不同植茶品种土壤团聚体及其全铝和交换态铝的分布特征

杨 佳，郑子成，李廷轩

（四川农业大学资源学院，成都 611130）

茶树为聚铝植物[1]，铝主要分布于茶树叶部[2]，在成熟叶中铝的浓度一般高达20 000～30 000 mg·kg-1。植株铝含量主要取决于土壤活性铝含量的高低[3]，土壤固相铝的吸附特性对土壤铝的形态分布能产生一定的影响，进而影响茶园土壤活性铝的含量[4]。土壤中活性铝一般包括交换态铝和游离态铝[5]，交换态铝虽然含量较低，但其较为活跃，是土壤交换性酸和土壤pH的决定性因素，对植物的生长具有重要意义[6]。

土壤团聚体是土壤结构最基本的单元，对土壤的许多理化性质以及生物学性质有着重要影响[7]。前期对不同植茶年限的研究表明，土壤全氮主要集中在大粒径团聚体中，而全钾、全磷和碱解氮含量在各粒径团聚体中分布较均匀[8～9]。土壤全铝和交换态铝含量随粒径的减小而升高[10]。不同粒径团聚体会影响土壤中铝含量，进而影响铝的生物有效性[11]。不同植茶品种土壤理化性质之间也存在差异，相关研究表明，同一成土母质两种植茶品种土壤的pH差异显著[12]。茶园土壤交换态铝与土壤pH显著相关，不同植茶品种土壤的铝含量也可能存在差异。因此，研究不同植茶品种土壤团聚体中全铝和交换态铝的分布特征，对茶园土壤质量的管理与培肥具有一定指导意义。

近年来，随着茶树良种的选育和推广，研究区域形成了以川沐217、川茶3号、福鼎大白和川农黄芽早等茶树品种为主的规模化茶园。在产生经济效益和社会效益的同时，其生态效益备受关注。从土壤团聚体角度，研究不同植茶品种土壤团聚体中全铝和交换态铝的分布特征，揭示土壤团聚体中全铝和交换态铝形态对不同植茶品种的响应特征，以期为制定科学合理的茶园管理措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于隶属于四川省雅安市名山区的中峰万亩生态茶园，属亚热带季风性湿润气候，雨量充沛，终年温暖湿润，适宜茶叶生长。年均气温15.4℃，最高气温35.2℃；年均降雨量1500 mm左右，无霜期298 d，年均相对湿度82%。研究区属典型的低山丘陵区，以川茶3号、福鼎大白、川沐217和川农黄芽早等新品种种植为主。

在每年10月中旬，沿树冠边沿垂直下方开沟，分别施入K2SO4型复合肥（N∶P2O∶5K2O=20∶8∶8）675 kg·hm-2、猪圈肥（15 000 kg·hm-2）和饼肥（3000 kg·hm-2），然后覆土。次年2月中旬、5月下旬和8月上旬施用复合肥1000 kg·hm-2和尿素500 kg·hm-2，位置和基肥相同。茶树行距为（150±15）cm，株距为（30±15）cm，行长7～10 m，单株种植，每小区2～4行。

1.2 土样采集与处理

在野外调查的基础上，选择成土母质、经营措施、植茶年限一致的不同茶树品种（川茶3号、福鼎大白、川沐217和川农黄芽早）作为研究对象。在每一品种茶园随机布设5个典型样方，在每个样方采集地表凋落物，混合均匀后装入纸袋标记后带回实验室。在每一样方内按“S”形设置5个采样点，每一茶园5次重复，在不破坏土壤结构的条件下，按0～20、20～40 cm土层采集土样。

除去动植物残体、小石块等，将采集的原状土样沿自然结构轻轻用手掰成直径约1 cm的小土块，在通风阴凉处自然风干。一部分土样用于理化性质的测定，另一部分采用干筛法分离出＞5、5～2、2～1、1～0.5、0.5～0.25 mm 和＜0.25 mm共6个粒径团聚体[13]。同时将每一茶园收集的凋落物混合装入纸袋，在实验室以75℃烘48 h，称重，磨碎备化学分析用。供试土壤基本理化性质见表1。

