林 立，王 涵,*，洪永聰，石玉濤，鄭淑琳

（1.武夷學(xué)院 生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建省生態(tài)產(chǎn)業(yè)綠色技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 武夷山 354300；2.武夷學(xué)院中國(guó)烏龍茶產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 武夷山 354300；3.武夷學(xué)院 茶與食品學(xué)院，福建 武夷山 354300）

茶樹(shù)是我國(guó)廣泛種植的經(jīng)濟(jì)灌木，連年種植的茶園土壤，在人為管理和茶樹(shù)生物學(xué)特性的雙重影響下，其理化性質(zhì)會(huì)逐步改變，形成獨(dú)特的土壤生境[1]。如，隨著茶樹(shù)種植年限增加，茶園土壤pH值下降[2]，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化[3]。作為土壤生態(tài)系統(tǒng)最活躍的有機(jī)組分，土壤酶活性變化顯示土壤演變方向[4-5]。大量的研究表明，土壤酶活性變化比理化性質(zhì)更為敏感，可用于指征土壤污染、肥力變遷，或綜合評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量，合理反映土壤健康狀態(tài)[6]，為土壤污染治理、土壤管理提供科學(xué)依據(jù)[7]。

上述研究大多基于某一個(gè)茶樹(shù)品種種植對(duì)土壤的影響，不同茶樹(shù)品種對(duì)茶園土壤理化性質(zhì)和酶活性變化的影響，尚未見(jiàn)報(bào)道。本文在管理水平一致、生態(tài)環(huán)境和樹(shù)齡相同條件下，以大紅袍等10個(gè)茶樹(shù)品種的種植土壤為研究對(duì)象，檢測(cè)土壤各項(xiàng)理化指標(biāo)，全面考察土壤碳循環(huán)、氮循環(huán)、磷循環(huán)和氧化還原相關(guān)酶的活性變化，以期為良種良法推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及采樣

試驗(yàn)地位于武夷山市武夷星茶業(yè)有限公司的茶樹(shù)種質(zhì)資源圃，管理水平一致，生態(tài)條件相同。參試品種為大紅袍、水仙、奇蘭、肉桂、黃旦、水金龜、矮腳烏龍、半天妖、白雞冠和佛手等10個(gè)品種，樹(shù)齡均為7年，種植土壤類(lèi)型為磚紅壤。

大紅袍、水仙、奇蘭、肉桂、黃旦、水金龜、矮腳烏龍、半天妖、白雞冠和佛手等10個(gè)品種種植土壤分別記為S1～S10。土壤樣品的采集方法按《土壤分析技術(shù)規(guī)范》中的方法，采樣點(diǎn)避開(kāi)施肥點(diǎn)、路邊、溝邊等特殊位置，采用隨機(jī)布點(diǎn)法于每一品種茶樹(shù)種植地設(shè)置4個(gè)土壤采集點(diǎn)，作為重復(fù)，采集表層（0～20 cm）土壤，同時(shí)在茶園周邊采集4個(gè)土壤作為對(duì)照重復(fù)。對(duì)照土壤為僅生長(zhǎng)飛蓬等草本植物的自然土壤（記為S11）。采集時(shí)間為2018年4月下旬，微生物活動(dòng)旺盛。采樣結(jié)束后，迅速將新鮮土樣運(yùn)回，測(cè)定pH、含水率和土壤酶活性，剩余土樣風(fēng)干過(guò)篩后用于其余理化性質(zhì)的測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)方法

土壤理化性質(zhì)測(cè)定參照《土壤農(nóng)化分析方法》進(jìn)行[8]。pH值測(cè)定采用CHN-82801 型pH計(jì)（水土比2.5 ∶1）；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀加熱法測(cè)定；全N 含量采用半微量凱氏定氮法測(cè)定；堿解N 含量采用堿解蒸餾法測(cè)定；全P含量采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定；有效P 含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；全K 含量采用HF-HClO4消解火焰光度法測(cè)定；速效K 采用醋酸銨提取火焰光度法測(cè)定。

