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Effect of straw mulching on soil,tea quality and yield of young tea plantations in hilly subtropical regions

亚热带丘陵区稻草覆盖对茶园土壤环境、茶叶品质改良及产量的影响



全 文 :    倡 中国科学院知识创新项目 (KZCX3唱SW唱426)和中国科学院农业重点课题 (N K 十五唱D唱04)资助
    倡倡 通讯作者
收稿日期 :2005唱12唱13   改回日期 :2006唱03唱06
亚热带丘陵区稻草覆盖对茶园
土壤环境 、茶叶品质改良及产量的影响 倡
彭晚霞1 ,2  宋同清1  肖润林1 倡倡 杨知建2  李盛华3
(1畅 中国科学院亚热带农业生态研究所   长沙   410125 ;
2畅 湖南农业大学   长沙   410128 ; 3畅 长沙县湘丰茶厂  长沙   410158)
摘   要   试验研究亚热带丘陵区稻草覆盖对茶园土壤环境 、茶品质改良及产量的影响结果表明 ,稻草覆盖可改良
土壤理化性状 ,促进蚯蚓生长 ,增加土壤关键层次(0 ~ 20cm)关键时期 (4 ~ 6 月份)水分含量 ,提高水分利用率 ,达
到不同观察时刻 、不同深度土壤温度低温时增温 、高温时降温及降温时保温的综合动态调控效果 ,增加同一层次土
壤温度的稳定性 ,有效缩短高温和干旱时间 ,改善茶叶品质 ,显著增加茶叶产量 ,增幅为 39畅04g/ m2 。
关键词   幼龄茶园   稻草覆盖   土壤环境   茶叶品质   茶叶产量   亚热带丘陵区
Effect of straw mulching on soil ,tea quality and yield of young tea plantations in hilly subtropical regions .PENG Wan唱
Xia1 ,2 ,SONG Tong唱Qing1 ,XIAO Run唱Lin1 ,YANG Zhi唱Jian2 ,LI Sheng唱Hua3 (1 .Institute of Subtropical Agriculture ,
Chinese Academ y of Sciences ,Changsha 410125 ,China ;2 .Hunan Agricultural Universit y ,Changsha 410128 ,China ;
3 .Xiangfeng Tea Factory ,Changsha 410158 ,China) ,CJEA ,2007 ,15(4) :60 ~ 63
Abstract   Effect of straw mulching on soil ,tea quality and yield of young tea plan tations in hilly subtropical regions was
studied .Results show that straw mulching improves soil physical properties and fer tility ,enhances grow th of earthworms
and increases soil moisture in the critical 0 ~ 20cm zone of the soil profile during the critical tea growth period from April
to June .At the same time ,st raw mulching has dynamic effects as raising soil temperature during cold periods and lowering
soil temperature during hot periods .Moreover ,mulching stabilizes soil temperature w ithin a given siol layer and effect ively
shortens high soil temperature and desiccation spells .Most impor tantly ,straw mulching improves tea quality and increases
tea yield .Tea yield is 39畅04g/m2 higher under straw mulching .
