林地改造茶园对土壤养分动态变化的影响

褚旭东，朱 培，刘 政，张 华，孔力方，冯 怡，王 进

(1.浙江省长兴县林业局，浙江 长兴 313100；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023)

1 引言

土壤是茶树种植的基础[1]，土壤质量影响到茶树产量，茶叶品质，其中有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等土壤养分更是土壤肥力的重要组成指标，反映茶园土壤肥力水平，对茶园的长久经营非常重要[2]。近年来有学者陆续对茶园的土壤氮磷流失、土壤养分动态变化、土壤养分特征、土壤肥力质量现状、林地改为茶园后对土壤净硝化速率及N2O排放规律等开展了相关研究[3～6]。巩龙达等研究指出重建茶园初期土壤泥沙、颗粒态氮磷流失较大；经过多年种植后茶园的水土流失明显减少[3]。陈国奖研究提出要推进生态茶园建设、增施有机肥料、重视茶园绿肥套作、实施科学平衡施肥、深耕改土培肥、调控土壤酸碱平衡[4]。柳书俊等研究发现pH值与有机质、全氮、有效磷之间呈极显著(P<0.01)负相关关系，与碱解氮呈显著(P<0.05)负相关[5]。崔静雅等研究发现林地改为茶园后，随着植茶年限的增加和氮肥的施用，pH值降低抑制了净硝化速率，进而降低N2O排放[6]。

浙江省长兴县是中国历史名茶之乡，其中和平镇以白茶(Camelliasinensis.‘Baiye1’)面积超3000 hm2的规模被业界誉为中国白茶第一镇。茶产业已成为长兴县特色优势农业的支柱产业，对促进农业结构调整、增加农民收入和实践乡村振兴战略具有重要作用。随着长兴县茶园种植面积的不断扩大，茶园经营过程中的合理施肥问题以及茶园土壤养分流失造成的污染问题亟需关注。经检索发现现有文献中对长兴县茶园研究的资料较少，对茶园与对照林地对比研究土壤肥力全年的养分动态变化规律很有必要。笔者在长兴县和平镇、夹浦镇、泗安镇选择了3个代表性林地改造茶园和对照林地为研究对象，于2018年5月到2019年4月这12个月内，在每月初采集土壤样品并对土壤养分进行了测试，分析了土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾的含量分布特征及动态变化规律。研究结果揭示了茶园土壤养分动态变化规律，同时分析了土壤养分元素流失的原因并提出对策，为控制茶园周边水体污染提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 采样区概况

长兴县隶属于浙江省湖州市，地处浙江省北部，辖4个街道、9个镇、2个乡，地理位置北纬30°43′～ 31°11′，东经119°33′～ 120°06′。长兴县属亚热带海洋性季风气候，总特征是：光照充足、气候温和、降水充沛、四季分明、雨热同季、温光协调。长兴县土壤分为4个土类，为红壤土、水稻土、潮土、岩性土。

本研究在长兴县北部、南部、西部选择了3个林地改造茶园，并在茶园周边选择对照林地，采样位置见图1。夹浦镇地处长兴北部，选择的茶园原为阔叶林，后经改造为茶园，周边对照林地为竹林-阔叶林，茶园地表水流入周边河道。和平镇地处长兴南部，选择的茶园原为针-阔混交林，后经改造为茶园，茶园地表水流入三八水库，对照林地为竹林-阔叶林。泗安镇地处长兴西部，选择的茶园为原针-阔混交林改造而成，周边对照林地为针-阔混交林，茶园地表水流入周边溪流。为了比较茶园经营活动对土壤养分的影响，所选择的茶园及其对照林地位置接近，海拔高度、土壤类型、坡度、坡向等立地条件一致，气候环境接近。

图1 采样点分布

2.2 土壤采集

2018年5月至2019年4月期间，每隔一个月赴样点采集0～20 cm范围(本文统一称表层土)、20～40 cm范围(本文统一称深层土)土壤样品，在同一地块内分别对两个深度样品采用对角线五点取样法混合，用四分法保留混合土样1 kg左右，取回经自然风干后拣出有机残体和其它杂质，研碎，过筛，装入土样袋中保存，待测。