土壤酶活性采用關(guān)松蔭的方法檢測(cè)[9]。其中，苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定土壤脲酶活性；3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定土壤蔗糖酶活性和土壤纖維素酶活性；磷酸苯二鈉比色法測(cè)定土壤酸堿性磷酸酶活性；鄰苯三酚比色法測(cè)定土壤多酚氧化酶和土壤過(guò)氧化物酶活性；氯化三苯基四氮唑（TTC）比色法測(cè)定土壤脫氫酶活性；Folin-Ciocslteu 法測(cè)定土壤蛋白酶活性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算變異系數(shù)；利用SPSS 19.0 對(duì)土壤酶活性和土壤理化性質(zhì)作相關(guān)性分析；采用Origin 作圖。

變異系數(shù)（CV）反映數(shù)據(jù)的離散程度，按其大小可將變異程度粗略分級(jí)（CV＜10%為弱變異性，CV=10%～100% 為中等變異性，CV＞100%為強(qiáng)變異性）[10]。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

由表1可知，10個(gè)茶樹(shù)品種種植土壤的有機(jī)質(zhì)、全N、全K 與堿解氮的平均含量分別為156.91 g/kg、1.59 g/kg、0.20g/kg 和276.45 mg/kg，與對(duì)照土壤的107.39 g/kg、0.59g/kg、0.12g/kg 和134.73 mg/kg，存在明顯差別。S1～S10 的全P、速效K 和速效P 含量與對(duì)照S11 的差異較小。茶園土壤整體呈現(xiàn)酸化趨勢(shì)，平均pH值為4.44，且所有品種茶樹(shù)種植土壤的pH值均低于對(duì)照（pH=4.83）?？梢?jiàn)，長(zhǎng)期種植茶樹(shù)顯著改變了土壤基本理化性質(zhì)，是植物生長(zhǎng)和人為管理綜合作用的結(jié)果[11]。

雖然品種間土壤N、P、K 全量和有機(jī)質(zhì)含量的差異較小（CV ＜10%），但堿解N、速效P 與速效K 含量則差異較為明顯。其中，速效K 的變異系數(shù)最高，為34.60%，其次為堿解N（18.74%），說(shuō)明品種間這兩項(xiàng)理化性質(zhì)數(shù)據(jù)存在較大差異。表1 數(shù)據(jù)表明，大紅袍（S1）和矮腳烏龍（S7）土壤中堿解N 水平明顯低于其他品種土壤，大紅袍（S1）和黃旦（S5）土壤中速效K 含量明顯低于其他品種土壤。

2.2 氧化還原酶活性

對(duì)照土樣的脫氫酶、過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化物酶活性與茶園土壤區(qū)別明顯，且對(duì)照3種酶的活性在所有樣品中均處于中等水平（圖1）。其中，過(guò)氧化氫酶活性（1.53 mg/kg）略高于茶園土壤樣品的均值（1.36 mg/kg），脫氫酶和過(guò)氧化物酶活性（19.97 mg/kg，0.09 mg/kg）則略低于茶園土壤均值（20.76 mg/kg，0.11 mg/kg）。

表1 不同茶樹(shù)品種土壤理化性質(zhì)Table 1 Soil physical and chemical properties in planting soils of different tea varieties

圖1 土壤氧化還原酶類(lèi)活性變化Fig.1 Changes of soil oxidoreductase activities

種植不同品種茶樹(shù)土壤的氧化還原酶活性差異十分顯著，說(shuō)明品種對(duì)3種土壤酶活性影響較大。脫氫酶活性變化介于11.52～27.24 mg/g，以種植奇蘭（S3）的土壤酶活性最高，種植黃旦（S5）的土壤酶活性最低；過(guò)氧化物酶活性最高的為種植肉桂的土壤（0.14 mg/g，S4），最低的為種植白雞冠的土壤（0.09 mg/g，S9）；土壤過(guò)氧化氫酶活性的變化范圍為0.59（S10，佛手）～1.97 mg/g（S9，白雞冠）。變異系數(shù)的計(jì)算結(jié)果表明，10個(gè)品種茶樹(shù)土壤中，3種氧化還原酶活性的變化均達(dá)到中等變異程度（20.63%、34.54%和16.30%）。

