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摘要：【目的】探尋既能有效防止土壤结构发生恶化又能充分营造水、肥、气等茶树良好生长环境的合理耕作深度，为指导茶农科学耕作提供参考。【方法】采用田间试验，以免耕为对照（CK），设耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm等3个处理，研究不同耕作深度对茶园土壤容重、水含量、孔隙度、土壤三相比和土壤养分含量的影响。【结果】与CK相比，耕作后0～30 cm土层土壤容重有不同程度下降，其中耕30 cm处理0～30 cm土层的土壤容重均显著降低（P<0.05，下同）。耕作显著增加了土壤水含量，其中耕20 cm处理对0～10和10～20 cm土层土壤水含量的提升效果最佳，耕30 cm处理对20～30 cm土层土壤水含量的提升效果最佳。耕作可增加非毛管孔隙度，减少毛管孔隙度，但总孔隙度依然增加，其中，耕作对0～10 cm土层土壤孔隙状况影响显著，而在10～20 cm土层仅耕20 cm处理对土壤孔隙度状况影响显著，在20～30 cm土层仅耕30 cm处理对土壤非毛管孔隙度、总孔隙度影响显著。耕作后0～10 cm土层气相和液相比例显著增加，固相比例显著下降，其中以耕20 cm处理效果最佳，而在20～30 cm土层，对土壤三相比协调效果最佳为耕30 cm处理。耕作后0～10 cm土层有机质含量下降，20～30 cm土层有机质含量在耕20 cm和耕30 cm处理下显著升高；耕作后0～30 cm土层的速效养分含量有不同程度的增加。主成分分析结果表明，总孔隙度、固相比例是反映不同耕作深度对茶园土壤物理性质影响的关键因子，而有效磷则是养分肥力指标的关键因子。【结论】不同耕作深度均能降低茶园土壤容重，增加土壤水含量、改善土壤孔隙度状况和协调土壤三相比，其中以20 cm耕作深度对茶园土壤的综合改善效果最佳。
关键词： 耕作深度；茶园；土壤理化性状
中图分类号： S341 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）05-0877-07
Abstract：【Objective】A reasonable depth of cultivation which would not only effectively prevent the deterioration of soil structure but also could fully create a well-developed environment such as water， fertilizer and air for tea plants was studied to provide technical ways for guiding tea farmers in scientific farming. 【Method】In this study， fild experiment was conducted. No tillage was as control（CK）. Three tillage depths including， 10 cm tillage， 20 cm tillage and 30 cm tillage were set to study the effects of various tillage depths on soil bulk density， water content， porosity， three-phase ratio and nutrient. 【Result】Compared to CK， soil bulk density of 0-30 cm layer decreased to various extents after tillage， and that in 30 cm tillage treatment significantly reduced（P<0.05， the same below）. Tillage significantly increased soil water content， and 20 cm tillage had the best effects on 0-10 and 10-20 cm soil layer， 30 cm tillage had the optimal effects on 20-30 cm soil layer.In addition， tillage also increased non-capillary porosity， but reduced capillary porosity. Overall the total porosity still increased. Tillage had significant effects on soil porosity at the depth of 0-10 cm. The soil porosity was significantly affected by 20 cm tillage at the depth of 10-20 cm， while 30 cm tillage had significant effects on the noncapi-llary and total porosity at the depth of 20-30 cm. After tillage， the gas phase and liquid phase ratios at the depth of 0-10 cm increased significantly， while the solid phase ratio decreased significantly， and 20 cm tillage had the optimal effects. While 30 cm-tillage had the best coordination effects on three-phase ratio at the depth of 20-30 cm. After tillage， the content of organic matter at the soil depth of 0-10 cm decreased， while the content of organic matter at 20-30 cm increased significantly under 20 cm and 30 cm tillage. The content of readily available nutrient at the soil depth of 0-30 cm increased to different degrees after tillage. An analysis of principal components showed that the total porosity and solid phase ratio were the key factors that affected the soil physical properties of the tea plantation， while the available phosphorus was the key factor in nutrient fertility index. 