埋藏深度对茶树修剪物腐解特性的影响

于翊鹏　黄兴成　李渝　杨胜玲　张艳　刘彦伶　蒋太明　陈兴良

摘要：【目的】探究埋藏深度對茶树修剪物腐解特性及养分释放的影响，为茶树修剪物还田方式提供科学依据。【方法】设置3个埋藏深度处理，包括表层覆盖（T1）、埋藏10 cm（T2）和埋藏20 cm（T3）。采用尼龙网袋法，在盆钵中进行周年腐解试验，评估不同埋藏深度对茶树修剪物腐解率及养分归还特征的影响。【结果】埋藏20 cm处理下，茎腐解最快，周年腐解率为45.99%;埋藏10 cm处理下，叶和茎叶混合腐解最快，周年腐解率分别为58.79%和51.89%。周年腐解后，茎、叶的养分富集系数差异明显，叶与茎叶混合的养分富集系数则表现出相同的变化规律。表层覆盖处理下，茎中氮和磷的富集系数分别增至1.46和1.36，叶中钾的富集系数降至0.64;埋藏10 cm处理下，茎中钾的富集系数降至0.23，叶中磷的富集系数增至1.41，碳和氮的富集系数下降为0.81和0.80，钾仅为0.22;埋藏20 cm处理下，茎中氮的富集系数增至1.30，钾降至0.27，叶中碳、氮和钾的富集系数分别降为0.77、0.88和0.24。养分释放率方面，埋藏10 cm处理下，碳和氮养分释放较快，叶的碳、氮释放率分别为66.7%和67.1%，显著高于茎的碳、氮释放率（P<0.05，下同）;埋藏20 cm处理下，茎的磷释放率为50.7%，高于叶的磷释放率（48.6%）;钾的养分释放率受还田方式影响较大，叶在埋藏10 cm处理下钾的养分释放率为90.6%，显著高于表层覆盖处理（62.5%）。【结论】深埋会促进茶树修剪物茎叶的腐解，叶的腐解速率更高;深埋可提高修剪物碳氮磷钾养分释放，其中钾元素释放最快，氮和磷较缓慢。在实际生产中可将茶树修剪物茎叶混合后深埋至10～20 cm耕层进行还田，以改良茶园土壤。

关键词： 茶树修剪物;埋藏深度;腐解率;养分释放

中图分类号： S571.1;S141.4                        文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2022）02-0356-08

Effect of burial depth on decomposition characteristics

of sheared tea tree parts

YU Yi-peng HUANG Xing-cheng LI Yu YANG Sheng-ling ZHANG Yan LIU Yan-ling JIANG Tai-ming CHEN Xing-liang

（1College of Agriculture， Guizhou University， Guiyang  550025， China; 2Institute of Soil and Fertilizer， Guizhou Academy of Agriculture Science， Guiyang  550006， China; 3Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation and Agricultural Environment（Guizhou）， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Guiyang  550006， China;  4Guizhou Academy of Agricultural Science， Guiyang  550006， China; 5Agricultural Integrated