2.3 碳循環(huán)相關(guān)酶活性

除少數(shù)樣品的土壤酶活性與對(duì)照接近外，大部分品種茶樹(shù)土壤中的碳循環(huán)相關(guān)酶的活性高于對(duì)照（圖2）。其中，多酚氧化酶（0.02 mg/g）活性差異尤為明顯，顯著低于所有茶園土壤樣品（均值為0.04 mg/g）。可能與茶樹(shù)凋落物富含多酚類(lèi)物質(zhì)有關(guān)，促進(jìn)了多酚氧化酶活性[12]。

考察不同品種茶樹(shù)土壤碳循環(huán)酶活性，纖維素酶活性最高的為種植水金龜品種的土壤（0.08 mg/g，S6），而最低的為種植白雞冠的土壤（0.04 mg/g，S9）；蔗糖酶活性分布區(qū)間為0.26～0.60 mg/g，最高的為黃旦（S5），最低的為佛手（S10）；多酚氧化酶活性最高的為奇蘭（0.06 mg/g，S3），最低的為大紅袍（0.03 mg/g，S1）。品種間纖維素酶、多酚氧化酶和蔗糖酶的變異系數(shù)分別為23.21%、18.69%和21.13%，均達(dá)到中等變異程度水平（23.21%、18.69 %和21.13%）。

2.4 氮循環(huán)相關(guān)酶活性

對(duì)照土壤的脲酶活性（104.92 mg/kg）明顯低于所有茶園土壤，而對(duì)照土壤的蛋白酶活性（0.03 mg/kg）僅略高于種植水仙（0.02 mg/kg，S2）和黃旦（0.02 mg/kg，S5）的土壤。由圖3可知，種植不同品種茶樹(shù)土壤的脲酶和蛋白酶活性變化顯著。脲酶活性變化區(qū)間為148.57～318.37 mg/g，白雞冠（S9）最高，肉桂（S4）最低；蛋白酶活性最高的為半天妖（0.04 mg/g，S8）最低的為水仙（0.02 mg/g，S2）。兩種土壤酶的變異系數(shù)分別為25.23%和22.58%，均屬中等變異。

圖2 土壤碳循環(huán)相關(guān)酶活性變化Fig.2 Changes of enzyme activities related to soil carbon cycle

2.5 磷循環(huán)相關(guān)酶活性

對(duì)照土壤的酸性和堿性磷酸酶活性（0.17 mg/kg，0.07 mg/kg）遠(yuǎn)低于茶園2種土壤酶活性的均值（1.14 mg/kg，0.41 mg/kg），酸性磷酸酶活性差別尤其明顯（圖4）。10個(gè)品種茶樹(shù)土壤間的2種磷酸酶活性差異也十分顯著。雖然不同品種茶樹(shù)土壤的堿性磷酸酶活性變化大于酸性磷酸酶，但二者變化趨勢(shì)十分相似。酸性和堿性磷酸酶的變異系數(shù)分別為12.46%和38.35%，均為中等變異程度。堿性磷酸酶活性以種植水金龜?shù)耐寥雷罡撸?.79 mg/kg，S6），酸性磷酸酶活性（1.32 mg/kg）也僅次于種植奇蘭的土壤（1.37 mg/kg，S3），因此水金龜品種對(duì)土壤磷酸酶活性的影響最為明顯。

圖3 土壤氮循環(huán)相關(guān)酶活性變化Fig.3 Changes of enzyme activities related to soil nitrogen cycle

