植茶年限与茶园土壤渗透性能

君子务农安根 2024-06-25 08:06:44

茶园生态化建设模式,涵盖茶叶品种、栽培、土壤、生物、植保、肥料等领域。秉承以人类为中心的理性生态伦理学思想,为复兴茶产业而努力。

土壤渗透是指水分通过地表向下的流动过程,其性能与降雨后土壤水分再分配、地表和地下径流、土壤侵蚀、养分的迁移及面源污染等问题密切相关,是评价生态系统水分调节功能的重要指标之一。

土壤入渗是一个复杂的动态过程,它受到土壤环境因子(土壤初始含水率、降雨强度和积水状况等)、土壤理化性质(质地、土壤容重及孔隙度和肥力状况等)、土地利用方式和耕作条件等多种因素的影响,且存在强烈的空间异质性。为了定量描述和拟合土壤入渗过程,国内外研究者已经建立Kostiakov、Philip、Horton及幂函数等入渗模型,但不同植被类型的最优拟合模型也不尽相同。

茶园是我国亚热带丘陵山区重要的土地利用类型,受茶园“三光”栽培措施(梯壁光、梯埂光和园面光)和立地条件的影响,使得茶园(尤其是新垦茶园)覆盖度较低且坡度大,易受季节性暴雨的直接冲刷,造成水土流失。由于茶园管理措施(施肥、除草和耕作等)、茶树凋落归还土壤以及根系分泌物等原因,随着植茶年限增加,茶园土壤理化性质发生了一系列变化。

1不同植茶年限对茶园土壤理化性质的影响

茶园大多由撂荒地或者林地开垦而成,顺坡种植、超坡度开垦和清耕作业等管理措施大幅改变了自然土壤的理化性质,尤其是新垦茶园土壤理化性状较差,水土流失严重。本研究表明,与撂荒地相比,新垦3a和改制换种2a茶园土壤物理性状下降,随着植茶年限的增加,茶园土壤物理性状均有所改善,这与林绍霞等、彭萍等研究结果一致。

不论是撂荒地新垦为茶园或衰老茶园改制换种,建园过程中均需使用机械进行梯壁建设和挖沟,机械作业导致土壤结构体受到严重破坏,从而使土壤物理性状在短时间能无法恢复,表现为土壤总孔隙度、毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和初始含水率均显著降低;日常耕作过程中踩踏易造成土壤板结,导致土壤容重显著增加,土壤紧实粘重;同时,这两类茶园建园初期园面覆盖度低,易直接遭受暴雨冲刷,致使土体表面开裂和有机质流失严重,进一步破坏了土壤物理性状。随着植茶年限的增加,受施肥、耕作及茶树根系分泌物的影响,成龄茶园土壤容重下降,土壤总孔隙度和毛管孔隙度均有所增加,土壤物理性状逐渐恢复。

成龄茶园封行后,大量的凋落物(修剪枝条和老叶)归还于土壤中分解转化,可及时补充土壤有机质的消耗,而且茶园土壤较少受到机械扰动,有助于改善土壤物理性状。由此可见,与撂荒地相比,新垦茶园和改制换种2a茶园土壤物理性状显著下降,定期补充有机质,加大有机肥投入,以改善土壤团粒结构和孔隙状况,并通过梯壁种草、园面铺草或套种绿肥等措施提高园面覆盖度,避免降雨直接冲刷,减缓地表径流的产生,避免表土和土壤养分流失。

隙度的增加不仅有利于土壤中纵向的水分渗透,而且也加速了横向的水分渗透,能够对土壤水分渗透创造良好的条件。同时,成龄茶园凋落物归还量大,有机质含量相对较高,土壤团粒结构多且稳定性好,土壤土水势梯度大,在渗透的过程中渗吸的水量就多。分析土壤渗透性能与理化性质之间相关性表明,土壤渗透性能均与土壤容重呈显著或极显著负相关,与土壤总孔隙度呈显著或极显著正相关,土壤容重越小,土壤越疏松,孔隙度越大,透水和透气性越好,土壤入渗率就越高,这也证实了土壤容重增加和孔隙度降低是导致新垦茶园和改制换种茶园土壤渗透性能降低的主要因素。