Service Center of Xinglong Town， Meitan County， Zunyi， Guizhou  564100，China）

Abstract：【Objective】To explore the effect of burial depth on the decomposition and nutrient release of the sheared tea tree parts，so as to provide scientific basis for turning the sheared tea tree parts tofertilizer. 【Method】Three burial depths were set，including： surface cover（T1），burial 10 cm（T2） and burial 20 cm（T3）. By using nylon mesh bags method in the basin，a decomposing test was conducted to evaluate different buried depth on the decomposing rate of the sheared tea tree parts and nutrient return characteristics annually. 【Result】When buried at 20 cm，stem rot the fastest，and the annual rot rate was 45.99%. When buried at 10 cm，leaf and stem decomposed the fastest，and the annual decomposition rates were 58.79% and 51.89%，respectively. After the annual decomposition，the nutrient enrichment coefficient of stem and leaf was significantly different，and the nutrient enrichment coefficient of leaf mixed with stem and leaf showed the same trend of change. Under surface cover treatment，the enrichment coefficient of nitrogen and phosphorus in stem increased to 1.46 and 1.36，respectively，and the enrichment coefficient of potassium in leaf decreased to 0.64. When buried at 10 cm，the enrichment coefficient of potassiumin stem decreased to 0.23，that of phosphorusin leaf increased to 1.41，that of carbon and nitrogen decreased to 0.81 and 0.80，and that of kalium was only 0.22. When buried at 20 cm burial，the enrichment coefficient of nitrogen in stem increased to 1.30，potassium decreased to 0.27，and the enrichment coefficient of carbon，nitrogen and potassium in leaves decreased to 0.77，0.88 and 0.24，respectively. In terms of nutrient release rates，the carbon and nitrogen release rates of leaves were 66.7% and 67.1%，respectively，significantly higher than those of stems when buried at 10 cm（P<0.05，the same below）. When buried at 20 cm，the phosphorus release rate of stem was 50.7%，which was higher than that of leaf （48.6%）. The nutrient release rate of potassium was greatly affected by the returning method. The potassium release rate of leaves buried 10 cm was 90.6%，which was significantly higher than 62.5% under surface mulching. 【Conclusion】Deep burial can promote the decomposition of prunedstems and leaves of tea tree，and the decomposition rate of leaves is higher. Deeper burial could increase the release of carbon，nitrogen，phosphorus and potassium，among which there lease of potassium was the fastest and the release of nitrogen and phosphorus was slow. In the process of production，prunedstems and leaves of tea tree can be mixed and buried as deep as 10-20 cm for  improving the soil quality of tea garden.

Key words：  the sheared tea tree parts; burial depth; decomposition rate; nutrient release

Foundation items： Science and Technology Support Program of Guizhou Province（QKHZC〔2020〕1Y119，QKHZC〔2019〕2266）;Guizhou Science and Technology Platform and Talent Team Plan（QKHPTRC〔2018〕5604）

0 引言

【研究意义】我国是世界最大的茶叶生产国，据统计，截至2020年，我国茶园面积达316.51万公顷，年产量298.60万t（梁晓，2021）。茶树修剪是茶叶生产中至关重要的环节，修剪能培养幼龄茶树树冠定型、促进侧芽萌发、保证壮龄茶树高产优产以及促进衰老茶树复壮更新，对于茶叶的高产稳产具有重要作用（刘庆，2019）。然而，茶叶修剪会产生大量的茎叶修剪物，如何有效利用其中的养分资源，促进养分循环利用具有重要意义。茶树修剪物无疑成为目前最具潜力、最省工、最节约成本，且来源最方便的茶园有机肥源（郑生宏等，2012）。茶树修剪物作为一种茶叶生产过程中必然产生的副产物，本质上是一种特殊的秸秆。茶树修剪物还田后，其腐解过程将会释放出大量养分，对改善茶园土壤的理化性質有积极正面的影响。但在实际生产中，茶树修剪物腐解时间较长，养分难以及时得到利用，因此，寻找一种缩短茶树修剪物腐解时间的还田方式十分有必要。【前人研究进展】影响秸秆腐解的因子众多，目前的研究表明主要分为3类，包括气候因子、秸秆自身性质和环境生物因子（梁东等，2019）。有学者指出，可通过人工调节3类因子实现秸秆快速腐解，促进秸秆养分归还（马淑敏等，2019）。已有研究表明，人为加快秸秆腐解的主要手段包括添加外源氮素以调节碳氮比，添加外源微生物改变秸秆所处的微生物环境，以及通过改变秸秆还田的耕作措施即对秸秆进行旋耕或深埋等处理（杨丽丽等，2016;郭腾飞，2019）。向秸秆中添加氮素以改变秸秆的碳氮比是通过改变秸秆自身性质以加快秸秆腐解及养分释放速率（曾莉等，2020;郑文魁等，2020;石琳等，2021）。人为添加腐解剂改变环境微生物群落，即改变环境生物因子也可加速秸秆腐解（杨丽丽等，2016;董鹏等，2020;姚云柯等，2020）。在土壤中添加具有降解纤维素功能的真菌可提高茶树修剪物的分解速率，加快茶树修剪物的养分释放（胡雲飞等，2015）。部分学者认为相比添加外源物料，通过改变秸秆还田时的耕作措施，即对秸秆进行深埋或旋耕还田更能促进秸秆腐解及养分释放（贾丙瑞，2019;夏东，2019）。刘单卿等（2018）、王娜等（2020）研究发现，将秸秆翻耕还田较覆盖还田更利于秸秆的组成成分降解和养分释放。蔡丽君等（2019）研究表明，在不同还田方式、不同秸秆长度中，最利于秸秆腐解的是小秸秆深埋。王宇先等（2020）研究表明，在深埋条件下，玉米秸秆腐解速率最快的耕层为10～20 cm。【本研究切入点】目前，对于如何促进大田作物秸秆腐解的研究已有不少，但在经济作物上，尤其是茶树修剪物的腐解研究鲜见相关报道。【拟解决的关键问题】探究埋藏深度对茶树修剪物腐解特性及养分释放的影响，以期解决茶树修剪物腐解较慢，释放养分规律不明的问题，从而为实际生产过程中高效利用茶树修剪物提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试验于2018—2019年在贵州省农业科学院内试验基地进行。试验场地处于黔中黄壤丘陵区，年平均气温15.3 ℃，年降水量1100～1200 mm。土壤类型为黄壤，供试土壤基本性质：pH 5.22、有机质36.8 g/kg、全氮2.75 g/kg、全磷0.89 g/kg、全钾16.4 g/kg、碱解氮236 mg/kg、有效磷37.2 mg/kg、速效钾284 mg/kg。

