不同施氮措施对茶叶品质及茶园土壤环境的影响

2014-05-08颜明娟林琼吴一群张辉蔡顺香陈子聪

生态环境学报 2014年3期

颜明娟，林琼，吴一群，张辉，蔡顺香，陈子聪

福建省农科院土壤肥料研究所，福建福州 350013

氮是茶树最重要的营养元素之一，对茶叶产量和品质具有明显的影响，施氮肥是增加茶叶产量的重要措施，因此许多茶农将提高氮肥施用量作为增产的主要手段，频繁且大量施用氮肥是普遍现象。这种不合理施肥带来肥料利用率低下、茶叶品质下降、茶树抵抗病虫害和不良环境的能力降低、土壤和地下水污染、土壤酸化加剧等一系列问题，严重影响茶叶可持续发展。目前茶树的氮素营养及茶园土壤环境已有大量较为深入的研究和报道(韩文炎等，2007；王新超等，2005；席运官等，2010；郑丽燕等，2009)，但施氮措施对铁观音茶园土壤环境影响的鲜有报道；铁观音是中国十大名茶之一，为乌龙茶中的佼佼者，以其独特的圣妙香、观音韵博得众多海内外茶人的厚爱。由于铁观音茶产业的迅猛发展也带来了诸多挑战及问题。盲目地追求种植规模所带来的原生态环境的破坏，连年耕作大量化肥的施用直接导致了土壤质地的下降，并因此造成了茶青品质的间接下降（李忠等，2011）。本文针对铁观音茶园的不合理施肥现象，在高施氮茶园设计了不同的施用氮肥试验，观测土壤环境质量的氮素指标变化，分析茶园土壤环境质量下降的原因，探求适合铁观音茶园环境的施氮模式，以提高氮肥利用率，减少茶园土壤环境恶化，促进铁观音茶叶生产的持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验于2011年10月—2013年5月在福建安溪县虎丘镇茶叶良种繁殖试验场进行，试验场海拔230 m，属中亚热带气候，年平均气温16~18 ℃，日照时数1875 h，降雨量1700~1900 mm，相对湿度78%~80%；供试茶叶品种为：铁观音，树龄7 a；茶园土壤基础理化性状：w(全氮)=1.39 g·kg-1，w(碱解氮)=186.1 mg·kg-1，w(全磷)=0.30 g·kg-1、w(速效磷)=10.8 mg·kg-1，w(全钾)=16.84 g·kg-1，w(速效钾)=59.2 mg·kg-1，w(有机质)=10.49 g·kg-1，pH 值3.91，颗粒组成：w(<0.01 mm)=55.6%、w(<0.001 mm)=29.3%；土壤为红黄壤类粉壤土。

1.2 试验设计

试验设7个处理，每处理60 m2茶园，即为NO(CK，不施氮肥)、N1(茶农习惯氮肥用量)、N2(习惯施肥减氮20%)、N3(减氮20%有机肥50%+化肥50%)、N4(减氮20%有机肥)、N5(习惯施肥减氮40%)、N6(减氮40%有机肥50%+化肥50%)；连续2 a，各处理重复3次，随机区组排列；茶农习惯施肥量：按照当地茶农3 a平均施N量为525 kg·hm-2；各处理磷钾肥用量一致，P2O5、K2O分别为112.5、225 kg·hm-2。按春肥30%、夏肥20%、秋肥20%、基肥30%施入，肥料采用复合肥（15-15-15），氮肥用尿素，磷肥用过磷酸钙，钾肥用硫酸钾，有机肥为饼肥（养分6.26-2.48-1.69）；磷肥拌基肥一次性施入，氮、钾肥按比例作追肥，施肥时间为基肥2011年10月27日、春肥2012年2月16日、夏肥4月17日、秋肥6月28日；肥料都采用开浅沟覆土施用。

1.3 测定方法：

土样采集方法：试验地茶垄滴水线（施肥点）外10 cm处，除去表面枯枝落叶层，取0~30 cm土层。试验前和茶叶采摘后采集土壤样品风干后混合磨碎过筛测定土壤中的有机质(重铬酸钾容量法)、全氮（开氏法）、碱解氮(碱解扩散法)、pH (玻璃电极法)等项目。第一次施肥后每个季度采集土壤样品测定铵态氮（靛酚蓝比色法）、硝态氮（紫外分光光度法）（鲁如坤，1999）。

茶叶各品质指标的测定：茶多酚、氨基酸、咖啡碱、水浸提物的测定，将待测茶样用沸水浸提后，分别用福林酚显色比色法、茚三酮比色法、醋酸铅沉淀比色法、重量法测定（陆松候，师兆鹏，2001）。

1.4 数据处理：

数据处理使用Excel和SPSS13统计分析软件。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对茶叶产量的影响