【Conclusion】To sum up， different tillage depths can reduce soil bulk density， increase soil water content， improve soil porosity and coordinate three-phase ratio of soil， and 20 cm tillage has the best effects on comprehensive improvement of tea plantation soil. Key words： tillage depth； tea plantation； soil physical and chemical properties
0 引言
【研究意义】茶园土壤耕作可增强土壤中的气体交换能力，促进底土熟化，同时具有清除杂草、杀虫灭菌的作用（王叶红，2006）。但是，茶园耕作也存在弊端，一是会增加土壤的透气性，容易导致土壤有机质加速分解，二是容易引起茶树根的损伤，不利于茶树健康生长。我国南方丘陵红壤茶园土壤存在“酸、黏、板、蚀”的突出问题，当下茶农不合理的耕作容易造成土壤结构破坏，影响茶树健康生长。因此，恰当处理好耕作的利弊关系，做到扬长避短进行茶园合理耕作，对茶园土壤改良、提升土壤地力及茶叶增产增收等具有重要意义。【前人研究进展】目前已有许多关于不同耕作深度和耕作方式对土壤理化性质及作物产量影响的报道。深耕可增加土壤通透性，缓解土壤紧实状况，提高水分利用率，实现作物的增产增收（Borghei et al.，2008）。梁金凤等（2010）研究表明，耕作深度对土壤物理性状和作物根系生长影响明显，耕作越深，影响越大。周国华等（2010）设置不同耕作深度的试验结果表明，耕作深度为30 cm时，黄草乌的丰产性最佳。闫惊涛等（2011）研究表明，深耕可改善土壤蓄水能力，提高降水利用效率和作物产量。贺峰（2013）研究表明，耕作深度为25～30 cm时，小麦增产增收效果明显。合理的耕作方式不仅能提高田间水分利用率，还可改善土壤特性，获得保水增产的效果（裴雪霞等，2014）。李晓龙等（2015）研究表明，玉米地深耕能改良土壤物理结构，使土壤密度降低，水含量升高，同时增加玉米根干重、根长和根表面积，根系中细根所占比例增大。【本研究切入点】上述有关耕作效应的研究多集中于一年生作物，针对多年生茶树的研究报道较少。【拟解决的关键问题】通过田间试验，设不同耕作深度处理，比较其对茶园土壤容重、水含量、孔隙度、三相比及有机质和速效养分含量的影响，探寻既能有效防止土壤结构发生恶化，又能充分营造水、肥、气等茶树良好生长环境的合理耕作深度，为指导茶农科学耕作提供参考。
1 材料与方法
1. 1 研究区概况
试验地位于江西省婺源县思口镇思口村赵家茶场（东经117°46′，北纬29°22′），海拔96 m。茶树品种为树龄7年的无性迎霜种。土壤类型为典型第四纪红色黏土发育的红壤。茶园土壤基础肥力为：pH 4.45，有机质21.36 g/kg，全氮1.28 g/kg，全磷0.55 g/kg，全钾23.37 g/kg，碱解氮114.16 mg/kg，有效磷58.69 mg/kg，速效钾199.74 mg/kg。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 试验设计 以免耕为对照（CK），设3个耕作处理，分别为耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm。每处理及对照均3次重复，随机区组排列，小区面积45.0 m2（4.5 m×10.0 m）。耕作于2016年春茶结束后进行，其他管理措施一致。
1. 2. 2 測定项目及方法 （1）土壤容重测定采用环刀法：在2017年春茶采摘前，测定0～10、10～20和20～30 cm土层的平均土壤容重，环刀规格为100 cm3。（2）土壤水含量测定采用烘干法：在2017年春茶采摘前，用土钻取0～30 cm土层土壤，每10 cm为一层。（3）土壤孔隙度和土壤三相比测定：土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度测定采用环刀法，土壤三相比通过土壤总孔隙度、水含量计算得出，气相比例=总孔隙度-水含量，固相比例=1-总孔隙度，液相比例=水含量。（4）土壤有机质和速效养分含量测定：土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化还原滴定法（外加热法）测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提—火焰光度法测定。
1. 3 统计分析
采用Excel 2007进行数据分析、DPS 7.05进行差异显著性分析，不同处理间平均值的比较采用最小显著差值法（LSD）。
2 结果与分析
2. 1 不同耕作深度对茶园土壤容重的影响
从图1可知，茶园0～30 cm土壤容重介于1.24～1.41 g/cm3。0～10、10～20和20～30 cm土层平均土壤容重分别为1.28、1.34和1.38 g/cm3。从不同耕作处理来看，0～10 cm土层的土壤容重表现为耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理均显著低于CK（P<0.05，下同），分别降低6.28%、8.61%和7.81%，但不同耕作深度处理间差异不显著（P>0.05，下同）；10～20 cm土层的土壤容重仅耕30 cm处理显著低于CK，降低7.26%；20～30 cm土层土壤容重表现为耕30 cm处理显著低于其他处理，分别比CK、耕10 cm和耕20 cm处理降低6.43%、6.42%和4.64%。同时，耕作处理对0～10 cm土层土壤容重的降幅大于10～20 cm土层，10～20 cm土层土壤容重的降幅又大于20～30 cm土层；耕30 cm时，0～10、10～20和20～30 cm土层的土壤容重较均较CK显著降低。
