茶园土壤酸化过程的碳氮循环耦合机制研究

Tea (Camellia sinensis(L.) Kuntze)is an unusual and perennial plant because the soil becomes strongly acidified following the planting of tea, and soil pH generally continues to decrease with the increase of stand age. In recent years many measures can not obviously delay the process of garden soil acidification. The key to internal mechanism of soil acidification in tea garden is unknown.This study based on the previous work, as tea tree seedlings for the experimental crops, is to make tea tree, soil and microbial as a system, with the application of the pot experiment isotopes (14C and 15N labeling) tracer technology, the distribution of carbon and nitrogen in the system of the tea tree-soil- microorganism will be researched. And it will quantify the effect of components of soil acidification of growth of tea tree with carbon and nitrogen cycles. Application chromatographic analysis technique to research the chemical composition and structure characteristics of carbon and nitrogen in the soil,is of clarifing chemical transformation mechanism in the soil.Using simulated training experiments, this study discusses the residue form of carbon and nitration and mineralization dynamic of nitrogen in the soil after harvest,in order to reveal the decomposition rules of input "new nitrogen" and contribution of soil acidification of carbon sources on the rhizosphere with tea tree growth. From different angle,the study will reveal distribution transformation and coupling mechanism of carbon and nitrogen cycles in the system of tea tree-soil microorganism, further prove the process and characteristics of carbon and nitrogen in tea garden soil and improve the acidification mechanism of tea garden soil.And the study will provide the effective theory basis to control the soil acidification .

茶树是多年生植物，随着植茶时间的延长，土壤酸度会不断提高。近年来所采用的多种措施都没能明显延缓茶园土壤酸化的进程，其关键在于对茶园土壤酸化的内部机制不明。本研究在前期工作基础上，将茶树、土壤及微生物作为一个系统，以茶苗为供试作物，应用盆栽试验结合同位素（14C和15N标记）示踪技术研究碳氮在茶树-土壤-微生物系统中的分配，量化茶树生长期间碳氮循环对土壤各组分及酸化的贡献；应用色谱分析技术研究碳氮在土壤中的化学组分和结构特征，阐明其在土壤中的化学转化机理；采用模拟培养试验，探讨种植收获后碳氮在土壤中的残留形态及氮在土壤中的硝化和矿化动态，以揭示茶树生长输入的"新氮"在土壤中的分解规律及根际的碳源对土壤酸化的贡献。从不同角度揭示碳氮循环在茶树-土壤-微生物系统内的分配转化及其耦合机制，进一步探明茶园土壤碳氮循环的过程和特征，完善茶园土壤酸化机理，为土壤酸化的有效调控提供理论依据。

茶树是多年生植物，随着植茶时间的延长，土壤酸度会不断提高。近年来所采用的多种措施都没能明显延缓茶园土壤酸化的进程，其关键在于对茶园土壤酸化的内部机制不明。（1）以新生茶苗为试材，应用15N示踪技术研究在相同施氮量下观察茶苗在黄棕壤、黄壤、棕壤、红壤中对不同形态氮素的吸收、分配、利用特性及对土壤酸化的影响。结果表明：不同处理下茶树在施肥7d后对肥料氮的吸收呈逐渐上升趋势，并在施肥后28d左右吸收速度明显加快，56d时有所放缓。茶树对2种形态的氮素的利用程度差异较小，在利用率最高时期，NO3-15N利用率可达12.66%，NH4-15N利用率可达11.54%。氮素在茶树各器官中分配差异显著，总体趋势为叶>茎>根。（2）应用色谱分析技术研究茶树根系分泌有机酸对土壤酸化的影响，结果表明：4种土壤中均可检测出草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸和琥珀酸，均呈增加趋势。这与土壤pH降低表现一致。茶树中主要分泌物为草酸、苹果酸、琥珀酸。4种土壤种植茶树前期虽然未分泌酒石酸、乳酸、柠檬酸，但在培养后期4种土壤均能检测出，且表现出相似的规律随时间增长分泌量都在增加。棕壤种植的茶树各根系分泌物检出量均高于其他3种土壤，这可能与土壤性质有密切的关系。茶园常年种植茶树会导致茶园土壤中各种有机酸的积累，当有机酸积累过量时就会对茶园土壤造成严重影响，土壤pH值明显下降，继续种植茶树，将会导致次年茶园严重减产。（3）采用室内模拟培养试验，研究微生物量碳氮代谢对土壤酸化的影响机制。结果表明：种植茶树后，土壤有机碳含量均随培养时间的增加而减少。土壤pH也随种植茶树后逐渐降低，这与有机碳的变化规律表现一致。土壤微生物量碳含量均随培养时间增加而增加，以黄壤的微生物量碳含量最大（1105.35 mg·kg-1）。4种土壤中微生物量氮的变化与微生物量碳的变化趋势基本一致，表现为黄壤＞棕壤＞黄棕壤＞红壤。微生物量碳、氮与有机质分解规律较为一致，且微生物量碳的分布决定微生物量氮的分布。黄壤平均微生物熵最高，表现为黄壤＞棕壤＞黄棕壤＞红壤，与微生物量碳分布趋势较为一致。表明在有机肥施入的情况下，微生物熵主要取决于微生物量碳的大小和土壤类型，也可能与土壤内的有机物质和菌丝胶结状况不同有关。