按照一芽三叶采摘标准对试验小区2年3季的茶叶采摘，鲜叶产量结果如表1。从表可看施氮有利于茶叶产量的提高，在一定施氮量水平下，单施无机肥处理茶叶产量随着施氮量的增加而增大；等氮量情况下第一季春茶有机肥处理茶叶产量低于无机肥处理，可能是由于有机肥料当季施入未完全分解，养分供应较差造成的，说明施用无机肥可以快速供给茶树养分吸收；单施无机肥处理的产量为 N2＞N1＞N5，因此施氮量过多反而不利于经济产量的增加；从第二年春茶产量看以N3处理（即减20%氮配施有机肥）产量最高，等氮量处理的茶叶产量为N3＞N2＞N4，说明有机无机肥料结合增产效果明显，但是相对于等氮量处理单独施用有机肥增产效果没有明显优势，这与黄涛等（2009）的报道一致；春茶的产量单施有机肥处理比上一年增产12.65%，有机无机配施比上一年平均增产13.30%，比同季单施无机肥处理产量提高6.8%，而单施无机肥与上一年相比基本没有增产，说明有机肥的缓释效应在下个生长季显现出来。由此可见，当地农民的习惯施肥是不科学的，在减氮 20%的基础上进行有机无机配施可明显提高茶叶产量。

表1 不同施肥处理对茶叶产量的影响Table 1 Effects of different fertilizer treatments in tea yields

2.2 不同施肥处理对茶叶品质的影响

通过对不同试验处理两季茶叶干样品质的分析，结果如表 2，从表中可见，春季茶叶的水浸出物和氨基酸质量分数高于秋季；N3处理相对与其他处理茶叶中茶多酚、氨基酸、咖啡碱和水浸出物质量分数都较高。茶叶中的茶多酚N3处理质量分数最高，两季平均比不施氮N0高16.1%，比N1高14.1%；无机氮N1、N2、N6处理随着氮肥用量的增加茶多酚质量分数下降极明显，但总的来说施用氮肥比不施氮肥茶多酚质量分数增加极显著；对茶叶中的咖啡碱质量分数来说，施用氮肥比不施氮肥质量分数增加极显著，但是随着氮肥用量的增加其质量分数变化不显著；氨基酸质量分数则是N3处理比不施氮N0高50.2%，比N1高15.0%，施氮量较低时氨基酸质量分数也会相应下降，茶树碳氮代谢的次生产物常常存在相互消长的关系，可能是在施氮量较低时促进了茶叶生长或在茶树内先合成了其他物质，而导致氨基酸质量分数的下降。水浸出物质量分数则以N4处理质量分数最高，N3处理比不施氮N0高7.5%，比N1高4.7%。有机质质量分数是获得高品质茶叶的必需调剂[8]；试验结果表明，施用有机肥可明显提高茶叶品质。日本的施肥试验表明，增施有机肥料能改善茶叶的汤色香气、滋润和增加水浸出物质量分数，国内的研究（巩雪峰等，2008）也证实了使用有机肥能够明显提高茶鲜叶内含物，改善茶叶品质。

表2 不同施肥处理对茶叶品质的影响Table 2 Effects in different fertilizer treatments of tea quality %

表3 不同施肥处理对茶园土壤铵态氮和硝态氮的影响Table 3 Effects in different fertilizer treatments of -N and in tea soils mg·kg-1

表内同一列中字母相同表示处理间无显著差异，字母不同表示有显著性差异（p＜0.05）

处理 12月 3月 6月 9月w(NH4+-N) w(NO3--N) w(NH4+-N) w(NO3--N) w(NH4+-N) w(NO3--N) w(NH4+-N) w(NO3--N)N0 76.8±3.4a 6.7±0.9a 67.9±4.1a 7.5±1.0a 48.8±5.7a 10.7±0.8a 56.7±2.7a 12.1±0.6a N1 159.4±17.2g 21.0±1.2g 146.1±10.3g 23.6±1.7g 125.7±11.6g 33. 3±0.7g 111.0±7.3g 36.3±0.9g N2 137.5±12.3f 17.4±1.6f 126.7±11.2e 21.9±1.4f 109.8±11.7e 26.7±1.3f 79.6±5.1f 33.6±1.4e N3 115.9±12.1e 16.5±2.1e 132.9±10.5f 17.8±1.1e 114.2±9.5f 21.2±1.0d 81.3±6.1d 24.4±1.1f N4 87.6±9.7b 8.2±0.9b 91.5±8.3b 9.0±1.3b 76.3±6.3b 13.4±0.9b 71.1±4.9b 14.3±2.1b N5 103.8±9.1d 14.6±1.3d 106.3±6.7d 15.4±0.9d 91.4±4.1d 22.4±1.2e 76.4±6.5e 26.3±1.7d N6 94.2±8.6c 13.2±1.1c 97.1±7.1c 12.8±1.4c 85.0±3.7c 17.5±1.1c 73.3±5.8c 19.9±2.0c

