Ecological Stoichiometry of Surface Soil in Wuyi Mountain Affected by Tea Cultivation
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摘要:目的
明确垦荒植茶对表层土壤生态化学计量特征的影响。
方法在武夷山地区选取种植年限为0～10年、20～30年和40～50年的茶园，分别采集茶园及相邻杂草覆盖空地0～15 cm深度土壤样品。测定土壤的有机碳（soil organic carbon, SOC）、全氮（total nitrogen, TN）、全磷（total phosphorus, TP）和全钾（total potassium, TK）含量，以及土壤的pH值和电导率（electrical conductivity, Ec），并计算土壤的C/N、C/P、C/K、N/P、N/K、P/K比值，以及SOC、TN的库容。
结果（1）与相邻空地相比，种植年限为20～30年茶园土壤的SOC含量变化不显著，而0～10年和40～50年茶园土壤的SOC含量分别显著降低了24.55%和30.37%。此外，茶园土壤的TN、TP、TK含量均有不同程度的增加，其中20～30年茶园的土壤TK含量增幅最大，达199.97%。（2）与相邻空地相比，3种种植年限茶园土壤的电导率增幅分别为0、121.72%和73.43%，而土壤pH却分别下降了0.7、0.3和0.4个单位，降幅分别为10.46%，5.52%和7.55%。（3）茶园土壤的C/N、C/P、C/K、N/K以及P/K比值较相邻空地均显著降低，降幅范围为0.76%～56.38%。
结论垦荒植茶显著提高表层土壤的全量N、P、K含量，并增加了土壤氮库库容，其中植茶年限为20～30年的茶园提升效果最为显著。然而，垦荒植茶同时导致表层土壤碳库损失，加剧土壤酸化，并降低了土壤生态化学计量值（N/P除外）。
Abstract:ObjectiveFertility and ecological stoichiometric characteristics of surface soil at the land converted for tea cultivation in Wuyi Mountain were studied.
MethodsSurface soil specimens at 0–15 cm depth were collected at the plantations with a history of cultivating tea for 0–10, 20–30, and 40–50 years in Wuyi Mountain. For comparison, soil samples were also collected in the weed-covered virgin lands adjacent to the tea plantations. Contents of organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and total potassium (TK) as well as pH and electrical conductivity (Ec) of the soil samples were determined. C/N, C/P, C/K, N/P, N/P, and reservoir capacity of SOC and TN were calculated.
Results(1) Compared with neighboring virgin land of each sampling site, the plantation SOC were lower by 24.55%–30.37% with significantly reduced reservoir, while the TN, TP, and TK were higher in varying degrees. The surface soil at the 0–10-year-old plantations had the least with no change on TN on average; and at the 20–30-year-old plantations, TK rose the most by 199.97%. (2) The Ec of the 20–30-year-old tea plantation soil was 121.72% higher than that of the neighboring control lots, and that of the 40–50-year-old plantation soil, 73.43% higher. The soil pH of the 0–10-year-old plantations was 0.7 below control with a 10.46% reduction, 0.3 at the 20–30-year-old plantations (5.52% reduction), and 0.4 at the 40–50-year-old plantations (7.55% reduction). (3) The ratios of C/N, C/P, C/K, N/K, and P/K of the plantation soils were significantly lowered ranging from 0.76% to 56.38%.
ConclusionTea cultivation on the mountain lands significantly raised the surface soil TN, TP, TK, and nitrogen storage. The increase was most significant for the 20–30-year-old plantations. Along with it, there was a loss of carbon storage/pools in the soil which exacerbated acidification and induced decline on the ecological stoichiometry (except for N/P).
