机械施肥对茶叶产量、品质和养分吸收的影响及经济效益分析

2017-04-18马立锋吕闰强黄海涛周静峰郑生宏袁程晓阮建云

浙江农业科学 2017年3期

马立锋，吕闰强，黄海涛，丁勇，周静峰，郑生宏，袁程晓，阮建云*

(1.中国农业科学院茶叶研究所农业部茶树生物学与资源利用重点实验室，浙江杭州 310008；2.绍兴御茶村茶业有限公司，浙江绍兴 312037； 3.杭州市茶叶科学研究所，浙江余杭 310000；4.安徽省农业科学院茶叶研究所，安徽黄山 245600； 5.无锡市茶叶品种研究所，江苏无锡 214063；6.丽水市农业科学研究院茶叶研究所，浙江丽水 323000； 7.恩施州农业科学院茶叶研究所，湖北恩施 445000)

马立锋1，吕闰强2，黄海涛3，丁勇4，周静峰5，郑生宏6，袁程晓7，阮建云1*

利用农用耕作机械，在湖北恩施、浙江余杭、浙江绍兴、浙江丽水、安徽宣城、江苏无锡生产茶园，开展机械施肥对茶叶产量、品质成分、养分吸收和经济效益研究，评价机械施肥在茶园中的适用性。根据机械与人工进行不同施肥方式的组合设立4个处理，即人工开沟施肥(基肥、追肥，对照)、机械施基肥+人工开沟施追肥、机械施肥(基肥、追肥)、机械施基肥+人工撒施追肥。结果表明，人工开沟施肥、机械施肥、机械施基肥+人工开沟施追肥之间茶叶产量、品质成分(游离氨基酸总量、茶多酚含量、酚氨比)、营养元素吸收无显著差异，但人工撒施追肥会降低茶叶产量，影响茶树对营养元素的吸收。相比人工开沟施肥，机械施肥每年667 m2可增加纯收入350元，机械施基肥+人工开沟施追肥可增加纯收入137元。因此，茶园实施机械施肥，明显减少施肥的成本投入，增加茶农收入，适宜在茶园中推广使用。

茶园；机械施肥；人工施肥；新梢产量；品质成分；养分吸收；经济效益

茶叶是我国的重要经济作物之一，2015年我国茶园面积287.7万hm2(其中采摘面积225.8万hm2)，干毛茶227.8万t，产值1 519.2亿元[1]，而2015年我国农业生产总值为60 863亿元[2]，茶叶产值占我国农业生产总值的2.5%，可见茶叶在我国农业中具有重要作用。然而茶叶生产是一项劳动密集型产业，其中茶园施肥是保证茶叶高产、增加茶农收入的重要环节，茶园的高施肥、高投入显著增加了经济效益[3- 5]。但是随着农村劳动力的短缺现象越来越严重，施肥成本也随之越来越高，不合理的施肥方式随之产生，制约了我国茶产业健康发展，茶园机械化施肥在此背景下应运而生。在其他作物上，我国施肥机械化发展迅速，也日趋成熟[6]，甚至已经实现了较为先进的变量施肥机械及技术[7]；而茶树大都生长于山区或半山区，生长环境的特殊性决定了机械施肥的难度，仍明显落后于其他作物。

日本是茶园生产机械化程度较高的国家，实现了茶叶生产全程机械化[8]，即便是印度、斯里兰卡、肯尼亚、越南等国就茶园耕作机械发展也较早、日趋成熟[9]，而我国茶园耕作机械发展相对滞后[9]，这制约了机械施肥的研究开展。因此，从仅有的几篇文献可见，与人工施肥相比，机械施肥使茶叶新梢发芽密度和鲜叶产量下降，但对鲜叶品质成分影响不明显[10]。机械施肥方式对茶叶成熟叶的叶绿素、主要矿质元素含量影响不明显，人工撒施对新梢品质成分含量较其他处理都低[11]；机械双侧旋耕施肥显著增加茶树行间15～35 cm土壤的无机氮含量，机械旋耕使深层土壤无机氮含量明显增加[12]。

由于我国茶园耕作机械的滞后，机械化施肥尚处于起步阶段，这种新型施肥方式是否适用于茶园，会对茶叶产量、品质、养分吸收产生怎样的影响，缺少相关的数据，或从经济效益评价其适用性。

本研究通过机械施肥及其与人工施肥相结合的施肥方式与人工施肥进行比较，就施肥方式对茶叶产量、品质成分、养分吸收的影响及经济效益进行了分析，试图探明机械施肥替代人工施肥的可行性，为推行茶园机械施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 处理设计

