不同杂草防控模式对茶叶产量品质、土壤肥力及土壤酶活性的影响

刘声传，马林红，贺圣凌，陈智雄，林长松，鄢东海，徐 霖*

（1．贵阳学院生物与环境工程学院，贵州 贵阳 550005；2．贵州省农业科学院茶叶研究所，贵州 贵阳 550006；3．贵州理工学院，贵州 贵阳 550003；4．贵州省农业科学院生物技术研究所，贵州 贵阳 550006）

幼龄茶园、低产衰老改造茶园和未封行成龄茶园，极易滋生种类多、生长快的杂草，与茶树争肥、争水、争光、争空间，是茶树病虫害的过渡寄主，危害茶树生长，降低茶树成活率和茶叶产量品质［1-2］。人工除草费时费力、成本高，锄头等器械易碰伤幼龄茶树主干；化学除草快速高效、低成本，但影响茶叶质量安全，污染环境［3-4］。因此，研究成本低、效果好、无污染的茶园杂草防控技术，对于茶叶绿色高效生产非常重要。

近年来，间套作抑草、覆盖抑草在茶园中得到广泛应用［5］。茶园间作‘白三叶草’［6］、‘紫花苜蓿’［7］、‘圆叶决明’［8］、‘茶肥1号’［9］等豆科绿肥种植，对抑制杂草生长、提高土壤肥力、茶叶品质等具有良好的效果。茶园间作‘鼠茅草’，抑制杂草生长、提高土壤有机质含量和改良土壤理化性质的效果明显，一次播种，多年受益［10］。秸秆、地膜、防草布等覆盖是另一种非化学杂草防控措施，秸秆覆盖成本高，难以大面积推广。地膜、防草布覆盖具有成本低、保湿增温、抑制杂草等优点，已进行大量推广。姚健等［11］研究认为，茶园覆盖地膜可有效保墒、增温、抑草，显著提高茶树成活率。然而，难降解的黑色地膜具有不透气、不透水、易破碎形成残膜等缺陷［12］。防草布具有透水、透气、保温保墒、使用寿命长、易回收等优

点，已广泛应用于农业生产［13-14］。蒋慧光等［15］研究发现茶园覆盖防草布可提高土壤温湿度、促进茶树生长、高效防治杂草。目前，很少有研究茶园间作绿肥、不同覆盖物对土壤酶活性的影响，以及茶园不同杂草防控技术效果和成本的综合比较。为此，本研究在同一茶园，设置清耕、间作‘茶肥1号’、防草布覆盖和黑色地膜覆盖4种处理，探究不同处理对杂草生物量、茶叶产量品质、土壤湿度、土壤pH值、土壤养分和土壤酶活性的影响，结合评估成本，为茶园杂草绿色高效防控提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验在贵州省茶叶研究所贵阳茶树品种区试验地进行，供试材料为无性系茶树品种‘中黄3号’，树龄3年，双行双株种植，大行距150 cm，小行距40 cm，穴距33 cm。茶园管理一致，长势一致。

黑色聚丙烯防草布，厚度0.15 mm，宽度1.2 m；黑色聚乙烯地膜，厚度0.015 mm，宽度1.2 m；‘茶肥1号’为湖南省茶叶研究所选育的一年生亚灌木豆科植物。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试验设4个处理，清耕（CK）、间作‘茶肥1号’（T1）、防草布覆盖（T2）和黑色地膜覆盖（T3）。每个处理重复3次，共12个小区，每个小区面积为15 m2（1.5 m×10 m）。2019年4月16日浅锄茶园杂草。T1小区茶树大行间间作‘茶肥1号’；T2小区茶树大行间铺长10 m、宽1.2 m的防草布，地布钉固定边缘；T3小区茶树大行间铺长10 m、宽1.2 m的黑色地膜，覆土固定边缘。2019年7月23日离地20 cm第1次割青，覆盖在T1小区茶树大行间，测定各处理杂草生物量、鲜叶产量。持续7 d多云转晴后，8月20日测定土壤湿度。9月12日离地30 cm第2次割青、覆盖，测定各处理的杂草生物量、鲜叶产量。制作一芽二叶烘青绿茶生化样。

