不同墾植模式對(duì)茶園土壤物理性質(zhì)及團(tuán)聚體特征的影響

不同墾植模式對(duì)茶園土壤物理性質(zhì)及團(tuán)聚體特征的影響

土壤顆粒是土壤最基本的結(jié)構(gòu)單元。作為土壤的重要組成部分之一，它對(duì)土壤的理化性質(zhì)和生物性質(zhì)有重要影響。其組成和穩(wěn)定性與土壤肥力水平密切相關(guān)，在一定程度上反映了土壤養(yǎng)分的能力。這是水、氣體、根系穿刺和土壤養(yǎng)分激活的特征。因此，許多科學(xué)家通過(guò)研究土壤顆粒的性質(zhì)來(lái)解釋土壤肥力和土壤侵蝕的程度，并評(píng)估土壤利用方法的合理性。在一定程度上,植物對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良亦具有重要作用。茶樹的種植在我國(guó)有著悠久的歷史,在長(zhǎng)期的茶葉種植中,土壤的性狀會(huì)發(fā)生不同程度的變化。貴州適宜的地形與山區(qū)氣候資源,使其成為最適宜于茶樹生長(zhǎng)的地區(qū),茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也在逐年加快,目前,貴州茶園面積已達(dá)25萬(wàn)hm2,綠茶種植面積占全國(guó)的比例相當(dāng)大。在貴州巖溶地質(zhì)環(huán)境大背景下,山地陡坡開墾茶園對(duì)土壤性狀的影響是關(guān)系貴州經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要議題。本文以貴州三大綠茶之一的云霧貢茶產(chǎn)地為研究對(duì)象,擬通過(guò)研究不同生態(tài)模式下茶園土壤團(tuán)聚體的變化特征及土壤性狀變化關(guān)系,并以茶園周邊未開墾灌木林地土壤為對(duì)照,探索山區(qū)茶園墾植對(duì)土壤性狀的影響,以期為山區(qū)茶產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)與水土保持的持續(xù)發(fā)展提供理論參考。1材料和方法1.1貴定云茶的產(chǎn)地研究區(qū)位于貴州省南部的貴定縣云霧鎮(zhèn),東經(jīng)107°01′—107°03′,北緯26°11′—26°13′,云霧山系貴州南部苗嶺山脈的主峰,為珠江水系和長(zhǎng)江水系的分水嶺,海拔1583.6m,是貴定云霧貢茶的主要產(chǎn)地。茶區(qū)主要分布在海拔1200~1400m的地區(qū),區(qū)域山峰重疊,樹高林密。冬無(wú)嚴(yán)寒,夏無(wú)酷暑,雨量充沛,終年云霧繚繞,是典型的亞熱帶季風(fēng)氣候,年均溫度15℃,有效積溫4579.4℃,年均相對(duì)濕度80%,年降水量1107.9mm,其中4—10月份月均降水量133.4mm,無(wú)霜期282.1d。土質(zhì)為三疊紀(jì)砂性頁(yè)巖,土層深厚肥沃,有機(jī)質(zhì)含量高,具有適宜茶樹生長(zhǎng)的獨(dú)特環(huán)境,云霧山原生鳥王茶是貴州省唯一有碑文記載的“貢茶”。茶產(chǎn)業(yè)是云霧鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增收致富的骨干項(xiàng)目,全鎮(zhèn)現(xiàn)有茶園面積1300多公頃,其中近70%的茶園墾植于坡度>25°的坡地上。1.2樣地土壤概況供試土壤樣本于2009年4月采自云霧鎮(zhèn)貢茶主產(chǎn)區(qū)域,根據(jù)茶樹生長(zhǎng)環(huán)境及培育方式的不同,土壤采集分為規(guī)?；N植茶場(chǎng)、非成行離散種植茶場(chǎng)、林間小塊茶場(chǎng)、耕地邊籬笆茶、新墾茶場(chǎng)幾種模式,并以灌木林地土壤為對(duì)照,每個(gè)樣地采集3個(gè)樣本,每個(gè)樣本由5~8個(gè)點(diǎn)土壤混合而成,供試土壤情況如表1所示。采樣時(shí)先將土壤表面的植被和覆蓋腐殖質(zhì)鏟除,露出土壤層,采集0—20cm土壤層作為分析樣本,同時(shí)用環(huán)刀采集原狀土樣用于土壤容重、孔隙度、毛管持水量的分析。1.3土壤理化性質(zhì)的測(cè)定采集的樣本帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后,用干篩法和濕篩法分別測(cè)定>5,2~5,1~2,0.5~1,0.25~0.5mm的各級(jí)土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量,土壤質(zhì)地采用比重計(jì)法,土壤容重、總孔隙度、毛管持水量測(cè)定采用環(huán)刀法。1.4土壤團(tuán)聚體破壞率計(jì)算數(shù)據(jù)采用SPSS13.0和Stepwise法進(jìn)行分析。