代依涵，李渝，劉彥伶，黃興成，張雅蓉，于翊鵬，聶云，蔣太明

1.貴州大學農學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省農業(yè)科學院土壤肥料研究所，貴州 貴陽 550006；3.貴州省農業(yè)科學院，貴州 貴陽 550006

碳作為土壤肥力核心，是土壤養(yǎng)分的重要來源，其有機形態(tài)的礦化速率和轉化速率影響土壤養(yǎng)分的供應[1]。氮素是構成作物氨基酸、蛋白質的主要成分，為茶樹生長、發(fā)育、品質形成的必需元素之一，而氮素在土壤中極易損失，利用率較低[2]，其有效性對土壤肥力和作物生產力影響較大[3]。茶樹作為葉用型經濟作物，對氮素吸收較多，一般認為茶樹的氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收需求比例約為5∶1∶2[4-5]，施用氮肥對實現(xiàn)茶葉高產和維持土壤肥力具有重要作用[6]。然而，調查研究表明，當前我國超過30%的茶園存在過量施氮現(xiàn)象[7]，導致土壤酸化[8]、活性氮排放[9]、土壤退化[10]等諸多問題。因此，合理施用氮肥對保持土壤肥力及減少環(huán)境污染具有重要意義。

前人研究發(fā)現(xiàn)，施用氮肥能顯著提升茶園土壤全氮、有機碳、可溶性有機碳、微生物量碳含量[11-13]，土壤外源氮素投入越多，土壤有機碳、全氮含量越高。也有研究認為，過量施氮對土壤有機碳和微生物量碳的提高不顯著，甚至土壤微生物量碳氮和可溶性有機碳氮會有所降低[14-15]。土壤微生物量、酶活性與土壤養(yǎng)分轉化密切相關[16-17]，土壤微生物以碳素、氮素作為能源及營養(yǎng)，微生物對有機碳及土壤氮礦化和轉化起著關鍵作用，而土壤酶活性可以反映土壤養(yǎng)分轉化能力強弱[18]。有研究表明，隨著氮肥施用量的增加，土壤β-葡萄糖苷酶活性不斷增加[19]。也有研究發(fā)現(xiàn)，過量施氮會導致土壤酸化、微生物數(shù)量下降[20-21]，從而導致土壤養(yǎng)分含量下降，說明土壤養(yǎng)分含量、土壤微生物量、土壤酶活性受氮營養(yǎng)水平影響[16]。氮肥施用量對不同肥力水平土壤碳氮養(yǎng)分的影響不盡相同。如楊馨逸等[22]研究認為，在高肥力地區(qū)，隨著氮肥施用量的增加，土壤中活性氮組分含量提高；在低肥力地區(qū)，氮肥施用量增加反而會降低土壤微生物量氮含量。也有研究表明在相同施肥量條件下，基礎肥力低的土壤的肥料貢獻率較高，基礎肥力高則反之[23]。因此，茶園合理的施肥管理不僅需要考慮氮肥施用量對茶園土壤肥力的影響，還需考慮不同地區(qū)土壤基礎肥力的差異性。目前，不同氮肥施用量對大田作物土壤養(yǎng)分的影響研究已有不少，但在不同土壤肥力條件下，氮肥施用量對茶園土壤碳氮轉化及酶活性的影響缺乏系統(tǒng)研究。本研究選取不同土壤肥力茶園，研究不同氮肥施用量對茶園土壤碳、氮養(yǎng)分及相關酶活性的影響，以探明不同肥力茶園土壤碳氮養(yǎng)分對氮肥用量的響應規(guī)律，為茶園氮肥合理施用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地I位于貴州省貴定縣報管鄉(xiāng)（107°8′53.8″E、26°13′44.6″N），平均海拔1 085 m，年平均氣溫21.5℃，年平均降水量1 200 mm，全年平均無霜期280 d。試驗茶樹品種為當?shù)厝后w種鳥王種，土壤類型黃壤，試驗從2016年開始。氮肥用量試驗耕層（0～20 cm）土壤基礎養(yǎng)分含量為：有機碳11.02 g/kg、全氮1.44 g/kg、堿解氮110.20 mg/kg，pH值5.01，碳氮比7.65，土壤肥力中等偏低。下文以“低肥力茶園”表示。

