机械施肥对茶园土壤物理特性、茶叶产量及品质的影响

2018-03-13张永利王烨军苏有健丁勇孙宇龙罗毅廖珺廖万有

茶业通报 2018年1期

张永利，王烨军，苏有健，丁勇，孙宇龙，罗毅，廖珺，廖万有*

张永利，王烨军，苏有健，丁勇，孙宇龙，罗毅，廖珺，廖万有*

（安徽省农业科学院茶叶研究所，安徽黄山，245000）

通过田间试验以人工开沟施基肥和追肥（DD）为对照，研究了机械施基肥、人工开沟施追肥(MD)，机械施基肥、机械施追肥（MM），机械施基肥、人工撒施追肥（MB）等机械施肥方式对茶园土壤物理性状、茶叶产量及品质的影响。结果表明：机械施肥对春茶前、夏季茶园土壤紧实度有较好的降低作用，降幅为MM>MB>MD，MM处理可以明显改善土壤物理性状、降低土壤紧实度；机械施基肥对土壤紧实度的降低作用仅能维持到夏季；与DD处理相比，MB会显著增加表层土壤容重，MM和MD处理未对土壤容重产生显著影响；施肥方式对表层及夏季土壤含水量的影响比较明显，其中MM处理对夏季土壤含水量的增加作用最大；与DD处理相比，机械施肥或人工撒施鲜叶产量下降，但不显著（P>0.05），对春、夏茶叶品质成分亦无显著影响。因此，茶园机械施肥对茶园土壤物理性状无不良影响，甚至稍有改善，对春、夏茶叶产量和品质无显著影响，可以替代人工施肥。

茶园；机械施肥；土壤；物理性状；产量；品质

茶叶是我国重要的经济作物，也是城乡居民生活的必需品。近年来，我国茶叶生产快速发展，面积不断扩大，产量不断增加，2016年茶园面积293.48 万hm2，采摘茶园面积240.12 hm2，产量达240多万t，产值1680亿元，分别比2015年增加2.6%、7.4%、7.0%和10.5%，均位居世界第一[1]。茶叶已成为茶产业优势地区和一些贫困山区的支柱产业。但在茶叶生产中，茶园作业劳力消耗占整个茶叶生产的80%以上，茶园耕作作业如深翻、施肥等异常繁重。然而我国农村劳动力大量转移，劳力短缺，工价猛涨，导致茶园管理成本快速升高，已成为制约全国茶产业健康发展的瓶颈和难题。因此，茶园作业机械化成为茶叶生产中最迫切的需求。

我国茶园大多分布在山区或丘陵地带，机械化操作难度较大，在一定程度上阻碍了茶园机械发展，导致茶园机械明显落后于粮油等其他大宗作物，我国茶园机械整体水平也不及国外一些茶区[2-4]。目前，我国茶园修剪、病虫害防治、采摘等作业机械设备和技术已日趋成熟，但机械施肥仍相对落后，使用范围狭小。

国内目前在机械施肥方面仅有少量报道[5-8]，在机械施肥对茶园土壤物理性状、产量和品质的系统分析方面尚未见报道。为此，本研究设置人工开沟施基肥、追肥，机械施基肥、人工开沟施追肥，机械施基肥、机械施追肥，机械施基肥、人工撒施追肥4种施肥方式处理，测定春茶前、春茶后、夏茶、秋茶4次施肥前各处理0～30cm土层的土壤容重、土壤含水量、土壤紧实度，测定春茶、夏茶、秋茶机采鲜叶产量，检测新梢和成熟叶的氨基酸、茶多酚等生化成分及全氮，以探讨不同施肥方式对茶园土壤物理性状、茶叶产量及品质的影响，探究茶园机械施肥的效果，为解决茶园机械施肥技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1试验地点及供试材料