供试茶树修剪物采自当地茶树，品种为群体种。茎的基本性质：干物质率40.40%、碳46.93%、氮1.756%、磷1.015 g/kg、钾6.644 g/kg、碳氮比26.73;叶的基本性质：干物质率40.55%、碳46.58%、氮3.185%、磷1.591 g/kg、钾13.705 g/kg、碳氮比14.62;茎叶混合的基本性质：干物质率40.50%、碳46.692%、氮2.7277%、磷1.4067 g/kg、钾11.445 g/kg、碳氮比17.12。

1. 2 试验设计

试验设3个处理，分别为表层覆盖（T1）、埋藏10 cm（T2）和埋藏20 cm（T3）。采用尼龙网袋法，尼龙网袋（15 cm×20 cm）孔径为80目，2018年11月快速将采集的新鲜茶树修剪物（含叶和茎，修剪长度15～20 cm）放入尼龙网袋称重，每袋鲜重150 g，用线缝好袋口。采用盆栽试验设计，盆钵为直径25 cm、深度30 cm的底部带孔圆形盆钵，盆钵装土25 cm深，按照处理埋藏茶树修剪物，每处理4次重复。

1. 3 样品采集及各指标测定

培养前同时采集新鲜茶树修剪物带回室内，将150 g茶树修剪物茎和叶分开，称量茎和叶的鲜重，杀青烘干得到茎和叶干重。2019年11月，对已培养1年的茶树修剪物进行取样。将进入网袋的根系和土粒等杂质挑净后取回修剪物网袋，称量鲜重，105 ℃烘干至恒重后称量记录干重。

测定各处理腐解前后修剪物样品的总碳、全氮、全磷和全钾。化学计量及养分富集系数由腐解前后的养分残留率计算获得。各指标测定方法依次为：用重铬酸钾容量法—外加热法测定总碳含量;经浓硫酸—过氧化氢消煮后全自动凯氏定氮仪（FOSS）测定全氮含量;钼锑抗比色法测定全磷含量;火焰光度计法测定全钾含量（鲍士旦，2000）。

