川西低山丘陵区不同品种植茶土壤团聚体有机碳及养分特征

摘要：为探究不同品种植茶土壤团聚体组成及其有机碳和养分分布特征，以川西低山丘陵区福鼎大白、川茶3号、川沐217和川农黄芽早4个典型品种植茶土壤为研究对象，采集0～20 cm土层原状土，通过湿筛法将土样分为≥5、2～lt;5、1～lt;2、0.5～lt;1、0.25～lt;0.5mm和lt;0.25 mm粒径团聚体，对土壤团聚体组成及其有机碳和养分分布特征进行研究。结果表明：不同品种植茶土壤均以≥5 mm粒径团聚体为主，2～lt;5 mm粒径次之，0.5～lt;1 mm粒径最少，平均占比分别为33.07%、14.99%和10.63%。除lt;0.25 mm粒径团聚体外，土壤团聚体有机碳和全氮含量随粒径的减小而降低，≥5 mm粒径团聚体占比分别为18.36%～21.84％和17.90%～18.85%。碱解氮含量随着粒径的减小先增加后降低，有效磷含量随粒径的减小逐渐增加，而全磷、全钾和速效钾则在各粒径团聚体中分布均匀。不同品种植茶土壤≥5 mm粒径团聚体的有机碳和各养分储量最高，占比分别为30.51%～46.52%和25.59%～41.96%。在不同品种植茶土壤中，除速效钾外，种植福鼎大白土壤各粒径团聚体平均质量直径（MWD）、有机碳、全氮和碱解氮含量较高，而川茶3号土壤MWD、有机碳、全量养分和碱解氮均相对较低，福鼎大白土壤的团聚体结构更稳定。种植福鼎大白土壤≥5 mm粒径团聚体有机碳、全量养分、有效磷、碱解氮储量均较高，川茶3号最低，而川农黄芽早和川茶3号lt;0.25 mm粒径团聚体有机碳和各养分储量均相对较高。研究表明，长期种植不同品种茶树后，福鼎大白土壤团聚体稳定性强、有机碳含量较高，有利于养分储存，而川茶3号土壤团聚体稳定性、氮磷钾等养分储存能力都较弱，选择福鼎大白等适宜的茶树品种进行替换种植能有效提升土壤肥力。

关键词：茶树；水稳性团聚体；粒径；稳定性；全量养分；速效养分

中图分类号：S571.1；S153.6 文献标志码：A 文章编号：2095-6819（2025）01-0130-09 doi： 10.13254/j.jare.2023.0605