2019年9月12日，间隔2 m，取每个处理大行中间3个0～20 cm土样混合，一部分低温保存，备土壤酶活性测定；另一部分自然干燥，备土壤理化性质检测。防草布覆盖约18个月后，2020年10月8日，间隔2 m取T2根际（T2R）、防草布边缘（T2WCE）、大行中间（T2MBL）0～20 cm土样，用于测定土壤酶活性。

1.2.2 杂草生物量、新梢产量、品质成分含量、土壤理化性质和土壤酶活性测定

人工浅锄全部杂草称重，测定生物量。按一芽二叶标准采摘新梢，记录产量。采用33.3 cm×33.3 cm的样框在每个小区随机取3个点，计数10 cm叶层范围内萌动芽以上的芽梢数，观测发芽密度。从各处理挑选出标准一芽二叶，测定百芽重，3次重复。

水浸出物、咖啡碱、茶多酚和游离氨基酸含量的测定分别采用GB/T 8305-2013、GB/T 8312-2013、GB/T 8313-2018和GB/T 8314-2013。各处理随机选取6个点，采用土壤湿度计测定大行中间0～20 cm土壤湿度。分别采用LY/T 1237-1999、LY/T 1228-2015、LY/T 1234-2015、LY/T 1232-2015、LY/T 1228-2015、LY/T 1234-2015、LY/T 1232-2015、LY/T 1239-1999测定土壤有机质、全氮、全磷、全钾、水解性氮、有效磷、速效钾含量和pH值。

2019年采用北京索莱宝科技有限公司生产的试剂盒测定4个处理的土壤淀粉酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性。土壤淀粉酶活性以1 g土样24 h催化生成还原糖的mg数 表 示（mg·g-1·24 h-1）；土 壤 酸 性 磷酸酶活性以1 g土壤24 h释放酚的nmol数表示（nmol·g-1·24 h-1）；土壤过氧化氢酶活性以1 g土样24 h催化H2O2降解的mmol数表示（mmol·g-1·24 h-1）。土壤多酚氧化酶活性以1 g土样24 h生成紫色没食子素的mg数表示（mg·g-1·24 h-1）。

2020年采用李振高等［16］的方法测定T2R、T2WCE、T2MBL的土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、脲酶和硝酸还原酶活性，略作修改。土壤过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法，酶活性以1 g土壤24 h内消耗0.1 mol·L-1KMnO4溶液的mmol数表示（mmol·g-1·24 h-1）；土壤多酚氧化酶活性测定采用邻苯三酚比色法，酶活性以1 g土壤24 h生成紫色没食子素的mg数表示（mg·g-1·24 h-1）；土壤脲酶活性测定采用靛酚蓝比色法，酶活性以5 g土壤24 h生成NH3-N的mg数表示（mg·5 g-1·24 h-1）；土壤硝酸还原酶活性测定采用酚二磺酸比色法，酶活性以1 g土壤24 h消耗NH3-N的mg数表示（mg·g-1·24 h-1）［16］。

1.3 统计分析

采用SPSS 26.0对相关试验数据进行单因素方差分析，组间多重比较采用最小显著差异法（LSD）［17］。

2 结果与分析

2.1 对茶园杂草生物量的影响

如表1所示，两次杂草生物量大小均为CK＞T3＞T1＞T2。CK杂草生物量显著高于T1、T2、T3。T2杂草生物量显著小于CK、T3。7月23日T1和T3之间无显著差异，9月12日T3杂草生物量显著大于T1、T2。可见，T2的杂草防治效果最好，其次为T1。

