茶树施氮效应及茶园氮素流失特性、防治措施研究进展

李延升 杨普香 李琛 蔡翔 江新凤谢小群 彭华 王新民 张贱根 邓鹏

(江西省蚕桑茶叶研究所 330202)

茶树施氮效应及茶园氮素流失特性、防治措施研究进展

李延升 杨普香*李琛 蔡翔 江新凤谢小群 彭华 王新民 张贱根 邓鹏

(江西省蚕桑茶叶研究所 330202)

综述了茶园土壤氮含量及变化规律、茶树施氮效应、茶园氮素流失特性及茶园氮素流失防治措施等方面的主要研究进展。

茶园；施氮效应；氮素流失；防治措施

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。适宜的施氮量能明显增加茶叶产量，提高茶叶中的游离氨基酸、咖啡碱、水浸出物和叶绿素的含量，增加茶叶香气物质种类，改善茶叶的鲜爽度。为此，许多茶农将提高氮肥施用量作为增产的主要手段来满足茶树对氮的需求。但是过量施用氮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。

近年来，国内外对茶园土壤氮含量、茶树施氮效应、茶园氮素流失特性及茶园氮素流失防治措施等方面进行了较多的研究，取得了一定的进展。

1 茶园土壤氮含量及变化规律

氮广泛分布于自然界，土壤全氮含量分布与土壤所处的温度带有关。在全国自然生态系统范围内，不同土壤的同一深度相比较，高寒区的全氮值比大部分温带地区的要高，并且整体趋势是由表层向下层氮素的含量逐渐减少[1～2]。我国农业土壤的全氮含量通常在0.05%～0.5%的范围内，一般全氮含量都在0.2%以下，多数土壤的全氮含量在0.1%以下[3]。宜茶土壤中，高山草甸土和黄壤全氮含量均显著高于其他土壤类型，紫色土和潮砂土次之，红壤最低[4]。

近年来，茶农将提高氮肥施用量作为增产的重要手段，导致茶园土壤积累了大量的氮素。从全国主要产茶区茶园土壤全氮含量分析结果(表1)来看，茶园土壤全氮含量变化范围0.09～5.6g/kg，平均含量1.3 g/kg。可见，茶园土壤全氮含量基本在农业土壤背景值变化范围，但土壤全氮含量均值远远超过高产茶园标准。

土壤中的氮素主要以有机态存在[3]，通常占全氮量的95%以上，所以有机氮的含量多少将直接影响土壤全氮的含量及供氮能力。相对而言，土壤中的无机态氮含量很少，在有机质含量较高的表土中，只占全氮量的1%～2%。土壤氮素矿化是土壤有机态氮转化为无机态氮的过程，是土壤氮素循环主要过程，也是了解土壤供氮能力和拟定合理施氮量的主要依据。陈玉真等[4]分析了福建省武夷山市的5种主要茶园土壤(黄壤、红壤、潮砂土、紫色土、高山草甸土)的氮素矿化特征，茶园土壤潜在可矿化氮库(N0)为4.15～52.46mg/kg(均值为33.22)，土壤氮矿化常数k值为0.019～0.343mg/kg.d(均值为0.15)，土壤氮供应综合指标(N0*k)为0.32～16.82 mg/kg.d(均值为6.49)，矿化率(Nr)为2.32%～6.00%(均值3.73)，高山草甸土和黄壤氮矿化参数均显著高于其他土壤类型，紫色土和潮砂土次之，红壤最低。

表1 全国主要产茶区茶园土壤全氮含量

注：表中数据来自文献[5]。

2 茶树施氮效应

2.1 茶树对氮的吸收特点及氮素对茶树的影响

氮素是影响茶树生长的重要元素之一，茶树能同时吸收铵态氮和硝态氮，但茶树对铵态氮的吸收量高于对硝态氮的吸收量，同时茶树根系对铵态氮吸收的最大速率(Vmax)要明显高于硝态氮[6]。许多研究也发现，茶树对NH4+的 吸收代谢速度明显高于NO3-，供应NH4+-N比供应NO3--N 能合成更多的谷氨酰胺(Gln)，茶树对NH4+-N的吸收量大大高于NO3--N，茶树在NH4+-N源下生长良好[6～8]。各项研究表明，氮素吸收效率和运输能力在不同茶树品种间存在显著差异，茶树根系吸氮能力的差异是茶树品种间氮素利用效率存在差异的重要原因[9]。

