投产铁观音茶园氮磷钾施肥指标研究

章明清，李娟，尤志明，姚宝全，孔庆波，沈金泉，姚建族

（1.福建省农业科学院土壤肥料研究所，福建 福州 350013; 2.福建省农业科学院茶叶科学研究所，福建 福安 355015;3.福建省农田建设与土壤肥料技术推广总站，福建 福州 350003; 4.永春县农业技术推广站，福建 永春 362600）

福建是我国的产茶大省，目前茶园面积超过20万hm2。铁观音是福建茶园主栽品种之一，素有“茶王”之称，是当前测土配方施肥技术示范推广工作的重点作物之一。测土配方施肥是根据作物需肥规律、土壤供肥特性和肥料效应，在有机肥为基础的条件下，提出氮磷钾等养分的适宜用量和比例以及相应的施肥技术[1]。在应用上包括土壤测定和提出施肥建议两个程序，而根据土壤测定结果提出施肥建议的依据就是施肥指标体系。近30年来，我国开展了大规模的测土配方施肥技术研究[2,3]，但就定量水平而言，建立在肥料效应函数——土壤养分丰缺指标法基础上的配方施肥技术，因其具有科学性和严密性使推荐施肥量和配方达到优化水平[1]。

20世纪80年代以来，殷自力等[4]和钱时霖等[5]就开展了茶园经济合理施肥量及其数学模型的研究；林心炯等[6,7]采用盆栽和田间试验相结合的方法，系统研究了施肥对乌龙茶品种黄棪和铁观音的生长、产量和品质的影响，提出黄棪与铁观音不同茶龄的推荐施肥量和数学模型。阮建云等[8]开展了茶园养分投入和施肥效应研究，尤雪琴等[9]探讨了田间条件下不同生育期的茶树氮、磷、钾养分需求量规律，Abhijit等[10]建立了茶园磷素营养诊断研究方法，马立峰等[11]研究了浙江绿茶茶园施肥现状和土壤肥力状况等。近年来，茶园施肥还特别关注了养分损失和环境污染问题[12-14]。这些工作探讨了茶树氮磷钾营养特性、茶园土壤养分肥力和肥料投入状况以及施肥环境效应等，对茶园推荐施肥起到了积极作用。然而，直接服务于茶园测土配方施肥工作的氮磷钾施肥指标的系统研究则鲜见报道。

因此，本文针对完成的19个铁观音茶园“3414”设计试验资料进行归纳总结，建立氮磷钾施肥指标，旨在为铁观音茶园测土配方施肥技术推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计方案

试验采用“3414”设计方案，氮、磷、钾各 4个水平，14个处理，即：（1）N0P0K0；（2）N0P2K2；（3）N1P2K2；（4）N2P0K2；（5）N2P1K2；（6）N2P2K2；（7）N2P3K2；（8）N2P2K0；（9）N2P2K1；（10）N2P2K3；（11）N3P2K2；（12）N1P1K2；（13）N1P2K1；（14）N2P1K1。其中，“2”水平表示N、P2O5、K2O的当地推荐用量；“0”水平表示不施肥；“1”水平的用量为“2”水平的50%，“3”水平的用量为“2”水平的150%。其中，高产茶园试验用推荐施肥量平均为 N 356 kg·hm-2、P2O5122 kg·hm-2、K2O 178 kg·hm-2，中产茶园试验用推荐施肥量平均为N 375kg·hm-2、P2O5113kg·hm-2、K2O 187kg·hm-2，低产茶园则平均为 N 223kg·hm-2、P2O596 kg·hm-2、K2O 114 kg·hm-2。由于试验处理数较多，各试验点采用多点分散不设重复和区组排列的试验方法[15]，小区面积20～25 m2，同一个试验的小区面积相同。试验地位于闽东南的南靖县、永春县和大田县等主产区的投产茶园，选择当地代表性土壤类型和肥力水平的茶园作为试验田。

供试茶树选用当地大面积种植的铁观音良种，试验时间为2012年冬季至2014年秋茶收获时结束。氮肥选用尿素（N 46%），磷肥选用过磷酸钙（P2O512%），钾肥用硫酸钾（K2O 50%）。施肥方法是：基肥在冬季施用，氮钾肥占总用量的20%，磷肥全部做基肥，全层深施；余下的氮钾肥在春季和秋季做两次追肥施用，每次施用量占总施用量的40%，开浅沟施肥后覆土。试验地不施有机肥。试验区周围设1 m宽以上的保护行。

由于夏暑茶品质较低和效益较差，近年来在实际生产中夏暑茶几乎弃采。为此，各试验点茶青仅采收春茶和秋茶。采摘时按照各小区单收单称，分别记录鲜重产量。茶青采摘标准和其它的栽培管理措施与当地大田生产一致。