试验于2011年10月至2013年10月分别在湖北恩施、浙江余杭、浙江绍兴、浙江丽水、安徽宣城、江苏无锡等6个试验点同时开展。设4个处理，分别为人工开沟施肥(基肥、追肥)、机械施基肥+人工开沟施追肥、机械施肥(基肥、追肥)、机械施基肥+人工撒施追肥。

人工开沟施肥是在茶树行中间开沟施肥，基肥开沟15～20 cm深度施肥，追肥5～10 cm深度施肥，施肥后进行土壤覆盖；人工撒施是在茶树行表面撒施，撒施后不进行土壤覆盖；机械施基肥是将肥料在茶树行间撒施后进行15～20 cm犁耕，机械施追肥从茶树行间表面撒施后进行5～10 cm旋耕。

年施氮肥用量(纯N计)300 kg·hm-2，其中基肥占30%(茶季结束，一般在10月中旬至11月中旬进行)，春茶催芽肥占30%(春茶开采前30～40 d，一般在2月初至中旬进行)，夏茶追肥占20%(春茶结束，一般在4月底至5月中旬进行)，秋茶追肥占20%(夏茶结束，一般在7月底至8月初进行)。每处理重复4次，小区面积120 m2，小区之间设立隔离行，防止处理之间相互干扰。同时配施磷肥(P2O5)70 kg·hm-2，钾肥(K2O)150 kg·hm-2，镁肥(MgO)30 kg·hm-2，基肥时一次性施入。

1.2 样品采集与处理

按当地采摘标准进行新梢采摘，每次采摘记录产量。考虑到试验第1年新梢品质成分在处理间可能不能体现差异，因此在试验第2年(2013年)开始，每个茶季取新梢，微波杀青，70 ℃烘箱干燥36 h，粉碎后测定品质成分以及氮、磷、钾等养分含量。每个茶季结束后取褐色茎上第1片成熟叶，微波杀青，70 ℃烘箱干燥36 h，粉碎后测定全氮含量。

1.3 分析方法

1.3.1 茶叶中游离氨基酸总量、茶多酚含量测定

参照文献[13]方法对茶叶新梢中游离氨基酸总量(茚三酮显色法)，茶多酚含量(酒石酸铁显色法)进行测定。

1.3.2 茶叶样品全氮含量测定

利用vario MAX CN元素分析仪(德国Elementar公司)进行茶叶样品固体直接进样分析。

1.3.3 茶叶中磷、钾、钙、镁含量测定

采用干灰化法，用电感藕合等离子体发射光谱仪(ICP，美国Thermo Fisher Scientific公司)测定。

1.3.4 效益计算方法

肥料投入按照每667 m2实际施用肥料价格计算；施肥投入按照施肥时使用的机械工作效率与人工施肥效率计算；茶叶收入按照鲜叶产量换算成干茶价格进行计算；净收入按照茶叶收入- 肥料投入- 劳动力投入计算(本文不考虑其他投入支出)；节本增效以人工施肥(基肥、追肥)为对照进行差减法计算。

1.4 数据分析

所有数据以算术平均值±标准差表示，各数据的平均值、标准差用Excel 2003软件及SPSS 21.0软件进行分析，采用LSD法对数据进行差异显著性检验，Sigmaplot 12.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 施肥方式对茶叶产量的影响

图1中每个箱体的变化显示不同试验点的差异程度，说明不同试验点的机械施肥方式对产量的影响有所差异。2012年，4种施肥方式之间的春、夏、秋茶及全年产量都没有产生显著差异，但2013年机械施基肥、人工撒施追肥的茶叶产量开始下降，且全年产量出现显著性下降。

从2012—2013年的茶叶平均产量来看，机械施肥(基肥、追肥)，机械施基肥+人工开沟施追肥，人工开沟施肥(基肥、追肥)之间无显著性差异，而机械施基肥+人工撒施追肥的茶叶产量明显下降。

以上结果可见，机械施肥(基肥、追肥)或者机械施基肥+人工开沟施追肥对茶叶产量不会产生明显的影响，但是机械施基肥+人工撒施追肥的方式会降低茶叶产量。

2.2 施肥方式对茶叶品质成分的影响

2013年对茶叶新梢进行品质成分测定。图2中每个箱体的变化显示了不同试验点的差异程度，说明不同试验点的机械施肥方式对新梢游离氨基酸含量、茶多酚含量、酚氨比会产生差异。但4种施肥方式的新梢中游离氨基酸含量、茶多酚含量、酚氨比并无显著性差异，可见，机械施肥(基肥、追肥)或者机械施基肥、人工施追肥对茶叶品质成分不会产生明显影响。