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Keywords:
- tea plantations /
- soil fertility /
- ecological stoichiometry /
- soil carbon pool /
- soil nitrogen
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0. 引言
【研究意义】通过影响土壤养分的输入、输出及转化过程，土地利用方式的变化显著改变了土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）含量及其化学计量比（C/N、C/P、N/P）[1]。这不仅会影响生态系统的养分循环，还关系到土壤的质量和肥力[1]。垦荒植茶改变了土壤养分（C、N、P等）含量、比例以及养分在不同大小土壤团聚体中的分布，进而影响到土壤的肥力、结构稳定以及生态平衡[2,3]。此外，此类人为干扰还可通过重塑土壤微生物群落结构与多样性，进一步调控养分循环过程与生态功能[4]。因此，探究林地、草地、耕地等土地利用类型转换对土壤生态化学计量特征的影响，有助于揭示养分循环机制、评估土壤质量，并为土地管理和生态修复提供参考[5]。【前人研究进展】土地利用变化会打破陆地生态系统原有的碳氮磷平衡[6,7]，并加剧氮磷元素的损失[8,9]。例如，天然林向人工林（一代至二代）的转化过程中，土壤C、N、P含量均呈显著下降趋势[10]；天然林转变为人工林和农田过程中，土壤碳含量分别减少了13%和42%，而农田转变为次生林和人工林时土壤碳分别增加了18%和53%[7]。在川西北高寒草甸地区，草地开垦为耕地后长期耕作导致土壤表层有机碳（soil organic carbon, SOC）、碱解氮和全氮显著降低[11]。除了会导致养分含量变化外，土地利用方式转变还会显著影响土壤生态化学计量特征（C/N、C/P、N/P）[12,13]。例如，土壤的C/N、C/P和N/P会随着天然林开耕成农田而降低，又会因耕地转变为次生林而再次升高[13]。长期实施秸秆还田和保护性耕作措施的北方农田，其土壤C/N、C/P、C/K和N/P比值均明显高于传统耕作方式的农田[14]。在不同土地利用类型中，水田土壤C/N比值最高，草地C/K、C/P和N/K比值最大，林地N/P比值最高，旱地P/K比值最突出[15]。人类干扰强度与土壤化学计量特征密切相关。如朱德煌等[16]在闽楠林风景区的研究表明，土壤C/N、C/P比值随干扰强度增加而降低。黑杰等[17]研究表明，荒地开垦为茉莉花园后，随种植年限延长，土壤C、N含量及C/P、N/P比值逐渐下降，P含量则持续累积。我国作为茶叶生产大国[18]，茶园多由荒地或耕地开发而来。这会导致土壤酸化，且酸化程度随着植茶年限延长持续加深，并伴随土壤肥力的下降[19-20]。但也有研究表明，在土壤酸化加剧过程中，有机碳与全氮含量呈同步上升趋势，形成酸化与养分富集并存的现象[21]。【本研究切入点】当前关于垦荒植茶及其年限对土壤肥力影响的研究仍存争议[19-21]，且土壤养分比例（如C/N/P）的演变规律尚未明确。尤其缺乏荒地-茶园转换过程中土壤碳、氮、磷生态化学计量特征的系统研究。【拟解决的关键问题】以武夷山地区不同植茶年限茶园为研究对象，旨在揭示荒地开垦为茶园后土壤肥力及生态化学计量特征的演变规律，并进一步探索不同植茶年限对茶园土壤碳、氮库容变化的影响，明确不同种植年限茶园土壤中制约茶树生长的养分限制类型，为我国茶园的绿色、可持续发展提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 研究区概况
武夷山市位于福建省西北部（27°27′N～28°04′N, 117°37′E～118°19′E），总面积为
2798 km2，是我国重要的乌龙茶产区。该地区属于亚热带季风气候，常年温和湿润，年平均气温约为18～18.5 ℃，年降水量在2000 mm左右，降水主要集中于春夏两季。1.2 试验设计与样品采集