1.3 测定项目及方法

全铝采用微波消解-等离子体发射光谱法测定[14]。

交换态铝采用 l mol·L-1MgCl2（pH 7.0）溶液浸提，采用等离子体发射光谱仪（ICP-OES）测定[15]。

表1 供试土壤基本性质Table 1 Basic properties of the soils tested

1.4 数据处理

团聚体对土壤铝的贡献率（%）=某粒径团聚体铝含量×该粒径团聚体含量（%）/全土铝含量[16]。

数据采用DPS 11.0和Excel 2011软件进行处理与分析，图绘制采用Origin 10.0。

2 结果与分析

2.1 土壤团聚体组成

表2是不同植茶品种土壤团聚体的分布情况，由表2可知，不同植茶品种土壤团聚体含量总体随粒径的增大呈先升高后降低的变化趋势，其中以＞5 mm粒径团聚体为主，其含量介于60.52%～76.49%之间，且显著高于其他粒径；5～2 mm粒径团聚体含量次之，且显著高于＜2 mm粒径团聚体含量；0.5～0.25 mm粒径含量最少。种植川沐217和川农黄芽早＜0.25 mm粒径团聚体含量显著高于0.5～0.25 mm粒径。

就不同植茶品种而言，＞5 mm粒径团聚体含量变化表现为福鼎大白＞川茶3号＞川沐217＞川农黄芽早，且差异均显著，而其余粒径变化趋势相反。在0～20 cm土层，各植茶品种0.5～0.25 mm粒径团聚体含量差异不显著。各植茶土壤＞5 mm粒径团聚体含量的变化趋势总体表现为20～40 cm土层高于0～20 cm土层，而其他粒径则呈相反的变化趋势。

2.2 土壤团聚体全铝的分布特征

表3是不同植茶品种土壤团聚体全铝含量分布，由表3可知，各植茶品种土壤＜0.25 mm粒径团聚体全铝含量显著高于其他粒径，表明全铝趋于向较小粒径团聚体富集。种植川茶3号和福鼎大白土壤0.5～0.25 mm粒径团聚体全铝含量显著高于1～0.5 mm粒径，而在20～40 cm土层，种植川农黄芽早5～2 mm粒径团聚体全铝含量却显著高于＞5 mm粒径团聚体。

不同植茶品种土壤各粒径团聚体全铝含量变化均表现为川茶3号＞福鼎大白＞川沐217＞川农黄芽早。除了0～20 cm土层川沐217和川农黄芽早＞2 mm粒径团聚体，以及各土层川沐217和福鼎大白1～0.25 mm粒径团聚体全铝含量差异不显著外，其余各粒径团聚体全铝含量在品种间均差异显著。各土层土壤团聚体全铝含量变化趋势相似，且20～40 cm土层全铝含量均高于0～20 cm土层。

表2 不同植茶品种土壤团聚体组成Table 2 Composition of soil aggregates with different tea plantation cultivars

表3 植茶品种对土壤团聚体全铝含量的影响Table 3 Effect of tea plantation cultivars on change of total aluminum contents in soil aggregates

2.3 土壤团聚体交换态铝分布特征

表4是不同植茶品种土壤团聚体交换态铝含量分布，由表4分析可知，各植茶品种土壤交换态铝含量随粒径的减小逐渐增加，＜0.5 mm粒径团聚体交换态铝含量均显著高于＞5 mm粒径团聚体，表明小粒径团聚体对交换态铝有较强的固持能力。在0～20 cm土层，种植川农黄芽早2～1 mm粒径团聚体交换态铝含量显著高于＞5 mm粒径。除了20～40 cm土层川沐217和川农黄芽早以外，其余各植茶品种在各土层中1～0.5 mm粒径团聚体交换态铝含量均显著低于＜0.25 mm粒径团聚体。

