不同植茶年限土壤中有机氮组分的变化*

李子密, 于红梅, 束良佐

(1.浙江师范大学 地理与环境科学学院,浙江 金华 321004;2.淮北师范大学 生命科学学院，安徽 淮北 235000)

0 引 言

作为当今农业土壤中主要的营养元素之一,氮素对植物的生长发育、产量高低、品质优劣起到了重要的作用.土壤中的氮素主要可分为无机氮和有机氮两大类，其中无机态的氮素含量低，一般只占全氮含量的1%～2%[1]；土壤中有机态氮，特别是容易矿化的有机氮对土壤的供氮能力起到了决定性作用[2].通常将有机态氮分成酸解性氮和非酸性氮，其中酸解性氮包括酸解氨态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮、未知态氮[3].据学者研究，酸解性氮与非酸性氮占全氮的比例差异将会影响土壤有机氮的矿化速率[4].因此，深入研究有机氮组成及转化速度对于探索土壤氮素的有效性，优化生产过程中的施氮量具有重要意义.

茶树是叶用植物，生长发育中需要吸收大量的营养元素[5].因此，在茶叶生产中，氮素投入占茶叶生产成本的很大部分，但其氮素有效利用率低于40%[6].茶树对于氮素的吸收具有明显的季节性，大部分集中于4—11月[7]，有学者关注茶园氮素的季节性变化，并从不同的茶树种类、施肥方式等方面进行研究[8].但茶园一经投采后可以利用数十年，甚至上百年，这就使得茶园土壤氮素及其组分在不同植茶年限土壤中的体现更为突出，而研究植茶年限与茶园土壤有机氮组分关系的文献较少.因此，本文主要研究不同年限茶园土壤有机氮含量的变化，揭示不同种植时间尺度下茶园土壤有机氮变化的规律，从而为茶树种植、施肥管理等方面提供建议.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于金华市汤溪镇境内，区域经纬度大致在 29° N，119° E，海拔约为 80～90 m，地势平坦，坡度在 15°以下.属亚热带季风气候，年均温约为18 ℃，年降水量约为1 500 mm ，季节分明，年温适中，热量丰富，雨量充沛.土壤的主要类型为亚热带红壤和黄壤，自然带主要以亚热带常绿阔叶林为主.自20世纪 80 年代以来，区域确定建立茶叶生产基地，目前已经形成了面积广大、管理良好的现代化生态茶园.在茶园施肥上采用机械化的方式，主要施有机肥，同时也施氮肥、叶面肥等作为补充.基于生态和绿色有机理念，茶园在茶树种植方面多采用有机肥，实现精准施肥，尽量减少人为干预.

1.2 土样采集与分析

2017 年 7 月采集土壤样品，在实地走访的基础上，根据不同植茶年限区域的地理位置、施肥情况、地形植被等多方面考虑，选择植茶年限为10 a，20 a，30 a和40 a的区域进行样点布设，每个区域设置3个采样点，并采集3个荒地土壤作为对照样本.茶园采样点设在树冠边缘的垂直线区域，采集表土后去除植物残枝与杂草，经风干后按要求过筛，用于基本理化性质和有机氮组分测定.土壤pH、全氮、有机质、C/N(ωC/ωN)测试参照土壤农化分析方法[9]，土壤有机氮组分采用 Bremner[10]法.

1.3 数据统计

采用 SPSS 19.0分析土壤全氮和各有机氮组分含量的差异及其与种植年限的关系，用Origin软件进行绘图.

2 分 析

2.1 植茶年限对茶园土壤理化性质的影响

由表1可知，伴随着种植年限的延长，从荒地到10 a，20 a，30 a及40 a茶园的转变，土壤的pH值由4.56下降为3.86，下降的幅度比较明显.土壤C/N的变化指示着土壤有机氮的积累过程及土壤质量的波动.由表1可知，不同植茶年限土壤C/N分别为12.39,12.11,13.24,13.14，茶园土壤C/N平均值(12.72)略高于荒地C/N(12.55)；C/N 随着植茶年限的增加出现先降低后稳定的趋势，具体表现为：荒地开垦后至植茶20 a，土壤的C/N 降低至12.11；植茶30 a，土壤的C/N上升至13.24；植茶40 a，土壤的C/N 则维持在比较稳定的水平.

表1 供试土壤基本理化性质

注:同一列中不同字母代表差异显著(P<0.05).