試驗地Ⅱ位于貴州省安順市西秀區(qū)雞場鎮(zhèn)（106°4′33.1″E、26°5′20.4″N），平均海拔1 233 m，年平均氣溫14.4℃，年平均降水量1 360 mm，全年平均無霜期250 d。試驗茶樹品種為福鼎大白茶，土壤類型黃壤，試驗從2016年開始。氮肥用量試驗耕層（0～20 cm）土壤基礎養(yǎng)分含量為：有機碳39.68 g/kg、全氮3.29 g/kg、堿解氮181.60 mg/kg，pH值3.74，碳氮比12.06，土壤肥力較高。下文以“高肥力茶園”表示。

1.2 試驗設計

兩個試驗點均設置4個不同氮肥用量處理（N1，150kg/hm2；N2，300kg/hm2；N3，600kg/hm2；N4，900 kg/hm2），田間3個重復。磷、鉀肥等量施用，施用量為100 kg/hm2。供試肥料品種為尿素（含N 46.0%）、過磷酸鈣（含P2O516.0%）、硫酸鉀（含K2O 50.0%），磷、鉀肥于每年10—11月作基肥一次性施入，施肥方式為溝施。氮肥按照基肥∶春肥∶夏肥3∶4∶3的比例分3次施用。

1.3 樣品采集與分析

土壤樣品于2020年茶園冬管封園管理前采集，采集深度0～20 cm。樣品帶回實驗室后篩選剔除雜質和根系，一部分裝入自封袋，存于冰箱內4℃冷藏，用于測定可溶性有機碳、可溶性總氮、土壤微生物量碳氮、土壤酶活性；一部分自然風干后，磨碎分別過10目、100目篩后用自封袋分裝密封，用于測定土壤常規(guī)養(yǎng)分。

土壤常規(guī)養(yǎng)分參照《土壤農化分析》進行測定[24]?？扇苄杂袡C碳、可溶性總氮采用冷水浸提法，微生物量碳、微生物量氮采用氯仿熏蒸法，β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶采用微孔板法，β-葡萄糖苷酶采用硝基酚比色法，硝酸還原酶采用酚二磺酸比色法，亞硝酸還原酶采用α-奈胺比色法[25]。

1.4 數(shù)據處理

采用Excel 2007整理和歸類數(shù)據，采用SPSS軟件對數(shù)據進行方差分析，用Duncan新復極差法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 氮肥施用量對茶園土壤碳含量的影響

雙因素方差分析結果表明（表1），施氮量和土壤基礎肥力對土壤有機碳、微生物量碳、微生物熵（微生物量碳/土壤有機碳）均有顯著影響。土壤有機碳、可溶性有機碳、微生物熵受施氮量和土壤基礎肥力二者交互作用影響。

表1 施氮量及土壤基礎肥力對茶園土壤碳含量影響的雙因素方差分析

不同肥力茶園氮肥用量對茶園土壤碳含量的影響不盡相同（圖1）。低肥力茶園土壤有機碳和可溶性有機碳含量均隨氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢，以N2處理最高，較N1處理分別提高了33.14%和8.71%，較N4處理分別顯著提高了47.40%和25.60%；土壤微生物量碳和微生物熵則均隨氮肥用量增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，以N2和N3處理較低。高肥力茶園土壤有機碳含量隨施氮量的增加不斷降低，N2～N4處理土壤有機碳含量較N1處理顯著降低了17.44%～20.50%。可見，低肥力茶園土壤碳素養(yǎng)分對氮肥施用量響應較敏感。