Key words   Young tea plan tation ,Straw mulching , Soil environment , Tea quality , Tea yield ,Hilly subtropical region
(Received Dec .13 ,2005 ;revised March 6 ,2006)
茶树[ Camellia sinensis (L .) Kuntze]具有喜温 、喜湿 、喜酸性土和耐荫的特性 ,我国的亚热带丘陵区约
有 6 .67 万 hm2 以上集中成片茶园 ,是茶叶生产的重要基地 。 该区土壤多是红壤 ,下层黏重板结 ,缺乏 P 素
养分 ,雨热资源丰富但降雨季节分布不均 ,季节性干旱问题突出 ,是提高茶叶品质和产量的障碍 。 稻草覆盖
在美国 、加拿大 、俄罗斯等国普遍应用 ,在我国不同地区不同作物上也作了大量的试验研究和推广[1 ~ 3] ,但
在茶园中的应用研究报道尚少 。 本研究分析了亚热带丘陵区幼龄茶园连续 4 年的稻草覆盖对茶园的生态综
合调控效应及茶叶品质 、产量的影响 ,为寻求亚热带丘陵区茶园优质高效生产技术提供依据 。
1   研究地区概况与研究方法
研究区位于湖南省长沙县湘丰茶厂东西山茶园(113°19′E ,28°33′N ,海拔 135m) ,属中亚热带南缘季风
气候 ,土壤为花岗岩母质发育的红壤 ,年均气温 16 .5 ~ 20 .5 ℃ ,1 月平均气温 11 .9 ℃ ,极端最低气温
- 5 .2 ℃ ,7 月平均气温 27 .9 ℃ ,极端最高气温 39 .1 ℃ ,≥ 10 ℃ 年有效积温 6539 ℃ ,年均降雨量 1389mm ,
4 ~ 6 月降雨占全年降雨总量的 76 % 。
试验茶树品种为“福云早毫” ,2001 年 2 月种植 ,种植行为南北向 ,行间距为 160cm 。 供试秸秆为当地晚
稻稻草 ,2002 ~ 2005 年每年 3 月份覆盖 ,覆盖量为 1000kg/666 .7m2 ,另设清耕处理 ,试验为大区对比试验 ,
第 15卷第 4 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .15   No .4
2 0 0 7 年 7 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture July ,  2007
每区面积为 2hm2 ,顺序排列 。 试验地为集中连片的缓坡平地 ,生态环境及管理水平一致 。 土壤容重采用环
刀法测定 ,土壤有机质采用铬酸氧化还原滴定稀释法测定 ,全 N 采用半微量凯氏定氮法测定 ,全 P采用硫酸
高氯酸消煮钼锑抗比色法测定 ,水解氮用碱解扩散法测定 ,速效磷用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法测定 ,速效
钾用醋酸铵浸提火焰光度计法测定 。 测定时间为 2004 年 11 月 。 土壤水分按对角线 5 点取样烘干法测定 ,
取样层次为 0 ~ 20cm 、20 ~ 40cm 、40 ~ 60cm ,取样时间在每次降雨 24h 之后 ,之后 1 次/3d ,取样期限为 2004
年 4 月至 2005 年 4 月 ;温度观测同步进行 ,在每个处理中央设置地表温度计 、曲管土壤温度计(天津市第八
玻璃厂生产) ,在 2004 年 4 月 1 日 ~ 2005 年 4 月 30 日 ,连续每天 7 :00 、9 :00 、11 :00 、13 :00 、15 :00 、17 :00 、
19 :00 共 7 次观测茶园 0cm 、5cm 、10cm 、15cm 、20cm 深处土壤温度 ;蚯蚓调查采用样方徒手分离法 ,每一处
理按对角线取 5 个样点 ,每个样点取土(长 × 宽 × 深)100cm × 100cm × 20cm置于平展的塑料膜上 ,采用手捡
法捡取蚯蚓 ,鉴定分类 ,天平称鲜重后将其归还土壤中 ,调查时间 2004 年 3 ~ 8 月 ,1 次/月 。
茶叶品质分析 。 于 2004 年 4 月 20 日和 2004 年 9 月 14 日采摘 1 芽 1 叶鲜样 ,进行蒸青固样 ,氨基酸测
定采用 GB8314 茶氨基酸含量测定法 ,茶多酚测定采用 GB8313 茶多酚含量测定法 ,水浸出物测定采用
GB8305 — 87 全量测定法 。 由于茶园为 4 年生的幼龄茶园 ,夏秋茶基本不采 ,只测定春茶产量 ,测定方法为 5
点取样测定法 ,每点的采面为 33cm × 33cm ,固定方框 ,每次从上至下采摘完方框内所有的 1 芽 1 叶 ,采摘时
间为 2004 年 4 月 1 日至 2004 年 6 月 15 日 ,间隔期 2d ,然后用 5 点取样测定茶树冠幅 ,由此计算出茶树覆盖