2.3 分析测定

pH值测定方法根据林业行业标准《LY/T 1239-1999 森林土壤 pH 值的测定》[7]，采用pH计水浸提电位测定法。土壤有机质含量测定依据林业行业标准《LY/T 1237-1999 森林土壤有机质的测定及碳氮比的计算》[8]。土壤铵态氮的测定方法依据林业行业标准《LY/T 1231～1999 森林土壤铵态氮的测定》[9]。土壤有效磷的测定方法依据林业行业标准《LY/T 1233～1999 森林土壤有效磷的测定》[10]。土壤速效钾的测定方法依据林业行业标准《LY/T 1236～1999 森林土壤速效钾的测定》[11]。运用SPSS统计分析软件，进行方差分析。

3 结果与分析

3.1 长兴县林地改造茶园及对照林地土壤养分的总体情况

取全年12次测定的平均值代表全年整体的养分状况，对长兴县3个林地改造茶园和3个对照林地土壤按表层土(0～20 cm)、深层土(20～40 cm)的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、pH值等指标进行了检测，具体情况见表1和表2。

表1 长兴县林地改造茶园土壤养分含量

表2 长兴县对照林地土壤养分含量

笔者实地采样调查发现长兴县3个林地改造茶园土壤为壤土、沙壤土，土质呈现疏松状态，由表1茶园表层土和深层土的pH值可知，表层土pH值较深层土低，土壤呈现酸化现象。

此外，表层土(0～20 cm)有机质含量变化为24.11～42.25 g/kg，平均为30.19 g/kg，有机质变异程度较大，但含量总体处于较高水平，高于NY/T 853-2004中规定的Ⅰ级土壤肥力标准值[12]；土壤碱解氮含量变化为173.15～256.73 mg/kg，平均值为211.67 mg/kg，明显高于NY/T 853-2004中规定的Ⅰ级土壤肥力标准值，可满足氮素的供应，变异系数为0.20；土壤速效磷含量变化为9.96～21.68 mg/kg，平均值为17.73 mg/kg，高于NY/T 853-2004中规定的Ⅰ级土壤肥力标准值，变异系数为0.38；土壤速效钾含量分布在69.08～118.74 mg/kg之间，属于NY/T 853-2004中规定的Ⅱ级和Ⅲ级土壤肥力，变异系数为0.26。

长兴县3个林地改造茶园深层土(20～40 cm)有机质含量变化为13.62～18.92 g/kg，平均为16.20 g/kg，属于NY/T 853-2004中规定的Ⅰ级土壤肥力，有机质变异系数0.16；土壤碱解氮含量变化为119.36～155.11 mg/kg，平均值为138.22 mg/kg，属于NY/T 853-2004中规定的Ⅰ级土壤肥力，变异系数为0.13；土壤速效磷含量变化为4.05～12.71 mg/kg，平均值为7.29 mg/kg，属于NY/T 853-2004中规定的Ⅱ级土壤肥力，变异系数为0.65；土壤速效钾含量分布在44.38～82.59 mg/kg之间，属于NY/T 853-2004中规定的Ⅱ级和Ⅲ级土壤肥力，变异系数为0.30。

由表2可知，对照林地土壤也呈酸性，土壤表层土(0～20 cm)有机质含量变化为24.10～39.58 g/kg，平均为29.40 g/kg，属于NY/T 853-2004中规定的Ⅰ级土壤肥力，有机质变异系数0.30；土壤表层碱解氮含量变化为161.47～245.17 mg/kg，平均值为194.50 mg/kg，属于NY/T 853-2004中规定的Ⅰ级土壤肥力，变异系数为0.23；土壤速效磷含量变化为4.14～7.49 mg/kg，平均值为5.32 mg/kg，略高于NY/T 853-2004中规定的Ⅲ级土壤肥力，变异系数为0.36；土壤速效钾含量分布在39.59～60.73 mg/kg之间，属于NY/T 853-2004中规定Ⅲ级土壤肥力，变异系数为0.22。

对照林地深层土壤(20～40 cm)有机质含量变化为24.10～39.58 g/kg，平均为29.40 g/kg，有机质变异系数0.30；土壤碱解氮含量变化为161.47～245.17 mg/kg，平均值为194.50 mg/kg，变异系数为0.23；土壤速效磷含量变化为4.14～7.49 mg/kg，平均值为5.32 mg/kg，变异系数为0.36；土壤速效钾含量分布在39.59～60.73 mg/kg，变异系数为0.22。

长兴县茶园整体上养分含量较高，土壤呈现酸化趋势。根据图2可知，长兴县茶园表层土(0～20 cm)及深层土(20～40 cm)其碱解氮、速效磷、速效钾、有机磷等含量较对照林地的表层土和深层土土壤均要高。其中，茶园表层土中碱解氮和有机质含量略高于林地表层土，其原因为林地土壤表层腐殖质较多，富含有机质和碱解氮等营养成分，而茶园由于长期经营积累导致表层土有机质和碱解氮含量也较高，导致两者含量较为接近。林地经改造成茶园并经营后其表层土和深层土中速效磷和速效钾的含量均较对照林地有了较大提高。

