吳昊，崔鳳琪，李丹丹

(信陽師范學院 生命科學學院，河南 信陽 464000)

土壤作為植物生長的基質，為植物正常生命活動提供了必需的水、肥、氣、熱等條件[1]。碳素(C)和氮素(N)是土壤肥力的重要組成部分，其中，有機碳是通過微生物作用所形成的腐殖質、動植物及微生物殘體的總和，而氮主要來自于有機質的分解。氮素包括有機態(tài)氮和無機態(tài)氮，有機態(tài)氮含量較多，無機態(tài)氮主要為銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。土壤化學計量特征是決定農產(chǎn)品優(yōu)良品質及其產(chǎn)量的主要因素，生態(tài)化學計量學通過分析多重元素(主要是C、N等)質量平衡對生態(tài)交互作用的影響來探討生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能[2]。土壤C∶N是表征C、N元素動態(tài)平衡的指標，其往往被用來檢測土壤質量，能夠調控土壤微生物對有機物的分解作用以及碳的生產(chǎn)與吸收[3]。

茶(Camellia sinensis)是廣泛分布于我國熱帶及亞熱帶的一種重要經(jīng)濟作物，土壤理化性質、養(yǎng)分狀況以及其化學計量比均會影響茶樹長勢[4]。茶樹為喜酸植物，能夠同時吸收土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，且具有喜銨特性[5]。已有不少學者圍繞茶園土壤營養(yǎng)元素及其化學計量做了大量研究，如李瑋[6]等分析了四川雅安不同年份茶園土壤的生態(tài)化學計量特征，劉超良[7]等發(fā)現(xiàn)信陽4個茶園土壤的酸堿度、有機質及全N含量均適合茶樹的生長。但目前關于信陽市車云山茶園土壤的營養(yǎng)元素及其化學計量的研究尚未見報道。本文分析了車云山茶園土壤的總C、總N、銨態(tài)氮含量及其C∶N化學計量特征，以期為提高該區(qū)茶葉的產(chǎn)量和品質以及實現(xiàn)茶園土壤可持續(xù)利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

信陽市地處河南省南部，介于東經(jīng)113°45′-115°55′、北緯 30°23′-32°27′，位于“秦嶺-淮河”南北方自然分界線以南，屬于亞熱帶季風氣候與暖溫帶氣候過渡帶。車云山坐落于信陽市浉河區(qū)董家河鎮(zhèn)西北部桐柏山脈之上，內有茶園千余畝。該區(qū)年平均氣溫15.5℃，平均海拔647 m，年均降水量11509 mm，空氣濕潤，有利于生產(chǎn)優(yōu)質茶葉[8]。

1.2 土壤采集與測定

于2018年6月份到信陽市車云山茶園進行野外考察，在茶樹長勢基本一致的地點設置土壤采集樣地。共選取19塊面積為3 m × 3 m的樣地，在每個樣地中沿著其任意一條對角線設置樣帶，在樣帶的兩端及中間分別設置1個土壤采樣點。取樣前先撥開土壤表層的枯枝落葉及礫石，然后用鐵鏟采集0～30 cm土層的土壤。將采集的土樣置入土壤袋，并注明采樣日期和樣地編號等信息。

將采集的土壤盡快帶回實驗室，平攤在吸水紙上自然晾干。隨后將風干的土壤以四分法取出放在粉碎機中充分研磨，分別過20目及100目土壤篩以待測定。利用重鉻酸鉀外加熱法測定土壤總有機態(tài)碳、凱氏定氮法測定土壤全氮，將土壤以2 mol/L KCl溶液浸提后利用連續(xù)流動分析儀測定土壤銨態(tài)氮，采用元素質量比計算土壤的C∶N。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)整理與作圖；利用SPSS16.0軟件提供的線性、多項式、對數(shù)等11種擬合函數(shù)方程對土壤C∶N與總C、總N以及銨態(tài)氮含量進行回歸分析，從中選擇回歸顯著且擬合系數(shù)最高的回歸模型進行討論。

2 結果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分含量及化學計量特征

由圖1可知，在車云山茶園不同樣地土壤中，10號樣地的總C含量最高，達56.200 g/kg，11號樣地的總C含量最低，為 20.400 g/kg。各樣地土壤總C含量的平均值為31.790 g/kg。對于土壤總N含量而言，10號樣地的土壤總N含量最高，達1.970 g/kg，18號樣地的土壤總N含量最低，為1.180 g/kg，各樣地土壤總N含量的平均值為1.660 g/kg。相對于總C含量，研究區(qū)各樣地的土壤總N含量之間的差距較小。對于土壤銨態(tài)氮含量而言，17號樣地的土壤銨態(tài)氮含量最高，達0.250 g/kg，11號樣地的土壤銨態(tài)氮含量最低，為0.013 g/kg，其平均值為0.113 g/kg。各樣地之間的銨態(tài)氮含量差距非常大，前12個樣地銨態(tài)氮含量相對較低，而后7個樣地的銨態(tài)氮含量相對較高。對于車云山茶園土壤C∶N化學計量比而言，10號樣地的土壤C∶N達到28.434，為所有樣地C∶N的最高值，表明此樣地C含量較高而N含量相對較低，茶樹生長可能受到N元素含量的限制；11號樣地土壤的C∶N最低，為11.767，該樣地土壤中的N素含量相對充足。各樣地土壤的C∶N平均值為18.889。