度和产量 。 茶树生长状况观测时间为 2004 年 5 月 ,10 次重复 。 所有数据采用 Excel唱2003 处理 ,运用 DPS
(Data Processing System)软件进行方差分析和显著性检验 。
2   结果与分析
2畅1   土壤的改良效应
稻草覆盖后土壤水溶性成分 、纤维素 、半纤维素易被微生物分解 ,木质素及蛋白质复合体较难分解而
残留并形成土壤有机质[4] ,从而改善土壤物理结构 、促进土壤团粒结构的形成 ,增加土壤养分 。 本试验稻
草覆盖使茶园土壤有机质含量增加 32畅14 % ,土壤容重下降 6畅11 % ,总孔隙度增加 7畅32 % ,全 N 、水解
氮 、有效磷 、有效钾分别增加 25畅64 % 、26畅69 % 、5畅75 % 和 46畅99 % ,全 P 、全 K 变化不大(表 1) 。
表 1   两种处理土壤理化性状分析表
T ab .1   Soil physical and chemical proper ties of tea garden
处   理
T reatment
有机质 /g·kg - 1
Organic mat te r
容重/g·cm - 2
Bulk densit y
孔隙度/ %
Porosity
全 N/g·kg - 1
Tot al N
全 P/g·kg - 1
To tal P
全 K/g·kg - 1
T otal K
水解氮 /mg·kg - 1
Available N
有效磷/mg·kg - 1
Available P
有效钾/mg·kg - 1
Available K
清耕 11 .2 1 .31 49 .87 0 .78 0 .38 20 .50 78 .67 10 .79 15 .60
覆盖 14 .8 1 .23 53 .52 0 .98 0 .37 19 .97 99 .67 11 .41 22 .93
2畅2   土壤水分的调控效应
清耕茶园和稻草覆盖茶园土壤全年 0 ~ 60cm 土层平均含水量分别为 18畅66 % 和 19畅19 % ,差异仅为
0畅53 % 。 4 ~ 6 月春茶采摘期(占全年茶叶产值的 70 %以上)0 ~ 60cm土层茶园土壤平均含水量分别为 19畅63 %
和 21畅40 % ,稻草覆盖茶园提高了 8畅99 % 。 2004 年 7月 14日 ~ 8月 8 日连续 22d高温干旱 ,9月 9 日 ~ 10月 29
日长达 51d秋季持续干旱(其中只有 9月 21日和 10月 1日分别降 2畅8mm和 0畅4mm雨) ,两个时期稻草覆盖茶
园 0 ~ 20cm土层含水量分别提高 35畅78 % 和 11畅02 % ,含水量低于 10 % 的时间分别滞后 5d 和 10d(表 3) 。 从
表 2 可知 ,稻草覆盖对茶园各层土壤含水量的影响差异明显 ,0 ~ 20cm 土层含水量平均提高 15畅95 % ,且各
表 2   不同处理不同土层土壤含水量年变化
Tab畅2   Annual variation of soil moisture in different soil layers under differen t t reatments
土层/cm
Layer
处   理
Treatment
土壤含水量/ % Soil moisture
月份 M onth
4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4
均值/ %
M ean
0 ~ 20 清耕 16畅45 17畅32 17畅46 14畅26 12畅93 12畅93 8畅37 17畅53 12畅60 19畅40 20畅39 20畅53 17畅74 15畅99
覆盖 21畅53 21畅51 22畅08 19畅71 14畅31 13畅96 9畅60 17畅53 16畅16 19畅42 20畅69 22畅25 22畅26 18畅54 倡 倡
20 ~ 40 清耕 20畅14 20畅60 20畅78 18畅90 17畅66 19畅66 15畅14 20畅25 18畅55 20畅19 22畅08 22畅59 20畅14 19畅56
覆盖 20畅62 21畅43 21畅10 19畅56 16畅41 17畅69 13畅72 17畅59 17畅56 19畅41 21畅11 21畅74 21畅27 19畅29
40 ~ 60 清耕 21畅53 21畅39 21畅04 20畅39 17畅88 19畅61 16畅94 20畅95 20畅00 21畅27 22畅09 22畅55 20畅87 20畅44
覆盖 21畅24 21畅68 21畅40 19畅41 16畅94 19畅00 15畅44 18畅36 19畅28 19畅57 20畅34 21畅39 22畅24 19畅73 倡 倡
    倡 倡 P < 0畅01 。