有机质是土壤肥力的重要物质基础[11]，它对茶叶产量的增加具有显著的影响.荒地有机质含量最低，平均含量为8.57 g·kg-1.不同年限茶园土壤有机质平均含量为19.65，26.25，31.59 g·kg-1及34.15 g·kg-1，且不同年限对土壤有机质含量的影响达到了显著的水平.将荒地开垦为茶园后，土壤有机质增长显著，植茶10 a后，有机质增长了11.08g·kg-1，且有机质随植茶年限的延长而增加，不同年限茶园土壤有机质增长率分别为129.20%，206.30%，268.61%及298.85%.

土壤全氮不仅仅是评价土壤肥力的基本指标[12]，同时也是植物生长必需的潜在供氮能力的科学依据[13].在对荒地、茶园土壤全氮含量进行差异分析后，发现荒地土壤的含氮量仅为0.41 g·kg-1，茶园土壤全氮含量基本为0.75～1.00 g·kg-1，依据土壤养分的分级评价标准，全氮的含量属中等水平.荒地全氮含量最低，其中植茶年限40 a土壤的全氮含量最高，在0.05水平上差异明显.植茶10 a，20 a，30 a和40 a全氮增长率分别为139.02%，212.19%，248.78% 和269.98%，表明茶园的全氮含量变化规律与有机质变化规律相似，且全氮含量增幅随着年限增加而减缓.

2.2 土壤有机氮组分随种植年限的变化规律

从表 2 可看出，茶园土壤有机氮组分含量都获得较大增长.相较于荒地土壤有机氮组分含量，植茶40 a土壤中氨态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮、未知态氮和非酸性氮含量分别增加了0.210,0.250，0.090，0.200 g·kg-1和0.336 g·kg-1，其中非酸性氮含量增加最大，增长率为302.70%.通过图1发现，土壤全氮与氨态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮、未知态氮、非酸性氮存在显著的正相关关系，相关系数分别为0.995，0.967，0.775，0.754，0.908.

表 2 不同植茶年限土壤有机氮组分含量 (g·kg-1 )

注:同一列中不同字母代表差异显著(P<0.05).

土壤氮素始终处于动态变化之中，有机氮各组分之间的耦合关系更能全面阐述土壤氮素的转化变异[14].研究不同植茶年限下茶园全氮的变化量向有机氮各组分的分配比例,有助于了解这一动态过程.由全氮与各有机氮组分回归曲线斜率(见图1)可知，将荒地开垦为茶园并经过40 a种植后，土壤增加的氮素转化分配至有机氮各组分之中，氨基酸态氮和非酸性氮分配比例分别为21.4%和32.0%，表明增加的氮素主要于氨基酸态氮和非酸解性氮中，占全氮增加量的53.4%.

图1 不同植茶年限下全氮与有机氮组分关系

2. 3 不同植茶年限土壤有机氮组分结构变化规律

由于植茶年限的差异，土壤有机氮各组分具有不同的比例分布.如图 2 所示，不同种植年限茶园土壤氨基酸态氮占全氮比例为22.47%～24.61%，氨态氮占全氮的比例为18.31%～20.94%，略低于氨基酸态氮的占比，植茶 10 a 土壤非酸性氮比例最高，且伴随植茶年限的延长，比例不断降低.氨基糖态氮所占全氮比例较低，范围为7.62%～9.17%.茶园土壤未知态氮占全氮比例为18.40%～22.32%，不同种植年限的未知态氮比例都低于非酸性氮，且未知态氮占全氮比例也随着年限的增长而降低.非酸性氮所占比例为27.65%～30.92%,植茶年限越长，非酸性氮占全氮的比例越高.

植茶年限对于土壤有机氮组分结构也产生影响.荒地有机氮组分比例排序为氨基糖态氮<氨态氮<未知态氮<氨基酸态氮<非酸性氮.由于植茶年限的延长及新增的氮素在各组分中的分配比例不同，有机氮各组分比例排序也随之发生变化，氨态氮、非酸性氮占全氮的比重从荒地土壤的18.57%，27.65% 增加到19.11%，30.10%；氨基酸态氮和未知态氮占比则由24.61%，19.98% 降至23.46%，18.48%；植茶40 a 土壤有机氮组分结构排序变化为氨基糖态氮<未知态氮<氨态氮<氨基酸态氮<非酸性氮.土壤有机氮组分中的酸解性氮的变化主要体现在将荒地开垦为茶园的10 a ，并且增长率随着植茶年限的增长而放缓，种植30 a 后土壤的有机氮组分中非酸性氮比例不断扩大，酸解性氮比例不断减小.