土壤團(tuán)聚體破壞率根據(jù)以下公式計(jì)算:團(tuán)聚體破壞率%=(>0.25mm非水穩(wěn)性團(tuán)聚體->0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體)/>0.25mm非水穩(wěn)性團(tuán)聚體×100%。2結(jié)果與分析2.1立地條件對(duì)土壤黏粒及容重的影響分析茶樹規(guī)?；N植模式與零散種植模式茶場(chǎng)土壤的黏粒含量、土壤容重、孔隙度及毛管持水量等土壤結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)(表2—3)可見,與原始灌木林地相比,土壤性質(zhì)均發(fā)生了變化,其中黏粒含量以墾植年限為1a的初墾茶場(chǎng)與灌木林地最為接近,差異僅為0.4%,可見,1a的初墾茶場(chǎng)在經(jīng)灌木林地轉(zhuǎn)變?yōu)椴鑸?chǎng)的過(guò)程中,土壤性狀的改變還不明顯。成規(guī)模種植的茶場(chǎng)中,以墾植年限最長(zhǎng)的方家茶場(chǎng)土壤黏粒含量最高,達(dá)到16.25%,較灌木林地土壤的平均含量增加了近6%,以水利廳茶場(chǎng)中離散種植模式的土壤黏粒含量最低,較灌木林地平均減少了3.2%。從茶園墾植年限分析,在茶園墾植的20a期間,土壤黏粒含量隨茶園墾植年限的增加,其含量變化呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)。土壤容重變化表現(xiàn)為新墾茶園土壤容重最大,隨著茶園墾植年限的越長(zhǎng),土壤容重越小,供試土壤中,以墾植15a以上的方家茶園土壤平均容重0.93g/cm3為最小,茶園土壤正趨于進(jìn)一步熟化的過(guò)程,彭萍等的研究亦表明,隨茶樹種植年限的延長(zhǎng),土壤容重呈減小的趨勢(shì)。土壤總孔隙度與土壤容重密切相關(guān),進(jìn)而影響土壤毛管持水量,由表2可見,三者之間在不同墾植年限茶園土壤間總體表現(xiàn)出一致的趨勢(shì),即隨著種植年限的增加,土壤結(jié)構(gòu)得到改善。在茶樹種植模式接近的情況下,土壤總孔隙度為15a>12a>10a>5a。隨著茶園墾植年限的延長(zhǎng),黃壤的潛在持水、保水性能得到充分發(fā)揮,茶園土壤毛管持水量為1a>12a>15a>10a>5a,隨茶園墾植年限延長(zhǎng)表現(xiàn)出先減小后增加最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì),表明由于土壤結(jié)構(gòu)趨好,土壤孔隙增多,透氣性增強(qiáng),土壤三相比隨著茶園墾植年限延長(zhǎng)更趨于合理化。2.2土壤團(tuán)聚體含量土壤中團(tuán)聚體組成是衡量土壤抗蝕性的重要指標(biāo),土壤中團(tuán)聚體的含量反映了土壤對(duì)地表徑流蓄滲作用的強(qiáng)弱。分析表3中數(shù)據(jù)可知,研究區(qū)域土壤主要以大粒徑的團(tuán)聚體為主,干篩法測(cè)試供試24個(gè)樣本中,>5mm團(tuán)聚體平均含量占43.45%,標(biāo)準(zhǔn)差為8.52%(n=24)樣本間差異性大,極差值達(dá)33.64%。粒徑<5mm的各粒級(jí)團(tuán)聚體的平均含量小于20%,其含量特征表現(xiàn)為0.25~0.5mm>1~2mm>0.25mm>2~5mm>0.5~1mm,其中以粒徑為0.5~1mm的團(tuán)粒含量差異性最小,極差值為10.59%,標(biāo)準(zhǔn)差為2.42%。研究區(qū)域非水穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體中以大團(tuán)聚體含量最高,說(shuō)明土壤團(tuán)聚性較好。供試土壤中>5mm的團(tuán)粒在規(guī)?；N植茶場(chǎng)的3個(gè)平行樣間含量較接近(1、2、4、6號(hào)樣地),耕地周邊零散種植的茶園土壤的含量變異較大(7號(hào)樣地),表3說(shuō)明,從總體上看,規(guī)?；N植的茶園土壤中,種植年限越長(zhǎng),土壤>5mm的團(tuán)聚體含量越高。比較水利廳茶場(chǎng)的兩個(gè)采樣點(diǎn)樣本(2、3號(hào)樣地)可見,在茶樹種植年限相當(dāng)?shù)臈l件下,成規(guī)模的橫坡種植模式土壤中粒徑>5mm團(tuán)聚體含量高于離散種植模式,橫坡成行種植模式有利于提高土壤的團(tuán)聚性,在山區(qū)坡地茶園墾植中起到一定的水土保持作用。不同種植模式的茶園土壤團(tuán)聚體組成特征(圖1)表現(xiàn)為:粒徑>5mm的團(tuán)聚體以橫坡成行種植模式(4號(hào)樣地)和新墾茶園(5號(hào)、8號(hào)樣地)含量較高,粒徑2~5mm的團(tuán)聚體以橫坡成行種植模式(2號(hào)樣地)含量居高,粒徑1~2mm的團(tuán)聚體以離散種植模式(2號(hào)、7號(hào)樣地)的土壤含量較高,粒徑0.5~1mm的團(tuán)聚體在總體含量分布最少,以耕地周邊種植茶樹的土壤中含量高于其他幾種模式,粒徑0.25~0.5mm的團(tuán)聚體在林間規(guī)?