就不同植茶品种而言，在0～20 cm土层种植川茶3号土壤各粒径团聚体交换态铝含量均显著高于川农黄芽早。种植川茶3号土壤＜0.5 mm粒径团聚体交换态铝含量显著高于川沐217，说明较小粒径团聚体交换态铝含量受品种影响较大。20～40 cm土层交换态铝含量的变化趋势与0～20 cm土层相似，且远低于0～20 cm土层。

2.4 各粒径团聚体对土壤全铝和交换态铝含量的贡献率

表5是各粒径团聚体对土壤全铝和交换态铝含量的贡献率。由表5可知，不同粒径团聚体对土壤全铝、交换态铝含量的贡献率均表现为（＞5 mm）＞（5～2 mm）＞（1～0.5 mm）＞（＜0.25 mm）＞（2～1 mm）＞（0.5～0.25 mm）团聚体。其中，＞5 mm粒径团聚体贡献率最高，介于53.10%～68.10%之间，其次是5～2 mm团聚体，占12.44%～20.36%，且显著高于其他粒径。种植川沐217和川农黄芽早＜0.25 mm粒径团聚体对全铝和交换态铝的贡献率均显著高于0.5～0.25 mm粒径，变化趋势与团聚体分布的变化趋势类似。

对不同植茶品种土壤来说，＞5 mm粒径团聚体对全铝和交换态铝含量的贡献率表现为福鼎大白显著高于其他品种，而其他粒径则呈相反的变化趋势。各植茶品种土壤0.5～0.25 mm粒径团聚体对全铝和交换态铝含量的贡献率在品种间差异均不显著。川茶3号＞5 mm粒径团聚体对全铝的贡献率显著高于川沐217，而对交换态铝的贡献率却显著低于川沐217。

3 讨论

各植茶品种土壤均以＞5 mm粒径团聚体为主，表明该区域土壤团聚性较强，结构良好，这与杨建国等[17]、文倩等[12]的研究结果一致。种植川沐217和川农黄芽早＜0.25 mm粒径团聚体含量显著高于0.5～0.25 mm粒径，说明川沐217和川农黄芽早对土壤小粒径团聚体分布影响更大。全铝和交换态铝主要赋存在较小粒径中，表明小粒径团聚体对全铝和交换态铝的束缚能力较强。这可能是由于随着粒径的减小，团聚体比表面积越大，进而能提供更多的吸附位点，有利于铝的富集[18]。同时，有机质也会影响土壤中铝含量的变化，当土壤中有机质含量增加，有机酸提供的负电荷数量增加，有机酸的官能团与土壤中的铝离子配合形成了有机结合态铝，解离出来的氢离子增加了土壤酸性，使更多的铝离子被淋溶，增加了交换态铝的含量[19]。前期研究表明，由于有机无机胶体的紧密结合，小团聚体固持有机碳的能力更强，不易为微生物分解释放[20]。这也是造成铝易在小团聚体中富集的原因。尽管全铝和交换态铝在小粒径团聚体中含量较高，但由于大粒径团聚体在土壤中所占比例较大，因此各粒径团聚体对土壤全铝和交换态铝的贡献率随粒径的减小而降低，这也与前期对该区域的研究结果类似[8]。经计算分析可知，土壤全铝与各粒径团聚体全铝之间存在极显著正相关关系，且＞5、5～2、2～1 mm粒径团聚体的P值分别为0.001 9、0.006 1、0.002 1，均小于＞1 mm粒径团聚体，说明土壤全铝含量的增加主要取决于＞1 mm粒径全铝含量的增加。土壤交换态铝与团聚体交换态铝也呈极显著正相关关系，且＞5、2～1、1～0.5 mm粒径团聚体的P值分别为0.004 1、0.008 6、0.002 6，均小于其余粒径团聚体，说明土壤交换态铝的含量与这3种团聚体中交换态铝的含量高度相关。