茶树（Camellia sinensis L.）是我国重要的经济作物之一，2022年全国茶园面积达333.03万hm2 [1]。四川作为产茶大省，茶树栽培历史悠久，但低产低效茶园超过7万hm2，此类茶园茶树品种更新滞后，严重影响了茶叶质量和土壤肥力[2]。土壤肥力与土壤有机碳和养分含量密切相关，土壤团聚体是土壤有机碳和养分的载体，也是构成土壤结构最基本的物质基础[3]。因此，研究土壤团聚体有机碳及养分的分布特征，对改善茶园土壤结构状况、提高土壤肥力具有重要的意义。土壤中90% 的有机碳保存在团聚体内，土壤有机碳作为团聚体形成的胶结物质，对于稳定土壤结构有着重要作用[4]。团聚体作为土壤结构的基本单元，粒径的数量和分布决定其稳定性，团聚体稳定性常被作为评价土壤质量的指标之一，与土壤有机碳和养分含量紧密相关[5]。不同粒径团聚体对有机碳和养分的储存及转化能力不同。有研究表明，大团聚体中有机碳氮含量较高[6]，而微团聚体对总磷的固持能力相对更强[7]，种植不同品种作物后，各粒径团聚体对有机碳和养分的固持能力有所不同[8]，因此，从团聚体角度分析土壤有机碳和养分分布特征对调控和提升土壤肥力水平具有重要意义。雅安市名山区万亩生态茶园地处四川盆地西南边缘，水热资源丰富，植茶历史悠久。截至2020年底，名山区茶园面积2.35万hm2，发展综合实力在全国264个茶叶主产县（区）中位居第四[9]。为适应生产所需，茶树品种不断更替，形成品种多样化的茶园，为探究种植不同品种茶树后土壤生态效益差异，前期选取了种植面积较广的国家级优良品种和省级优良品种开展土壤质量相关研究，结果表明同一土壤类型下不同品种植茶土壤肥力状况存在差异[10]，但其差异原因仍有待进一步探究。因此，本研究以四种植茶土壤为研究对象，从土壤团聚体层面出发，分析种植不同品种茶树后土壤有机碳与养分分布特征，揭示土壤团聚体有机碳与养分对不同品种茶树的响应，以期为研究区茶园土壤可持续利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于四川省雅安市名山区中峰万亩生态茶园（103°11′42″～103°12′02″E，30°12′04″～30°12′43″ N）。该区域属亚热带季风气候区，年均气温15.4 ℃，最高气温35.2 ℃，全年无霜期294 d，年均降水量约1 500 mm，相对湿度82%，适宜茶树生长[11]。地貌以丘陵台地为主，土壤类型为第四纪老冲积物发育而成的黄壤。本研究在品种比较试验小区内进行，选择种植川茶3号（CC3）、川沐217（CM217）、川农黄芽早（CN）、福鼎大白（FD）4个品种的土壤为研究对象。其中FD 为国家级优良品种，CN、CC3 和CM217均是省级优良品种，茶树特征如表1所示。研究小区在种植这四个品种茶树前为培育茶苗的苗圃，四个品种茶树于2005年种植，种植密度为8×104株·hm-2，其中大小行距分别为1.50 m和0.30 m，小区布设如图1所示。试验小区总面积0.06 hm2，每个品种28～35 m2为一个小区，每个茶树品种设置5个重复。试验小区中四个品种茶树管理措施一致，于每年11 月施茶树专用有机肥作为基肥，施用量为15 t·hm-2，于每年4—6月追施复合肥，施用量为600～750 kg·hm-2。施肥方式均为沟施，沿茶树树冠边缘垂直开沟深施，茶树专用有机肥施用时沟深20 cm，复合肥施用时沟深15 cm，施肥后及时回填覆盖。此外，四个品种茶树均在每年春季（4月）或秋季（10月）进行枝叶修剪，修剪后的枝叶直接遗留于原地。

1.2 样品采集与处理

于2021 年4 月中旬茶树修剪后，在种植CC3、CM217、CN、FD 的小区内进行修剪物和土壤样品采集。修剪物样品采集：在土壤表面用固定框（0.5 m×0.5 m）圈定范围收集修剪物，每个小区内按梅花取样法收集5点并混合作为一次重复，每个品种设置5个重复，共收集20个修剪物样品；土壤样品采集：在每个小区内采用梅花取样法采集5个点土样（0～20 cm）并混合作为一次重复，每个品种设置5个重复，共计20个混合土样，具体采样位置设置在窄行两颗茶树之间。土样尽量避免挤压，以保持原状土壤结构，带回实验室进行预处理；采集到的20个混合修剪物样品记录鲜质量，杀青烘干后记录干质量并测定其初始化学组成。采集的20个混合土壤样品分为两部分：一部分土壤样品沿自然结构轻轻掰开，过10 mm筛除去动植物残体和小石块等，然后置于室温风干用于团聚体分级；另一部分同样于室温下风干、磨细、过筛后用于土壤基本理化性质测定。土壤及修剪物基本理化性质见表2和表3。