处理间无相同小写字母表示0.05水平显著差异，NS表示处理间无显著差异，图2～4同

图2 施肥方式对新梢品质成分的影响

2.3 施肥方式对茶树营养元素吸收的影响

由图3～4可知，机械施基肥、人工撒施追肥的成熟叶全氮含量有下降趋势，但未达显著性差异；对2012、2013年新梢中氮、钾、磷、钙、镁的吸收情况分析表明，机械施肥(基肥、追肥)、人工开沟施肥(基肥、追肥)、机械施基肥+人工开沟施追肥对氮、钾、磷、钙、镁等的吸收无明显差异，但机械施基肥+人工撒施追肥的新梢对这些元素吸收量有降低趋势，虽然没有达到显著差异，但这种施肥方式具有影响茶树对营养元素吸收的可能性。

2.4 施肥方式的经济效益分析

对2013年的667 m2经济效益进行分析(表1)表明，同等养分投入情况下，施肥劳动力成本投入以人工开沟施肥(基肥、追肥)最高，其次为机械施基肥+人工开沟施追肥，机械施肥(基肥、追肥)处理最低，机械施肥与人工施肥之间产生显著差异，667 m2每年平均最大差值为426元。茶叶销售收入以机械施基肥+人工开沟施追肥最高，其次为人工开沟施肥(基肥、追肥)，机械施基肥+人工撒施追肥最低，667 m2每年平均最大差值为232元。因此，从全年净收入来看，机械施肥(基肥、追肥)最高，其次为机械施基肥+人工开沟施追肥和机械基肥+人工撒施追肥，最低为人工开沟施肥(基肥、追肥)。由此可见，与人工开沟施肥(基肥、追肥)相比，机械施肥(基肥、追肥)每年可增加纯收入350元，机械施基肥+人工开沟施追肥每年可增加纯收入137元；机械施基肥+人工撒施追肥每年可增加纯收入131元。茶园中实行施肥机械化可带来明显的经济效益。

图3 不同施肥方式对茶树成熟叶全氮含量和新梢氮素吸收的影响

图4 不同施肥方式对新梢营养吸收的影响

表1 不同施肥方式对2013年667 m2经济效益的影响

注：同列无相同字母表示处理间0.05水平差异显著。

3 小结与讨论

从6个试验点的数据结果可以看到，不同试验点对机械施肥的响应存在一定差异，这主要由气候、生产条件等因素造成。而本研究主要就不同处理之间的比较，在综合比较过程中这种差异就会消除，因此试验点之间的这种差异并不会对研究结果产生明显影响。

机械施肥兼有良好的耕作效果。研究表明，耕作有助于茶叶产量的增加和干物质的累积[14]。一方面耕作改变了土壤的物理性状，降低土壤容重，增加土壤孔隙度等[15]；另一方面耕作过程中会造成较大范围的断根现象，而断根有利于根系的再生[16]，在一定程度上有利于茶树对养分的吸收。75%的茶树根系分布在0～30 cm土层中，而0～20 cm土层占到50%以上[17]。但在大田试验结果中，机械施肥(基肥、追肥)或者机械施基肥、人工施追肥对茶叶产量、品质、营养元素的吸收并没有表现出显著促进作用，这可能与本研究评估指标的选择不够全面或者研究对象主要是新梢有关，新梢产量在整个茶树生物量中只占很小部分[18]，或许机械施肥可能更多地对茶树自身的生长产生影响，或者过度的断根影响了茶树生长[19]，这都需要进一步研究证实。然而在茶园中机械施肥+人工撒施的施肥方式使茶叶产量下降明显，成熟叶全氮含量、新梢营养元素吸收具有下降趋势，这与其他研究认为茶园撒施的施肥方式效果较差相一致[20]，这可能与茶园撒施方式有关，易造成营养元素的损失[21- 22]。

机械施肥与人工施肥差异在于机械施肥具有更高的工作效率。机械施肥(基肥、追肥)人工成本投入只占人工开沟施肥(基肥、追肥)的1/3，而茶叶的销售收入差异不明显，可见机械施肥主要优势在施肥过程中的成本投入明显减少，因此与人工开沟施肥(基肥、追肥)相比，机械施肥(基肥、追肥)每年667 m2可增加纯收入350元，机械施肥结合人工开沟施肥可增加纯收入137元。然而也看到，机械施肥+人工撒施的施肥方式也可增加纯收入131元，但人工撒施的施肥方式由于肥料的损失较大，会对环境造成污染；同时结果也表明，这种施肥方式下的茶叶产量出现明显下降，对营养元素的吸收也有降低，因此在茶园中不推荐使用。由此可见，在我国茶园中如果能够实现施肥机械化，这将会为明显缓解农村劳动力短缺的现状，给茶叶生产者带来巨大经济收益。

综上所述，茶园实施施肥机械化，不会对茶叶产量、品质、营养元素的吸收产生负面影响，但明显减少施肥的劳动力成本投入，增加茶叶生产者收入，适宜在茶园中推广使用。

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