茶树为叶用植物，氮素营养对茶树生长和产量尤为重要，且叶片中的氮含量与茶叶品质密切相关[10]。林郑和等对四个不同品种茶树研究发现，缺氮胁迫下，除铁观音品种根系干重没有发生显著降低外，其余各品种根系、茎叶干重都显著下降；黄观音、毛蟹品种叶片的CO2同化速率、气孔导度都显著下降，胞间CO2浓度显著增加；黄观音、毛蟹品种叶片的最大光化学效率(Fv/Fm)显著下降[11]。多项研究表明，适宜的施氮量能提高茶叶中的游离氨基酸、咖啡碱、水浸出物和叶绿素的含量，增加茶叶香气物质种类，提高 β-葡萄糖苷酶活性，明显提高 β-葡萄糖苷酶及 β-樱草糖苷酶基因的相对表达量，促进AM 真菌的侵染和菌根发育，进而促进茶树对 N、P、K 的吸收，增加茶叶中可溶性糖和可溶性蛋白含量，降低酚氨比。过量施氮肥不利于产量、品质的形成并影响菌根发育[12～15]。

2.2 施氮的环境效应

早在2001年，Tokuda 报道了日本大量施用氮肥的茶园土壤中通过反硝化作用释放大量的N2O，而在未施用大量氮肥的茶园，没有观测到显著的N2O产生[16]。2009年林衣东等报道了我国高产茶园N2O平均日排放量为11.26 mg/kg.d[17]，最近有关茶园施氮引起的N2O排放导致负面环境效应报道也很多[18～19]。各项研究表明，氮肥的大量施用促进了酸性茶园土壤N2O的释放，并且随着施氮量的增加而显著增加[20]。因此，茶园大量N2O的排放与茶园氮肥的大量施用直接有关。

3 茶园氮素流失特性

3.1 淋洗损失和径流损失

土壤氮素在降雨条件下淋失到深层土壤甚至进入地下水，不仅导致土壤肥力下降，同时还会造成地下水污染。王艳丹等[21]研究不同树龄茶园土壤层TN、NO3--N、NH4+-N和可溶性土壤有机氮(DON)的迁移变化，结果表明：0～20cm、20～40cm土层的茶园土壤，TN迁移通量均随植茶年限的增加显著增加(P<0.05)，茶园年龄每延长一年，通过20cm深的土层向下迁移下渗的TN通量将增加235.13mg/m2，而通过40cm深的土层TN迁移通量则增加151.24 mg/m2，20～40cm土层的NO3--N、0～20 cm土层的DON迁移通量与茶园植茶年限显著正相关(P<0.05)，而NH4+-N迁移量不随植茶年龄变化而变化，茶园40cm土层内的TN、DON和NH4+-N下渗迁移主要发生在0～20cm,而NO3--N的迁移则主要发生在20～40cm，40cm土层的茶园土壤氮素以DON损失最多，其次为NO3--N，NH4+-N损失量最少。许晓光[22]研究表明，施肥土壤(稻田、菜地、茶园)要比不施肥的林地、稻田等显著增加土壤N的淋失，其中菜地 N淋失程度最高，观测期内土壤溶液总氮(TN)浓度最高可达92mg/L，其次是施肥茶园，但稻草覆盖较常规施肥土壤溶液TN浓度略有降低，说明茶园覆盖稻草也可以在一定程度上对氮淋失有所缓解。黄河仙等[23]对我国南方红壤坡地农作区、茶园、柑橘园、退化区和恢复区 5 种不同利用方式产生的地表径流进行了全年连续监测和分析，结果表明，无论是径流量还是氮磷流失量，茶园都仅次于农作区。王京文等[24]对西湖风景名胜区代表性茶园氮磷流失的研究表明，自然降雨条件下常规施肥茶园地表径流总氮平均浓度为5.5mg/L，地表径流流入水体存在水体富营养化的风险，可溶性氮是茶园土壤氮素流失的主要形态，氮流失量、径流量与降雨量均呈极显著的正相关关系。