2. 2 不同耕作深度对茶园土壤水含量的影响
如表1所示，整体上看，茶园0～30 cm土层的土壤水含量介于19.04%～23.63%，0～10、10～20和20～30 cm土层的平均土壤水含量分别为22.12%、20.41%和19.97%。从不同处理来看，0～10 cm土层的土壤水含量最高的为耕20 cm处理，分别较CK、耕10 cm和耕30 cm处理提高14.60%、4.37%和9.40%，不同耕作深度处理之间差异显著；与CK相比，耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理10～20 cm土层的土壤水含量均显著增加，分别增加7.40%、10.48%和7.66%，其中以耕20 cm增加幅度最大；20～30 cm土层的土壤水含量则表现为耕30 cm处理显著高于其他处理，分别高9.97%、10.31%和13.50%。 2. 3 不同耕作深度对茶园土壤孔隙度的影响
从表2可知，不同耕作深度处理下茶园各土层土壤的毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度变化情况各异。整体上看，0～30 cm土层的土壤非毛管孔隙度介于6.45%～15.28%，且随土层深度的增加呈下降趋势。从不同处理来看，仅耕30 cm处理各层土壤的非毛管孔隙度显著高于CK；0～10 cm土层的土壤非毛管孔隙度在耕10 cm处理下最高，为15.28%，显著高于CK和耕30 cm处理；10～20 cm土层的土壤非毛管孔隙度表现为耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理均显著高于CK，分别增加38.15%、80.26%和73.51%，各处理间差异显著，且耕20 cm处理下非毛管孔隙度最高；20～30 cm土层的土壤非毛管孔隙度表现为耕30 cm处理最高，显著高于CK、耕10 cm和耕20 cm处理，分别高62.84%、65.12%和48.54%。
从表2也可知，各土层的土壤毛管孔隙度介于35.51%～42.42%，其中以10～20 cm土层的土壤平均毛管孔隙度最高，分别比0～10和20～30 cm高2.29%和11.29%。耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理下0～10 cm土层的土壤毛管孔隙度较CK显著下降，分别下降2.14%、2.26%和4.08%；在耕20 cm和耕30 cm处理下，10～20 cm土层土壤毛管孔隙度显著低于CK，分别降低9.48%、9.57%；3种耕作处理下的20～30 cm土层土壤毛管孔隙度与CK差异不显著，但耕30 cm处理显著低于耕10 cm，低2.95%。
各土层的土壤总孔隙度介于42.77%～54.61%，且随土层深度的增加呈下降趋势。0～10 cm土层的土壤总孔隙度平均值分别比10～20和20～30 cm土层高出2.19%和19.74%。其中，0～10 cm土层的土壤总孔隙度表现为耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理较CK显著提高，分别提高12.74%、11.50%和9.41%；耕10 cm和耕20 cm处理下10～20 cm土层的土壤总孔隙度较CK显著提高，分别提高4.44%和4.06%；20～30 cm土层土壤总孔隙度仅耕30 cm处理较CK显著提高，提高7.93%。
2. 4 不同耕作深度对茶园土壤三相比的影响
从图2-A可看出，与CK相比，耕作后土壤气相比例显著上升，分别上升14.92%、9.23%和12.87%，其中耕10 cm处理气相比例最大；液相比例显著上升，分别上升9.80%、14.59%和4.80%，各处理间差异显著；耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理下固相比例较CK显著下降，分别下降11.97%、10.82%和8.86%。从图2-B可看出，茶园10～20 cm土层土壤各耕作深度处理的气相比例无显著变化；与CK相比，耕作后液相比例显著上升，分别上升7.44%、10.52%和7.69%；固相比例較CK分别下降4.44%、4.06%和2.95%。从图2-C可看出，茶园20～30 cm土层土壤的气相比例在耕20 cm和耕30 cm处理显著升高，分别较CK上升5.64%和6.15%；与CK相比，液相比例仅在耕30 cm处理下显著升高，上升10.00%，固相比例仅在耕30 cm处理下显著降低，下降5.92%。
2. 5 不同耕作深度对茶园土壤有机质和速效养分含量的影响
如表3所示，不同耕作深度处理后，茶园各层土壤的有机质和速效养分含量变化情况各异，但均随土层深度的增加呈下降趋势。整体上看，0～30 cm土层的土壤有机质含量平均值为23.31 g/kg。从不同处理来看，0～10 cm土层的土壤有机质含量耕作后显著下降，与CK相比，耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm分别下降10.09%、11.31%和10.02%；与CK相比，10～20 cm土层土壤有机质含量仅耕20 cm处理显著升高，增加13.10%；与CK相比，20～30 cm土层的土壤有机质含量在耕20 cm和耕30 cm处理下显著升高，分别增加11.81%和18.08%。
从表3可看出，茶园0～30 cm土层的土壤碱解氮含量介于62.30～122.77 mg/kg，0～10、10～20和20～30 cm土层的土壤碱解氮含量平均值分别为116.53、105.54和78.28 mg/kg。0～10 cm土层的土壤碱解氮含量表现为耕10 cm显著高于其他处理，且耕10 cm处理分别比CK、耕20 cm和耕30 cm处理提高7.48%、5.89%和8.46%；耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理10～20 cm土层的土壤碱解氮含量较CK均显著升高，分别提高7.87%、15.98%和17.39%；耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理20～30 cm土层的土壤碱解氮含量较CK显著增加，分别提高23.34%、32.86%和46.44%。综上，耕10 cm处理下，各层的土壤碱解氮含量较CK均显著提高。
