吴林土, 徐火忠, 李贵松, 唐仕琴, 王勇军
(1.松阳县农业农村局,浙江 松阳 323400; 2.浙江农林大学 生物农药高效制备技术国家地方联合工程实验室,浙江 杭州 311300)
茶叶是我国重要的经济作物之一。据国家统计局数据,2019年我国茶叶产量280万t,居世界首位[1]。随着农业产业结构调整,茶业快速发展,在部分地区已成为当地农业支柱产业。松阳县是浙西南茶叶发展的重点区域,2017年松阳茶园面积0.842万hm2,茶叶产量1.42万t,产值14.1亿元,发展至今已经形成了“40%人口从事茶产业,50%农民收入来源于茶产业,60%农业产值来自茶产业”的格局[2]。随着茶叶种植和产业的不断发展,茶园可持续经营已成为当前面临的重要课题。特别是近年来由于集约化经营、施肥不合理、过重修剪等种植方式,带来了土壤酸化严重、土壤板结和退化、土壤肥力退化等问题,严重制约了茶叶的可持续发展和土壤的健康利用[3]。倪康等[4]系统调查我国茶园土壤施肥现状后发现,我国茶园化肥养分总用量普遍过高,造成茶园土壤酸化和养分淋失加剧,土壤养分供给能力恶化,影响了周边水体环境质量和茶树的正常生长。缪叶旻子等[5]对松阳县10个茶叶主产乡镇的茶园土壤pH和主要养分含量进行了分析,发现松阳茶园土壤酸化情况严重,pH<4.5的土壤占96%以上,土壤速效钾含量不足,其主要原因是化肥施用过量,施肥技术单一。
微生物菌剂是一种由大量有益微生物及其代谢产物组成的新型环保肥料。有益微生物通过定殖于植物根围及土壤、改善土壤理化性质、提高土壤肥力、抑制病原物生长等方面,起到调节作物生长和促进土壤健康等作用[6-7]。微生物菌剂已经在水稻、黄瓜、番茄等作物上表现出改善土壤性状、提高肥力、增强肥料利用率等功效[8-12]。微生物菌剂在茶叶上也有应用,Bai等[13]发现,使用解淀粉芽孢杆菌微生物制剂后,茶叶的百芽重和主要品质指标都有明显提高。吴淑平等[14]试验表明,微生物肥对茶叶具有增产提质的作用。
基于当前松阳茶园土壤健康问题和茶叶生产现状,本研究从2017年起在松阳县茶园进行微生物菌剂的应用试验,跟踪测定了微生物菌剂应用后土壤pH、肥力、重金属含量等指标的变化,以期为微生物菌剂在松阳茶园的应用提供依据。
在松阳县茶叶种植区,分别选择赤寿乡的山地茶园、古市镇的梯田茶园和水田茶园进行试验。试验地土壤均为重度酸化土壤,其基本情况见表1。
表1 供试茶园的基本情况
供试微生物菌剂由中农绿康(北京)生物技术有限公司生产,有效成分为防病促生芽孢杆菌、木霉菌等高效微生物,每克菌剂有效活菌数量高于5亿个。
每个茶园分别设微生物菌剂处理,以不施微生物菌剂为对照。处理区微生物菌剂用量为90 kg·hm-2,于2017—2019年每年3月(其他有机肥、化肥等基肥施用后10 d)采用基施的方式施用。对照区除不用微生物菌剂外,其他施肥、管理措施与处理区相同。
分别于2017、2018和2019年的10月,在每个试验茶园小区进行采样。采用“S”形取样法随机均匀采取10个采样点,采样深度为0~40 cm。将所取土壤混合,经风干、磨碎后备用。pH以及有机质、全氮、有效磷、速效钾含量分别根据土壤检测标准NY/T 1377—2007、NY/T 1121.6—2006、NY/T 53—1987、NY/T 1121.7—2006和NY/T 889—2004进行检测,铅含量按照GB/T 17141—1997进行检测。每个样品测定3次,结果取平均值。
所有数据利用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析,图表制作采用Origin 7.0软件。
微生物菌剂应用后,茶园土壤pH测定结果如图1所示。在山地茶园,处理区土壤pH从2017年的4.21提高到2018年的4.69,差异显著,2019年pH为4.62,与2018年差异不显著。在梯田茶园,处理区土壤pH从2017年的3.58,显著提高到2018年的3.77,2019年pH继续显著提高到3.94。在水田茶园,处理区土壤pH从2017年的3.47,显著提高到2018年的3.75,2019年为3.76,2019年与2018年无显著差异。对照区pH在2017—2019年无显著变化,2019年山地、梯田和水田茶园土壤pH分别为4.23、3.60和3.46。