试验于2011年9月至2013年9 月在安徽郎溪县十字铺茶场二分场12队进行（119°08′59″E, 31°00′33″N, 海拔70 m）。供试茶园为45年生祁门槠叶种，单条栽，长势一般，机械采摘，全年鲜叶产量1000～1200 kg/667m2。试验地处长江中下游，地貌为缓坡丘陵，属于亚热带季风气候区。供试土壤为第四纪红色粘土发育的黄红壤，土层深厚，0～30 cm土壤基本理化性状为：pH 3.99，有机质16.48 g/kg，速效磷14.35 mg/kg，速效钾89.22 mg/kg，全氮1.09 mg/kg。供试机械设备为南京农机所研制的SC-12型茶园管理机。

1.2试验设计

试验设置4个处理：T1，人工沟施基肥，人工沟施追肥（DD）；T2，机械施基肥、人工沟施追肥（MD）；T3，机械施基肥、机械施追肥（MM）；T4，机械施基肥、人工撒施追肥（MB）。每小区2行（3m），各小区间1个保护行，小区面积3m×40m=120m2，地块面积2880m2。试验设置4次重复，随机区组排列。

各处理氮肥施用量为310kg/hm2，分4次施用，基肥、春追各施30%，夏追、秋追各施20%。钾肥施用量为165 kg/hm2，在秋季基肥时一次性施入。供试氮肥为尿素（含N 46%），钾肥为氯化钾（含K2O 60%）。

1.3测定项目与方法

1.3.1土壤物理性状测定

在茶园施肥或修剪前用土壤紧实度仪（TJSD-750和TJSD-750-III）以 S 型布点法测定0～30 cm土层的土壤紧实度，每小区4点；用环刀法测定0～15cm和15～30cm土层的土壤容重，每小区2点，同时用烘干法测定对应土层的土壤含水量。

1.3.2茶叶产量及品质测定

各小区在机械采摘鲜叶时，计鲜叶产量。采集部分机采生产叶作为新梢样品，微波固样，烘干粉碎，采用碳氮分析仪（德国Elementar公司）测定全氮；按GB 8313-2012、GB 8314-2012方法测定茶多酚、游离氨基酸含量。

1.4数据分析

采用 Excel 2007和 SPSS 19.0进行数据处理和方差分析，采用Duncan方法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1不同施肥方式对土壤紧实度的影响

不同施肥方式下0～30cm茶园土壤紧实度如图1所示，其中3.12、5.13、7.9、9.16分别为春茶前、春茶后、夏茶和秋季。春茶前，与DD处理相比，MD、MM、MB等 3个机械施基肥处理降低了0～20cm土壤紧实度，降幅为MM>MB>MD，其中MM处理的0～10cm土壤紧实度显著低于其他处理，MB处理还降低了20～30 cm土壤紧实度。

春茶后，与DD处理相比，3个机械施基肥处理使绝大部分土层土壤紧实度降低，10～20cm、20～30cm和0～30 m土壤紧实度的平均降幅均为MM>MB>MD；MM处理4～20cm的土壤紧实度显著降低，MD处理6～10cm土壤紧实度显著降低；可见与DD相比，机械施基肥可以降低春茶后土壤紧实度，MD与MB对春茶后土壤紧实度的影响差异不大，MM处理可以明显改善土壤物理性状、降低土壤紧实度。

夏季时，与DD处理相比，0～30cm土壤紧实度的平均降幅为MM>MB>MD，MM处理使4～30cm土壤紧实度降低，部分土层降低效果显著，MB处理使5～25cm和28～30cm处土壤紧实度降低，部分土层降低效果显著。可见机械施基肥、追肥对夏茶时土壤紧实度的降低作用最好，其次为机械施基肥、人工撒施追肥，人工开沟施追肥效果最差。

秋季时，与DD处理相比，3个机械施基肥处理使0～10cm土壤紧实度略有降低，降幅为MM>MB>MD；但在10～20cm土层，机械施基肥处理土壤紧实度增加（P>0.05），增幅MD>MM=MB。可见由于田间管理的践踏作用和天气干旱因素，机械施基肥对土壤紧实度的降低作用仅能维持到夏季，在秋季需要继续机械施基肥以维持对茶园土壤紧实度的改善效果。