3.2 气态损失

氧化亚氮(N2O)是地球上重要的温室气体之一，一方面参与各种光化学反应、破坏臭氧层使全球气候变暖，对人类的居住环境构成很大威胁；另一方面，使全球氮沉降持续升高，加剧土壤酸化作用等环境问题。在众多N2O产生源中，土壤是N2O排放的最主要来源，占大气N2O总排放量的65%[25]。土壤中的N2O主要由硝化作用和反硝化作用产生[26]。林衣东等[17]、Han WY等[20]认为，添加氮肥显著增加了N2O的排放量。最近有关茶园N2O排放量的国内外报道也很多，如我国学者X.Q.FU等在2012年报道了亚热带丘陵茶园土壤N2O的年排放量为7.1～16.7kg/hm2。各项研究表明，较高的土温和气温能明显促进N2O排放，施氮量、环境温度、降水是影响N2O 排放的主要因素[19～20,27]。

4 茶园氮素流失防治措施

茶树系多年生常绿叶用作物，需氮量高，但茶区雨水多，一般氮肥溶解快，氮素淋失率高、利用率低，环境污染严重[28]。林琼等[29]研究表明，单施无机肥处理茶园土壤 NH4+-N和 NO3--N 的淋溶损失的几率显著增加，土壤氮流失风险也增加，减氮的同时配合有机肥的施用，对土壤氮素流失改善有良好效果。相关研究也证实了，增施有机肥料可促进土壤大团聚体含量增加，提高茶园土壤的保肥和供肥能力[30]。早期有研究报道，茶园免耕法平均流失氮相对于传统耕作法减少34%～44%[31]。吴玉琼等[32]研究表明，地表秸秆覆盖不仅可降低地表径流量，还可显著地增加土壤养分，改善土壤性状。茶园内套种绿肥，套种后的土壤有机质较净耕茶园的土层有机质含量增加21%～40%，同时减少了氮素流失[33]。马立锋等[34]研究了控释氮肥对茶园氮素利用效率和茶叶中氮磷等主要矿质元素吸收的影响，结果表明，与普通氮肥相比，控释氮肥能促进茶树对氮、磷等主要矿质元素的吸收，提高茶树新梢氮素利用率。从以上研究结果来看，茶园土壤氮素流失防控主要是通过提高氮素利用利率以及减少地表流失量。

因此，对茶园土壤氮素流失防治，首先要确定茶园宜施氮量，这也是从源头控制氮素流失的有效手段，在适当减氮的基础上配施微肥、 有机肥、 菌肥及改变水肥管理模式，提高肥料利用率。同时，有效地利用同位素示踪，建立完善的氮素模型，对于指导茶园生产、评价和预测土壤氮素流失风险都具有重要的意义。

[1] 程励励,文启孝,林心雄.内蒙古自治区土壤中有机碳、全氮和固定态铵的贮量[J].土壤,1994,5:248～252.

[2] 张金霞,曹广民.高寒草甸生态系统氮素循环[J].生态学报,1999,19(4):509～512.

[3]周志华,肖化云,刘丛强.土壤氮素生物地球化学循环的研究现状与进展[J].地球与环境,2004,32(3):21～22.

[4] 陈玉真,王峰,尤志明,等.不同类型茶园土壤氮素矿化特性及其与土壤性质的关系[J].福建农业学报,2015,30(7):679～684.

[5] 王 峰,陈玉真,尤志明,等. 茶园土壤氮含量、施氮效应及其N2O排放的研究进展[J].福建农业学报,2014,29(10):1045～1050.

[6] 万青,徐仁扣,黎星辉.氮素形态对茶树根系释放质子的影响[J].土壤学报,2013,50(4):720～725.

[7] Yang YY, Li XH, Ratcliffe RG, et al. Characterization of ammonium and nitrate uptake and assimilation in roots of tea plants [J]. Russian Journal of Plant Physiology,2013,60(1):91～99.

[8] 黄意欢.茶树营养生理与土壤管理[M].长沙：湖南科学技术出版社,1992:32～38.

[9] 阮建云,王晓萍,崔思真,等.茶树品种间氮素营养的差异及其机制研究[J].中国茶叶,1993,15(3):35～37.

[10] Okano K, Chutani K, Matsuo K. Suitable level of nitmgen fertilizer for tea(CamelliasinensisL.)plants in relalion to growth, photosynthesis, nitrogen uptake and accumulation of free amino acids[J]. Japanese Journal of Crop Science, 1997,66(2):279～287.