从表3还可看出，茶园0～30 cm土层的土壤有效磷含量介于30.11～69.95 mg/kg。0～10 cm土层的有效磷含量表现为耕10 cm显著高于CK和耕30 cm处理；10～20 cm土层的土壤有效磷含量则表现为耕30 cm处理显著高于CK、耕10 cm和耕20 cm处理，分别高出6.81%、4.55%和4.05%；20～30 cm土层土壤有效磷含量则表现为耕30 cm处理显著高于CK、耕10 cm和耕20 cm，分别高出41.65%、37.89%和33.03%。另外，茶园0～30 cm土层土壤的速效钾含量介于154.06～251.63 mg/kg，且在耕20 cm处理下，与CK相比，0～10、10～20和20～30 cm土层的土壤速效钾含量均显著升高，分别高出20.09%、22.22%和13.53%。 2. 6 不同耕作深度对茶园土壤理化性质影响的综合评价
选择土壤容重（X1）、毛管空隙度（X2）、非毛管孔隙度（X3）、总孔隙度（X4）、固相比例（X5）、液相比例（X6）、气相比例（X7）、有机质含量（X8）、碱解氮含量（X9）、有效磷含量（X10）和速效钾含量（X11）等11个指标进行主成分分析，以评价不同耕作深度对茶园土壤理化性质的影响。由表4可看出，第一、二主成分的累积贡献率达92.554%（>85.000%），故可采用第一、二主成分全方位评价不同耕作深度对茶园土壤理化性质影响。第一主成分中权数正数最大的是土壤总孔隙度（0.985），负数最大的是固相比例（-0.980），权数越大，总孔隙度越大，固相比例越小，即综合得分越高，处理排名越靠前。第二主成分土壤毛管孔隙度的权系数较大，但小于第一主成分固相比例权系数的绝对值，因此，第一主成分中的总孔隙度和固相比例是不同耕作深度对茶园土壤理化性质影响的关键因子。从综合得分情况（表5）来看，各处理得分排序为耕20 cm>耕10 cm>耕30 cm>CK。
3 讨论
土壤是作物赖以生存的关键，耕作可改善其物理结构，调节其三相（固相、液相和气相）比例，协调土壤水、肥、气和热的关系。因此，耕作可改善作物生长发育的环境和条件（孙利军等，2007）。
3. 1 不同耕作深度对茶园土壤容重的影响
容重是反映土壤物理性状的一个重要指标，主要指示土壤的紧实程度，也预示着土壤空气和土壤水分的存在和运行状况。李晓龙（2014）研究表明，深耕后0～15和15～30 cm土层的土壤容重分别下降5%和6%。本研究结果表明，耕作后0～30 cm土层的土壤容重有不同程度下降，印证了上述相关研究结果，原因可能是耕作打破了紧实的土壤状况、增加了土壤的孔隙度，使土壤容重下降。但耕20 cm处理对10～20 cm土层的土壤容重下降不显著，而耕30 cm处理对10～20 cm土层土壤容重下降显著，其原因是耕作越深对缓解重力沉降及茶园农事过程中的干扰（踩踏等）效果越好。本研究结果进一步证实，茶园土壤耕作可降低土壤容重，使土壤疏松多孔，有利于蓄水保墒，为作物根系提供良好的土壤条件。
3. 2 不同耕作深度对茶园土壤水含量的影响
水分是茶树生长的基础，过多过少均会对茶树的生命活动带来不良影响。本研究结果表明，耕作可显著提高土壤水含量，其中0～20 cm土层以耕20 cm处理的效果较好，与梁金凤等（2010）的研究结果一致。原因可归结为两方面：一是耕作后土壤孔隙度升高，土壤的渗透性得到改善，土壤水含量提高；二是耕作后，毛管孔隙度下降，土壤水分蒸发减少。因此，耕作能够提高茶园土壤水含量，增加土壤水分库容，进而提高水分利用率，为茶叶品质提升和产量增加提供保障。
3. 3 不同耕作深度对茶园土壤孔隙度的影响
土壤孔隙是土壤水分、养分、空气和微生物等的迁移通道、贮存库和活动场所。土壤通气情况对氧气的供应、有机质含量、土壤呼吸、微生物数量和酶活性有直接影响（曹顺爱和吕军，2003）。土壤通气性不佳时，直接影响茶树根系的发育，呼吸作用减弱；通气良好时，根系生长强壮。田永辉等（2000）研究发现，土壤孔隙度与茶多酚和水浸出物含量呈极显著负相关，茶叶咖啡碱和氨基酸含量呈极显著正相关。本研究结果表明，与CK相比，耕10 cm和耕20 cm处理下，0～10和10～20 cm土层的土壤总孔隙度均显著升高，且耕10 cm处理的升幅大于耕20 cm处理，其原因是耕20cm处理时下层土被翻上来，其总孔隙度较耕10 cm处理略微下降，但差异性并不显著。因此，茶园耕作可提高总孔隙度，通过改善土壤的通气性来提高茶叶的品质。
3. 4 不同耕作深度对茶园土壤三相比的影响
三相比反映土壤物理性质的综合情况，即土壤松紧状况、土壤水分含量和土壤空气含量等。茶叶的咖啡碱和氨基酸含量与土壤气相和液相呈正相关，与土壤固相呈负相关（师进霖等，2005）；当茶园土壤固相小、气相大、疏松多孔时，土壤具有良好的保水保肥特性，有利于茶树根系对养分的吸收，有利于茶叶中咖啡碱和氨基酸的合成。本研究结果表明，耕作后0～10 cm土层的土壤气相和液相比例显著升高，固相比例显著下降，其中以耕20 cm处理效果最佳，而在20～30 cm土层，对土壤三相比协调效果最佳为耕30 cm处理。因此，茶园耕作可降低土壤的固相比，实现土壤中气、液、固三相的重新分配。
3. 5 不同耕作深度对茶园土壤养分的影响
土壤有机质是影响土壤理化和生物特性的一个重要指标，对茶叶品质的形成具有重要作用，有研究表明，提高土壤有机质含量可提升茶叶香气、滋味和水浸出物等品质（徐丽红等，2012）。土壤氮对茶叶蛋白质、氨基酸和咖啡碱等品质形成具有重要作用，而土壤磷有利于茶叶中茶多酚和水浸出物含量的提升，钾则是酶的活化剂，可提高茶树的抗逆性（师进霖等，2005）。本研究结果表明，耕作后0～10 cm土层的土壤有机质含量下降；20～30 cm土层的土壤有机质含量在耕20 cm和耕30 cm处理下显著升高，可能是因为耕作将上层的杂草、落叶翻埋到下层，再加上耕作后增加了土壤的透气性，加速了上层土壤有机质的分解。耕作后0～30 cm土层的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量有不同程度的增加，其原因是耕作后增加了土壤的滲透性，速效养分随着水分下渗。上述结果与向芬等（2016）得出的耕作处理60和120 d后，20～40 cm土层碱解氮、有效磷和速效钾含量均有所增加，0～20 cm土层有机质含量降低的研究结果类似。