相同茶园比较,无相同小写字母者表示组间在P<0.05水平差异显著(最小显著差数法),图2~6同。图1 施用微生物菌剂对茶园土壤pH的影响
微生物菌剂应用后,茶园土壤有机质测定结果如图2所示。在山地茶园,处理区土壤有机质从2017年的16.22 g·kg-1显著提高到2018年的21.68 g·kg-1,2019年土壤有机质含量为22.25 g·kg-1,与2018年差异不显著。在梯田茶园,处理区土壤有机质含量从2017年的20.19 g·kg-1,显著提高到2018年的23.12 g·kg-1,2019年土壤有机质含量为22.64 g·kg-1,与2018年无显著差异。在水田茶园,处理区土壤有机质含量从2017年的25.05 g·kg-1,显著提高到2018年的35.22 g·kg-1,2019年为36.08 g·kg-1,与2018年无显著差异。对照区土壤有机质含量在2017—2019年无显著变化,2019年山地、梯田和水田茶园含量分别为16.53、20.34和25.13 g·kg-1。
图2 施用微生物菌剂对茶园土壤有机质含量的影响
微生物菌剂应用后,茶园土壤全氮含量测定结果如图3所示。在山地茶园,处理区2017年土壤全氮含量为77.3 mg·kg-1,2018年为81.0 mg·kg-1,两者无显著差异,但2019年土壤全氮含量显著提高到122.8 mg·kg-1。在梯田茶园,处理区2017年土壤全氮含量为89.6 mg·kg-1,2018年显著提高到109.5 mg·kg-1,2019年再显著提高到143.9 mg·kg-1。在水田茶园,处理区土壤全氮含量2017年为114.1 mg·kg-1,2018年为128.0 mg·kg-1,两者差异显著,2019年显著提高到192.6 mg·kg-1。对照区土壤全氮含量在2017—2019年无显著变化,2019年山地、梯田和水田茶园含量分别为78.3、91.4和118.2 mg·kg-1。
图3 施用微生物菌剂对茶园土壤全氮含量的影响
微生物菌剂应用后,茶园土壤有效磷含量测定结果如图4所示。在山地茶园,处理区2017年土壤有效磷含量为59.6 mg·kg-1,2018年显著提高到84.5 mg·kg-1,2019年再显著提高到117.9 mg·kg-1。在梯田茶园,处理区2017年土壤有效磷为132.5 mg·kg-1,2018年为180.0 mg·kg-1,2019年为265.4 mg·kg-1,均显著提高。在水田茶园,土壤有效磷含量2017年为159.9 mg·kg-1,2018年显著提高到225.8 mg·kg-1,2019年再显著提高到243.3 mg·kg-1。对照区土壤有效磷含量在2017—2019年无显著变化,2019年山地、梯田、水田茶园含量分别为61.3、135.4和164.9 mg·kg-1。
图4 施用微生物菌剂对茶园土壤有效磷含量的影响
微生物菌剂应用后,茶园土壤速效钾含量测定结果如图5所示。在山地茶园,处理区2017年土壤速效钾含量为360.2 mg·kg-1,2018年为457.4 mg·kg-1,2019年为551.6 mg·kg-1,相互间差异显著。在梯田茶园,处理区2017年土壤速效钾为325.7 mg·kg-1,2018年为384.9 mg·kg-1,两者差异显著,2019年再显著提高到427.8 mg·kg-1。在水田茶园,处理区土壤速效钾含量2017年为260.2 mg·kg-1,2018年为266.2 mg·kg-1,两者无显著差异,但2019年显著提高到320.2 mg·kg-1。对照区土壤速效钾含量在2017—2019年无显著变化,2019年山地、梯田和水田茶园含量分别为364.3、325.7和265.1 mg·kg-1。