2019年10月，本研究选取武夷山自然保护区附近（27º42′N～27º44′N, 117º56′E～118º0′E）3种不同种植年限的茶园：武夷学院的0～10年茶园、小竹林的20～30年茶园以及黄柏村江墩的40～50茶园，每个区域各选择五个以水仙为主栽品种的茶园为研究对象。每个种植年限选取5个茶园，每个茶园按照五点取样法分别采集茶园及其相邻杂草覆盖空地的土壤样品。研究采集0～15 cm深度样本对土壤的有机质或pH值进行测定[22]。鉴于土壤有机质（碳）及pH值是研究垦荒植茶对土壤肥力、土壤酸化程度以及生态化学计量特征变化影响的重要指标，故本研究采集0～15 cm深度土壤样品进行后续相关分析。
取完样后，将茶园及相邻空地的土壤分别混合成一个样品，装入编号塑料封口袋中待测。共计15个茶园，30个土壤样品。然后，使用100 mL体积的不锈钢环刀在茶园及其邻近空地各选择一个代表性取样点采集表层土壤容重样品。采集前先移除地表树叶、草根、砾石等杂物，铲去表层土3～5 cm后，用环刀取样并分别装袋，标记备用。
1.3 样品测试与分析
1.3.1 样品处理
去除土壤中的砾石、动植物残体后，将土样摊开置于阴凉通风处自然风干。待土样风干后，研磨至均匀状态，并分别通过2 mm和0.25 mm孔径的筛网，筛分后的土样装袋备用。
1.3.2 测定指标与分析方法
根据鲍士旦《土壤农化分析》（第3版）的方法[23]：使用水浸提-电位法测定土壤pH值；电导法测定电导率（electrical conductivity, Ec）；重铬酸钾氧化-外加热法测定土壤有机质（soil organic matter, SOM）；自动定氮仪法测定土壤全氮（total nitrogen, TN）；HClO4-H2SO4法测定土壤全磷（total phosphorus, TP）；NaOH熔融-火焰光度法测定土壤全钾（total potassium, TK）含量；土壤容重通过环刀法测定。
1.4 指标测算
1.4.1 土壤有机碳和全N储量
SSOC/TN=CSOC/TN×B×D/
1000 其中，SSOC/TN（mg·hm−2）为茶园或相邻空地土壤有机碳或全氮的储量，CSOC/TN（g·kg−1）为茶园或相邻空地土壤有机碳或全氮的含量，B（g·cm−3）为茶园或相邻空地土壤容重，D（cm）为土壤样品取样深度，本研究为15 cm。
本研究采用1.724的Van Bemmelen换算系数（SOC=SOM/1.724）进行土壤有机碳（SOC）与有机质（SOM）的转换分析。
1.4.2 茶园土壤有机碳、全氮的净固定或净损失量
G=SSOC/TN丛下−SSOC/TN空地
其中，G（mg·hm−2）为茶园土壤有机碳或全氮的净固定量或净损失量，当G＞0时为净固定量，当G＜0时为净损失量；SSOC/TN丛下（mg·hm−2）为茶园土壤有机碳或全氮的储量；SSOC/TN空地（mg·hm−2）为空地土壤有机碳或全氮的储量。
1.5 数据处理与统计分析
本试验中原始数据的平均值、标准误差采用Excel 2019进行计算。C/N、C/P、C/K、N/P、N/K、P/K为质量比值。茶园与相邻空地的组间比较采用独立样本t检验（双尾，α=0.05）分析其差异显著性，变量间的相关性评估则采用Pearson双变量相关系数分析法。上述方差分析和相关分析均采用SPSS 19.0软件进行。
2. 结果与分析
2.1 不同种植年限茶园土壤肥力状况的演变
2.1.1 不同种植年限茶园土壤C、N、P、K含量的演变
如图1所示，茶园土壤SOC含量随种植年限延长呈显著变化。0～10年、20～30年、40～50年茶园土壤平均SOC含量分别为5.41、10.57、8.12 g·kg−1（对应SOM含量为9.33、18.24、14.00 g·kg−1），而毗邻对照空地的SOC含量分别为7.35、11.57、12.08 g·kg−1（SOM含量为12.67、19.95、20.82 g·kg−1）。经独立样本t检验，0～10年和40～50年种植年限茶园的SOC含量较相邻空地分别显著降低24.55%（P＜0.05）和30.37%（P＜0.01）。种植年限为0～10年和20～30年的茶园土壤的TN含量较空地土壤分别显著增加30.07%（P＜0.05）和70.04%（P＜0.01）（图1b）。仅种植年限为20～30年茶园土壤的TP含量较空地土壤显著上升44.50%（P＜0.05）（图1c）。相较之下，3种种植年限的茶园土壤TK含量分别较空地土壤显著提高26.80%、199.97%和53.84%（P＜0.05）（图1d）。上述结果表明，荒地开垦为茶园后土壤SOC含量有较为明显的下降，而TN、TP、TK含量则呈现出不同程度的上升趋势，增幅以种植年限20～30年的茶园最为明显。