综上所述，耕作能有效改善茶园土壤物理结构，降低土壤容重，提高土壤水含量，改善土壤孔隙度，协调土壤三相比，但并非耕作深度越深对茶园生产越好，深耕对茶树根系伤害较大，会影响芽叶的分化和伸展及茶树的生育，耕作越深，耕作难度系数也越大，耕作成本也越高。此外，深耕会将心土层的生土翻到表土层，生土的通透性差，肥力低，好气性微生物少，对茶树生长不利。当然，今后还应加强不同耕作深度对茶园土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物、茶叶品质和产量影响等方面的研究，为实现茶叶优质高产及农业可持续发展提供科学依据。 4 结论
茶园不同耕作深度能降低其土壤容重，提高土壤水含量、改善土壤孔隙度状况及协调土壤三相比，其中以耕20 cm对茶园土壤的综合改善效果最佳。
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（責任编辑 邓慧灵）
关键词： 耕作深度；茶园；土壤理化性状
中图分类号： S341 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）05-0877-07
Abstract：【Objective】A reasonable depth of cultivation which would not only effectively prevent the deterioration of soil structure but also could fully create a well-developed environment such as water， fertilizer and air for tea plants was studied to provide technical ways for guiding tea farmers in scientific farming. 【Method】In this study， fild experiment was conducted. No tillage was as control（CK）. Three tillage depths including， 10 cm tillage， 20 cm tillage and 30 cm tillage were set to study the effects of various tillage depths on soil bulk density， water content， porosity， three-phase ratio and nutrient. 【Result】Compared to CK， soil bulk density of 0-30 cm layer decreased to various extents after tillage， and that in 30 cm tillage treatment significantly reduced（P<0.05， the same below）. Tillage significantly increased soil water content， and 20 cm tillage had the best effects on 0-10 and 10-20 cm soil layer， 30 cm tillage had the optimal effects on 20-30 cm soil layer.In addition， tillage also increased non-capillary porosity， but reduced capillary porosity. Overall the total porosity still increased. Tillage had significant effects on soil porosity at the depth of 0-10 cm. The soil porosity was significantly affected by 20 cm tillage at the depth of 10-20 cm， while 30 cm tillage had significant effects on the noncapi-llary and total porosity at the depth of 20-30 cm. After tillage， the gas phase and liquid phase ratios at the depth of 0-10 cm increased significantly， while the solid phase ratio decreased significantly， and 20 cm tillage had the optimal effects. While 30 cm-tillage had the best coordination effects on three-phase ratio at the depth of 20-30 cm. After tillage， the content of organic matter at the soil depth of 0-10 cm decreased， while the content of organic matter at 20-30 cm increased significantly under 20 cm and 30 cm tillage. The content of readily available nutrient at the soil depth of 0-30 cm increased to different degrees after tillage. An analysis of principal components showed that the total porosity and solid phase ratio were the key factors that affected the soil physical properties of the tea plantation， while the available phosphorus was the key factor in nutrient fertility index. 【Conclusion】To sum up， different tillage depths can reduce soil bulk density， increase soil water content， improve soil porosity and coordinate three-phase ratio of soil， and 20 cm tillage has the best effects on comprehensive improvement of tea plantation soil. Key words： tillage depth； tea plantation； soil physical and chemical properties