图2 茶园及对照林地土壤养分含量比较

3.2 采样时间和采样地点对土壤养分含量的影响分析

为了考察采样时间及采样地点分别对各营养成分含量的影响，对全年采集土壤的检测数据进行了方差分析，结果见表3所示。

表3 土壤养分方差分析

茶园土壤及对照林地土壤的有机质含量在不同月份和地点差异显著(P<0.01)，一年内随月份的变化茶树对有机质的吸收不同，茶园土壤有机质含量变化明显，各茶园间有机质含量差异显著。茶园土壤及对照林地土壤的碱解氮含量在不同月份和地点差异显著(P<0.01)，随月份的变化，茶树对碱解氮的吸收消耗量不同，茶园的碱解氮含量变化明显，不同乡镇茶园间也因施肥种类及管理方式不同，碱解氮含量差异显著。茶园土壤及对照林地土壤的速效磷含量在不同月份和地点差异显著(P<0.01)，随月份的变化，茶树对速效磷的消耗不同，茶园的速效磷含量变化明显，不同乡镇茶园间速效磷含量差异显著。茶园土壤及对照林地土壤的速效钾含量在不同月份和地点差异显著(P<0.01)。

通过上述方差分析，在研究3个茶园12个月内有机质、碱解氮、速效磷及速效钾含量变化时，不同的取样时间及取样地点对结果的影响很大，单一某次取样无法准确、真实地反映茶园的养分水平。根据茶园的施肥情况和茶树吸收情况合理地选择采样时间并多次取样，也应根据地块位置、管理方法的不同选择合适的采样地点才能更准确地全面了解茶园土壤养分情况。为此，建议今后采用多次、多点采样监测、分析、表征茶园的土壤肥力。

3.3 土壤养分变化分析

3.3.1 有机质

林地改造茶园影响短期影响的是表层土，长期会对深层土可能造成一定影响，鉴于当前采用和分析的林地改造茶园其年限较短，均在5年内，因此本文均以分析对表层土土壤养分变化为主。根据茶园土壤及对照林地土壤表层土(0～20 cm)有机质含量结果分析全年变化规律。本次调查中3个乡镇茶园其有机质含量及其动态变化如图3所示，夹浦镇茶园有机质含量最高，和平镇和泗安镇茶园有机质含量较接近且均比夹浦镇茶园有机质含量要低。茶园土壤有机质含量与土壤质地、管理水平等均有关[13]。茶园土壤有机质含量在各个月份呈现出一定的变化规律，表现为在6～8月份、1～3月份期间较高，这与当地茶园施肥有关系。据施肥情况调查，当地茶园绝大多数在每年5～6月份、12月份至次年1月份期间分别施肥，且当地茶园追肥一般采用有机肥或复合肥，因此会导致茶园有机质含量增加，而在8～10月份期间，由于夏季茶树生育旺盛，代谢吸收量大，加速了有机质分解转化，到10～11月份期间土壤有机质最少。对照林地土壤有机质含量在每年2～3月份期间最高，这与秋冬季期间落叶集中堆积于林下经过自然降解后可增加土壤中有机质的含量有关。

图3 茶园及对照林地表层土中有机质含量动态变化

3.3.2 碱解氮

碱解氮可反映土壤近期内氮素供应情况[13]。本次调查的茶园土壤表层土(0～20 cm)中碱解氮含量见图4。由图4可知，3个茶园的变化规律接近，在5～7月份间，碱解氮含量最高，随后下降，到次年1～2月份期间含量明显提高，这与有机质含量变化有一定相似性，其原因是与当地茶农施肥时间有关[14]。对照林地-表层土(0～20 cm)碱解氮含量在每年春季较高，在夏季较低，进入秋冬季后又逐步提高，这体现了林地土壤中氮素的变化特点，与茶园变化规律相比，没有非常明显的月变化规律。泗安镇在10月份和1月份林地碱解氮含量最高，和平镇和泗安镇在6月份及12月份时最高。