1.3 测定项目及方法

水稳性团聚体采用湿筛法[12]筛取。将风干的250 g土壤样品置于团聚体分析仪顶端的筛子（孔径为5 mm）中，然后从顶端往下依次叠加孔径为2、1、0.5 mm和0.25 mm的筛子。随后，将样品置于装有蒸馏水的桶中，高度调至最低并浸没在水中浸泡15 min后，以每秒1次的速率（振幅为4 cm）在水中持续振荡15 min。留在筛子上的组分分别转移至烧杯中，沉淀、40 ℃烘干后分别获得≥5、2～lt;5、1～lt;2、0.5～lt;1、0.25～lt;0.5 mm粒径团聚体，剩余在桶中的悬浊液转移至塑料桶中，经沉淀、40 ℃烘干得到lt;0.25 mm粒径团聚体。

测定方法：土壤有机碳采用重铬酸钾外加热法；全氮（TN）采用凯氏定氮法；碱解氮（AN）采用碱解扩散法；全磷（TP）采用NaOH熔融-钼锑抗比色法；有效磷（AP）采用NH4F-HCL 法；全钾（TK）采用NaOH 熔融-火焰光度法；速效钾（AK）采用NH4OAC浸提-火焰光度法。修剪物的C 含量采用K2Cr2O7容量法-外加热法；N、P含量经由H2SO4-H2O2消煮后，分别采用靛酚蓝比色法和钼锑抗比色法[13]；木质素和纤维素含量分别采用重铬酸钾-硫酸亚铁铵滴定法、蒽酮-糠醛类化合物比色法[14]。

1.4 数据处理与统计分析

团聚体的平均质量直径（MWD）和有机碳储量（OCS）计算公式如下[15]：

采用Excel 2021和Origin 2021进行图表制作，SPSS22.0进行统计分析，LSD法进行多重比较（Plt;0.05）。

2 结果与分析

2.1 团聚体分布及稳定性

由表4可知，不同品种植茶土壤团聚体占比随粒径的减小呈先降低后增加的变化趋势，以≥5 mm粒径团聚体为主，且显著（Plt;0.05）高于其他粒径，平均占比为33.07%；2～lt;5 mm粒径团聚体占比次之，0.5～lt;1mm 粒径团聚体占比最少，平均占比分别为14.99%、10.63%。≥5 mm粒径团聚体占比表现为FDgt;CM217gt;CNgt;CC3，而lt;0.25 mm粒径团聚体则表现为CNgt;CC3gt;CM217≈FD。土壤团聚体MWD 是反映团聚体稳定性的常用指标，其值越大团聚体稳定性越强，由图2可知，种植FD土壤团聚体稳定性最强，CC3最弱。

2.2 团聚体有机碳和养分分布特征

2.2.1 团聚体有机碳和全量养分的分布特征

由表5可知，除lt;0.25 mm粒径团聚体外，不同品种植茶土壤团聚体有机碳和全氮含量均随着粒径的减小而降低，以≥5 mm粒径团聚体为主，占比分别为18.36%～21.84％、17.90%～18.85％；而全磷和全钾含量在不同粒径团聚体中分布较为均匀。CC3土壤≥5 mm和lt;0.25 mm粒径团聚体有机碳含量均显著（Plt;0.05）低于FD，并且各粒径团聚体全氮和全磷含量显著（Plt;0.05）低于FD和CN。种植FD土壤各粒径团聚体有机碳、全氮含量较高；CN各粒径团聚体全磷含量最高，而CC3各粒径团聚体碳、氮、磷含量均相对最低。

2.2.2 团聚体速效养分分布特征

由表6 可知，不同品种植茶土壤碱解氮含量随着粒径的减小呈现出先增加后降低的趋势，其中0.5～lt;1 mm和0.25～lt;0.5 mm粒径团聚体占比较高，且两者间差异不显著（Pgt;0.05），占比分别为17.07％～19.18％和18.45％～19.75％。除种植FD 土壤≥5 mm粒径团聚体外，有效磷含量随团聚体粒径的减小逐渐增加，lt;0.25 mm 粒径团聚体占比较高。速效钾含量则在不同粒径团聚体中分布较为均匀。在不同品种植茶土壤中，种植FD土壤各粒径团聚体碱解氮含量较高并显著（Plt;0.05）高于CC3；种植CC3土壤各粒径团聚体有效磷含量相对较高，且显著（Plt;0.05）高于CM217和CN。