0 引言
【研究意义】茶园土壤耕作可增强土壤中的气体交换能力，促进底土熟化，同时具有清除杂草、杀虫灭菌的作用（王叶红，2006）。但是，茶园耕作也存在弊端，一是会增加土壤的透气性，容易导致土壤有机质加速分解，二是容易引起茶树根的损伤，不利于茶树健康生长。我国南方丘陵红壤茶园土壤存在“酸、黏、板、蚀”的突出问题，当下茶农不合理的耕作容易造成土壤结构破坏，影响茶树健康生长。因此，恰当处理好耕作的利弊关系，做到扬长避短进行茶园合理耕作，对茶园土壤改良、提升土壤地力及茶叶增产增收等具有重要意义。【前人研究进展】目前已有许多关于不同耕作深度和耕作方式对土壤理化性质及作物产量影响的报道。深耕可增加土壤通透性，缓解土壤紧实状况，提高水分利用率，实现作物的增产增收（Borghei et al.，2008）。梁金凤等（2010）研究表明，耕作深度对土壤物理性状和作物根系生长影响明显，耕作越深，影响越大。周国华等（2010）设置不同耕作深度的试验结果表明，耕作深度为30 cm时，黄草乌的丰产性最佳。闫惊涛等（2011）研究表明，深耕可改善土壤蓄水能力，提高降水利用效率和作物产量。贺峰（2013）研究表明，耕作深度为25～30 cm时，小麦增产增收效果明显。合理的耕作方式不仅能提高田间水分利用率，还可改善土壤特性，获得保水增产的效果（裴雪霞等，2014）。李晓龙等（2015）研究表明，玉米地深耕能改良土壤物理结构，使土壤密度降低，水含量升高，同时增加玉米根干重、根长和根表面积，根系中细根所占比例增大。【本研究切入点】上述有关耕作效应的研究多集中于一年生作物，针对多年生茶树的研究报道较少。【拟解决的关键问题】通过田间试验，设不同耕作深度处理，比较其对茶园土壤容重、水含量、孔隙度、三相比及有机质和速效养分含量的影响，探寻既能有效防止土壤结构发生恶化，又能充分营造水、肥、气等茶树良好生长环境的合理耕作深度，为指导茶农科学耕作提供参考。
1 材料与方法
1. 1 研究区概况
试验地位于江西省婺源县思口镇思口村赵家茶场（东经117°46′，北纬29°22′），海拔96 m。茶树品种为树龄7年的无性迎霜种。土壤类型为典型第四纪红色黏土发育的红壤。茶园土壤基础肥力为：pH 4.45，有机质21.36 g/kg，全氮1.28 g/kg，全磷0.55 g/kg，全钾23.37 g/kg，碱解氮114.16 mg/kg，有效磷58.69 mg/kg，速效钾199.74 mg/kg。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 试验设计 以免耕为对照（CK），设3个耕作处理，分别为耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm。每处理及对照均3次重复，随机区组排列，小区面积45.0 m2（4.5 m×10.0 m）。耕作于2016年春茶结束后进行，其他管理措施一致。
1. 2. 2 測定项目及方法 （1）土壤容重测定采用环刀法：在2017年春茶采摘前，测定0～10、10～20和20～30 cm土层的平均土壤容重，环刀规格为100 cm3。（2）土壤水含量测定采用烘干法：在2017年春茶采摘前，用土钻取0～30 cm土层土壤，每10 cm为一层。（3）土壤孔隙度和土壤三相比测定：土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度测定采用环刀法，土壤三相比通过土壤总孔隙度、水含量计算得出，气相比例=总孔隙度-水含量，固相比例=1-总孔隙度，液相比例=水含量。（4）土壤有机质和速效养分含量测定：土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化还原滴定法（外加热法）测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提—火焰光度法测定。
1. 3 统计分析
采用Excel 2007进行数据分析、DPS 7.05进行差异显著性分析，不同处理间平均值的比较采用最小显著差值法（LSD）。
2 结果与分析
2. 1 不同耕作深度对茶园土壤容重的影响
从图1可知，茶园0～30 cm土壤容重介于1.24～1.41 g/cm3。0～10、10～20和20～30 cm土层平均土壤容重分别为1.28、1.34和1.38 g/cm3。从不同耕作处理来看，0～10 cm土层的土壤容重表现为耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理均显著低于CK（P<0.05，下同），分别降低6.28%、8.61%和7.81%，但不同耕作深度处理间差异不显著（P>0.05，下同）；10～20 cm土层的土壤容重仅耕30 cm处理显著低于CK，降低7.26%；20～30 cm土层土壤容重表现为耕30 cm处理显著低于其他处理，分别比CK、耕10 cm和耕20 cm处理降低6.43%、6.42%和4.64%。同时，耕作处理对0～10 cm土层土壤容重的降幅大于10～20 cm土层，10～20 cm土层土壤容重的降幅又大于20～30 cm土层；耕30 cm时，0～10、10～20和20～30 cm土层的土壤容重较均较CK显著降低。
2. 2 不同耕作深度对茶园土壤水含量的影响