表1 不同处理杂草生物量 （kg·hm-2）

2.2 对茶园茶叶产量的影响

各处里间两次观测的总鲜叶产量（图1A）、平均发芽密度（图1B）和平均一芽二叶百芽重（图1C）无显著差异。CK的总鲜叶产量、发芽密度和一芽二叶百芽重略高于T1、T2、T3，而T1的总鲜叶产量、发芽密度和一芽二叶百芽重略低于其他处理。表明各处理间总鲜叶产量无显著差异，T1产量略低于其他处理。

图1 各处理的总鲜叶产量、平均发芽密度和平均一芽二叶百芽重

2.3 对茶叶主要品质成分的影响

各处理间的水浸出物、咖啡碱、茶多酚和游离氨基酸含量以及酚氨比无显著差异（表2）。T1的咖啡碱和游离氨基酸含量略高于其他3个处理，而酚氨比值最低。T3的酚氨比值略低于T2、CK，T2、CK的酚氨比值相等。初步表明各处理间的品质成分无显著差异，T1略微有利于提高绿茶品质。

表2 不同处理的一芽二叶干茶水浸出物、咖啡碱、茶多酚、游离氨基酸含量和酚氨比

2.4 对茶园土壤湿度、pH值和肥力的影响

如图2A所示，T1、T2、T3的土壤湿度分别为76.5%、78.2%、63.8%，显著高于CK（49.8%）。CK、T3的土壤湿度显著低于T1、T2。相对于清耕，种植绿肥和覆盖都可显著提高土壤湿度，覆盖防草布（T2）效果最好。CK、T1、T2、T3的土壤pH值分别为4.65、4.64、4.31、4.71（图2B），各处理间无显著差异，T2的土壤pH值最低，比CK低7.3%，表明T2可降低土壤pH值。

图2 不同处理的土壤湿度和土壤pH值

由表3可知，各处理间的有机质、全氮含量无显著差异。相较于CK，T1、T2的有机质含量分别增加了7.3%、12.0%，T3降低了1.3%。CK、T2的全磷含量显著高于T1、T3，CK、T3的全钾含量显著高于T1、T2。T1的水解性氮含量显著高于CK，增加了8.2%；T2、T3的水解性氮含量显著低于CK，分别降低了14.5%、18.9%。T2有效磷含量显著低于CK、T1，与T3无显著差异。T2、T3的速效钾含量显著高于CK、T1；T1、T2、T3的速效钾含量分别比CK增加了11.1%、25.0%、35.6%。总体来看，T1可提高土壤肥力，T2、T3可降低土壤水解性氮、有效磷含量。

表3 各处理的茶园土壤肥力

2.5 对茶园土壤酶活性的影响

2.5.1 各处理的土壤酶活性

土壤淀粉酶活性为T3＞T1＞CK＞T2；T3的土壤淀粉酶活性显著高于其他处理，比CK增加了20.8%；T2显著低于其他处理，比CK降低了18.1%；CK和T1之间无显著差异（图3A）。土壤多酚氧化酶活性为T1＞CK＞T2＞T3，各处理间差异显著（图3B）。T1、T2、T3的过氧化氢酶活性分别比CK低3.1%、2.8%、4.9%，且各处理间无显著差异（图3C）。T1的土壤酸性磷酸酶活性显著高于其他处理，T2、T3的土壤酸性磷酸酶活性略低于CK（图3D）。