图1 不同施肥方式对茶园土壤紧实度的影响

2.2 不同施肥方式对土壤容重的影响

不同施肥方式对土壤容重的影响如图2所示。春茶后，0～15cm土层土壤容重为MB>MD>DD>MM，与DD处理相比，MB和MD处理使0～15cm土壤容重增加，其中MB处理达显著水平，而MM处理使表土容重略有降低；MM与MB、MD相比0～15cm土壤容重显著降低。这是因为MB处理在春、夏追肥均为撒施后免耕，田间管理和茶叶采摘导致土壤压实板结，而MD处理在春、夏追肥时均为人工开沟，松碎土壤尤其是大土块的能力不如机械翻耕。由此可见在同样基肥施用方式下，机械施追肥在春茶后对土壤容重的降低作用好于人工开沟和撒施；同样开沟追肥条件下，人工开沟施基肥对土壤容重的降低作用好于机械施基肥。夏茶时，与DD处理相比，MD处理0～15cm土壤容重降低；由于免耕造成土壤板结，MB处理土壤容重增加；各处理0～30 cm土壤容重无差异，说明机械施肥和人工开沟对土壤容重的影响到夏季时已经消失。可见，与传统的DD施肥方式相比,人工撒施追肥会显著增加表层土壤容重，机械施基肥或追肥均不会对土壤容重产生显著影响。

图2 不同施肥方式下茶园土壤容重

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.3 不同施肥方式对土壤含水量的影响

不同施肥方式下茶园土壤含水量如图3所示，可以看到春茶前不同施肥方式，对土壤0～40cm深度内的含水量，无显著性差异作用。春茶后，0～15cm土层土壤含水量为DD>MD>MM≌MB，这是因为机械耕作使土壤更加细碎、疏松，表土易于干燥，土壤含水量降低；15～30cm土层土壤含水量受施肥方式的影响较小，各处理无显著性差异。夏茶时，0～15cm土层土壤含水量为MM>MD>DD>MB，MM施肥方式显著高于MB，这是因为5、6月份雨水多，机械耕作使土壤更加疏松，通透性好，蓄水能力更强，而MB处理，在春夏季均为人工撒施后免耕处理，土壤板结，雨水不易渗透；15～30cm土层土壤含水量无显著性差异。由此可见，不同施肥方式对0～15cm土层土壤含水量影响比较明显，不同施肥方式的土壤含水量在夏季差异更大，其中MM处理（机械施基肥、追肥）夏季土壤含水量最高。

图3 不同施肥方式下茶园土壤含水量

2.4 不同施肥方式对茶叶产量的影响

不同施肥方式下春、夏、秋各季茶叶鲜叶产量如表1所示，与DD处理相比，机械施基肥3个处理春、夏、秋及全年鲜叶产量均有所降低。春茶鲜叶产量为DD>MM>MD>MB，MB处理显著低于DD处理，相对产量仅为DD处理的90.4%，其他处理间无显著差别；夏茶、秋茶及全年鲜叶产量均为DD>MD>MM>MB，但各处理间无显著差别。由此可见，施肥方式对春茶产量的影响最大，其次是夏茶，与传统的人工开沟施肥相比，机械施肥或人工撒施鲜叶产量下降，但并不显著。

表1 不同施肥方式下各季茶叶鲜叶产量比较（产量：kg/hm2）

2.5 不同施肥方式对茶树新梢品质的影响

不同施肥方式下春、夏茶季茶树新梢的品质成分含量如表2所示，可以看到，春茶时，与DD处理相比，MD处理提高了游离氨基酸含量，降低了茶多酚含量，酚氨比值降低，苦涩味降低，易形成淡而鲜爽的滋味，茶叶品质得到提高；MB处理游离氨基酸含量最低，茶多酚含量增加，酚氨比最高，茶叶品质较差。夏茶时，与DD处理相比，MD处理提高了新梢游离氨基酸含量，3个机械施肥处理新梢茶多酚含量均有不同程度增加，酚氨比均增加，夏茶品质下降。但各处理春、夏茶的游离氨基酸、茶多酚、酚氨比均无显著差别，因此，与人工开沟施肥相比，机械施肥或人工撒施等施肥方式对春、夏茶新梢的品质成分并无显著影响。