圖4 土壤酸性和堿性磷酸酶活性變化Fig.4 Changes of soil acid and alkaline phosphatase activities

2.6 土壤理化性質(zhì)及酶活性的相關(guān)性

土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性相關(guān)分析表明（表2），10種土壤酶的活性與茶園土壤理化因子間大多呈正相關(guān)，僅有少數(shù)達(dá)到顯著水平。比較各土壤因子，發(fā)現(xiàn)土壤水分或有機(jī)質(zhì)變化對(duì)土壤酶活性影響較大，二者均與3個(gè)土壤酶活性呈極顯著或者顯著正相關(guān)。這可能與茶園樣地的山地土壤性質(zhì)有關(guān)，有機(jī)質(zhì)或水分匱乏限制了土壤微生物活動(dòng)。

考察不同土壤酶，發(fā)現(xiàn)蔗糖酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶對(duì)土壤理化性質(zhì)變化較為敏感。其中，蔗糖酶與堿解N、速效K 和含水率呈極顯著相關(guān)，與全N 和有機(jī)質(zhì)含量顯著相關(guān)；酸性磷酸酶與全N、全K、有機(jī)質(zhì)含量和含水率呈極顯著相關(guān)，與堿解N 顯著相關(guān)；多酚氧化酶與全N、有機(jī)質(zhì)含量和含水率顯著相關(guān)；纖維素酶與全P 顯著正相關(guān)，而與全K 顯著負(fù)相關(guān)；堿性磷酸酶與速效K 顯著正相關(guān)；其余的土壤酶與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性均不明顯。因此，蔗糖酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶適宜表征類(lèi)似的茶園土壤的肥力變化。

表2 土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性的相關(guān)性Table 2 Correlation between soil physical and chemical properties and soil enzyme activities

3 討論

土壤理化性質(zhì)研究結(jié)果表明，大紅袍等10個(gè)不同品種茶樹(shù)土壤的N、P、K 全量和有機(jī)質(zhì)含量沒(méi)有太大變化，但堿解氮、速效磷和速效鉀的含量差異較大。本研究中，茶園立地、管理?xiàng)l件趨向一致，有理由認(rèn)為，不同品種茶樹(shù)土壤速效養(yǎng)分的分化程度不一。這對(duì)根據(jù)不同茶樹(shù)品種配方施肥，提高養(yǎng)分利用率，實(shí)現(xiàn)化肥的減施增效具有重要意義

土壤酶主要來(lái)源于植物根系的分泌物和土壤微生物及動(dòng)植物殘?bào)w分解釋放[12]。來(lái)自植物根系的酶，可以是植物自然釋放出來(lái)的，也可以是根細(xì)胞溶解釋放的細(xì)胞內(nèi)酶進(jìn)入土壤溶液[13]。土壤酶活性研究結(jié)果表明，不同品種茶樹(shù)土壤間10種土壤酶的活性變化較大，均達(dá)到中等程度變異水平。10個(gè)品種茶樹(shù)對(duì)土壤酶活性的影響程度依次為：水金龜＞奇蘭＞肉桂＞矮腳烏龍=大紅袍＞半天妖＞黃旦＞水仙＞白雞冠＞佛手。

土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性變化直接相關(guān)，但是野外環(huán)境影響因子錯(cuò)綜復(fù)雜，使得土壤酶難以直接應(yīng)用于土壤肥力評(píng)價(jià)[14-16]。從本研究結(jié)果來(lái)看，篩選肥力關(guān)鍵因子是茶園土壤肥力評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，其次是酶指標(biāo)的確定，建立合理的分級(jí)機(jī)制。調(diào)查結(jié)論顯示，蔗糖酶、多酚氧化酶和酸性磷酸酶適宜評(píng)價(jià)巖茶茶園多數(shù)土壤性質(zhì)的變化，然而對(duì)于影響茶園可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的關(guān)鍵因素之一——土壤pH[17]，卻沒(méi)有合適的土壤酶進(jìn)行評(píng)價(jià)。未來(lái)應(yīng)就茶樹(shù)品種對(duì)茶園土壤性質(zhì)影響進(jìn)行更為細(xì)致的研究，進(jìn)一步探究不同品種茶樹(shù)對(duì)土壤酶的影響規(guī)律和機(jī)制。