2.3 团聚体有机碳和养分储量

由图3可知，不同品种植茶土壤团聚体有机碳和各养分储量随着团聚体粒径的减小总体呈现先减少后增加的趋势，其中≥5 mm粒径团聚体的有机碳和各养分储量占比最高，占比分别为30.51％～46.52％和25.59％～41.96％。种植FD土壤≥5 mm粒径团聚体有机碳及养分储量较高，除钾素外均显著（Plt;0.05）高于其余三个品种，分别是CC3、CM217、CN的1.34～2.48、0.93～1.50、1.03～1.60 倍。种植CN 和CC3 土壤lt;0.25mm粒径团聚体有机碳和各养分储量相对较高，并且CN 土壤有机碳和各养分储量显著（Plt;0.05）高于CM217。除速效钾外，种植FD土壤有机碳和各养分总储量较高，而CC3土壤除有效磷外，有机碳和其余养分总储量均较低。

3 讨论

3.1 不同品种植茶土壤团聚体分布及稳定性

研究表明，gt;0.25 mm 粒径水稳性团聚体是结构性最好的团聚体，其数量越多，土壤的抗蚀能力越强[5]，gt;2 mm 粒级团聚体对改善土壤结构、固持土壤养分也起着关键作用[16]。本研究中不同品种植茶土壤gt;0.25 mm 粒径水稳性团聚体达75.81%～84.67%，gt;2 mm 粒径含量介于43.77%～54.77%，这与朱仁欢等[17]的研究相似，这源于研究区当地茶农长期施用有机肥，且有修剪枝叶还田的习惯[10]，植被覆盖的增加和有机肥等的输入对大团聚体的形成都有积极的影响[17]。但不同品种茶树土壤团聚体分布存在差异，FD土壤gt;0.25 mm粒径团聚体占比最高，且MWD 显著高于CC3土壤，使其土壤团聚体稳定性最好。土壤有机碳含量与团聚体结构和稳定性密切相关，土壤有机碳可以增强团聚体的胶结作用，将土壤颗粒团聚在一起形成大粒径团聚体[4]，种植FD土壤各粒径团聚体有机碳含量均较高。土壤团聚体中有机碳主要来源于动植物残体[18]，在不同品种茶树中FD修剪物质量更大（表3），修剪物质量影响土壤中大分子有机物的含量[19]；并且FD修剪物分解速率也更快[20]，进而可促进土壤活性有机碳的积累[19]，从而增加了各粒径团聚体有机碳含量，增强了FD土壤团聚体的稳定性。

3.2 不同品种植茶土壤团聚体有机碳和养分含量

研究发现不同粒径团聚体对土壤有机碳和养分的固持能力具有差异[8]，本研究中不同品种植茶土壤全氮含量均随粒径的减小而降低，因为土壤全氮和有机碳具有协同性[21]，大粒径团聚体对全氮有较好的固持能力，可以形成物理保护并减少矿化[22]。土壤碱解氮和有效磷含量则在较小粒径团聚体中含量较高，小粒径团聚体比表面积较大，同时黏粒矿物和铁铝氧化物较多，对碱解氮和有效磷的吸附作用较强，导致在小粒径团聚体积累[23]。但土壤各粒径团聚体全磷、全钾和速效钾含量的分布较为均匀，这可能是由于自然土壤中钾、磷的含量主要决定于母质的矿物组成、风化及成土条件等因素[24]，而本研究区不同品种植茶土壤类型均为第四纪老冲积物发育而成的黄壤，各粒径团聚体矿物组成基本一致，矿物中钾、磷含量是土壤钾素、磷素的主要贮源[25-26]，而天然土壤中有机质和氮素主要来源于植被[24]，因此土壤磷、钾在团聚体的分布差异性低于有机碳和全氮，受粒径的影响较小。