如表1所示，整体上看，茶园0～30 cm土层的土壤水含量介于19.04%～23.63%，0～10、10～20和20～30 cm土层的平均土壤水含量分别为22.12%、20.41%和19.97%。从不同处理来看，0～10 cm土层的土壤水含量最高的为耕20 cm处理，分别较CK、耕10 cm和耕30 cm处理提高14.60%、4.37%和9.40%，不同耕作深度处理之间差异显著；与CK相比，耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理10～20 cm土层的土壤水含量均显著增加，分别增加7.40%、10.48%和7.66%，其中以耕20 cm增加幅度最大；20～30 cm土层的土壤水含量则表现为耕30 cm处理显著高于其他处理，分别高9.97%、10.31%和13.50%。 2. 3 不同耕作深度对茶园土壤孔隙度的影响
从表2可知，不同耕作深度处理下茶园各土层土壤的毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度变化情况各异。整体上看，0～30 cm土层的土壤非毛管孔隙度介于6.45%～15.28%，且随土层深度的增加呈下降趋势。从不同处理来看，仅耕30 cm处理各层土壤的非毛管孔隙度显著高于CK；0～10 cm土层的土壤非毛管孔隙度在耕10 cm处理下最高，为15.28%，显著高于CK和耕30 cm处理；10～20 cm土层的土壤非毛管孔隙度表现为耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理均显著高于CK，分别增加38.15%、80.26%和73.51%，各处理间差异显著，且耕20 cm处理下非毛管孔隙度最高；20～30 cm土层的土壤非毛管孔隙度表现为耕30 cm处理最高，显著高于CK、耕10 cm和耕20 cm处理，分别高62.84%、65.12%和48.54%。
从表2也可知，各土层的土壤毛管孔隙度介于35.51%～42.42%，其中以10～20 cm土层的土壤平均毛管孔隙度最高，分别比0～10和20～30 cm高2.29%和11.29%。耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理下0～10 cm土层的土壤毛管孔隙度较CK显著下降，分别下降2.14%、2.26%和4.08%；在耕20 cm和耕30 cm处理下，10～20 cm土层土壤毛管孔隙度显著低于CK，分别降低9.48%、9.57%；3种耕作处理下的20～30 cm土层土壤毛管孔隙度与CK差异不显著，但耕30 cm处理显著低于耕10 cm，低2.95%。
各土层的土壤总孔隙度介于42.77%～54.61%，且随土层深度的增加呈下降趋势。0～10 cm土层的土壤总孔隙度平均值分别比10～20和20～30 cm土层高出2.19%和19.74%。其中，0～10 cm土层的土壤总孔隙度表现为耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理较CK显著提高，分别提高12.74%、11.50%和9.41%；耕10 cm和耕20 cm处理下10～20 cm土层的土壤总孔隙度较CK显著提高，分别提高4.44%和4.06%；20～30 cm土层土壤总孔隙度仅耕30 cm处理较CK显著提高，提高7.93%。
2. 4 不同耕作深度对茶园土壤三相比的影响
从图2-A可看出，与CK相比，耕作后土壤气相比例显著上升，分别上升14.92%、9.23%和12.87%，其中耕10 cm处理气相比例最大；液相比例显著上升，分别上升9.80%、14.59%和4.80%，各处理间差异显著；耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理下固相比例较CK显著下降，分别下降11.97%、10.82%和8.86%。从图2-B可看出，茶园10～20 cm土层土壤各耕作深度处理的气相比例无显著变化；与CK相比，耕作后液相比例显著上升，分别上升7.44%、10.52%和7.69%；固相比例較CK分别下降4.44%、4.06%和2.95%。从图2-C可看出，茶园20～30 cm土层土壤的气相比例在耕20 cm和耕30 cm处理显著升高，分别较CK上升5.64%和6.15%；与CK相比，液相比例仅在耕30 cm处理下显著升高，上升10.00%，固相比例仅在耕30 cm处理下显著降低，下降5.92%。
2. 5 不同耕作深度对茶园土壤有机质和速效养分含量的影响
如表3所示，不同耕作深度处理后，茶园各层土壤的有机质和速效养分含量变化情况各异，但均随土层深度的增加呈下降趋势。整体上看，0～30 cm土层的土壤有机质含量平均值为23.31 g/kg。从不同处理来看，0～10 cm土层的土壤有机质含量耕作后显著下降，与CK相比，耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm分别下降10.09%、11.31%和10.02%；与CK相比，10～20 cm土层土壤有机质含量仅耕20 cm处理显著升高，增加13.10%；与CK相比，20～30 cm土层的土壤有机质含量在耕20 cm和耕30 cm处理下显著升高，分别增加11.81%和18.08%。
从表3可看出，茶园0～30 cm土层的土壤碱解氮含量介于62.30～122.77 mg/kg，0～10、10～20和20～30 cm土层的土壤碱解氮含量平均值分别为116.53、105.54和78.28 mg/kg。0～10 cm土层的土壤碱解氮含量表现为耕10 cm显著高于其他处理，且耕10 cm处理分别比CK、耕20 cm和耕30 cm处理提高7.48%、5.89%和8.46%；耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理10～20 cm土层的土壤碱解氮含量较CK均显著升高，分别提高7.87%、15.98%和17.39%；耕10 cm、耕20 cm和耕30 cm处理20～30 cm土层的土壤碱解氮含量较CK显著增加，分别提高23.34%、32.86%和46.44%。综上，耕10 cm处理下，各层的土壤碱解氮含量较CK均显著提高。
从表3还可看出，茶园0～30 cm土层的土壤有效磷含量介于30.11～69.95 mg/kg。0～10 cm土层的有效磷含量表现为耕10 cm显著高于CK和耕30 cm处理；10～20 cm土层的土壤有效磷含量则表现为耕30 cm处理显著高于CK、耕10 cm和耕20 cm处理，分别高出6.81%、4.55%和4.05%；20～30 cm土层土壤有效磷含量则表现为耕30 cm处理显著高于CK、耕10 cm和耕20 cm，分别高出41.65%、37.89%和33.03%。另外，茶园0～30 cm土层土壤的速效钾含量介于154.06～251.63 mg/kg，且在耕20 cm处理下，与CK相比，0～10、10～20和20～30 cm土层的土壤速效钾含量均显著升高，分别高出20.09%、22.22%和13.53%。 2. 6 不同耕作深度对茶园土壤理化性质影响的综合评价