1. 4 数据处理

茶树修剪物的腐解率、养分释放率分别根据公式（1）和公式（2）计算（Bardgett，2010）：

腐解率（%）=（M₀-M₁）/M₀×100（1）

养分释放率（%）=（M₀×C₀-M₁×C₁）/（M₀×C₀）×100（2）

养分富集系数=腐解后养分残留量/腐解前养分残留量（3）

式中，M₀为腐解前茎、叶或修剪物的干物质量（g），M₁为腐解后茎、叶或修剪物的干物质量（g），C₀为腐解前茎、叶或修剪物的养分含量，C₁为腐解后茎、叶或修剪物的养分含量。

采用Excel 2016和SPSS 17.0进行数据统计分析和作图。

2 结果与分析

2. 1 埋藏深度对茶树修剪物腐解率的影响

不同埋藏深度对茶树修剪物腐解率的影响特征见图1。茶树修剪物不同部位的腐解率差异明显，在各个处理下均表现为叶片腐解率最高、茎叶混合次之、茎最低的规律。表层覆盖（T1）处理下，叶的腐解率较茎叶混合及茎的腐解率分别提高2.27%和7.10%;埋藏10 cm（T2）处理下，叶的腐解率较茎叶混合及茎的腐解率分别提高6.90%和21.55%;埋藏20 cm（T3）处理下，叶的腐解率较茎叶混合及茎的腐解率分别提高2.08%和6.50%。

埋藏深度对茶树修剪物的腐解率影响较大（图1）。不同埋藏深度下茶树修剪物茎的腐解速率从大到小依次为：埋藏20 cm>埋藏10 cm>表层覆盖。其中埋藏20 cm处理下茶树修剪物茎的周年腐解率为45.99%，分别较埋藏10 cm和表层覆盖处理显著提高8.75%和12.22%（P<0.05，下同）。埋藏10 cm处理下，叶和茎叶混合腐解最快，周年腐解率分别为58.79%和51.89%。埋藏10 cm和埋藏20 cm处理的叶腐解率显著高于表层覆盖处理，分别提高17.92%和11.62%。茶树修剪物茎叶混合的腐解率以表层覆盖处理最低，周年腐解率仅38.60%;埋藏10 cm和埋藏20 cm处理分别较表层覆盖处理显著提高13.29%和11.81%。

2. 2 不同埋藏深度对茶树修剪物不同部位养分化学计量的影响

不同埋藏深度下茶树不同修剪物部位养分释放的化学计量见表1，富集系数见图2。比较同一处理下不同修剪物部位的养分化学计量和养分富集度，发现茎与叶的差异较明显，但叶与莖叶混合表现则相对一致。

表层覆盖处理下，茎的碳和钾化学计量并未发生明显变化，富集系数分别为1.00和0.96，氮和磷的富集系数则分别增加至1.46和1.36。叶与茎叶混合的碳化学计量同样未发生明显变化，富集系数分别为0.95和0.97;叶中氮和磷的化学计量较腐解前有所增加，富集系数分别为1.37和1.67，钾的化学计量相对降低较多，富集系数仅为0.64。茎叶混合的化学计量变化规律与叶相同，腐解后的氮、磷、钾富集系数分别为1.37、1.57和0.69。说明腐解过程中，叶及茎叶混合中的钾消耗较快，碳其次，氮和磷最慢。

埋藏10 cm处理下，茎中碳和磷的化学计量未发生明显变化，富集系数分别为0.96和1.09，氮的富集系数增加至1.29，钾的化学计量则下降较多，富集系数仅为0.23，即钾的释放量加大，消耗较其他元素更快。叶中除磷的化学计量有所增加，富集系数达1.41之外，其余元素的化学计量均有所下降，其中碳和氮的富集系数分别为0.81和0.80，钾的富集系数仅为0.22。茎叶混合的化学计量变化规律与叶相同，周年腐解后磷的富集系数提高至1.25，碳和氮的富集系数分别为0.88和0.89，钾的富集系数最低，仅为0.21。说明埋藏10 cm处理下，腐解周年后叶及茎叶混合中钾释放最快，碳和氮其次，磷释放最慢。