图2 不同植茶年限下土壤有机氮组分占全氮比例

3 讨 论

通过实验发现,土壤全氮受到种植年限的影响显著，含量逐年提升，植茶 10 a的土壤全氮的增长率最高.这是由于枯枝落叶是表层土壤有机质供给来源[15]，因10 a的茶树正处于生长期,采摘较少，茶园地被层凋谢物分解的腐殖质进入土壤表层，且茶树根系的分泌物及肥料施用也向表层土壤投入相当数量的有机物质，平均盖度与地上生物量都较大，致使它发生强烈的富集效应，导致有机质在表层积累.表层土壤中80%～97%氮素存在于有机质中[16]，故而土壤全氮含量较多.而植茶 30 a 后全氮含量增速减缓，这是由于此时茶树经过多年培育进入成熟期，逐年加大的采摘量损失了部分的生物量，减少了植被土壤的生物归还量，再加上茶园的地上生物量均较低，氮素被茶树吸收利用，总体上茶园土壤全氮含量较低.

有机氮约占全氮含量的90%以上[17]，因此,土壤中全氮含量的多少基本取决于有机氮的含量.实验发现，有机氮组分含量和全氮含量出现了一致的变化趋势，二者均随着植茶年限的延长而增长，同时还发现不同植茶年限的土壤有机氮组分增长率也存在差异.当荒地开垦为茶园后，肥料的投入使得土壤中的氮素迅速增加.研究表明，新进入的氮素会先转化为氨基酸态氮和未知态氮[18]，致使10 a茶园土壤中氨基酸态氮和未知态氮的含量显著增加，增长率为133.28%和190.17%；植茶30 a时，氨基酸态氮和未知态氮增长率迅速下降，相较于20 a，植茶30 a仅增长了7.96%和1.54%.不同植茶年限的土壤非酸性氮增长率分别为160.80%，234.93%，298.49%和303.63%，相较于植茶20 a，植茶30 a非酸性氮增长率为18.97%，显著高于酸解性氮的增长.表明植茶30 a后，酸解性氮增长减缓，土壤酸解态有机氮库的变化快于非酸解态的有机氮库.

有机氮各组分的含量和存在形态对土壤氮素的有效性有重要影响，各组分的比例变化是氮素累积速率及其被矿化的难易程度共同作用的结果[19].在酸解性氮组分中，从绝对数量来看，氨基酸态氮和氨态氮占据主导地位，且新增氮素也多转化为氨基酸态氮和氨态氮；未知态氮成分稳定，难以被矿化，易于在土壤中积累，因此,酸解性氮含量和占全氮比例都应较高；氨基酸态氮和氨态氮组成多样，成分活跃，易被矿化[20]，致使酸解有机氮库表现为易矿化，大量的酸解性有机氮被矿化以供茶树吸收利用，致使酸解性有机氮累积减少.土壤有机质含量是影响氮素矿化的重要原因[21]，陈玉真等[22]的研究表明，土壤有机质含量越多，越有利于土壤矿化作用.茶树周围分布大量的凋落物，施肥管理以有机肥为主，有机质丰富，并在真菌和细菌群落的参与下，利于矿化作用的发生，导致酸解性氮不断被矿化，占比降低．此外，C/N影响氮素矿化的速率[23]，土壤C/N维持在较低水平，减弱了微生物的分解能力，降低矿化速率．非酸性氮是土壤较为惰性的有机氮组分，其含量不受矿化速率的影响[24]；新增氮素中的32%(见图1)转化为非酸性氮，进一步增加了非酸性氮的含量，扩大了非酸性氮占全氮的比例.这样的多重因素作用造成了土壤有机氮组分比例出现差异.

4 结 论

土壤中氮素含量是积累量与消耗量共同作用的结果.从研究结果可以看出，与对照组土壤相比，茶园土壤基本的理化性质发生了改变，其中有机质、全氮、有机氮各组分的含量随植茶年限的延长而增长.有机氮组分占全氮的比例排序也变化为氨基糖态氮<未知态氮<氨态氮<氨基酸态氮<非酸性氮，土壤中氨态氮和未知态氮占比呈下降趋势,非酸性氮比例呈上升趋势，氨基糖态氮占比则保持稳定，酸解未知态氮、非酸解性氮占比最大，难以矿化的非酸性氮占全氮比例提升，进一步降低了矿化速率，影响了土壤的供氮能力.因此，在进一步加强氮肥管理过程中，探索量化易矿化有机氮组分对于作物的实际效用、提升土壤供氮能力等都具有重要意义.