马唐与铁观音茶树复合生长系统的生态效应研究

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【摘   要】 通过对安溪县感德镇茶园基地高密度（80%-95%）、低密度（30%-50%）马唐与铁观音茶树复合生长系统的生态效应观测，结果发现：高密度马唐生长环境下，茶园温度较纯茶园降低1-2℃，湿度明显增加;生物种群上呈现多样化，并能够有效减少害虫数目，增加天敌数量，而低密度马唐环境下次之，无草条件下最差;在土壤方面，通过留长马唐土壤的容重降低24%，土壤孔隙度增加近22%，改善了茶园土壤结构;留长马唐还可以提高茶鲜叶水浸出物含量，氨基酸含量增加50%，茶多酚减少16%，降低酚氨比。

【关键词】 马唐;铁观音茶树;复合生长;生态效应

Study on the Ecological Effects of Digitaria sanguinalis （L.） Scop. and Tieguanyin Tea Trees Compound Growth System

Pan Rongyi1   Hu Shanshan2   Chen Zhipeng3   Gao Shuilian1*

（1 Anxi College of Tea Science， Fujian Agriculture and Forestry University   350002）

（2 College of Horticulture， Fujian Agriculture and Forestry University   350002）

（3 Anxi tea professional cooperatives of the old solid   362400）

[Abstract] In order to explore the new Anxi local green manure in tea garden， has nearly 10 kinds of tea common grass species were observation and analysis， ultimately determine the Digitaria sanguinalis （L.） Scop. as the research object and carry out tests.This experiment selected Anxi tea Gande Huaizhi tea garden as the experimental field，finding different growth density of Digitaria sanguinalis （L.） Scop. as experimental plots in the natural growth state，and taking them as three groups， respectively is： high density crabgrass growth area and low density crabgrass growing area， no growth of Digitaria sanguinalis （L.） Scop. （no grass） region. By observing the study found that： high density of Digitaria sanguinalis （L.） Scop. growth environment， ecological  better， species diversified， and the ability to control pests and their natural enemies，in low-density is the next， no grass under the worst; In terms of soil condition， through to keep long Digitaria sanguinalis （L.） Scop， soil bulk density decreased about 24%， soil porosity increased by nearly 22%， the tea garden soil structure and the soil water storage capacity are improved; For the influence of the tea quality， keep long Digitaria sanguinalis （L.） Scop. can improve the tea water extract content and the tea amino acid content increased about 50%， while the polyphenols decreased by 16%. That can decrease phenol ammonia ratio.

[Keywords]   Digitaria sanguinalis （L.） Scop.; tieguanyin tea trees; compound growth; ecological effect

福建作為中国茶叶生产大省，2017年全省茶园面积382万亩，居全国第二位。茶叶产量25.2万吨，产值235亿元，均居全国第一位[1]。全国80%以上乌龙茶产于福建，其中，铁观音品种约占种植面积26.4%。铁观音生长在福建安溪中高海拔地带，以其独特的“兰花香，观音韵”而受到人们的追捧。截止2016年，安溪县的茶园面积已经达到了60.82万亩，涉茶总产值148亿元。全县茶业受益人口80多万人，茶叶收入占人均纯收入的56% [2]。但是20世纪末至21世纪初人们为了追求茶叶产量，过度施用化肥，使铁观音品质下降，茶园土壤植被覆盖率降低，部分茶园水土流失严重。

绿肥是一种与农作物共存，含有大量养分元素的有机肥料，具有提供丰富养分、改良土层性状、防止病虫妨害等诸多作用，是生态农业的重要组成部分[3-4]。茶园绿肥的种植可以改善土壤的通透性，提高孔隙度，降低容重，等作用[5]。绿肥的种植增加了茶园的生物量，改善茶园小气候，保持生物多样性，有效控制茶园病虫害，其中以多花绿肥吸引天敌最为显著[6-8];茶园通过种植白三叶并进行铺草覆盖，提高茶园土壤营养，使其产量增加了33.99%左右 [9];茶园套种绿肥还有利于增加茶园漫射光，提高茶树对光的利用转化，促进茶叶中茶多酚、氨基酸等内含物质的形成，从而提高茶叶的品质[10]。

通过前期茶园植物观察分析，发现马唐（Digitaria sanguinalis （L.） Scop.）是半匍匐生长，根系较浅植物[11]，既避免了与茶树争夺水肥，又能够保持茶园水土与茶树协调生长，在绿肥筛选研究上具有一定的积极意义。鉴于其与铁观音茶树复合生长的生态效应还不明确，本实验以马唐作为实验研究对象，通过对高、低密度生长马唐茶园的微域气候、土壤因子、生物种群以及茶叶品质成分含量测定，并以纯茶园作为对照，明确其生态效应，为安溪县铁观音茶园绿肥选择提供参考。