埋藏20 cm处理下，茎中氮的化学计量增加，富集系数达1.30。碳、磷、钾的化学计量则降低，富集系数分别为0.93、0.92和0.27。叶中碳、氮、钾的化学计量有所下降，富集系数分别为0.77、0.88和0.24;磷的化学计量并未发现明显变化，富集系数为1.07。茎叶混合的化学计量变化规律与叶相同，磷未发生明显变化，富集系数为1.02，碳和氮的化学计量略微下降，富集系数分别为0.82和0.97，钾的化学计量明显下降，富集系数仅为0.24。

比较同一部位下，不同处理间的养分化学计量和养分富集系数发现，不同修剪物部位中养分的富集系数均以表层覆盖处理最高。说明表层覆盖处理下，养分消耗较慢，即腐解过程中释放养分的速度最慢。不同养分元素在不同深埋处理下释放速度不尽相同，其中，碳和磷在各修剪物部位中均以深埋20 cm处理下养分释放最快，氮和钾则在深埋10 cm处理下养分释放得更快。

2. 3 不同埋藏深度对茶树修剪物养分释放的影响

不同埋藏深度处理下茶树修剪物养分释放特征见图3。由图可知，埋藏深度会影响茶树修剪物的养分释放速率，叶的碳、氮养分释放率显著高于茎。

深埋对碳释放率有显著影响。茎的碳释放率在埋藏20 cm处理下表现最佳（50.0%），较表层覆盖处理提高15.9%。叶则以埋藏10 cm处理下的表现最佳（66.7%），较表层覆盖处理提高22.8%。茎叶混合在埋藏20 cm和埋藏10 cm处理下的碳释放率分别为59.1%和58.0%，表层覆盖处理的碳释放率则较低，仅为40.8%。

深埋对氮释放率的影响显著。茎整体上比叶及茎叶混合的氮释放率低。表层覆盖处理下茎的氮释放率仅为4.0%，埋藏10 cm和埋藏20 cm处理分别为18.7%和30.0%。叶的氮释放率以埋藏10 cm处理为最高（67.1%），较埋藏20 cm和表层覆盖处理分别提高9.3%和47.6%。茎叶混合的氮释放率同样以埋藏10 cm处理为最佳（57.1%），较埋藏20 cm和表层覆盖处理分别提高5.0%和40.8%。

深埋会加快磷养分释放，但整体相对其他养分元素提升较小，各部位的磷释放率均以埋藏20 cm处理为最佳，埋藏10 cm处理其次，表层覆盖处理效果最差。埋藏20 cm处理下，茎的磷释放率为50.7%，较埋藏10 cm和表层覆盖处理分别提高19.0%和40.5%，叶的磷释放率为48.6%，较埋藏10 cm和表层覆盖处理分别提高5.9%和46.3%，茎叶混合的磷释放率为49.1%，较埋藏10 cm和表层覆盖处理分别提高8.9%和45.0%。

深埋会加快钾养分释放，且各养分元素中，钾的养分释放率最高。各部位的钾释放率均以埋藏10 cm处理为最佳，埋藏20 cm处理其次，表层覆盖处理效果最差。茎在埋藏10 cm处理下钾的养分释放率为85.7%，显著高于表层覆盖处理（36.1%）。叶在埋藏10 cm处理下钾的养分释放率为90.6%，显著高于表层覆盖处理（62.5%）。茎叶混合在埋藏10 cm处理下钾的养分释放率为89.7%，也显著高于表层覆盖处理（57.6%）。各部位在埋藏10 cm和埋藏20 cm处理下的钾释放率差异较小，其中，茎相差0.6%，叶相差2.1%，茎叶混合相差1.8%。