选择土壤容重（X1）、毛管空隙度（X2）、非毛管孔隙度（X3）、总孔隙度（X4）、固相比例（X5）、液相比例（X6）、气相比例（X7）、有机质含量（X8）、碱解氮含量（X9）、有效磷含量（X10）和速效钾含量（X11）等11个指标进行主成分分析，以评价不同耕作深度对茶园土壤理化性质的影响。由表4可看出，第一、二主成分的累积贡献率达92.554%（>85.000%），故可采用第一、二主成分全方位评价不同耕作深度对茶园土壤理化性质影响。第一主成分中权数正数最大的是土壤总孔隙度（0.985），负数最大的是固相比例（-0.980），权数越大，总孔隙度越大，固相比例越小，即综合得分越高，处理排名越靠前。第二主成分土壤毛管孔隙度的权系数较大，但小于第一主成分固相比例权系数的绝对值，因此，第一主成分中的总孔隙度和固相比例是不同耕作深度对茶园土壤理化性质影响的关键因子。从综合得分情况（表5）来看，各处理得分排序为耕20 cm>耕10 cm>耕30 cm>CK。
3 讨论
土壤是作物赖以生存的关键，耕作可改善其物理结构，调节其三相（固相、液相和气相）比例，协调土壤水、肥、气和热的关系。因此，耕作可改善作物生长发育的环境和条件（孙利军等，2007）。
3. 1 不同耕作深度对茶园土壤容重的影响
容重是反映土壤物理性状的一个重要指标，主要指示土壤的紧实程度，也预示着土壤空气和土壤水分的存在和运行状况。李晓龙（2014）研究表明，深耕后0～15和15～30 cm土层的土壤容重分别下降5%和6%。本研究结果表明，耕作后0～30 cm土层的土壤容重有不同程度下降，印证了上述相关研究结果，原因可能是耕作打破了紧实的土壤状况、增加了土壤的孔隙度，使土壤容重下降。但耕20 cm处理对10～20 cm土层的土壤容重下降不显著，而耕30 cm处理对10～20 cm土层土壤容重下降显著，其原因是耕作越深对缓解重力沉降及茶园农事过程中的干扰（踩踏等）效果越好。本研究结果进一步证实，茶园土壤耕作可降低土壤容重，使土壤疏松多孔，有利于蓄水保墒，为作物根系提供良好的土壤条件。
3. 2 不同耕作深度对茶园土壤水含量的影响
水分是茶树生长的基础，过多过少均会对茶树的生命活动带来不良影响。本研究结果表明，耕作可显著提高土壤水含量，其中0～20 cm土层以耕20 cm处理的效果较好，与梁金凤等（2010）的研究结果一致。原因可归结为两方面：一是耕作后土壤孔隙度升高，土壤的渗透性得到改善，土壤水含量提高；二是耕作后，毛管孔隙度下降，土壤水分蒸发减少。因此，耕作能够提高茶园土壤水含量，增加土壤水分库容，进而提高水分利用率，为茶叶品质提升和产量增加提供保障。
3. 3 不同耕作深度对茶园土壤孔隙度的影响
土壤孔隙是土壤水分、养分、空气和微生物等的迁移通道、贮存库和活动场所。土壤通气情况对氧气的供应、有机质含量、土壤呼吸、微生物数量和酶活性有直接影响（曹顺爱和吕军，2003）。土壤通气性不佳时，直接影响茶树根系的发育，呼吸作用减弱；通气良好时，根系生长强壮。田永辉等（2000）研究发现，土壤孔隙度与茶多酚和水浸出物含量呈极显著负相关，茶叶咖啡碱和氨基酸含量呈极显著正相关。本研究结果表明，与CK相比，耕10 cm和耕20 cm处理下，0～10和10～20 cm土层的土壤总孔隙度均显著升高，且耕10 cm处理的升幅大于耕20 cm处理，其原因是耕20cm处理时下层土被翻上来，其总孔隙度较耕10 cm处理略微下降，但差异性并不显著。因此，茶园耕作可提高总孔隙度，通过改善土壤的通气性来提高茶叶的品质。
3. 4 不同耕作深度对茶园土壤三相比的影响
三相比反映土壤物理性质的综合情况，即土壤松紧状况、土壤水分含量和土壤空气含量等。茶叶的咖啡碱和氨基酸含量与土壤气相和液相呈正相关，与土壤固相呈负相关（师进霖等，2005）；当茶园土壤固相小、气相大、疏松多孔时，土壤具有良好的保水保肥特性，有利于茶树根系对养分的吸收，有利于茶叶中咖啡碱和氨基酸的合成。本研究结果表明，耕作后0～10 cm土层的土壤气相和液相比例显著升高，固相比例显著下降，其中以耕20 cm处理效果最佳，而在20～30 cm土层，对土壤三相比协调效果最佳为耕30 cm处理。因此，茶园耕作可降低土壤的固相比，实现土壤中气、液、固三相的重新分配。
3. 5 不同耕作深度对茶园土壤养分的影响
土壤有机质是影响土壤理化和生物特性的一个重要指标，对茶叶品质的形成具有重要作用，有研究表明，提高土壤有机质含量可提升茶叶香气、滋味和水浸出物等品质（徐丽红等，2012）。土壤氮对茶叶蛋白质、氨基酸和咖啡碱等品质形成具有重要作用，而土壤磷有利于茶叶中茶多酚和水浸出物含量的提升，钾则是酶的活化剂，可提高茶树的抗逆性（师进霖等，2005）。本研究结果表明，耕作后0～10 cm土层的土壤有机质含量下降；20～30 cm土层的土壤有机质含量在耕20 cm和耕30 cm处理下显著升高，可能是因为耕作将上层的杂草、落叶翻埋到下层，再加上耕作后增加了土壤的透气性，加速了上层土壤有机质的分解。耕作后0～30 cm土层的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量有不同程度的增加，其原因是耕作后增加了土壤的滲透性，速效养分随着水分下渗。上述结果与向芬等（2016）得出的耕作处理60和120 d后，20～40 cm土层碱解氮、有效磷和速效钾含量均有所增加，0～20 cm土层有机质含量降低的研究结果类似。
综上所述，耕作能有效改善茶园土壤物理结构，降低土壤容重，提高土壤水含量，改善土壤孔隙度，协调土壤三相比，但并非耕作深度越深对茶园生产越好，深耕对茶树根系伤害较大，会影响芽叶的分化和伸展及茶树的生育，耕作越深，耕作难度系数也越大，耕作成本也越高。此外，深耕会将心土层的生土翻到表土层，生土的通透性差，肥力低，好气性微生物少，对茶树生长不利。当然，今后还应加强不同耕作深度对茶园土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物、茶叶品质和产量影响等方面的研究，为实现茶叶优质高产及农业可持续发展提供科学依据。 4 结论
茶园不同耕作深度能降低其土壤容重，提高土壤水含量、改善土壤孔隙度状况及协调土壤三相比，其中以耕20 cm对茶园土壤的综合改善效果最佳。
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（責任编辑 邓慧灵）