；N植茶場(chǎng)(6號(hào)樣地)土壤中含量較高,粒徑<0.25mm的團(tuán)聚體則以多年規(guī)模化種植茶場(chǎng)(2號(hào)、4號(hào)樣地)土壤含量較高?？梢?坡地茶園墾殖過(guò)程中,隨著墾植年限的延長(zhǎng),土壤結(jié)構(gòu)特征趨于集中于粒徑>1mm的團(tuán)聚體中,土壤團(tuán)聚性能增強(qiáng),一方面得益于茶園有機(jī)肥的使用增加了土壤有機(jī)碳含量,另一方面與茶樹根系的固土持肥作用及微生物活動(dòng)有關(guān)。2.3不同模式茶場(chǎng)的土壤結(jié)構(gòu)差異濕篩法得到的水穩(wěn)性團(tuán)聚體是保持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要特征參數(shù),表3中數(shù)據(jù)顯示,研究區(qū)域24個(gè)供試土壤經(jīng)水浸泡后,其團(tuán)聚體分布特征發(fā)生明顯變化,>5mm的團(tuán)聚體含量減少,而其他各粒級(jí)含量均有不同程度的增加,粒徑<2mm的團(tuán)聚體占總量的70%以上,其中以粒徑為0.25~0.5mm的團(tuán)聚體含量增加最多,增幅達(dá)10.51%。圖2表明,茶園土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量分布表現(xiàn)為0.25~0.5mm>1~2mm>2~5mm>小于0.25mm>0.5~1mm>5mm以上。從團(tuán)聚體破壞率分析,幾種茶場(chǎng)墾植模式中,陡坡墾植模式(4號(hào)樣地)、新墾茶園(5號(hào)樣地)的林間茶場(chǎng)土壤破壞率較高,平均破壞率均達(dá)到10%以上,茶樹離散種植模式(3號(hào)樣地)土壤團(tuán)聚體破壞率高于橫坡規(guī)?；N植模式(1號(hào)、2號(hào)樣地)。在種植模式一致的條件下,1號(hào)樣地平均破壞率5.04%大于2號(hào)樣地3.81%,茶園坡度越大,土壤團(tuán)聚體破壞率越大。隨茶樹種植年限延長(zhǎng),土壤團(tuán)聚體破壞率亦表現(xiàn)為一定程度的降低,可見茶園墾植可以使土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,具有一定的水土保持作用。已有研究表明,侵蝕環(huán)境下退耕地>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量隨土壤中C、N、P含量的增大而增大,土壤抗蝕能力亦增強(qiáng)。章明奎等認(rèn)為土壤>0.25mm非水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量與土壤中黏粒和游離氧化物數(shù)量有關(guān),土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量則主要與有機(jī)物的數(shù)量有關(guān)而受黏粒和氧化物的影響較小。本文將土壤團(tuán)聚體與土壤容重、黏粒、孔隙度及毛管持水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,探討變量間的關(guān)系,結(jié)果顯示土壤黏粒、容重、總孔隙度、毛管持水量與>0.25mm非水穩(wěn)性團(tuán)聚體的相關(guān)系數(shù)分別為0.046,0.577,-0.547,0.044,與大于0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的相關(guān)系數(shù)分別為0.083,-0.122,-0.064,0.275,可見土壤容重對(duì)非水穩(wěn)性團(tuán)聚體有一定影響,水穩(wěn)性團(tuán)聚體還受土壤毛管持水量的影響。土壤<0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體(X1)及<0.25mm非水穩(wěn)性團(tuán)聚體(X2)對(duì)結(jié)構(gòu)破壞率(Y)影響關(guān)系可用回歸方程表示為:Y=1.151+1.023X1-1.021X2,相關(guān)系數(shù)R=0.950,其他因素的影響不顯著。3結(jié)論(1)土壤容重、耐種植年限的變化在茶樹墾植20a內(nèi),土壤黏粒含量、毛管持水量、孔隙度等表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢(shì),土壤容重隨種植年限延長(zhǎng)而減小,種植年限達(dá)15a后土壤物理性狀趨于穩(wěn)定。(2)在不同的種植模式下，土壤中的非水穩(wěn)定體為5%m