1  材料与方法

1.1  实验地选择与取样时间

实验地位于福建省安溪县感德镇茶园基地，该茶园茶草面积占比约为3：2。选择1区、2区和3区三大区作为实验平行观测，每大区内均有高、低、无三种密度马唐生长区域（密度指数通过冠层分析仪测定：高密度郁闭度在80%～95%，低密度郁闭度在30%～50%）作为对照处理，定期进行除草，基本保证只有马唐生长状态，自然生长4个月后进行实验材料的采集。

实验所用茶鲜叶、土样以及马唐植株为2014年10月份采集;茶园气象和生物种群观测时间为2014年8月份。

1.2  观测项目与实验方法

1.2.1  微域气象因子测定    运用Yaxin-1101光合测定仪使用闭路系统测定不同时间段，不同马唐生长密度条件下的茶园二氧化碳差值，茶园空气温湿度，以及茶树的光合有效辐射，用以判断茶树光合作用以及蒸腾作用强度高低。

1.2.2  生物多样性测定    茶园害虫和天敌数量统计：采取对角线5点取样法，设粘黄板对害虫和天敌的数量进行分别计数统计。地下蚯蚓数量统计：采用5点取样法，每个样点取土（长×宽×深） 30×30×10cm3 置于平展于地的塑料布上，采用手捡法捡取蚯蚓，统计数量比。

1.2.3  土壤情况分析

土壤含水率ω=[m0-m1m0]

m0 代表土壤的鲜重;m1代表土壤干重。

土壤容重ρ= [（G1-G0）×100V（100+ω）]

环刀体积V=πr2h

式中ω指土壤含水量;h指环刀高度;r指环刀有刃口一端的内半径;V指环刀的容积;G0指铝盒的重量 ;G1指铝盒及湿土的重量。

土壤孔隙度θ%=（1-[ρ2.65]）[×]100

式中ρ指的是土壤容重值;2.65是土壤比重均值。

1.2.4  茶鲜叶品质分析

水浸出物测定：GB/T 8305-2013

游离氨基酸总量测定：GB/T 8314-2013

茶多酚测定：GB/T 8313-2008 （福林酚比色法）

2  结果与分析

2.1  马唐对茶园微域气象因子的影响

2.1.1  马唐对茶树光合有效辐射的影响    由表1可知，留长不同密度马唐条件下的茶树光合有效辐射日变化趋势总体一致，及从早上到中午呈现上升趋势，中午到傍晚呈现下降趋势，在12：00时光合有效辐射最大（当天天气为多云，故光合有效辐射会偏低）。不同处理条件下表现为：纯茶园>高密度>低密度。高密度与中密度留长马唐，在一定程度上阻挡了茶树叶片，影响了茶树的光合辐射，相比纯茶园光合有效辐射分别降低了16.3%和34.2%。留长高密度马唐光合有效辐射高于低密度， 因为低密度马唐相比高密度马唐长势高，遮挡茶树面积广，故光合有效辐射降低。

2.1.2  马唐对茶园温度的影响    由表2可得，不同处理下三个小区内茶园温度表现为：在12：00以及14：00期间，高密度温度低于纯茶园1℃-2℃，在17：00三种处理方式下茶园温度差异不明显。说明马唐的生长在一定程度上减少了光源辐射，降低了茶园温度，特别是在光照最强的正午，温度的降低避免了茶树高温灼伤。而在傍晚温度趋于一致说明马唐的生长不会影响茶园热量的散失。

2.1.3  马唐对茶园空气湿度的影响    通过对茶园空气湿度测定显示（图1），高密度环境空气湿度明显高于低密度和纯茶园，即使在中午太阳最强烈时期，空气湿度仍然高出纯茶园近3%。三种处理方式的茶园最低空气湿度均出现在14：00，留长高、低密度马唐茶园空气相对湿度分别为66.2%、65.3%，分别比纯茶园高3.76%、2.35%，可见留长高密度马唐对空气湿度的影响较大。原因在于适当的留长高密度马唐可以增加茶园的蒸腾量，进而增加茶园空气湿度，改善茶园小气候，为保持茶树青枝绿叶的优良特征提供条件[12]。

2.1.4  马唐对茶园空气二氧化碳含量的影响    茶園空气二氧化碳含量差值在一定程度上反映了茶树光合作用强度的大小，差值越大茶树吸收二氧化碳越多，光合作用越大，反之光合作用就越小。由图2可以看出二氧化碳差值在10：00之后差距逐渐拉大，并且在14：00光照最强烈时差距最大。此时高密度>纯茶园>低密度，数值分别为43ppm、37ppm、31ppm。原因是低密度马唐的长势幅度较大，影响了茶树的正常光合作用，所以在10：00之后差值逐渐小于纯茶园;而高密度马唐密度高生长受限，长势幅度居中，能够对茶树进行部分遮挡，降低叶片温度，减少茶树“午休”时间，促进茶树光合作用。因此，高密度留长马唐能够促进茶树光合作用。