图5 施用微生物菌剂对茶园土壤速效钾含量的影响
微生物菌剂应用后,茶园土壤铅含量测定结果如图6所示。在山地茶园,处理区2017年土壤铅含量为24.37 μg·kg-1,2018年为24.06 μg·kg-1,二者无显著差异;2019年为22.58 μg·kg-1,与2018年含量无显著差异,但较2017年有显著降低。在梯田茶园,处理区2017年土壤铅含量为44.33 μg·kg-1,2018年为39.83 μg·kg-1,2019年为34.65 μg·kg-1,均呈显著降低趋势。在水田茶园,处理区土壤铅含量2017年为32.68 μg·kg-1,2018年为32.70 μg·kg-1,两年无显著差异,但2019年显著降低为27.18 μg·kg-1。对照区铅含量在2017—2019年无显著变化,2019年山地、梯田和水田茶园含量分别为23.51、43.67和32.45 μg·kg-1。
图6 施用微生物菌剂对茶园土壤铅含量的影响
微生物是土壤养分转化和循环的重要动力,也是调控土壤能量和养分循环的重要因子[15]。农田土壤由于长久单一种植某一种作物,往往会导致土壤微生物种群结构单一、土壤微生物促进养分转化和循环功能减弱等问题。因此,通过添加具有土壤调理功能的微生物菌剂,可改变土壤中营养元素的活性状态,改善土壤营养状况。本研究以防病促生芽孢杆菌、木霉菌等高效微生物为功效成分的微生物菌剂进行试验,结果表明,微生物菌剂连续施用3 a后,松阳龙井茶园土壤pH显著提高,土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾等土壤养分指标均得到显著提高,土壤重金属铅含量显著下降,说明连续施用微生物菌剂对松阳茶园土壤健康具有明显的改善作用。研究结果与肖开兴等[16-17]在四川、福建等茶园试验的结果相似。
茶园土壤酸化一直是茶树种植过程中面临的重要问题。茶树是一种喜酸植物,在酸性土壤中才能良好地生长,一般要求土壤pH为4.0~6.5,以4.5~5.5最适合,土壤pH过低时,茶树生长会受到影响。松阳茶园经过多年的发展,土壤酸化问题也日趋严重,pH<4.0的强酸性土壤占总面积的1.67%,对松阳茶叶发展和土壤健康产生了重要威胁[18]。茶园土壤酸化主要由生理酸性氮肥的大量投入、酸沉降、茶树枝条修剪残落在土壤中带来的有机酸以及茶树自身分泌的酸性物质等因素导致而成[19]。酸化对茶园土壤会产生严重的负面影响,其中包括盐基离子的淋失[20]、土壤重金属离子活化[21]、营养缺失严重[22],以及土壤微生物种群多样性降低[23]等,最终导致茶树生长衰退和土壤健康恶化。微生物菌剂可显著提高土壤的pH,已在大棚连作土壤[24]、红壤旱地[25]、林地[26]等作物栽培土壤中得到了应用。本试验结果与其他研究结果类似,持续3 a施用以芽孢杆菌和木霉菌为主的微生物菌剂后,水田、梯田和山地茶园土壤pH均可得到显著提高,其原因可能与微生物菌剂施用后加快氮素循环、解磷解钾等功能有关[7]。同时发现,微生物菌剂施用后,茶园土壤重金属铅的含量也得到显著降低,可能是土壤酸度得到有效改善的结果[27]。
茶树根围存在大量的固氮和溶磷微生物,这些微生物在茶树根系吸收营养过程中扮演着重要的功能[28]。有益微生物可通过分解土壤中的有机物、固氮作用、解磷解钾、诱导植物抗性、产生植物激素等改良土壤和促进植物生长[28]。周移国等[29]研究发现,在茶园应用微生物菌剂后,土壤中各类微生物迅速生长和繁殖,可通过微生物的分解作用、固氮作用、解磷解钾作用等改善土壤。本研究结果发现,持续施用微生物菌剂后,茶园土壤中的有机质、全氮、有效磷、速效钾等养分指标均得到显著的提升,茶园土壤得到良好的改善。
综上所述,本研究探索了微生物菌剂在松阳茶园的应用效果,经过3 a持续施用并跟踪土壤健康指标,明确了微生物菌剂对茶园土壤的改良效果,为茶园土壤健康和化肥减量增效施用提供了参考。后续将进一步研究有益微生物对茶园土壤改良及茶树生长发育的调控机制。