图3 不同处理的土壤淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性

2.5.2 T2根际、防草布边缘、大行中间土壤酶活性

T2R、T2WCE、T2MBL的土壤多酚氧化酶活性分别为29.28、52.60、17.16 mg·g-1·24 h-1，呈显著差异（图4A）。T2WCE的土壤过氧化氢酶活性 为4.06 mmol·g-1·24 h-1，显 著高 于T2R（3.38mmol·g-1·24 h-1）、T2MBL（3.34 mmol·g-1·24 h-1）（图4B）。T2MBL的 土 壤 脲 酶 活 性 为2.74 mg·5 g-1·24 h-1，显 著 低 于T2R（15.73 mg·5 g-1·24 h-1）、T2WCE（14.25 mg·5 g-1·24 h-1）（图4C）。T2R、T2WCE、T2MBL的硝酸还原酶活性分别为77.83、81.02、167.79 mg·g-1·24 h-1，T2MBL的硝酸还原酶活性显著高于T2R、T2WCE（图4D）。再次说明，防草布覆盖显著降低了土壤多酚氧化酶活性，而对土壤过氧化氢酶活性影响不大。防草布覆盖显著降低了土壤脲酶活性、显著增加了土壤硝酸还原酶活性，结合肥力分析，表明T2可引起氮肥流失、降低氮肥利用率。防草布边缘略微降低土壤脲酶活性、增加硝酸还原酶活性，不利于氮素利用。

图4 T2的根际（T2R）、防草布边缘（T2WCE）和大行中间（T2MBL）的土壤多酚氧化酶、过氧化氢酶、脲酶和硝酸还原酶活性

2.6 不同处理的成本分析

茶树树冠面和未覆盖到的地方，杂草滋生、地膜极易破碎长草，需要进行人工清除。‘茶肥1号’幼苗期需要除草2次。黑色聚丙烯防草布和地布钉使用寿命3年以上，按3年使用期限，原料价格按3年平均计算。黑色聚丙烯防草布和黑色聚乙烯地膜成本每年每公顷分别为3000和1950元，地布钉成本每年每公顷为425元，‘茶肥1号’种子成本每年每公顷为1500元。

T1、T2、T3每年每公顷总成本分别为CK的79.5%、62.6%、58.3%，3种处理均可大幅降低除草成本（表4）。结合杂草生物量防治效果，T2的综合效果最好。

表4 不同处理的每年每公顷总成本 （元·hm-2）

3 讨论

3.1 间作绿肥、覆盖对茶园杂草生物量、茶叶产量品质的影响

茶园间作绿肥、覆盖减少土壤裸露，遮光性强，可有效抑制杂草生长。间作‘黑麦草’对茶园杂草防控效果达80%以上，还可有效控制茶园虫害的发生［18］。蒋慧光等［15］研究发现防草布和黑色地膜对杂草的防治效果分别达到了100%和93.5%。与这些研究结果相似，在本研究中，T1、T2、T3的杂草生物量均显著低于CK，T2的杂草防控效果最好。本研究的T3杂草防治效果不如T1，尤其是9月12日的杂草生物量显著高于T1，其原因可能是难降解的普通黑地膜使用寿命短，受自然风化、机械耕作和踩踏的影响，极易破碎，杂草滋生［19-20］。

本研究各处理间的茶叶产量和主要品质成分无显著差异。T1产量略低于其他处理，但略有利于提高绿茶品质。可能是没有及时刈割‘茶肥1号’，遮光过度，降低了茶树光合能力，引起产量下降。傅海平等［21］研究认为茶园间作‘茶肥1号’需采用适当的比例分批进行刈割，提高茶树净光合速率。适当遮阴有利于茶树氮代谢、抑制碳代谢，而提高绿茶品质［22］。因此，间作有高杆绿肥的茶园特别是幼龄茶园，需合理刈割，促进茶树生长。

3.2 间作绿肥、覆盖对茶园土壤肥力、土壤酶活性的影响

本研究显示T3的保湿能力不如T1、T2，其原因可能是地膜破碎导致土壤水分蒸发散失加剧。T1的保湿能力不如T2，可能是‘茶肥1号’生长需要消耗大量水分。各处理间的pH值无显著差异，T2可能会降低土壤pH值。李发康等［23］研究发现，苹果园覆盖园艺地布可有效提升土壤水分含量、降低土壤pH值。这可能是地布覆盖后提升了土壤含水量，增加了土壤有效铝含量，促进了交换酸的产生，进而降低了土壤pH值。多数研究表明，种植绿肥可提高肥力、改善土壤理化性质［6-9］，本研究种植的‘茶肥1号’也得到了类似效果。