2.2  马唐对茶园生物种群的影响

2.2.1  马唐对茶园生物种群数量的影响    通过田间插设黄板，辅助采用捕虫网进行捕捉，最后进行总结记录（表3），得知该茶园主要有9种生物群体，分别隶属于1门，2纲，6目，9科，9种。其中害虫有6类，天敌有3类。在有马唐生长区域内，生物种群数量明显高于无马唐生长区域，并且60%生物都活动于草间。说明马唐的生长对生物有吸引性，通过留长马唐可以丰富茶园生物种群。

2.2.2  马唐对茶园害虫的影响    据调查安溪茶园最为普遍、危害最重的害虫是小绿叶蝉。本实验表明（图3和图4），无论是8月份还是10月份，任何一区中害虫数最多的都是茶小绿叶蝉，并且在10月份较为严重，每百叶最多高达28头，其可能原因为10月份是铁观音茶叶的重要采摘季节，没有喷洒农药。通过对比分析，两个表格害虫综合数量呈现纯茶园>高密度>低密度，且留长高密度和低密度马唐的茶园害虫数较纯茶园在两个月份内变化差异更平缓。说明留长马唐可以调节茶园害虫数，低密度留长马唐对控制害虫较为有效。

2.2.3  马唐对茶园天敌的影响    图5和图6表明，蜘蛛和食蚜蝇是安溪茶园中常见的天敌，且同一时间段三个区域内高密度天敌数目最多，在两个月份中，纯茶园食蚜蝇数目始终接近于零，低密度马唐茶园的生物种群数居中。10月份是害虫爆发时期，通过两个月份天敌数目对比，留长高密度马唐茶园天敌增加明显高于纯茶园1倍左右。说明马唐的生长密度可以影响田间天敌的容纳数量。在整体趋势上，高密度与低密度区域天敌虫口数波动基本一致，能够对害虫有很好的调控作用。

2.3  马唐对茶园土壤物理性状的影响

实验数据表明（表4），三个区域内，土壤容重均呈现出高密度<低密度<纯茶园的现象，留长高密度以及低密度马唐茶园容重值均值分别为0.85g/cm3、0.97g/cm3，较纯茶园分别降低24.8%、14.16%，说明通过茶园表面留长马唐，在一定程度上能够降低土壤容重。

通过测定不同处理土壤孔隙度，高密度与低密度留长马唐茶园之间差值为0.05，，低密度与纯茶园之间的差值为0.07，高密度与低密度之差小于低密度与纯茶园之差，说明在留长马唐的土壤环境条件下，土壤的孔隙度都有了不同程度的增大，研究表明孔隙度增加能疏松茶园土壤，改善土壤水、肥、气、热，提高微生物含量[13]，有利于养分贮藏与茶树吸收。

通过不同处理0-20cm土层含水率比较可以看出，高密度马唐生长区域以及低密度马唐生长区域茶园土壤含水率均值分别为34.02%、31.03%，分别高出没有马唐生长的纯茶园区域21.37%和10.70%，而高密度与低密度之间相差9.6%左右，所以通过留长马唐能够有效地保持茶园土壤水分。由于取样前一星期有下小雨，因此数值可能偏高。

2.3.3  马唐对茶园土壤蚯蚓数量的影响    研究发现（表5）茶园土壤中蚯蚓数目高密度>低密度>纯茶园，纯茶园区域内蚯蚓数目几乎为零。通过8月份与10月份相同区域内茶园土壤蚯蚓数对比可以发现，10月份高密度与低密度茶园的蚯蚓数均值分别为6只、4只，其数量显著高于纯茶园近6倍和4倍。说明马唐的生长为蚯蚓的繁殖生长提供了有利的条件。蚯蚓是土壤的“工程师”，不仅能疏松土壤增加土壤有机质并改善结构，还能通过排泄有机物促进土壤中无机物转化，使土壤适于农作物的生长[14]。所以马唐的留长还可以通过助长蚯蚓，进而改善土壤环境，促进茶树生长。

2.4  马唐对茶鲜叶产量与主要品质成分的影响

2.4.1  马唐对茶鲜叶产量的影响    实验表明（图7），留长高、低密度马唐和纯茶园均值分别为23.3g、25.3g、18g。可以看出，留长高密度马唐的茶鲜叶干重高于纯茶园29%左右，低密度高于高密度近8%。说明留长马唐可以增加茶叶产量，低密度条件下增加效果较好。原因可能是：高密度留长马唐可能会短时间内发生与茶树抢肥，影响茶树生长速度，所以产量稍低于低密度马唐茶园。