圖1 不同氮肥施用量對不同肥力茶園土壤碳含量的影響

2.2 氮肥施用量對茶園土壤氮含量的影響

雙因素方差分析結果（表2）表明，土壤可溶性總氮、微生物量氮、微生物量氮/全氮等指標受施氮量和土壤基礎肥力及二者交互作用顯著影響。土壤全氮僅受土壤基礎肥力影響。

表2 施氮量及土壤基礎肥力對茶園土壤氮含量影響的雙因素方差分析

低肥力茶園土壤全氮、可溶性總氮、微生物量氮隨氮肥施用量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，以N2處理最高，較N1處理分別提高了20.73%、40.27%、3.06%，較N4處理分別提高了22.63%、67.04%、69.79%；土壤微生物量氮/全氮隨氮肥施用量的增加不斷降低，N2～N4處理土壤分別較N1處理降低0.97、2.29、2.44個百分點。高肥力茶園土壤微生物量氮、微生物量氮/全氮以N1處理較高，微生物量氮N2～N4處理較N1處理分別降低了30.97%、35.05%、37.85%，微生物量氮/全氮分別降低了0.49、0.45、0.44個百分點（圖2）。

圖2 不同氮肥施用量對不同肥力茶園土壤氮含量的影響

2.3 氮肥施用量對茶園土壤酶活性的影響

雙因素方差分析結果（表3）表明，施氮量對土壤碳氮相關轉化酶活性無顯著影響。亞硝酸還原酶活性受土壤基礎肥力影響顯著，硝酸還原酶活性受施氮量及土壤基礎肥力二者交互作用影響。

表3 施氮量及土壤基礎肥力對茶園土壤酶活性影響的雙因素方差分析

由表4可以看出，低肥力茶園N2處理β-葡糖苷酶和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性較高，N1處理硝酸還原酶活性及亞硝酸還原酶活性均較高，但不同氮肥施用量間土壤碳氮轉化酶活性均無顯著差異。高肥力茶園施氮量對β-葡萄糖苷酶活性及硝酸還原酶活性無顯著影響，β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性隨氮肥施用量增加呈先下降后增高趨勢，N3處理活性最低；亞硝酸還原酶活性隨氮肥施用量增加而增高?？梢姡叻柿Σ鑸@土壤碳氮轉化相關酶活性對氮肥施用量的響應較敏感。

表4 不同氮肥施用量對不同肥力茶園土壤酶活性的影響

2.4 氮肥施用量對茶園土壤碳氮比的影響

由圖3可知，低肥力茶園土壤微生物量碳氮比、可溶性碳氮比隨氮肥施用量的增加呈先降低后升高的趨勢，以N2處理最低，較N1處理分別顯著降低了27.98%和17.82%，較N4處理分別顯著降低了37.95%和24.75%；土壤碳氮比含量以N2處理較高，其他處理土壤碳氮比較N2處理降低了9.38%～21.23%。高肥力茶園土壤微生物量碳氮比以N1處理較低，但處理間差異不顯著；土壤可溶性碳氮比以N1處理較低，N2～N4處理較N1處理升高了3.47%～16.88%；土壤碳氮比以N1處理較高，N2～N4處理土壤碳氮比較N1處理降低了9.12%～18.77%。

圖3 不同氮肥施用量對不同肥力茶園土壤碳氮比的影響

3 小結與討論

本研究表明，氮肥施用對低肥力茶園土壤碳、氮養(yǎng)分含量的影響較高肥力茶園大。其原因可能是在低肥力茶園合理施用氮素可有效增加土壤微生物對外源碳素底物固持水平，減少因有機碳礦化導致土壤碳素損失，提高土壤碳固持速率[26]，從而影響土壤碳組分含量，并且低肥力土壤微生物群落結構穩(wěn)定性易受土壤環(huán)境的改變而改變，施加氮素也會影響土壤活性碳、氮組分[27-28]，所以氮肥施用對低肥力茶園土壤碳、氮養(yǎng)分影響較顯著。而高肥力茶園土壤碳、氮養(yǎng)分含量高，土壤有足夠的碳源固持氮素，碳循環(huán)和氮循環(huán)過程耦合更加緊密，土壤的緩沖能力更強[29-30]，所以合理添加外源氮素對高肥力土壤的碳、氮養(yǎng)分影響相對較小。

在低肥力茶園，合理施氮肥可提高土壤中有機碳含量，這可能是因為氮肥的輸入增加了植物生物量和植物殘茬還田量，進而增加了土壤有機碳含量[31]。但過量施氮反而會降低土壤有機碳的含量，這與其他學者的研究結果相似[32]，其原因可能是過量施用氮肥會對根系產生毒害，影響根系和茶園土壤的物質交換，使根系輸入到土壤中的碳減少[33-34]，從而降低了土壤有機碳含量。