1.2 土样采集与测定

每个试验在实施前，参考江福英等[16]的取样方法采集一个混合基础土样。即：根据地形地势实际情况，每个土样由8～10个样点的土壤组成混合样。样点以“S”型布置，每个样点按照行间位置各取3个土钻；双行茶园取样点位于茶行中间，单行茶园取样点位于树冠外沿正下方，取样深度为0～30 cm。采用常规方法[17]测定土壤主要理化性状，其中，pH为电位法，有机质为重铬酸钾容量法，碱解氮为碱解扩散法，有效磷为0.5 mol·L-1碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法，速效钾为1 mol·L-1乙酸铵提取-火焰光度计测定。各供试土壤的主要理化性状见表1。

1.3 数据整理与计算

试验结果采用 MATLAB软件的统计工具箱进行统计检验和回归分析，氮磷钾肥效模型采用三元二次多项式，绘图则采用MATLAB语言编程完成。文中若干指标计算方法如下：氮、磷、钾化肥的增产效果=（推荐施肥区产量－缺素区产量）÷推荐施肥区产量×100；相对产量=缺素区产量÷推荐施肥区产量。

2 结果与分析

2.1 茶园土壤肥力等级及其施肥目标产量

2.1.1 土壤肥力等级划分和目标产量

对土壤肥力等级的合理划分是实施因土施肥的前提。20世纪90年代初研究表明，以空白区产量为划分依据是最简便和可靠的方法[18]，且划分为 3级或4级就已足够[1]。在完成的19个肥效试验中，空白区茶青产量变化幅度为1563～14235 kg·hm-2。为确保各土壤肥力等级均有适宜数量的试验点分布，将空白区茶青产量高于9000 kg·hm-2的茶园土壤肥力定为“高”，而产量在9000～6000 kg·hm-2的茶园土壤肥力定为“中”，空白区茶青产量低于6000 kg·hm-2的茶园土壤肥力定为“低”。这样在“高”、“中”和“低”的茶园肥力等级中，分别有4个、7个和8个试验点。

目标产量是氮磷钾推荐施肥的关键参数之一。根据“以地定产式”[19]的研究思路，将处理（1）空白区产量（X）与处理（6）推荐施肥区产量（Y）进行回归分析，表明二者之间存在显著水平的线性关系（图1），即：Y=961.34＋1.2990X（n=19，F=152.5**）。回归关系式的建立，为铁观音茶园施肥目标产量的确定提供了计算式。因此，在应用上可根据该回归方程，通过空白区产量测算施肥目标产量。

2.1.2 氮磷钾施肥效应

按照上述茶园土壤肥力等级划分标准对试验资料进行分类总结，中等肥力等级茶园的茶青产量平均为10952 kg·hm-2（表2），与福建省2013年度统计数据即乌龙茶平均产量11396 kg·hm-2（按开采茶园面积计算，福建省农业厅提供）十分相近，说明该划分标准基本符合目前的生产实际。表2的统计表明，土壤对茶青产量的贡献率平均为67.3%。不同土壤肥力等级茶园对茶青产量的贡献率有较大差异，且随土壤肥力等级的提高而增加，显示了茶园土壤改良和培肥对提高茶叶产量具有重要作用。

表1 供试土壤主要理化性状Table1 Physical and chemical properties of tested soil

图1 空白区产量对推荐施肥区产量的影响Fig.1 Tea yield on CK and area with recommended fertilization

表2 不同土壤肥力等级茶园对铁观音茶青产量的影响Table2 Effect of soil fertility on yield of tea leaves

应用配对法t测验表明，施肥对茶青产量具有显著的增产效果（表3）。氮磷钾的平均增产效果分别达到22.0%、16.7%和17.6%，增产效果是N＞K＞P。以每kg N 4.3元、P2O55元、K2O 6元和茶青10元的平均市场价计算，施用氮磷钾化肥的产投比平均分别达到16.6、31.0和18.7，施肥效益远高于水稻[15]。不同肥力等级的铁观音茶园施用氮磷钾化肥都有显著水平的增产效果，但低产茶园的氮磷钾增产率明显高于中高产茶园。因此，化肥优先施用于低产茶园，有利于充分发挥肥料的增产作用。

2.2 不同土壤肥力等级和目标产量的推荐施肥量

2.2.1 茶青氮磷钾肥效模型

不同土壤肥力等级的氮磷钾最佳用量和比例是测土配方施肥的关键参数，肥效模型是确定推荐施肥量的主要方法[20,21]。由于茶树是多年生作物，田间试验不可避免地受到许多不可控因子的影响，使产量结果产生误差。因此，根据茶园土壤肥力“高”、“中”、“低”三个等级的划分指标，将落在各肥力等级内的试验点的肥效试验结果，取相同处理的平均产量，用最小二乘法结合Monte Carlo法[22]进行参数估计，建立不同土壤肥力等级的三元二次多项式肥效模型。即：