3 讨论

研究表明对秸秆腐解造成影响的因素有气候因子、秸秆自身性质和环境生物因子3类（梁东等，2019）。许多学者对这3类因素对秸秆腐解贡献的大小存在争议（王雅婷和卢剑波，2017;杜忠，2018;裴蓓和高国荣，2018;韩中海等，2020）。在本研究中，茶树修剪物的不同部位会造成秸秆自身性质的差异，即茶树修剪茎、叶养分储量不同;埋藏深度即是对环境气候因子的控制;环境生物因子在人工不施加额外干预下，视作条件一致。

本研究结果显示，深埋10和20 cm处理相较表层覆盖处理均能加速茶树修剪物的腐解，与许多学者在其他作物上开展加快秸秆腐解的研究结果（刘单卿等，2018;曲晓晶等，2020）相似。深埋秸秆会加快秸秆腐解速率的原因有许多，有研究表明，深埋秸秆会改良土壤质地、提高土壤持水性、增加土壤保水保肥能力、促进土壤微生物群落演变（朱留刚等，2017;张玥等，2018;张奇等，2020）。在本研究中，对于深埋使得秸秆腐解加速的机理尚未能给出合理解释，但部分学者在此领域已开展了相关研究，认为土壤持水提高是加快秸秆腐解的重要因素（黄乙琼等，2020）。除了土壤含水量的提高外，土壤的通气性也会对茶树修剪物的腐解有所影响，即秸秆腐解速率受到土壤水分与土壤通气度的共同影响（Malhi et al.，2011;Yu et al.，2016）。

本研究结果还表明，叶的腐解速率较茎更快，茎叶混合后的腐解速率也较茎的腐解速率有明显提升，推测其原因在于：腐解前茎、叶以及茎叶混合的碳含量均比较接近，均为46.00%左右，但氮含量以叶最高，茎叶混合次之，茎最低，因此三者碳氮比的大小为茎最高，茎叶混合次之，叶最低，茶树修剪物的碳氮比会影响其腐解速率。这一研究结果与郭腾飞（2019）、田奥等（2020）的结论一致，即在秸秆量恒定时，秸秆腐解率会随着氮含量增大而增快。

综上所述，深埋茶树修剪物会加快茶树修剪物的腐解速率是土壤含水量提高、土壤通气度改变以及土壤微生物群落改变等多种因素的综合影响。除此之外，茶树修剪物本身碳氮比的改变也会起到重要的加速作用。

本研究还发现，深埋会显著提升茶树修剪物分解过程中碳、氮、磷、钾的养分释放，不管是深埋10 cm还是深埋20 cm养分释放率均较表层覆盖处理明显提高;但不同养分元素达到最快释放速度的埋藏深度有所不同，碳和氮在埋藏10 cm处理下释放速度达最大，磷和钾则在埋藏20 cm处理下释放速度达最大。该研究结果与王宇先等（2020）研究发现玉米秸秆在10～20 cm耕层处养分释放最快的结果类似。整体来说，钾释放最快，周年后残留率低于20%，其余元素的释放率接近，碳略快，氮和磷较慢且接近。这一研究成果与其他研究者在大田作物方面开展的研究结果（何川等，2020）一致。这主要是由于碳、氮、磷在茶树修剪物中主要以有机形式存在，腐解过程较复杂，所需时间也较长。钾元素则以离子态形式存在，易于流出，故而其释放最快，残留最低。

4 结论

深埋會加速茶树修剪物的腐解和养分释放，不同部位茶树修剪物的腐解速率和养分释放率有所不同，叶片较茎干的腐解及养分释放更快。各营养元素中，钾元素释放最快，碳其次，氮和磷释放则较缓慢。在实际生产中，将茶树修剪物深埋还田对于提高茶园土壤的保水保肥能力，提升土壤肥力和改良茶园土壤可提供正向的帮助。建议将茶树修剪物茎叶混合后深埋至10～20 cm耕层进行还田。

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（責任编辑 罗 丽）