2.4.2  马唐对茶鲜叶主要品质成分的影响    由表6数据可以看出，水浸出物含量随着马唐生长密度的增加而增加，留长高、低密度马唐茶鲜叶干物质水浸出物分别占干物重均值为37.71% 、35.07% ，高密度比纯茶园高出近14%，不同处理间具有极显著性差异，说明马唐对茶叶品质有一定的提高作用。

留长高密度、低密度马唐茶园以及纯茶园游离氨基酸含量均值分别为2.79%、2.18%、1.81%，不同处理之间游离氨基酸含量存在明显差异。其中高密度在三个区域内含量都为最高，相比于低密度以及纯茶园，分别高出53.8%和20.2%。低密度在一区和三区内含量稍高于纯茶园，但是在二区却少于纯茶园，高密度与低密度和纯茶园之间具有显著性差异，而低密度与纯茶园之间差异不显著。

茶多酚在纯茶园区域内最高，含量均值为15.67%，低密度和高密度相继减少，分别为15.07%、13.08%。高密度与低密度较纯茶园分别下降16.5%、3.8%。通过不用处理之间酚氨比比较，高密度较纯茶园下降近45%，说明通过留长马唐可以减少茶多酚含量，降低酚氨比。

3  結论与讨论

3.1  马唐改变了茶园的微域气象条件

茶园微域气候是茶树生长过程中与其周围植株等形成的一种稳定的生存空间。绿肥与茶树之间相互作用，通过改变周围气留长增加了茶园植株的蒸腾量从而提高茶园空气湿度，减少了地表直接的光源辐射，降低了茶园区域温度，密度较高的马唐能够改善茶树的净光合速率，增加光合作用时间，而低密度留长马唐会由于长势过大，阻挡茶树的有效光照辐射而降低茶树光合作用。这与吴洵[17]等学者研究结论相符合因此，马唐的留长改善了茶园的微域小气候，为茶叶品质提高提供了有利条件。

3.2  马唐丰富了茶园物种多样性

绿肥的生长，可以增加茶园地表的覆盖率，丰富茶园生物多样性。郑南辉[18]研究表明，茶园套种多花木兰可以提高物种丰富度，利于茶园害虫生态调控。本文研究表明，8月份和10月份过程中，通过自然留长马唐，高密度与低密度条件下害虫和天敌处于动态平衡状态，而纯茶园则在10月份害虫数有大幅度增长趋势。高密度马唐茶园天敌数量远远高于无草区（纯茶园），其中以食蚜蝇和蜘蛛最为显著，天敌数平均增加20%。因此，留长马唐有利于协调害虫与天敌比例，丰富茶园物种多样性，为蜘蛛等天敌提供好的生活空间。

3.3  马唐改善了土壤理化性状

茶园土壤是保证茶树正常生长的关键因素，长期种植单一作物，土壤容易出现恶化，影响茶树正常生长发育[19]。刘红艳等认为种植绿肥可以活化土壤，提高土壤孔隙度，降低土壤容重，绿肥的合理收割并深埋，能够为茶园提供有机肥，提高茶叶产量和品质[20-21]。

本研究表明，通过留长马唐使得茶园植被覆盖率增加，土壤容重降低24.8%，留长马唐茶园土壤蚯蚓数明显多于纯茶园近6倍。马唐根系细小生长在浅土层，能够很好的保水固土，增加土壤的蓄水能力。蚯蚓具有疏松土壤、增加土壤有机质的作用，所以茶园留长马唐可以改善土壤结构，与前人实验相符。

3.4  马唐提高了茶鲜叶产量与品质

茶叶主要品质成分体现为水浸出物、游离氨基酸、茶多酚等的多寡。合理套种绿肥，不仅可以提高茶叶产量，减少化肥农药的施用量，还可以提高茶叶品质，促进茶叶整体感官水平[22-23]。刘洋[24]等通过对茶园间作玉米研究发现，氨基酸含量是未间作茶园的2.24倍，水浸出物也有顯著性提高，提高了茶园整体生产效益。

本实验结果表明，留长马唐可以提高茶叶的水浸出物含量，增加游离氨基酸50%左右，减少茶多酚含量近16%，降低酚氨比。留长密度方面，低密度与纯茶园之间差异性不显著，甚至在氨基酸上表现出降低的趋势，说明密度较低马唐长势幅度大影响了茶树生长，降低了茶树光合作用，减少了光合产物积累量。而高密度下马唐生长幅度小，在增加茶园生物种群，改善茶园微域气候的同时不会影响茶树正常生长。所以适度高密度生长的马唐可以改善茶叶品质。因此，适当留长高密度的马唐对茶园生态、茶园土壤都有不同程度的优化作用;适当留长高密度马唐无论是对茶园生物种群还是茶叶品质，都具有改良效果。

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