高肥力等级：Y=13107＋10.169N＋13.298P＋16.389K－0.0210N2－0.2544P2－0.1045K2－0.0573NP＋0.0128NK＋0.1405PK R2=0.9454*；

中等肥力等级：Y=7676＋8.8182N＋4.6550P＋9.7377K－0.0071N2－0.0829P2－0.0400K2＋0.0043NP－0.0099NK＋0.0752PK R2=0.9989**；

低肥力等级：Y=3168＋9.6691N＋12.078P＋6.8382K－0.0333N2－0.1404P2－0.1025K2＋0.0155NP＋0.0313NK＋0.0932PK R2=0.9926**。

式中，Y 表示茶青产量（kg·hm-2），N、P、K 分别表示N、P2O5、K2O施肥量（kg·hm-2）。结果表明，采用上述建模方法所建立的肥效模型的 R2均达到统计显著水平，说明这3个肥效模型都是可用的。

表3 铁观音茶园施用氮磷钾化肥对茶青产量的影响Table3 Effect of NPK fertilization on yield of tea leaves

表4 铁观音茶园不同土壤肥力等级的氮磷钾推荐用量Table4 Effect of NPK fertilization on yield of tea leaves

表5 土壤碱解氮、Olsen-P和速效钾丰缺指标Table5 Indices for alkali-hydrolyzable N, Olsen-P and available K in soil of tea plantations

2.2.2 氮磷钾推荐用量

对3个肥效模型进行典型性判别[23]，表明它们均为典型肥效模型。因此，采用边际产量导数法并以每kgN 4.3元、P2O55元、K2O 6元和茶青10.0元的市场平均价计算经济施肥量，结果见表4。结果表明，不同肥力等级茶园的经济施肥量和氮磷钾比例有明显差别，与茶青产量水平有密切关系。由于每年采摘的茶青被取走使其养分离开了茶园，使中高产茶园氮磷钾需要量明显高于低产茶园，而低肥力等级茶园因土壤障碍因子较多，茶青产量明显较低，需肥量也较低。

平均而言，铁观音茶园经济施肥量分别为 N 371 kg·hm-2、P2O5101 kg·hm-2、K2O 136 kg·hm-2，预计平均产量为10064 kg·hm-2，氮磷钾比例为1:0.3:0.4。表4的结果可为铁观音茶园推荐施肥技术提供宏观指导，并为铁观音茶叶配方肥的研发提供农艺配方。

2.3 茶园速效氮磷钾丰缺指标

土壤速效氮磷钾丰缺指标是评价土壤氮磷钾丰缺状况的依据。根据测土施肥研究方法[1]，首先，分别计算氮、磷、钾的相对产量，即：处理（2）缺氮区、处理（4）缺磷区、处理（8）缺钾区的产量分别与处理（6）推荐施肥区产量的比值；然后，与相应试验点的基础土壤碱解氮、Olsen-P、速效钾含量测定值，分别在座标图上绘制散点图（图2）。表明，Olsen-P和速效钾的各点分布趋势相似，可采用幂函数建立有效磷和速效钾的校验曲线模型，2个回归方程的F值均达到极显著水平（图1）。但碱解氮含量与茶青产量之间的各点分布趋势过于分散，无法直接建立二者间的数学关系，故采用测土施肥中的临界点法[1]，即：在散点图中划一个十字, 把尽可能多的点划入左下与右上两个象限之中，此时纵线与横座标的交点即为临界点，从而确定碱解氮丰缺指标。

根据实际应用需要，将土壤养分肥力指标划分为“高”、“中”和“低”3个等级，即：相对产量达到0.9以上定为“高”，相对产量在0.9～0.8时定为“中”，低于 0.8时则定为“低”。由此得到表5的速效氮磷钾丰缺指标，结果可为铁观音茶园三要素丰缺状况提供评价依据。

2.4 土壤测定与推荐施肥

如何根据土壤测定提出适宜的氮磷钾施肥量，是测土配方施肥工作中需要解决的一个应用问题。20世纪80年代相关研究指出，只要建立了土测值与推荐施肥量的回归关系式[1]即可达到目的。为此，利用完成的19个氮磷钾肥效试验资料，建立各试验点的氮磷钾肥效模型，利用各点经济施肥量和相应的土测值建立回归方程，结果见图3和表5。

