处理分别提高52.25%和14.29%（P＜0.05），蔗糖酶和酸性磷酸酶较CK处理略有下降。这表明土壤蔗糖酶和酸性磷酸酶易受肥料施用影响，过氧化氢酶对肥料响应不敏感。

表2 三种施肥处理对茶园土壤酶活性的影响Table 2 Effect of three fertilization treatments on soil enzyme activity in tea garden

2.3 套种紫花苜蓿对茶树生长的影响

套种紫花苜蓿可显著增加茶叶一芽二叶百芽重（图1），较CK处理，可显著增加9.21%～11.13%（P＜0.05）。单纯减施化肥（T1）会显著降低第一轮茶叶产量以及发芽密度，较CK处理分别降低23.33%～27.37%（P＜0.01）和13.46%～17.97%（P＜0.01）。T2处理第一轮茶叶产量和发芽密度较CK处理不显著。可见，单纯减少30%的化肥施用量会降低茶叶产量，但是通过套种紫花苜蓿可解决因减施化肥所造成的茶叶产量以及发芽密度下降等问题。

图1 三种施肥处理对茶树生长的影响Fig.1 Effect of three fertilization treatments on the growth of tea plant

2.4 套种紫花苜蓿对茶叶品质的影响

与常规施肥处理（CK）相比，T1和T2处理下茶叶品质间均具有显著性差异（图2）。其中，茶叶中水浸出物含量三季均表现为T2＞CK＞T1，在2018.07时，T2处理较CK处理增加3.29%，T1较CK处理降低9.86%。说明减施化肥在一定程度上会降低茶叶水浸出物含量，套种苜蓿可以增加水浸出物含量。随着施肥量的改变，茶多酚含量表现为T2＜CK＜T1，可见，套种紫花苜蓿可有效降低茶多酚含量，且随着套种时间延长，降低显著性增强，2018.07时，T2较CK、T1处理分别降低5.08%和19.68%。原因可能为套种紫花苜蓿会增加茶园光合呼吸量，增加空气湿度，并且紫花苜蓿对茶叶有一定遮荫效果，因此相对于CK和T1处理，茶多酚含量会相对较低。

茶叶咖啡碱含量表现为T2＞CK＞T1，三季均呈极显著性差异。随着套种时间的延长，咖啡碱含量逐渐增加，2018.07时，T2处理较CK处理增加5.26%，且较2017.08， T2处理增加3.90%。茶叶中游离氨基酸含量表现为T2＞T1＞CK，除2017.08外，其他两季不同处理间均具显著性差异，T2处理较CK处理分别增加 12.00% （2018.03） 和 7.40 %（2018.07）。原因可能为前期土壤养分含量已经完全满足茶树生长，短时间减施化肥对其影响较小，但随着减施化肥时间延长，差异逐渐凸显，可见套种紫花苜蓿可增加茶叶游离氨基酸含量。

图2 套种紫花苜蓿对茶叶品质的影响Fig.2 Effect of interplanting alfalfa on tea quality

2.5 土壤养分、土壤酶活性与茶叶品质间的RDA分析

为了进一步揭示套种紫花苜蓿后茶园土壤养分、酶活性以及茶叶品质之间的互相影响关系，采用冗余分析（RDA）方法对这些实验数据进行相关性分析。数据表明（图3A），第一数据轴和第二数据轴对土壤养分含量与茶叶品质成分含量间关系的解释力分别为93.10%和0.90%。CK与T1和T2处理显著区别，且与茶多酚含量密切相关；T1和T2则较为聚集，其中T2处理与土壤中速效钾和全磷，茶叶中游离氨基酸含量关系较为密切；T1处理与土壤全钾、碱解氮含量关系较为密切。说明减施化肥以及减施加套种紫花苜蓿对茶园土壤养分供给量影响均较为明显，除茶多酚外，两种处理与茶叶品质间关系较为明显。

由图3A中茶叶品质与土壤养分关系可得：水浸出物、咖啡碱以及游离氨基酸均与土壤中养分呈正相关关系，其中土壤全氮和碱解氮与茶叶水浸出物、有效磷与咖啡碱、全磷和速效钾与游离氨基酸间影响最为显著。而茶多酚与土壤养分间夹角均为钝角，呈负相关关系。可见，土壤养分特别是有效态养分含量的丰缺对茶叶品质成分含量的影响最为突出。

土壤养分与酶活性的RDA排序图显示（图3B），第一数据轴和第二数据轴对土壤养分与酶活性间关系的解释力分别为86.60%和7.80%。图中土壤养分和酶活性倾向于T2处理，与CK和T1处理关系不显著，说明土壤酶活性和土壤养分受紫花苜蓿生长影响较为突出，套种紫花苜蓿可以改善茶园土壤，增加土壤肥力。从图中可直观看出，酸性磷酸酶和蔗糖酶与有效磷和全磷、过氧化氢酶与速效钾、脲酶和有机质间均存在极显著正相关关系（P＜0.01），说明土壤酶活性的提高可以改善茶园土壤养分含量。