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图 1 不同种植年限茶园土壤肥力的演变“ns”表示同一种植年限茶园土壤与空地土壤的土壤肥力没有显著差异，“*、**、***”分别表示同一种植年限茶园土壤与空地土壤的土壤肥力在0.05、0.01、0.001水平上差异显著。下同。Figure 1. Changes in soil fertility at tea plantations of varied agesns: no significant difference on soil fertility between tea plantations and neighboring virgin lands at P=0.05; *, **, and ***: significant differences on soil fertility between tea plantations and neighboring virgin lands at P=0.05, 0.01, and 0.001, respectively. Same for below.2.1.2 不同种植年限茶园土壤电导率和pH的演变
土壤电导率的结果显示（图2a），相较于相邻空地，种植年限20～30年与40～50年的茶园土壤电导率分别显著升高121.72%和73.43%（P＜0.01），而0～10年种植区无显著差异。如图2b所示，随种植年限延长，茶园土壤pH值较相邻空地土壤分别显著降低了0.7、0.3和0.4个单位，对应降幅达10.46%、5.52%和7.55%。这表明荒地开垦为茶园后，随着种植年限的延长，茶园土壤均出现不同程度的酸化。
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图 2 不同种植年限茶园土壤电导率与pH的变化Figure 2. Changes in soil Ec and pH at tea plantations of varied ages2.2 不同种植年限茶园土壤生态化学计量特征变化
如图3所示，与相邻空地土壤相比，3种种植年限茶园土壤的C/N、C/P、C/K以及20～30年和40～50年种植年限茶园土壤的N/K和P/K比值均显著降低；而N/P以及种植年限为0～10年茶园土壤的N/K和P/K则没有明显变化。这说明茶树种植显著降低了土壤的生态化学计量值（N/P除外）。其中，茶园和相邻空地土壤的C/N均为固定值，分别为0.34和0.58，茶园土壤相较于空地显著降低41.99%，且降幅不受种植年限影响（图3a）。相对于相邻空地土壤，3种种植年限茶园土壤的C/P平均降幅分别为34.25%、33.14%和42.44%（图3b）；C/K的降幅分别为14.23%、56.38%和51.84%（图3c）；N/P以及种植年限为0～10年茶园土壤N/K则没有明显变化（图3d），而种植年限为20～30年和40～50年的茶园土壤N/K的降幅分别为24.80%和16.98%（图3e）；P/K的降幅分别为8.11%、31.95%和16.30%（图3f）。上述结果表明，茶园种植年限的延长对C/N、N/P降幅影响不明显，对C/P和C/K降幅影响有限，而对N/K和P/K降幅的影响较明显。
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图 3 不同种植年限茶园土壤生态化学计量值的变化Figure 3. Changes in soil ecological stoichiometry at tea plantations of varied ages2.3 不同种植年限茶园表层土壤碳氮库容变化特征
如图4a所示，除了种植年限为20～30年茶园表层土壤SOC储量与开垦前相比没有明显变化外，其余2种种植年限的茶园表层土壤SOC储量均较开垦前明显下降，平均降幅分别为24.55%（P＜0.01）和30.37%（P＜0.05）。茶园土壤N储量则与SOC储量变化趋势相反，较开垦前呈增加趋势；其中，种植年限为0～10年和20～30年的茶园表层土壤N储量较开垦前分别显著升高30.07%和70.04%（图4b）。
