茶修剪物与伴生树种凋落叶自然分解动态及对土壤养分的影响

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茶叶产业是贵州发展的特色产业之一,但是大面积单一茶树种植导致茶园生物多样性下降,生态系统稳定性差,容易造成地力衰退,导致茶叶产量和品质下降,栽植适宜的伴生树种与利用植物残体分解提升土壤养分是解决问题,实现生态茶园可持续发展的有效途径。本研究采用分解网袋法在茶园进行野外分解实验,对茶修剪物及杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)、云南樟(Cinnamomum glanduliferum)、光皮桦(Betula luminifera)4种当地常见树种凋落叶单独分解和混合分解的质量损失、养分释放、酶活性及土壤养分变化动态进行研究,研究结果如下:(1)随着分解时间增加,不同植物残体分解损失质量逐渐增加,分解过程均可划分为快速分解期(0-62天)和缓慢分解期(123-366天),0-62天的平均分解速率为241.93 mg·d-1,123-366天的平均速度为21.12 mg·d-1,年际分解速率在2.24 mg·d-1~283.98 mg·d-1之间。Olson指数衰减模型能够较好的拟合植物残体分解过程(R2>0.82),研究中的植物残体分解半衰期在0.44年~1.59年之间,分解的周转期在3.73年~14.16年之间。分解至第366天,植物残体单独分解的累积分解率在42.70%~59.06%之间,分解最快的为云南樟,最慢的为马尾松;植物残体混合分解的累积分解率在44.53%~58.31%之间,分解最快的为云南樟+光皮桦,分解最慢的为茶修剪物+杉木。较低的初始木质素、纤维素含量和较高的初始氮、磷、钾含量均有利于植物残体快速分解,其中初始氮含量、磷含量、钾含量和木质素含量能够较好的反映植物残体分解快慢。茶修剪物与阔叶树种混合均表现为促进分解作用,与针叶树种混合抑制分解,针叶树种与光皮桦混合有利于加快分解,但针叶树种与云南樟混合分解抑制分解。(2)不同植物残体分解过程中,碳元素、氮元素、钾元素、纤维素含量均处于净释放状态,磷元素存在净释放和富集-释放两种状态,木质素存在净释放和释放、富集交替两种状态。茶修剪物与光皮桦混合分解对碳、氮释放的促进作用较强,光皮桦与马尾松混合分解对磷、钾释放和纤维素、木质素的降解促进作用较强。(3)不同植物残体分解过程中,蔗糖酶、纤维素酶主要分解初期发挥作用,过氧化氢酶、酸性磷酸酶主要在分解后期发挥作用,而多酚氧化酶则在分解前期和分解后期均具有较高的活性,在分解中期具有较低的酶活性。其中,植物残体分解过程中,蔗糖酶活性总体呈先增加后降低的变化趋势,纤维素酶活性呈波动降低的变化趋势,过氧化氢酶与酸性磷酸酶活性变化动态大致相似,酶活性均在分解前期轻微下降,分解后期急剧增加,酸性磷酸酶活性呈先降低后增加的变化趋势,多酚氧化酶活性呈先降低后增加的变化趋势,变化动态与季节相似,而脲酶呈无规律的波动变化。(4)除云南樟外,植物残体单独还田分解对土壤养分含量的提升均存在促进作用,植物残体混合分解对土壤养分的提升作用因植物残体的树种组合而异。土壤有机碳含量的变化与植物残体分解无显著相关性,氮、磷、钾元素与植物残体分解过程中的酶活性存在一定相关性,土壤全氮含量与植物残体质量损失、碳释放率呈显著负相关,而土壤全磷、全钾、水解氮、有效磷、速效钾含量与植物残体质量损失、碳释放率呈显著正相关。云南樟与杉木混合分解对提高土壤有机碳、全氮、全钾含量的促进作用较强,云南樟与马尾松混合分解对提高土壤全磷、有效磷含量的促进作用较强,茶修剪物与杉木混合分解对提高土壤水解氮、速效钾含量的促进作用较强。基于4种树种与茶树的种间协调性来看,马尾松和光皮桦是茶树较优的伴生树种,其次为云南樟。基于促进土壤养分提升的角度,植物残体单独还田分解均能提升土壤养分含量,茶修剪物、杉木、马尾松、云南樟、光皮桦均可单独作为还田分解材料,云南樟与不同植物残体混合均能够较好提升土壤养分含量,是混合还田分解的较优材料,混合添加云南樟与杉木能够全面提升土壤碳、氮、磷、钾含量,是混合还田分解的较优组合,将云南樟与马尾松混合还田分解能够有效促进土壤磷元素的提升,添加杉木与茶修剪物混合可以作为提升土壤速效养分的还田分解材料。
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