表2 不同施肥方式下春、夏茶新梢的品质成分含量

3 讨论

3.1 机械施肥对茶园土壤物理性状的影响

本试验的研究结果表明，与人工开沟施基肥和追肥处理（DD）相比，机械施基肥可以降低春茶前、春茶后、夏茶时0～30cm土壤紧实度，平均降幅为MM>MB>MD，其中MM处理对部分土层土壤紧实度的降低作用显著。在机械施基肥的基础上机械追肥，通过耕作可以打破田间管理和茶叶采摘造成的土壤压实板结，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤通透性能，提高土壤保水性能[9]。可见，茶园机械施肥改变了土壤的物理性状，而土壤物理性状会造成土壤水、气和热的差异，从而直接或间接影响土壤微生物活性,促进了营养元素的释放和循环[10]和矿质养分的供应状况，也会影响一些含氮化合物如蛋白质、咖啡碱等茶叶品质成分的形成，从而影响茶树的生长发育、产量和品质[11-12],因此，茶叶品质与土壤物理性状有一定的相关性，如氨基酸、咖啡碱与容重成负相关[13]，茶多酚、水浸出物与容重成正相关[14]，与土壤总孔隙度的关系则相反[15]。

3.2 机械施肥对茶园产量的影响

本试验机械施肥对春、夏、秋季茶园产量的影响结果表明，与传统开沟施肥（DD）相比，机械施基肥3个处理（MM、MD、MB）春、夏、秋及全年鲜叶产量均有所降低，其中MB处理产量最低，与马立峰等人2013年的结果基本一致[5]。可能因为茶园行间布满相互交错的根系，耕作会造成断根现象，越是成龄茶树、耕作深度越深、幅度越宽，耕作对茶树造成的伤根越严重[16]，本研究中秋季机械施基肥时，机械对茶树根系伤害比较大，断根愈合慢，影响了茶树对养分的吸收。由于人工撒施追肥处理（MB），整个茶园采摘季节均是免耕，踩踏造成土壤板结，通透性差，有机质分解转化比较慢，土壤肥力低，土壤含水量低，春季土温回升慢，影响茶树根系对水分和养分的吸收；另外，撒施追肥方式下，氮肥易通过氨挥发、氮淋失造成损失[17]，肥料利用率低，因此，导致茶叶产量降低。

3.3 机械施肥对茶叶品质的影响

试验茶园为绿茶产区，影响绿茶品质的主要物质有茶多酚、氨基酸、水溶性糖、咖啡碱等。氨基酸是茶汤中鲜爽味的主要成味物，同时也参与茶叶香气的生成，氨基酸含量越高，茶叶的鲜爽度和香味越好。茶多酚是茶叶的主要呈味呈色物质，是茶汤色泽的主要体[18]。绿茶特有的浓厚、鲜爽回甘与茶多酚、氨基酸含量及其比例密切相关。本研究中，与传统开沟施肥DD相比，MD处理春茶氨基酸含量增加，茶多酚含量降低，春茶品质稍有提高，夏茶氨基酸含量增加，茶多酚含量增加，夏茶品质稍有下降，可以推测秋季基施对春茶品质稍有提高，春、夏人工开沟追肥对茶叶品质略有不利；MM处理对春茶和夏茶氨基酸、茶多酚及酚氨比无影响，可见机械施肥对茶叶品质无不良影响；MB处理降低了春茶氨基酸含量，增加了夏茶茶多酚含量，茶叶酚氨比增加，茶叶品质较差，可见人工撒施降低了茶叶品质，不宜在茶园使用。