低肥力茶園中，合理施氮肥可顯著提高土壤全氮、可溶性總氮含量，但過量施氮則會降低土壤氮含量，以N2處理較高，表明在低肥力茶園適量氮肥輸入可增加土壤微生物活性，促進氮素分解和轉化，提高土壤氮素養(yǎng)分含量[11]，但過量施用氮肥會導致部分氮素不能及時被茶樹利用，并且過量氮素在土壤中積累，亞硝酸鹽累積過多會對微生物產生毒害，抑制土壤微生物活性[35]，降低土壤腐殖質分解，從而降低土壤中可溶性總氮含量，增加土壤氮損失[22]。本研究還發(fā)現(xiàn)低肥力茶園過量施用氮肥會降低可溶性總氮及土壤微生物量氮含量，這一現(xiàn)象符合其他研究者關于土壤活性碳、氮組分可以相互影響的結論，即土壤腐殖質分解降低，土壤可溶性總氮含量降低，土壤微生物量氮含量也會隨之降低[14-15]。

土壤中無機氮部分源于土壤微生物的酶促降解產物[36]，本研究發(fā)現(xiàn)，在低肥力茶園中不同氮肥施用量間土壤碳、氮轉化相關酶活性均無顯著影響。高肥力茶園中，氮肥施用量對氮素轉化相關的β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和亞硝酸還原酶活性影響較大。張露等[37]研究也發(fā)現(xiàn)在低肥力地區(qū)土壤酶活性轉化較低，高肥力茶園土壤微生物的代謝活動相對較高，且由于投入的肥料是氮肥，所以對氮轉化酶活性影響較明顯。

土壤微生物量碳氮比的高低能夠反映氮素的供應能力，土壤微生物量碳氮比較小時，土壤氮素的利用率會提高[38]。本研究發(fā)現(xiàn)，低肥力茶園土壤中微生物量碳氮比隨著施氮量的增加先降低后升高，以N2施肥處理最低，說明合理施用氮肥能降低土壤微生物量碳氮比，提高土壤氮素的生物有效性，這與前人研究結果一致[39]。

可溶性有機碳、可溶性總氮是生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的組分之一。土壤微生物碳氮比和可溶性碳氮比變化趨勢一致，原因之一可能是微生物活動消耗了土壤中的可溶性有機碳或可溶性總氮；另一原因可能是合理施用氮肥促進土壤有機碳分解，增加了土壤中可溶性有機碳、可溶性總氮含量，使土壤可溶性有機碳、可溶性總氮同程度增加或減少[40]，所以N2處理的土壤可溶性碳氮比較低。土壤碳氮比在15～25范圍內，土壤有機質供肥越優(yōu)越，碳氮比越高；微生物活動分解能力越快，碳氮比越低[41]。在本試驗中，低肥力茶園除N2處理外，其他處理土壤碳氮比相對較低，表明低肥力茶園土壤碳素含量低，基礎肥力低，今后延續(xù)本試驗應適量添加有機肥，增加土壤有機質含量，促進氮素養(yǎng)分合理轉化，提高土壤碳氮比。高肥力茶園土壤碳氮比在12～15范圍內，需要注意平衡施肥，保證養(yǎng)分的協(xié)調供應[42]。

本研究也表明，茶園土壤活性態(tài)碳、氮含量受施氮量、土壤基礎肥力以及二者交互作用影響，說明無論在高肥力或低肥力茶園合理施肥是培育和提高土壤基礎肥力的關鍵措施[23]。

不同肥力茶園氮肥施用量對土壤碳、氮養(yǎng)分的影響不盡相同。低肥力茶園土壤碳、氮養(yǎng)分總體隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，N2（300 kg/hm2）水平具有較高碳、氮養(yǎng)分含量，是最適氮肥施用量。高肥力茶園土壤碳、氮養(yǎng)分總體隨施氮量的增加呈降低趨勢，N1（150 kg/hm2）水平具有較高的土壤碳、氮養(yǎng)分含量，是最適宜氮肥施用量。在實際茶園管理中，應因地制宜合理施用氮肥，以提高土壤養(yǎng)分和氮肥利用效率。