图4 茶园及对照林地表层土中碱解氮含量年动态变化图

3.3.3 速效磷

磷素对茶树生殖器官的生长和发育有明显作用，有利于茶树开花和结实。图5反映的是茶园及对照林地土壤表层土中速效磷含量的变化情况。茶园表层土土壤速效磷的变化规律相似，5月份含量最高，随后逐步下降，到1月时其含量明显提升，再逐步下降；该变化过程一方面与施肥有关，另一方面与茶树对土壤中磷的吸收规律有关[15]。茶树对土壤中的磷素吸收在6～9月份间强度最大，尤其是7、8月份是吸收高峰期，这段时间土壤中速效磷含量下降非常明显，而在1～4月份这段时间下降相比较缓慢。对照林地一年内速效磷含量主要在冬季有明显上升，从春季到秋季逐渐消耗下降。此外，通过对比分析可知，茶园中速效磷含量较对照林地其含量明显偏高，这与长期施肥导致的磷素积累有关。

图5 茶园及对照林地表层土中速效磷含量年动态变化图

3.3.4 速效钾

图6是3个茶园及对照林地表层土土壤(0～20 cm)速效钾含量变化情况。首先，茶园速效钾含量较对照林地要明显偏高，这与速效磷的变化规律相似，表明速效钾和速效磷均会由于林地改建成茶园并长期经营活动过程中不断积累导致其含量上升。在一年周期内，茶园土壤速效钾含量在6月份最高，其次2～3月份较高。速效钾含量降低最快的月份是7～9月份，这与茶树的生长周期特点有关。茶树在7～9月份为吸收钾量最多的时期，这段时间茶树吸收大量钾元素，储存于根系和老叶片中待来年利用。对照林地土壤钾元素的变化一年内没有呈现明显规律，这与对照林地植物多样性较茶园要丰富有关。

图6 茶园及对照林地表层土中速效钾含量年动态变化图

4 小结与讨论

(1) 长兴县茶园土壤整体上表现为养分含量高且土壤呈现酸化趋势。茶园表层土及深层土的碱解氮、速效磷、速效钾、有机磷等含量较对照林地土壤均要高，且茶园表层土较茶园深层土各指标的含量要高。林地自然条件下表层腐殖质较多，经过改造成茶园并长期经营后，其碱解氮和有机质含量变化不明显，但速效磷和速效钾含量会由于茶园经营导致磷元素和钾元素含量不断升高。

因此，依据本次对茶园土壤和对照林地中各营养成分的测定结果和变化规律，可科学施肥，依据土壤背景中各营养元素含量，结合茶叶在不同生长季节的肥料需求，有针对性地施肥才能更好地达到施肥最佳效果。有机肥配施可以提高土壤有机质含量，增加土壤的保水保肥力，显著降低了径流水中全氮、全磷浓度，减少了水体富营养化的风险。长兴县茶园在经营过程中，建议注重适当增加有机肥和氮肥的施入量，以改善有机质偏低的现状。有机肥料的pH值是5.5～8.0，属于中性，由于现阶段茶园土壤出现一定程度酸化，所以坚持使用有机肥可以改善土壤酸化情况，改良土壤品质。

(2) 方差分析表明，茶园土壤的有机质、碱解氮、速效磷及速效钾含量在不同月份和地点差异显著(P<0.01)。单次取样无法准确、真实地反映茶园的养分水平。李倩等[7]研究崂山茶区茶园土壤的养分水平，按季节分不同样点采样，研究结果表明茶园土壤养分指标因季节和地点的不同存在显著差异，本文研究结果进一步证实了采样时间和采样地点对土壤的养分水平影响显著。建议采用多次、多点采样的方法来监测、分析、表征茶园的土壤肥力。

(3) 林地改造成茶园长期经营导致土流失主要造成氮素和有机质的流失，造成下游水体有机质和总氮含量上升引起富营养化。林地土壤中钾元素的变化规律不明显，而茶园表现出明显特征，这与对照林地植物多样性丰富以及茶园的生产经营活动规律有关。长兴县部分林区经改造成茶园且长期种茶，一些山区坡地土壤表层土层在降雨作用下其表面营养成分流失，随着地表径流或渗漏流失到地表水和地下水，最终流入河道或周边水库。长期影响之下，一方面造成茶园养分流失，肥料效果不佳，提高用肥成本；另一方面，会造成茶区茶园土壤流失，山体滑坡，茶园周边流域水质引起污染。通过丰富茶园的植物多样性，能够间接减少雨水对土壤的直接冲刷，利用植物的根系对土层起到保护作用，从而使土层更加稳定。

为此，提出经营茶园建议：要注意改造茶园的山体坡度，茶园宜建在山腰；要大力培育和发展生态立体经营性茶园，推广立体生态种植模式，加强生物多样性，科学管理，减少水土流失，避免造成下游水体污染。