4 结论

人工撒施追肥会显著增加表层土壤容重，降低表层土壤含水量，使茶园鲜叶产量降低，春茶和夏茶酚氨比增加，茶叶品质下降，不宜在茶园使用。

机械施基肥对春茶前、夏季茶园土壤紧实度有较好的降低作用。机械施基肥和追肥可显著降低部分土层土壤紧实度，可明显增加夏季土壤含水量，还可略微降低表层土壤容重，对茶园土壤物理性状有较好改善作用。机械施基肥和追肥对茶园鲜叶产量和品质成分无显著影响。因此，机械施肥可以替代人工开沟施肥和人工撒施追肥。

[1] 梅宇. 2016年中国茶业经济形势简报及2017年茶叶产销形势预判[EB/OL]. 2017-02-28.

[2] 京农, 日本茶叶机械化现状分析[J]. 当代农机, 2017, (07): 21.

[3] 盛忠雷, 邓敏, 杨海滨, 等. 茶园机械应用进展与前景展望[J]. 农业工程学报, 2015,(19): 208-210,212.

[4] 杨拥军, 陈力航, 罗意, 等.我国茶园耕作机械现状与发展对策分析[J].湖南农机, 2014, 41(1): 1-3.

[5] 马立锋, 吕闰强, 黄海涛, 等.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[J].浙江农业科学, 2017, 58(3): 391-395, 402.

[6] 周慧敏, 郑生宏.不同施肥方式茶园试验初报[J].茶叶, 2015, 41(1): 12-14.

[7] 毛平生, 阮建云, 李延升, 等.茶园不同施肥方式对茶树养分和鲜叶品质相关成分的影响[J].热带农业科学, 2014, 34(3): 4-7, 11.

[8] 程博一, 韩艳娜, 李叶云, 等.施肥模式对茶叶品质、产量构成及土壤肥力的影响[J].中国生态农业学报, 2014, 22(5): 525-533.

[9] 张永利, 廖万有, 王烨军, 等.不同机械耕作方式对茶园土壤物理性状的影响[J].安徽农业大学学报, 2015, 42(6): 873-878.

[10] Merila P, Malmivaara-Lamsa M, Spetz P, et al. Soil organic matter quality as a link between microbial ommunity structure and vegetation composition along a successional gradient in a boreal forest[J]. Applied Soil Ecology, 2010, 46: 259-267.

[11] 陈子聪, 颜明娟, 林琼, 等. 茶园土壤物理性状对茶叶品质的影响[J]. 茶叶科学技术, 2009, (3): 12-15.

[12] 曹顺爱, 吕军. 土壤母质及其物理性状与茶叶品质关系[J]. 茶叶, 2003, 29(1): 13-16.

[13] 张家春, 张清海, 林绍霞, 等. 不同生态区域贵州鸟王茶土壤性状及茶叶品质相关性研究[J]. 广东农业科学, 2013, 40(8): 60-63.

[14] 田永辉, 梁远发, 魏杰, 等. 茶园土壤物理性状对茶叶品质的影响研究[J]. 蚕桑茶叶通讯, 2000, (3): 14-17.

[15] 梁远发, 田永辉, 王家伦, 等. 茶园土壤物理性状对土壤肥力贡献研究[J]. 贵州茶叶, 2000, (3): 22-23, 27.

[16] 骆耀平. 茶树栽培学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2008: 181.

[17] 久凯, 李絮花, 李伟, 等.缓释尿素与普通尿素配施对氨挥发和土壤氮素动态变化过程的影响[J].中国土壤与肥料, 2015, (6): 23-27.

[18] 韩文炎, 马立锋, 石元值, 等. 茶树施用控释氮肥的产量和品质效应[J], 土壤通报 , 2007, 38(6): 1145-1149.

（责任编辑：蒋文倩）

现代农业产业技术体系建设专项（CARS-23）

S571.1

1006-5768（2018）01-023-006