参与有机碳、氮、磷等元素分解相关的土壤淀粉酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶、脲酶、硝酸还原酶、酸性磷酸酶等，能较大程度地反映土壤肥力状况［24］。土壤淀粉酶可以分解土壤中的淀粉，是土壤有机碳循环的重要酶［25］；土壤过氧化物酶可以氧化土壤中的有机质，加速土壤有机物转变为稳定腐殖质［26］；土壤多酚氧化酶是土壤有机质形成的关键酶，是土壤腐殖化的一种媒介，与过氧化物酶具有协同作用［27］。脲酶可将有机氮化物转化为植物可直接吸收利用的无机氮［28］。土壤硝酸还原酶在嫌气厌氧条件下，将硝酸盐（NO3-）转化为亚硝酸盐（NO2-），并最终转化为氮气［24］。土壤酸性磷酸酶促进土壤有机磷的矿化与分解，有助于植物对磷的吸收［29］。本研究显示，种植绿肥、防草布覆盖、地膜覆盖均可略微降低土壤过氧化氢酶活性，防草布覆盖显著降低了脲酶活性。研究其原因可能是覆膜增加了土壤湿度，使微生物和根系呼吸增加，CO2分压增高，降低了土壤氧化还原电位，同时受土壤pH值下降的影响，从而抑制了这两种酶的活性。有研究发现，玉米地［28］、蚕豆地［30］覆膜之后的脲酶、过氧化氢酶活性较不覆盖有所降低，与本研究结果一致。也有研究认为，脲酶、酸性磷酸酶活性来源于蚯蚓、食细菌线虫的排泄物，土壤接种蚯蚓、食细菌线虫均极显著提高了土壤脲酶和酸性磷酸酶活性［31］。本研究的防草布覆盖可能不利于蚯蚓、食细菌线虫生存，而降低了土壤脲酶和酸性磷酸酶活性。种植‘茶肥1号’和地膜破碎，有利于蚯蚓生长，这也可能是T1和T3的酸性磷酸酶活性高于T2的原因。田寿乐等［32］研究发现，黑白地膜覆盖降低了山地板栗园土壤酸性磷酸酶活性，与本研究结果一致，这可能是T2、T3土壤有效磷含量低的原因。有研究认为，砂姜黑土秸秆覆盖量过高不利于增加土壤淀粉酶活性，适度覆盖相对于不覆盖可以显著增加土壤淀粉酶活性［25］。本研究T1和T3的土壤淀粉酶活性均高于CK，而T2的土壤淀粉酶活性低于CK，与上述研究结果一致。随着毛竹林地表稻草覆盖年限的增加，土壤多酚氧化酶活性表现下降的趋势［27］。本研究T2、T3的土壤多酚氧化酶活性低于CK，而T1的土壤多酚氧化酶活性高于CK，可能是土壤通气性较差、pH值降低、缺氧，酶活性受抑制。本研究显示，防草布覆盖的土壤硝酸还原酶活性显著高于未覆盖，可能是覆盖提供了厌氧条件，促进了该酶的活性，引起氮素的损失，这也可能是T2、T3的土壤氮素含量低于CK的原因。4个处理中T2的土壤有机质含量最高，其土壤淀粉酶、过氧化氢酶活性、多酚氧化酶活性均低于CK，这些酶的活性受到了抑制，不利于有机碳转化。

4 小结

本研究表明T1可略微降低茶树新梢酚氨比，改善土壤理化性质、提高土壤肥力，但需合理刈割而促进幼龄茶树生长；T3的成本最低，但是普通黑地膜使用寿命短，后期防控效果差，极易破碎形成残膜，污染环境；T2的综合效果更好，但存在降低有机碳、磷等分解的相关酶活性，促进反硝化作用等问题，因此还需优化完善。