不同品种植茶土壤会通过不同茶树修剪物的种类和质量等，影响土壤有机碳及养分含量和组成[27]。本研究中FD土壤大粒径团聚体有机碳、全氮、全磷和碱解氮含量显著大于CC3，一方面FD归还土壤修剪物的初始木质素含量低于CC3（表3），木质素是叶片中难分解的主要成分，初始木质素含量越多修剪物分解速率越慢[28]；另一方面FD修剪物质量更大，可以在微生物的作用下向土壤归还更多的养分[29]，因此FD相对于CC3修剪物分解速率更快且质量更大，提高了养分循环和利用率[20]。但FD各粒径团聚体速效钾含量却相对较低，这可能与植物本身的生态习性有关，不同茶树品种对土壤速效钾的吸收和利用有所差异[30]，FD 对土壤钾素需求量更大。此外，除有效磷外，CC3 各粒径团聚体有机碳及养分含量均相对较低，这可能是由于CC3土壤本身团聚体稳定性较差，不利于土壤养分的积累。

3.3 不同品种植茶土壤团聚体有机碳和养分储量

土壤团聚体养分储量与各粒径团聚体分布及不同粒径团聚体的养分含量高度相关[30]，本研究中，不同品种植茶土壤团聚体有机碳以及各养分储量主要来源于≥5 mm 粒径团聚体，0.25～lt;2 mm 粒径团聚体有机碳和养分储量较低。虽然FD土壤≥5 mm粒径团聚体钾素含量相对较低，但FD土壤≥5 mm粒径团聚体在全土中占比较大，因此FD土壤大粒径团聚体全钾和速效钾储量较高，这说明该粒径团聚体占比对土壤有机碳及养分储量的贡献率较高。FD土壤大粒径团聚体的有机碳储量也较高。一方面土壤碳储量与碳输入量密切相关[31]，FD土壤修剪物的质量相比CC3更大，修剪物输入有利于土壤碳回归量增加，导致有机碳储量增多[32]；另一方面种植FD的土壤团聚体中固定了更多的惰性有机碳，难以被微生物降解，从而提高FD土壤有机碳储量[33]。而与FD土壤相反，种植CC3的土壤大团聚体有机碳库中固存的活性有机碳转化为稳定有机碳的量相对较少，活性有机碳在大团聚体中大量固存导致其有机碳稳定性相对较弱[32]，因此有机碳储量较低。FD和CC3土壤团聚体有机碳和养分储量均是随着团聚体粒径的减小呈现先减少后增加的趋势，但除速效钾外，种植FD土壤有机碳和各养分总储量均较高，这可能是FD由于稳定的土壤结构提高了土壤动物和微生物的活跃性[29]，从而更有利于养分的固持，因此，种植FD增加了土壤有机碳及养分的储量。

4 结论

（1）不同品种植茶土壤团聚体均以≥5 mm粒径团聚体为主，占比为26.69%～38.45%，种植福鼎大白土壤各粒径团聚体有机碳含量和平均质量直径最高，川茶3号土壤各粒径团聚体有机碳和平均质量直径较低。该研究区植茶土壤以大粒级团聚体为主，且种植福鼎大白土壤团聚体稳定性最好。

（2）不同品种植茶土壤团聚体有机碳和养分储量随着团聚体粒径的减小总体上呈先减少后增加的趋势。川茶3号土壤氮磷钾等养分储存能力较弱；除速效钾外，种植福鼎大白有利于土壤有机碳及养分的吸附和固持。

（3）选择福鼎大白等适宜的茶树品种进行替换种植能有效提升川西低山丘陵区土壤肥力。

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