图3 土壤养分、土壤酶活性以及茶叶品质间的RDA二位排序图Fig. 3 RDA two-order map between soil nutrient, soil enzyme activity and tea quality

对茶叶品质与土壤酶活性的分析表明，第一数据轴和第二数据轴对茶叶品质与酶活性间关系的解释力分别为88.90%和0.20%，茶叶品质与土壤酶活性相关性轴1和轴2特征值分别为0.96和0.61。图3C所示，T2处理与土壤酶活性呈正相关关系，与茶多酚呈负相关关系。其中咖啡碱与蔗糖酶和酸性磷酸酶、游离氨基酸与过氧化氢酶之间均呈极显著正相关关系（P＜0.01），茶多酚与CK处理呈正相关关系，说明套种紫花苜蓿可提高酶活性与茶叶品质间的正向响应关系，酶活性的提高对提高茶叶品质成分含量有促进作用。

3 小结与讨论

3.1 套种紫花苜蓿可以增加土壤有效态养分含量

试验结果表明，随着套种紫花苜蓿时间不断延长，土壤中碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量相对其他处理明显增加，分别为66.48%、141.82%、97.75%和65.84%。这与冯建文等[23]和Dennis等[24]研究结果一致。单纯减施化肥在一定程度上也会增加土壤中有效态养分含量，其中以速效钾和有机质最为明显，较CK处理分别增加12.27%和23.04%，说明长时间大量施用化肥会破坏土壤养分正常循环，降低土壤养分有效性[25-26]，抑制作物生长。土壤有效态养分含量的增加，很大程度上取决于土壤微生物的驱动[27]。减施化肥有效降低了土壤中化肥残留量，套种的紫花苜蓿通过根系代谢，调节土壤pH[28-29]，改善土壤微环境，进而丰富了土壤微生物种群数，促进养分循环。

3.2 套种紫花苜蓿可以提高土壤酶活性

土壤酶作为土壤中物质转化与养分循环的催化剂，直接影响土壤肥力的高低，其活性是土壤肥力高低的一个有效指标[30]。土壤酶活性易受不同农艺处理、田间管理等措施影响[31]。本试验结果表明适当减施化肥、套种紫花苜蓿均可以增加土壤酶活性。套种紫花苜蓿相对于CK处理，脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶均显著提高106.74%、25.49%、40.00%和41.82%。T2处理不同季节土壤酶活性数据发现，第一次（2017.08）和第三次（2018.07）取样，土壤中酶活性均显著高于第二次（2018.03）采样。原因可能是第一次和第三次采样处于暑秋季，温度高，茶树、紫花苜蓿生长旺盛，根系代谢增强，土壤中微生物活动增加。此外，行间覆盖紫花苜蓿，增加了土壤中有机质含量，有机物质的加速分解，为酶促反应提供了充足的底物，对土壤酶活性激活效应增强[32]，从而提高酶活性。而化肥过多施入，造成土壤理化性状发生改变，影响有机物质代谢循环[33]，故CK处理土壤酶活性呈下降趋势。

3.3 套种紫花苜蓿可以促进茶树生长和改善茶叶品质

减少化肥施用量并套种紫花苜蓿对茶梢芽叶密度和第一轮茶叶产量无显著性影响, 但可增加一芽二叶百芽重,改善茶叶品质。T2处理下茶鲜叶中水浸出物、咖啡碱、游离氨基酸和一芽二叶百芽重较CK处理分别增加3.29%、5.26%、12.00%和9.21%，茶多酚下降5.08%。这与韩文炎等[34-35]人研究结果相一致，土壤有效氮的增加会降低茶叶中多酚含量。RDA分析发现，套种紫花苜蓿茶园土壤养分、土壤酶活性、茶叶品质三者间的相关性增强，除茶多酚外，土壤养分与茶叶品质以及土壤酶活性与茶叶品质间关系均表现为正相关关系，说明土壤养分含量和酶活性的提高，有利于茶树生长和茶叶品质的提高。此外，套种紫花苜蓿茶园相对于纯茶园种植模式，增加茶园空气湿度，降低茶园温度，进而减少茶多酚含量[36]。

综上可知，在减少化肥用量30%的基础上套种紫花苜蓿（4.5～6 kg/hm2），增加了茶园土壤中有效态养分含量，提高了土壤酶活性，改善了茶叶品质，增强了“土壤养分、酶活性、茶叶品质”三者之间的正相关关系，达到了茶园化肥减施增效的目的。