[11] 林郑和,钟秋生,陈常颂,等.缺氮条件下不同品种茶树叶片光合特性的变化[J].茶叶科学,2013,33(6):500～504.

[12] 袁祖丽,李蕴贞,韩莹,等.不同施氮量及定量氮、磷、钾配比对茶叶香气成分及其形成的影响[J].河南农业大学学报,2012,46(6):631～636.

[13] 杨亦扬,马立锋,黎星辉,等.氮素水平对茶树新梢叶片代谢谱及其昼夜变化的影响[J].茶叶科学,2013,33(6):491～499.

[14] 游小妹,陈常颂,钟秋生,等.不同用氮量水平对乌龙茶产量、品质的影响[J].福建农业学报,2012,27(8):853～856.

[15] 赵青华,孙立涛,王玉,等.丛枝菌根真菌和施氮量对茶树生长、矿质元素吸收与茶叶品质的影响[J].植物生理学报,2014,50(2):164～170.

[16] TOKUDA S, HAYATSUM. Nitrous oxide emission potential of 21 acidic tea field soils in Japan [J].Soil Science and Plant Nutrition, 2001,47(3):637～642.

[17] 林衣东,韩文炎.不同土壤N2O排放的研究[J].茶叶科学,2009,29(6):456～464.

[18] Li Y, Fu XQ, Liu XL, et al.Spatial variability and distribution of N2O emissions from a tea field during the dry season in subtropical central China [J]. Geoderma,2013,193:1～12.

[19] Fu XQ, Li Y, Su WJ, et al. Annual dynamics of N2O emissions from a tea field in southern subtropical China [J]. Plant Soil Environment, 2012,58(8):373～378.

[20] Han WY, XU J, WEI K, et al.Estimation of N2O emission from tea garden soils, their adjacent vegetable garden and forest soils in eastern China[J]. Environmental Earth Sciences,2013，(70)6：2495～2500.

[21] 王艳丹,杨常亮,薛慧,等.茶园土壤的氮迁移特性[J].生态学杂志,2016,35(4):984～991.

[22] 许晓光.亚热带地区四种典型土地利用模式下的氮磷淋失特征研究[D].西安建筑科技大学,2013.

[23] 黄河仙,谢小立,王凯荣,等.不同覆被下红壤坡地地表径流及其养分流失特征[J].生态环境,2008,17(4):1645～1649.

[24] 王京文,孙吉林,张奇春,等.西湖名胜区茶园地表径流水的氮磷流失研究[J].浙江农业学报,2012,24(4):1004～1524.

[25] Seitzinger SP, Kroeze C, Styles RV. Global distribution of N2O emissions from aquatic systems natural emissions and anthropogenic effects[J]. Chemosphere.Global-Change Science,2000,2(3):267～279.

[26] Wrage N, Veltbof G, Van Beusichem M, et al.Role of nitrifier elenitrification in the production of nitrous oxide[J]. Soil Biology and Biochemistry,2001,33(12):1723～1732.

[27] Kwack Y, Kobayashi K. Application of DNDC model to estimate N2O emissions from green tea fields in Japan[J].Journal of Crop Science and Biotechnology,2011,14(2):157～162.

[28] 池金坪,安丽.农村生活污水处理实用技术新进展[J].云南环境科学,2004,23(4):8～10.

[29] 林琼,吴一群,张辉,等.不同施氮措施对茶叶品质及茶园土壤环境的影响[J].生态环境学报, 2014,23(3):452～456.

[30]王晟强,郑子成,李廷轩.植茶年限对土壤团聚体氮、磷、钾含量变化的影响[J].植物营养与肥料学报,2013,19(6):1393～1402.

[31] 陈代顺,陈华.茶园免耕法与传统耕作法对比试验[J].福建茶叶,1995(3):32～33.

[32] 吴玉琼.茶园铺草覆盖效应与机理[J].茶叶科学技术，2007(4):29～30.

[33] 陈小英.山地茶园水土流失机理及生态调控措施研究[D].福州:福建师范大学,2006.

[34] 马立锋,苏孔武,石元值,等.控释氮肥对茶叶产量、品质和氮素利用效率及经济效益的影响[J].茶叶科学,2015(4)：354～362.

国家茶叶产业技术体系建设专项资金(CARS-23)；江西省现代农业产业技术体系建设专项资金(JXARS-02)和国家重点研发计划(2016YFD0200900)。

*通讯作者