以往研究表明,随着植茶年限的增加,土壤理化性质发生转折性变化,通常发生在累积植茶50a以后的高龄茶园。

本研究表明,在未考虑茶树品种和管理措施的影响下,茶园土壤渗透性能排序为50a茶园>10a茶园>30a茶园>撂荒地>改制换种2a茶园>新垦茶园,渗透性能并未随着植茶年限的增加而增强。土壤渗透性能除了与植茶年限有关外,还与茶树品种和茶园管理方式有关,30a生茶园茶树为绿茶品种,以生产大宗茶为主,每年采摘周期长且轮次多,凋落物归还量相对较少,封行后茶树培肥管理以氮肥撒施为主,有机物投入量低于生产名优茶的10a生金观音茶园,使得土壤物理性状低于10a生茶园,进而表现为渗透性能低于10a生茶园。另外,10a生茶园土壤初始含水率也高于30a生茶园,湿润土壤的饱和导水能力大于干燥土壤的饱和导水能力。选择合适的入渗模型能更方便、准确地看出土壤入渗性能的差异。

本研究利用4种常见模型拟合土壤入渗过程发现,4种入渗模型的拟合精度存在较大差异,Horton模型能很好地拟合本区域土壤入渗过程,实测值与拟合值接近,这与胡建朋等对山东石灰岩林地土壤的研究结果一致;Philip和通用经验公式拟合值均明显大于实测值,说明不同区域适宜土壤入渗模型存在差别。

2不同植茶年限对土壤渗透性能的影响

由于茶园的经营(施肥、除草及耕作等)管理、凋落物归还土壤以及根系分泌物等原因,随着植茶年限的增加,茶园土壤理化性质发生了一系列变化,直接影响水分在土壤运输。本研究可以看出,新垦茶园土壤渗透性能显著降低,成龄茶园(10a、30a和50a)土壤渗透能力显著高于撂荒地,这与杨玉梅等、刘道平等研究结果相近。

影响土壤渗透能力的因素主要有土壤质地、水稳性团聚体含量、土壤容重、土壤有机质含量、初始含水率、土壤孔隙尤其是非毛管孔隙。与撂荒地相比,新垦茶园和改制换种茶园土壤容重较大,机械作业使得土壤团粒结构丧失,土壤孔隙减小,土壤变得紧密坚实,导致渗透能力降低,这与已有的研究结果基本一致。随着植茶年限的增加,成龄茶园土壤容重下降,土壤总孔隙度和毛管孔隙度均有所增加。

孔隙度的增加不仅有利于土壤中纵向的水分渗透,而且也加速了横向的水分渗透,能够对土壤水分渗透创造良好的条件。同时,成龄茶园凋落物归还量大,有机质含量相对较高,土壤团粒结构多且稳定性好,土壤土水势梯度大,在渗透的过程中渗吸的水量就多。分析土壤渗透性能与理化性质之间相关性表明,土壤渗透性能均与土壤容重呈显著或极显著负相关,与土壤总孔隙度呈显著或极显著正相关,土壤容重越小,土壤越疏松,孔隙度越大,透水和透气性越好,土壤入渗率就越高,这也证实了土壤容重增加和孔隙度降低是导致新垦茶园和改制换种茶园土壤渗透性能降低的主要因素。

以往研究表明,随着植茶年限的增加,土壤理化性质发生转折性变化,通常发生在累积植茶50a以后的高龄茶园。本研究表明,在未考虑茶树品种和管理措施的影响下,茶园土壤渗透性能排序为50a茶园>10a茶园>30a茶园>撂荒地>改制换种2a茶园>新垦茶园,渗透性能并未随着植茶年限的增加而增强。土壤渗透性能除了与植茶年限有关外,还与茶树品种和茶园管理方式有关,30a生茶园茶树为绿茶品种,以生产大宗茶为主,每年采摘周期长且轮次多,凋落物归还量相对较少,封行后茶树培肥管理以氮肥撒施为主,有机物投入量低于生产名优茶的10a生金观音茶园,使得土壤物理性状低于10a生茶园,进而表现为渗透性能低于10a生茶园。

另外,10a生茶园土壤初始含水率也高于30a生茶园,湿润土壤的饱和导水能力大于干燥土壤的饱和导水能力。选择合适的入渗模型能更方便、准确地看出土壤入渗性能的差异。本研究利用4种常见模型拟合土壤入渗过程发现,4种入渗模型的拟合精度存在较大差异,Horton模型能很好地拟合本区域土壤入渗过程,实测值与拟合值接近,这与胡建朋等对山东石灰岩林地土壤的研究结果一致;Philip和通用经验公式拟合值均明显大于实测值,说明不同区域适宜土壤入渗模型存在差别。由于土壤入渗性能存在极大的空间变异性,以后的研究中应加大取样点数量,以筛选出更为精确的土壤入渗模型

(安根团队摘自陈玉真等:不同植茶年限茶园土壤的物理性状及渗透性能)

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