圖1 信陽市車云山茶園土壤的C、N含量及其化學計量比

2.2 化學計量特征與土壤元素的耦合關系

回歸分析表明(圖2)，研究區(qū)土壤的總C與總N之間具有極顯著的線性回歸擬合關系(擬合系數(shù)R2=0.480，P=0.001)，擬合方程為Y=0.017X+1.112，即總C與總N之間存在顯著的正向關系，隨著總C含量增加，土壤總N明顯上升；C∶N與總C含量之間具有顯著的線性回歸擬合關系(擬合系數(shù)R2=0.766，P<0.01)，擬合方程為Y=2.101X-7.970，即C∶N與總C之間存在顯著的正向關系，隨著總C含量的增加，土壤C∶N明顯上升；C∶N與土壤銨態(tài)氮含量之間存在顯著的S型曲線回歸擬合關系(擬合系數(shù)R2=0.236，P=0.035)，擬合方程為Y=e-0.744-29.710/X，即C∶N與銨態(tài)氮之間存在顯著的正向關系，隨著銨態(tài)氮的增加，土壤C∶N顯著上升。土壤總C與銨態(tài)氮(P=0.762)、總N與銨態(tài)氮(P=0.743)以及土壤C∶N與總N含量(P=0.274)之間均不存在顯著的回歸擬合關系。

圖2 信陽市車云山茶園土壤的C、N含量與其化學計量比的回歸分析

3 結論與討論

試驗結果表明：信陽市車云山茶園土壤的總C平均含量為31.790 g/kg，總N平均含量為1.660 g/kg，銨態(tài)氮平均含量為0.113 g/kg，土壤C∶N化學計量比的平均值為18.889。土壤總C與總N含量、土壤C∶N與總C含量之間均具有顯著的正向線性擬合關系，土壤C∶N與銨態(tài)氮含量之間具有顯著的正向S型擬合關系。

N素是茶樹生長必需的元素，由于茶樹具有喜銨特性，土壤中的銨態(tài)氮能夠直接被茶樹吸收利用[9]。因此，在茶園土壤中施加適量銨態(tài)氮肥，能夠有效增加茶樹的葉綠素含量，并能提高茶葉中某些氨基酸及生物堿含量[10]。但過量的N肥可能導致土壤中NH4+硝化產(chǎn)生H+，進而引起土壤酸化嚴重[11]。本研究中車云山茶園土壤的總N含量(平均值1.660 g/kg)與云南省勐?？h茶園(總N平均值 1.99 g/kg)[12]和貴州省開陽縣茶園(總N平均值1.240 g/kg)[13]等健康的茶園生態(tài)系統(tǒng)N素含量相當，表明該茶園當前的N素水平可以滿足茶樹正常生長代謝的需要。

土壤C∶N是衡量有土壤有機質分解速率及N素礦化能力的重要指標。正常情況下，土壤C∶N值越大，表明微生物活動受到N素的限制，有機質分解速率就越小，二者之間成反比關系[14]。當土壤C∶N<25時，有機質容易分解而發(fā)生礦化作用，產(chǎn)生無機態(tài)N，較易被植物吸收利用；當C∶N>25時，有機質會發(fā)生積累，其分解受到N限制[15]。本研究中，車云山茶園土壤C∶N介于11.767～28.434，其平均值(18.889)低于25，但高于中國土壤的C∶N平均值(11.9)[16]，表明該區(qū)茶園土壤大部分有機質的分解作用較積累快，土壤肥力良好。但極少數(shù)樣地土壤C∶N>25，因此仍需注意適當施加N肥，以避免由于N不足而導致茶葉減產(chǎn)。

本研究發(fā)現(xiàn)，車云山茶園土壤的C和N具有密切正向耦合關系，可能是由于土壤微生物在利用N元素時需要首先將土壤有機質的C骨架破壞掉，從而使得土壤營養(yǎng)物質在分解時同步釋放出C和N[2]。土壤C∶N與總C及銨態(tài)氮的耦合關系十分顯著，而總N的關系不顯著，這表明本研究區(qū)土壤的營養(yǎng)平衡狀況主要受土壤N素(尤其是速效N)的制約，在今后的茶樹栽培中應更加注重N肥的合理施用及茶園土壤酸堿度的調控，以維持茶園生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。茶樹生長于極具復雜空間異質性的土壤中，氣候、海拔及生物活動等都可能影響到土壤的質量，關于其他環(huán)境因子對車云山茶園土壤養(yǎng)分狀況的影響尚待進一步深入研究。