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图 4 不同种植年限茶园土壤C、N储量的变化Figure 4. Changes in soil C and N stocks at tea plantations of varied ages相比于开垦前，3种种植年限茶园表层土壤的SOC库容的平均损失量分别为0.03、0.02和0.06 mg·hm−2。而N库容的平均增加量分别为0.05、0.18和0.05 mg·hm−2。该结果表明，将荒地开垦为茶园会导致表层土壤SOC库容的下降以及N库容的增加。
2.4 茶园土壤养分含量、pH、电导率和生态化学计量值之间的相关性
如图5所示，茶园土壤SOC与N/P 、N/K之间分别存在着极显著（P＜0.01）和显著（P＜0.05）正相关关系；TN与C/P、C/K之间均呈正相关关系，且相关性分别达到极显著（P＜0.01）和显著水平（P＜0.05）；TP与C/K、N/K均呈极显著正相关（P＜0.01）；TK与C/P、N/P间呈显著正相关关系（P＜0.05）。这些结果表明，茶园土壤肥力的提升有助于增加土壤生态化学计量值。此外，茶园土壤pH值与SOC、TN、TP之间均表现出极显著负相关关系（P＜0.01），与C/K之间呈显著负相关关系（P＜0.05）。这表明茶园土壤肥力的增加，特别是N肥的大量施用，可能会加剧土壤的酸化。
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图 5 不同种植年限茶园土壤养分、pH、电导率和生态化学计量值之间的相关性分析“*”表示在0.05水平上显著相关，“**”表示在0.01水平上显著相关。Figure 5. Correlations between soil nutrients, pH, Ec, and ecological stoichiometry at tea plantations of varied ages* and **: significant correlations at 0.05 level (two-sided) and 0.01 level (two-sided), respectively.3. 讨论
3.1 不同种植年限对茶园土壤肥力特征的影响
相对于毗邻的空地，茶园表层土壤的N、P、K含量总体呈显著上升趋势，而SOC含量则普遍显著下降。垦荒植茶后茶园表层土壤的碳库库容下降，处于净损失状态；而氮库库容明显增加，处于净增加的状态。通过SOC与SOM之间的换算，本研究中3种种植年限茶园土壤的平均SOM含量分别为9.33、18.24、14.00 g·kg−1；而相邻空地土壤的SOM含量分别为12.67、19.95、20.82 g·kg−1。根据茶叶产地土壤肥力等级划分[24]，I级茶园土壤SOM含量应＞15.0 g·kg−1，II级茶园为10.0～15.0 g·kg−1，III级茶园则＜10.0 g·kg−1，本研究样地植茶前的SOM水平分别达I级茶园（20～30年和40～50年）和II级茶园（0～10年）SOM的水平。随垦荒植茶后，除了20～30年茶园没有变化外，40～50年和0～10年的SOM水平分别从I级和II级茶园土壤肥力水平下降至II级和III级。而3种种植年限茶园土壤的平均TN含量为16.10～31.43 g·kg−1 、TP含量为0.88～1.42 g·kg−1、TK含量为0.62～0.81 g·kg−1；而其相邻空地土壤的TN、TP和TK含量分别为12.67～20.82 g·kg−1、0.79～1.10 g·kg−1和0.36～0.51 g·kg−1。茶园土壤与相邻空地土壤的TN和TP含量均达I级茶园TN（＞1.0 g·kg−1）和TP（＞0.6 g·kg−1）的标准，TK则仅达III级茶园的标准（＜5.0 g·kg−1）。茶园土壤中TN和TP的平均含量显著高于I级茶园土壤的临界值，分别为其16～31倍和1.3～2.5倍；而TK的平均含量则较低，仅为III级茶园土壤TK临界值的1/8～1/6。上述结果表明，3种种植年限茶园普遍存在有机肥和钾肥投入不足而氮肥和磷肥则施入过多的现象。穆聪等[25]的研究也表明，武夷山茶园存在氮肥施用过多、有机肥投入不足的问题。周志等[26]的结果表明，武夷山茶园土壤不仅存在施氮过量的问题，磷的投入近年来也呈快速上升趋势。土壤碳含量的高低主要由土壤中有机质输入和输出的差值决定[27]。因此，有机肥投入不足以及氮、磷肥投入过多很可能是造成垦荒植茶后茶园土壤SOC下降，而N、P含量增加的主要原因，也是茶园表层土壤碳库库容下降，氮库库容增加的重要驱动力之一。