2.3 不同施肥处理对茶园土壤氮质量分数的影响

在试验期间通过每季度对茶园土壤取样检测无机氮质量分数如表3，从表可见单施无机肥处理茶园土壤量分数随着施肥量的增加而增加，从而导致的淋溶损失的几率增加。在同样的施氮量的情况下，每季茶园土壤质量分数为有机肥﹤有机无机配施﹤无机肥，说明有机肥的养分是缓释的。土壤硝化作用的强弱主要取决于气温（杨金玲等，2003），从表3可见，不同施肥处理随着春天气温的回升，硝化作用显著增强，土壤浓度处于较高的水平，而茶树是喜 NH4-N厌作物，当土壤中同时存在时，总是优先吸收+同时春夏雨水较多，因此茶园-的淋溶损失是不可忽视的。付伟章（2005）、杨丽霞（2007）等研究表明氮素流失以为主，施肥易使土壤氮素流失量增加的，从表3可见不同施肥处理茶园土壤处理最高，同样施肥量 N4处理茶园土壤质量分数平均仅为 N2的 45.23%。因此铁观音茶园应增施有机肥，适当控制速效氮肥的施用量可减少茶园氮素流失而提高利用率，也相应的减少了环境的污染。

根据不同季节土壤碱解氮的测定，从图1可见，各施肥处理土壤碱解氮变化趋势基本一致，土壤中的碱解氮质量分数总体呈缓慢的上升态势，施用无机肥处理开始碱解氮都有较快的提升，6月份土壤在春茶采摘后施肥前取的，土壤养分被茶叶带出尚未补充，所以土壤碱解氮都有所下降，但试验茶园土壤基础碱解氮质量分数较高，各施肥处理对碱解氮动态变化的影响并不大。

图1 不同处理茶园土壤碱解氮变化Fig.1 Dynamics of alkali-hydrolyzable N in different fertilizer treatments in tea soil

在不施用任何肥料情况下，土壤中氮素循环主要分为作物吸收、矿化作用和挥发，其中作物吸收起主要作用（李菊梅等，2003）。试验前各处理土壤全氮与一年后土壤全氮质量分数变化见图 2，从图中可见，不施肥处理由于茶叶采摘带出土壤全氮降低9.6%，单施无机肥的处理土壤全氮略有下降，而施用有机肥处理土壤全氮都稍有提升，这与有机肥施用带入的有机氮有关，各施肥处理对茶园土壤全氮变化影响不明显。

图2 不同施肥处理茶园土壤全氮变化Fig.2 Dynamics of total N in different fertilizer treatments in tea soil

2.4 不同施肥处理对茶园土壤有机质及酸碱度的影响

施肥后一年四季对茶园土壤酸碱度的测定结果见表4，从表可见，同一处理土壤出现季节性的变化，夏秋季土壤pH会有所降低，各处理表现相类似的趋势，这可能与茶树这个季节大量吸收NH4+-N有关，当茶树吸收阳离子超过阴离子时，为维持体内电荷平衡，根系向外分泌质子(H+)，吸氮后H+残留于土壤造成土壤酸化（Ruan等，2000）。从表中可见各处理中单施无机肥处理的土壤pH随着施氮量的增加，土壤pH显著下降，这与前人研究结果一致，氮肥的使用显著降低土壤的pH值起着明显酸化茶园土壤的作用（姜军等，2007；阮建云等，2003）。有机无机配施处理减少了土壤酸化程度，单施有机肥处理一年后土壤pH增加0.13。由此可见，有机肥有很好的抑制土壤酸化的能力，而无机肥的施用则加剧土壤酸化。

图3为试验前后各处理土壤有机质的变化，茶园施肥前后土壤有机质变化与土壤全氮变化趋势相似，一年后施用有机肥处理的茶园土壤有机质增加6.9%，有机无机配施处理有机质略有增加，而单施无机氮处理的土壤有机质都有明显下降。

图3 不同处理茶园土壤有机质的变化Fig.3 Dynamics of organic matter in different fertilizer treatments in tea soil

3 结论

施用有机肥可明显提高茶叶品质，对比茶农习惯施肥(N1)与减氮20%有机无机配施处理(N3)，茶农习惯施肥生产成本高，土壤质量下降，而且茶叶品质不高。在实际生产中，应在目前农户平时施肥量的基础上至少减少20%氮较为合理。

有机无机肥料( N3 )配合施用，对于土壤质量有明显的改善，虽然有机肥料的缓释效应，在相同施氮量的情况下，茶叶产量当年无明显优势，但是可以预见，在坚持有机无机配合施用两三年后应该能够取得较好的经济效益及生态效益。

单施无机氮肥引起土壤质量下降，加剧土壤酸化，有机质明显下降，施用量越大，土壤酸化越严重；从反映土壤质量等指标来看，单施有机肥对于改善土壤质量环境却是非常明显的，但对茶树养分供应不及时，造成产量较低；减氮的同时配合有机肥的施用，可改善茶叶品质，提高产量，同时对土壤环境质量改善有明显效果。

表4 不同施肥处理对茶园土壤pH的影响Table 4 Effects of different fertilizer treatments in tea soil pH

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