第 4期 彭晚霞等 :亚热带丘陵区稻草覆盖对茶园土壤环境 、茶叶品质改良及产量的影响 61 
月平均含水量均高于清耕茶园 ,差异极显著 ;20 ~ 40cm土层稻草覆盖土壤含水量下降 1畅38 % ,差异不显著 ;
40 ~ 60cm 茶园土层含水量下降 3畅48 % ,极显著低于清耕 ,清耕和稻草覆盖茶园全年 0 ~ 60cm 土层土壤平均
含水量并无明显差异 。 但稻草覆盖具有调控土壤供水的作用[5 ~ 7] :一是增加了关键土层 0 ~ 20cm(幼龄茶树
吸收根的主要分布层)和关键时期 4 ~ 6 月(春茶采摘期)的土壤水分含量 ;二是能使水分从土壤下层向上层
移动 ,显示了良好的提墒作用 ;三是茶树生长旺盛 ,水分蒸发增大 ,茶树的根系分布加深(清耕 0 ~ 40cm ,稻草
覆盖 0 ~ 45cm) ,消耗了更多深层的土壤水分 ,提高了水分利用率 ;四是明显提高了夏季高温干旱和秋季持续
干旱 0 ~ 20cm 土壤含水量 ,延缓和缩短了干旱时间 ,减轻了干旱对茶树产生的影响 。
2畅3   土壤温度的调节效应
试验区 12 月至次年 3 月的气温一般在 10 ℃ 以下 ,茶树处于越冬休眠期 ,覆盖虽然能够提高茶园土壤不
同深度温度 ,但效果不明显 ,仅为 0畅1 ~ 0畅3 ℃ ,对茶树生长影响较小 ,本文不作分析 。 由表 3 可看出 4 ~ 7 月
气温上升时 ,稻草覆盖茶园 0cm 、5cm 、10cm 和 20cm 不同土壤深度温度明显降低 ,且随温度升高 ,降温效果
增大 ,随土层加深 ,降温效果减小 。 8 ~ 11 月气温下降时 ,稻草覆盖茶园 0cm 、5cm 、10cm 和 20cm 土层温度
仍低于清耕 ,但与清耕的差值比 4 ~ 7 月气温上升时明显减少 ,具有保温效应 。 且随土层加深保温效果降低 ,
随气温下降保温作用增强 ;4 ~ 11 月茶树生长活跃期(春夏秋茶采摘期)稻草覆盖茶园各土层日较差均低于
清耕 ,同一土层温度的稳定性增强 ,温度变异幅度最大的地表层效果更明显 。 由图 1 可看出 ,稻草覆盖同时
也降低了 4 ~ 11 月不同观测时刻的土壤温度 ,其降温效果表现为 13 :00 > 19 :00 > 7 :00 ;7 月 21 日 ~ 8 月 4
日连续 15d 高温时期 ,稻草覆盖降温作用明显 ,大于茶树生长的极限高温(45 ℃ )时间只有 1d ,比清耕少 10d 。
可见 ,稻草覆盖通过在地表形成一层土壤与大气热交换的障碍层 ,阻止了太阳直接辐射 ,减少了太阳热量向
土壤中散发 ,有效地反射了长波辐射[8] ,从而影响了不同深度 、不同观察时刻的土壤温度[9 ~ 11] ,具有低温时
增温 、升温时降温和降温时保温的综合动态调控作用 ,增加了同一层次土壤温度的相对稳定性 ,缩短了极限
高温时间 ,减轻了有害高温对茶树产生的影响 ,促进了茶树根系及地上部分的生长发育 。
表 3   2004 年 4 ~ 11月不同土层月平均温度和日较差分析表
Tab畅3   Analysis of month average and daily difference of temperature in dif ferent soil layers
土层 /cm
Soil laye r
观测项目
I tem
地温 / ℃ Soil t empera ture
月份 Month
4 5 6 7 8 9 10 11
0 温   度 25畅8/22畅2 倡 26畅1/22畅9 29畅1/26畅5 34畅5/31畅6 31畅1/29畅7 26畅5/25畅2 22畅7/21畅6 15畅5/15畅0
日较差 9畅6/4畅1 11畅5/4畅3 12畅5/6畅3 15畅7/10畅1 11畅5/8畅4 9畅2/6畅9 10畅1/8畅7 6畅1/5畅2
5 温   度 21畅9/20畅1 23畅0/22畅4 25畅9/25畅1 30畅4/29畅1 28畅7/27畅9 24畅9/24畅5 21畅0/19畅9 14畅7/14畅5
日较差 5畅5/3畅1 5畅1/3畅3 5畅3/3畅7 6畅5/4畅6 4畅7/3畅9 4畅7/4畅0 5畅2/5畅1 3畅5/3畅1
10 温   度 20畅9/19畅5 22畅5/22畅1 25畅1/24畅8 29畅4/28畅7 28畅3/27畅7 24畅5/24畅2 20畅0/19畅3 14畅8/14畅3
日较差 3畅5/2畅2 3畅3/2畅7 3畅3/2畅9 4畅2/3畅7 3畅2/2畅9 2畅8/2畅8 3畅5/3畅2 2畅3/1畅8
15 温   度 20畅5/19畅3 22畅2/21畅8 24畅8/24畅4 29畅0/28畅2 28畅1/27畅4 24畅5/24畅0 20畅0/19畅5 15畅0/14畅7