3.2 不同种植年限茶园土壤酸化特征分析
武夷山垦荒植茶造成的另一个显著影响就是土壤酸化。茶园土壤的酸化除了茶树自身的原因外[28]，外源氮输入也是一个重要诱因[29]。本研究结果表明，茶园土壤的pH值与全N含量存在显著的负相关关系。但肖颖等[30]研究表明，仅在高氮磷比且高水平氮输入量下发现类似的结果，这可能是因为高氮磷比且高水平氮输入下，由于磷的限制导致一些多余的氮滞留在土壤中而不能被植物吸收，从而进一步导致土壤酸化。相关研究表明，武夷山茶园存在氮肥过量投入的现象[25-26,29]，年氮盈余量达189.80 kg·hm−2，符合高N输入条件[25]。本研究中，土壤的N/P均为16～25，也符合高N/P的条件。因此，N肥的过量投入及其导致的N、P比例失衡，可能是茶园土壤酸化的重要原因之一。相比于传统茶园，有机茶园的管理方式可以有效减缓土壤的酸化[29]。所以，减少N肥投入并增加有机肥比例，不仅可以有效抑制茶园土壤的进一步酸化，还能减少温室气体的排放，从而有利于武夷山茶园生态系统的绿色、可持续发展。此外，荒地开垦为茶园后，由于施肥和凋落物累积引起的盐基离子增加，茶园土壤的电导率也出现不同程度的上升。
3.3 不同种植年限茶园对土壤生态化学计量值的影响
本研究测得茶园与相邻空地土壤C/N比分别为0.34和0.58，且该比值在不同种植年限下均保持不变，与前人研究结论一致[3,31]。这可能是由于C、N作为结构性成分，相互之间具有紧密联系且对环境变化的响应几乎同步，导致其积累与消耗过程存在相对固定的比值[32]。相关研究表明，施N肥之后土壤有机质层的C/N显著下降[33]，与本研究中茶园土壤的C/N均明显低于相邻空地土壤结果相似。本研究取样深度为0～15 cm，绝大部分土壤处于有机质层，故茶园土壤C/N下降很可能是施用N肥所致。一般来讲，土壤C/N与有机质分解速率呈反比，C/N值较低的土壤具有较快的矿化作用[34]。因此，茶园土壤有机碳矿化速率高于相邻空地。这说明垦荒植茶加剧了土壤有机碳的矿化，可能导致了更多的碳排放。
土壤C/P可用于衡量微生物矿化土壤有机物质释放磷或从环境中吸收固持磷素的潜力[35]。当土壤C/P＜200时，表示养分的净矿化；土壤C/P＞300时，表示养分的净固定[36]。本研究中不同种植年限茶园土壤的C/P为5～10，明显低于相邻空地土壤的10～15，且均小于200和中国土壤0～10 cm有机质层的C/P平均值（52.7）[31]，这与朱仁欢等[19]的研究结果一致，说明将荒地开垦为茶园明显促进了土壤有机P的矿化。而茶园土壤C/P下降，一方面与有机碳损失有关，另一面则与土壤中磷含量的迅速提升有关。周志等[26]的研究表明，武夷山岩茶区土壤的速效P含量平均值从2008年的5.21 mg·kg−1增加至2015年的245.70 mg·kg−1，增加了近50倍。
相关研究表明，土地利用方式的改变会影响土壤的生态化学计量值，如农田土壤的C/K明显低于未开垦的草地和湿地等自然土壤[37]。本研究中不同种植年限茶园土壤的C/K均明显低于相邻荒地土壤，这可能与荒地被开垦为茶园过程中SOC含量下降以及茶园施钾肥有关。
土壤的N/P是调控有机质分解速率的关键驱动因子，并且可以用来判断养分限制状况及明确限制有机质分解的养分种类[38]。然而一些土壤的N/P，如耕作土壤很容易受到施肥等人为因素的影响[33]。Venterink等[39]的研究表明，当N/P为15时，土壤对植物N、P的供应基本是平衡的，植物生长不受N、P的限制；当土壤N/P＜15时，植物受到N的限制；当土壤N/P＞15时，则植物生长受到P的限制。一般认为，温带地区的土壤Ｎ含量是植物生长的主要限制因子，如陕西延安地区黄土丘陵人工林地土壤的N/P平均值只有0.63[40]。本研究中茶园土壤的N/P平均值为18～23，相邻空地土壤N/P平均值为16～20，均＞15且高于全球0～10 cm土层的平均值（5.9）[32]及中国0～10 cm土层的平均水平（3.9）[31]。数据结果表明，N并非制约武夷山茶树生长的主要限制性因素，这可能与武夷山传统茶园存在氮肥施用过量造成土壤Ｎ相对富余有关[25-26,29]。也可能是由于N的过量投入，制约了茶树对土壤P的吸收。因此，武夷山传统茶园可以通过适当减N以促进茶树对P的吸收。