表4 植茶品种对土壤团聚体交换态铝含量的影响Table 4 Effect of tea plantation cultivars on change of exchangeable aluminum contents in soil aggregates

表5 各粒径团聚体对土壤全铝和交换态铝含量的贡献率Table 5 The contribution rates of soil aggregates to total aluminum and exchangeable aluminum

一般情况下将＞0.25 mm粒径团聚体称为土壤团粒结构，其数量与土壤肥力呈正相关关系。福鼎大白土壤＞0.25 mm粒径团聚体含量最高，说明福鼎大白的土壤结构较好，这可能是由于福鼎大白茶树根系分泌物黏结和菌丝网络对土壤的缠结，导致土壤中大粒径团聚体较多[20]。各粒径团聚体全铝含量变化表现为川茶3号＞福鼎大白＞川沐217＞川农黄芽早。土壤全铝含量与茶叶品质密切相关[21]，土壤铝含量的增加，能在不同程度上提高茶叶茶多酚的质量分数[22]，有研究表明，川农黄芽早茶叶所含茶多酚质量分数为15.83%[23]，而川茶3号的为19.27%[24]，远远高于川农黄芽早，这也与本研究川茶3号土壤全铝含量显著高于川农黄芽早的结果一致。交换态铝在土壤pH值低于5.0时易溶出，难溶性铝逐渐向其转变；而当pH值越小，土壤将由质子缓冲体系转向铝缓冲体系，土壤交换态铝含量大幅升高[25]，川茶3号土壤pH值较低，从而导致川茶3号土壤各粒径交换态铝含量显著高于川农黄芽早，研究表明，添加外源铝可明显提高土壤中交换态铝含量[22]，通过分析不同茶树品种凋落物铝含量（图1）可知，川茶3号凋落物中铝含量显著高于川农黄芽早，凋落物的归还影响了土壤中交换态铝含量。茶树可利用根系分泌的有机酸及多酚类物质将土壤中的铝络合，铝大部分进入老叶聚集起来，当老叶脱落后，又重新归还到土壤中[26]。在一定条件下，铝的生物有效性主要受各形态铝的相互转化的影响[27]。通过分析团聚体对铝含量的贡献率可知，福鼎大白土壤＞5 mm粒径团聚体对全铝和交换态铝含量的贡献最大，川农黄芽早的最小，其他粒径则相反。这是由于福鼎大白土壤大团聚体较多，团聚性很好。

图1 不同茶树品种凋落物铝含量Figure 1 The contents of aluminum in tea leaves litter under different tea plantation cultivars

4 结论

（1）不同植茶品种土壤团聚体含量以＞5 mm粒径为主，＞5 mm粒径团聚体含量变化表现为福鼎大白＞川茶3号＞川沐217＞川农黄芽早，其他粒径团聚体含量变化则相反，说明植茶品种对土壤团聚体分布的影响较大。

（2）小粒径团聚体中全铝和交换态铝含量最高，说明小粒径团聚体对铝的吸附固持能力较强。各粒径团聚体全铝和交换态铝含量变化表现为川茶3号＞福鼎大白＞川沐217＞川农黄芽早，土壤中铝含量过高会导致土壤酸化，进而释放出易被植物吸收的交换性铝离子，增加茶叶中铝含量。因此在茶园管理上，应多注意川茶3号，以避免茶叶中铝含量过高对人体造成危害。交换态铝表聚现象明显，多集中在0～20 cm土层。

（3）研究区土壤＞5 mm粒径团聚体对全铝和交换态铝含量的贡献率最高，且团聚体全铝和交换态铝与土壤全铝和交换态铝均表现为正相关关系，土壤全铝和交换态铝的增加主要取决于＞5 mm粒径团聚体。