有了表5的回归模型，在应用上就可以根据土测值预测具体地块的推荐施肥量，起到微观指导的作用。回归分析表明，推荐施肥量的95%置信范围分别为 N±47.1 kg·hm-2、P2O5±20.0 kg·hm-2和K2O±30.5 kg·hm-2。因此，推荐施肥量可在回归方程计算值的基础上，依实际状况在该幅度范围内调整。

图2 铁观音茶园速效氮磷钾与茶青相对产量间的校验模型 *为试验值Fig.2 Calibration curve between available NPK in soil and relative tea yield “*” indicates experimental result

图3 土壤碱解氮、Olsen-P和速效钾测定值对推荐施肥量的影响 *为试验值Fig. 3 Relationship between tested alkali-hydrolyzable N, Olsen-P and available K and recommended fertilization for tea plantations “*” indicates experimental result.

表6 铁观音茶园碱解氮、Olsen-P和速效钾测定值（X，mg·kg-1）与推荐施肥量（Y，kg·hm-2）的回归方程式Table6 Regression equations between testedparameters（X, mg·kg-1）and recommended fertilization（Y, kg·hm-2）on tea plantations

3 讨论与结论

本文根据铁观音茶园上完成的 19个氮磷钾肥效试验结果，应用肥料效应函数——土壤养分丰缺指标法，建立了福建铁观音茶园的氮磷钾施肥指标，包括了5个技术内容。即：（1）茶园土壤肥力分级及其施肥目标产量；（2）茶园不同土壤肥力等级和目标产量的氮磷钾经济施肥量和比例；（3）茶园土壤碱解氮、Olsen-P和速效钾丰缺指标；（4）茶园土测值与推荐施肥关系式，即可根据土壤测定值计算最佳施肥量；（5）最佳施肥时期和施肥方法等。其中，第1个技术内容框定了因土和因产量施肥的原则，第2个技术内容则起到了合理施肥的宏观指导作用，并为铁观音茶叶配方肥研发提供了农艺配方。第3个技术内容可为土壤速效氮磷钾丰缺状况提供评价依据，第4个技术内容则起到了铁观音茶合理施肥的微观指导作用。作者认为，有了这5个技术内容，就可基本满足当前铁观音茶测土配方施肥工作的技术需求。

有关土壤肥力等级划分，周鸣铮[24]和陆允甫等人[25]建议将土壤肥力等级划分为5级，即“极低”、“低”、“中”、“高”和“极高”，但黄德明[3]和金耀青等人[1]认为，由于作物生长受众多因素的影响从而产生的年度间产量变化幅度，足以掩盖被划分得过细的肥力级差，肥力指标划分为3级或4级就已足够。为此，本文将茶园土壤肥力等级和速效氮磷钾养分丰缺状况分为“高”、“中”、“低”3个等级，方便于基层农技推广人员使用。

在制定土壤养分丰缺指标时，本文综合考虑土壤养分状况，养分元素的营养特性和农业环境保护需要[26]，对 Olsen-P和速效钾校验曲线模型选用幂函数模型。结果表明，Olsen-P和速效钾的高产临界指标分别为 45 mg·kg-1和 115 mg·kg-1，该指标值比较符合当前生产实际。由于碱解氮指标本身存在的问题，与国内已总结的大量试验数据一致，本文的土壤碱解氮与茶青相对产量无法直接建立数学关系。但考虑到当前茶叶测土配方施肥工作的需要，土壤碱解氮的丰缺指标采用临界点法[1]粗略确定，结果可供铁观音茶园测土配方施肥工作参考。

不同茶园合理施肥量的宏观指导，以往研究大都根据茶龄来划分[7]。但是，作者认为对投产茶园而言，基于施肥效应和土壤养分平衡考虑，以土壤肥力等级或施肥目标产量作为推荐施肥依据则更为合理。表4结果表明，不同土壤肥力等级或目标产量的铁观音茶园的氮磷钾经济施肥量和比例存在明显差异，与土壤本身供肥能力和茶青产量水平有密切关系。

茶树是多年生木本作物，储藏在茶树体内的营养对当年肥料效应会产生一定的影响。一般认为，3年以上定位试验结果能较好地反映施肥量与茶青产量之间的响应关系。但是，定位试验费时费工，不可能大规模进行。有限的定位点结果只能反映该试验地条件下的状况，不能反映条件各异的面上情况。茶青肥效模型回归分析表明，对投产铁观音茶园而言，当年氮磷钾施用量与茶青产量具有显著水平的相关性，说明这种一年期的多年多点肥效试验可以弥补定位试验的局限性，有其实用价值。在应用上，如果能将一年期试验结果与长期定位试验结果相互印证和校正，则可进一步提高推荐施肥的准确性。

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