有研究表明，弃耕年限越久，农田土壤的N/K和P/K越低[8]。本研究结果显示，种植年限较久的茶园（20～30年和40～50年）土壤N/K和P/K高于种植年限短的茶园（0～10年）。这一差异反映了人为活动强度的变化对土壤生态化学计量值的直接影响[8]。茶园土壤的N/K和P/K较相邻空地均明显下降（0～10年茶园除外），可能是因为茶园土壤补充K的途径比荒地更多，如施肥、凋落物分解和叶片的淋洗。
4. 结论
本研究结果表明，垦荒植茶对武夷山茶园土壤质量产生了显著影响。具体表现为：（1）表层土壤有机碳及碳库随种植年限增加呈持续下降趋势；（2）土壤氮、磷、钾含量及氮库显著增加，其中20～30年茶园养分富集效应最为显著。（3）土壤酸化程度随植茶年限延长而加剧，表现为pH值持续降低。生态化学计量分析显示，C/N、C/P、C/K、N/K及P/K比值普遍降低，仅N/P保持相对稳定，且各指标对植茶年限的响应存在差异。进一步分析表明，土壤碳氮失衡与养分比例失调可能与长期过量施用氮磷肥及有机肥、钾肥投入不足有关。因此，建议通过控减氮磷肥并增施有机肥和钾肥优化施肥策略，以调控土壤养分结构，促进茶园生态系统的可持续发展。
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图 1 不同种植年限茶园土壤肥力的演变
“ns”表示同一种植年限茶园土壤与空地土壤的土壤肥力没有显著差异，“*、**、***”分别表示同一种植年限茶园土壤与空地土壤的土壤肥力在0.05、0.01、0.001水平上差异显著。下同。
Figure 1. Changes in soil fertility at tea plantations of varied ages
ns: no significant difference on soil fertility between tea plantations and neighboring virgin lands at P=0.05; *, **, and ***: significant differences on soil fertility between tea plantations and neighboring virgin lands at P=0.05, 0.01, and 0.001, respectively. Same for below.
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图 2 不同种植年限茶园土壤电导率与pH的变化
Figure 2. Changes in soil Ec and pH at tea plantations of varied ages
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图 3 不同种植年限茶园土壤生态化学计量值的变化
Figure 3. Changes in soil ecological stoichiometry at tea plantations of varied ages
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图 4 不同种植年限茶园土壤C、N储量的变化
Figure 4. Changes in soil C and N stocks at tea plantations of varied ages
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图 5 不同种植年限茶园土壤养分、pH、电导率和生态化学计量值之间的相关性分析
“*”表示在0.05水平上显著相关，“**”表示在0.01水平上显著相关。
Figure 5. Correlations between soil nutrients, pH, Ec, and ecological stoichiometry at tea plantations of varied ages
* and **: significant correlations at 0.05 level (two-sided) and 0.01 level (two-sided), respectively.
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