日较差 2畅4/1畅2 2畅2/1畅4 2畅0/1畅6 2畅8/2畅0 2畅0/1畅7 2畅5/1畅8 2畅4/2畅3 1畅4/1畅4
20 温   度 20畅0/18畅8 21畅8/21畅5 24畅3/24畅1 28畅5/27畅8 27畅9/27畅2 24畅4/24畅0 20畅0/19畅5 15畅2/14畅9
日较差 1畅6/0畅7 1畅3/0畅9 1畅2/1畅2 1畅8/1畅4 1畅3/1畅2 2畅3/1畅3 1畅6/1畅5 1畅0/0畅9
    倡 分子表示清耕处理 ,分母表示稻草覆盖 。
图 1   2004 年 4 ~ 11月两种处理不同观测时刻 5cm土壤温度变化
Fig .1   Variation of soil temperature at 5cm depth on different observation times in two treatments from Apr . to Nov .,2004
2畅4   土壤动物的促进效应
蚯蚓不仅能促进植物枯枝落叶的降解 、有机物的分解和矿化 ,并且有耕作土壤 ,改良土壤团粒结构 ,提
高土壤透气 、排水和深层排水能力的作用 ,可增加土壤中的 Ca 、P等速效成分 ,还可促进土壤消化细菌的活
62  中 国 生 态 农 业 学 报 第 15 卷
动 ,有“土壤生物反应器”之称 ,是土壤生态系统中最重要的生物因子之一[12 ,13] 。 稻草覆盖增加了土壤有机
质 、N 素水平 ,提高了土壤水分 ,改良了土壤的热量状况 ,为蚯蚓提供了丰富的 C 、N 源和生长环境 ,茶园土壤
图 2   2004 年 3 ~ 8 月蚯蚓种群密度(a)和生物量(b)变化
Fig .2   Variation of earthworm density and biomass in two treatments from March to Aug .,2004
蚯蚓的种群数量和生物量均显
著高于清耕茶园(见图 2) 。5 月
后 ,由于温度急剧升高 ,土壤水
分含量下降 ,清耕茶园基本没有
调查到蚯蚓 ,稻草覆盖茶园土壤
的蚯蚓种群数量则变化不大 ,但
蚯蚓的个体明显减小 ,生物量
降低 。
2畅5   茶叶品质改良和增产效应
稻草覆盖通过综合改良茶树生长生态条件 ,协调了土壤中的水 、肥 、气 、热等因子 ,促进了茶树生长 ,改
善了茶叶品质 ,提高了茶叶产量 。 由表 4 可知 ,稻草覆盖茶园鲜叶的水浸出物 、水分含量 、氨基酸均高于清
耕 ,酚氨比明显下降 ,表明茶叶的营养成分 、持嫩度 、滋味 、香气等主要茶叶品质得到了明显改善 ,同时增加
了茶芽密度 、1 芽 1 叶和 1 芽 2 叶百芽重 ,显著提高了茶叶产量 ,增产幅度为 39畅04g/m2 。
表 4   茶叶品质及产量分析
Tab .4   Analysis of the quality and yield of tea in two t reatments
处   理
T rea tment
水浸出物/ %
WE
水分含量/ %
M oisture
茶多酚 / %
T P
氨基酸 / %
FAA
酚氨比
TP/ FAA
茶芽密
度 / ind·m - 2
Densit y
百芽重 /g 100唱sprout weight
1 芽 1 叶
1 sport 1 leaf
1 芽 2 叶
1 sport 2 leaves
产量 /g·m - 2
Yield
清耕 54畅15 74畅49 21畅06 3畅64 5畅79 702 8畅272 25畅440 149畅08
覆盖 53畅26 76畅14 21畅02 5畅18 4畅06 819 8畅633 26畅324 188畅12 倡
    倡 P < 0畅05 。
3   小   结
稻草覆盖可明显提高土壤有机质的含量 ,降低土壤容重 ,改善土壤结构 ,增加土壤活性 ,促进蚯蚓的生
长 ,影响土壤养分供应水平 ;增加土壤关键层次(0 ~ 20cm)的水分含量和春茶采摘关键时期(4 ~ 6 月)的供水
状况 ,促进下层土壤水分向上层的移动 ,提高水分利用率 ;同时延缓和缩短夏季高温干旱和秋季持续干旱时
间 ,是亚热带丘陵区幼龄茶园季节性干旱防御体系中的一种良好的节水保墒生物措施 ;稻草覆盖还具有在
不同时刻对不同深度的土壤温度低温时增温 、升温时降温和降温时保温的综合动态调控效应 ,可增强同一
层次土壤温度的稳定性 ,缩短极限高温时间 ,减轻高温对茶树生长的影响 。 在各个生态因子的协同作用下 ,
稻草覆盖改善了茶叶品质 ,达到了显著的增产效果 。
参   考   文   献
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第 4期 彭晚霞等 :亚热带丘陵区稻草覆盖对茶园土壤环境 、茶叶品质改良及产量的影响 63