缓控释肥在茶园中应用的研究进展

胡雪荻，耿元波，梁 涛

(1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；2.中国科学院大学，北京 100049)

肥料是农业生产中重要的生产资料之一，占生产性支出的50%[1]，20世纪世界农作物产量增加的一半的贡献来自于化肥。但是，不合理的施用造成化肥利用率低，养分流失严重，会对地下水、大气等环境造成极大的威胁。而缓控释肥通过改变化肥本身的性质来提高肥料的利用率，其具有缓释控释养分、增产稳产的优点，可以有效改善土壤环境，减少农业面源污染[2-3]，在农业生产中的应用越来越广泛。近年来，科研工作者在缓控释肥的选择、施用量等方面进行了一系列研究[4-5]，在水稻[6]、玉米[7-8]、棉花[9]、烟草[10]、花草[11]等生产活动中得到广泛的应用，并取得了较好的经济和环境效益。

茶树是多年生喜氮作物，其一年采摘多次嫩叶，同时带走大量养分，因此在茶树整个生命周期中都需要不断从土壤中摄取各种营养元素，施肥是保证茶树养分需求的关键技术。在1972～1992年间，肥料投入对茶叶增产的贡献率为41%，远远超过土地(25%)和劳动力(8%)的贡献率[12]。目前，按照茶树新梢和根系生长规律，茶园中行之有效的施肥方法是“一次基肥，3～4次追肥”。基肥主要为有机肥和尿素，于每年10～11月施用；追肥以复合肥、尿素为主，于每年3、5、7月施用[13]。肥料施用量大且施用频繁，随之而来的是肥料利用率低、养分流失等问题，使茶园环境和茶叶品质面临下降的压力。缓控释肥具有缓释控释养分的特点，可以防止局部养分过高造成的伤根，并缓解目前茶园环境污染问题，为实现茶园科学施肥提供了新思路。本文在总结了缓控释肥定义和作用机理的基础上，分析了施用缓控释肥对茶园土壤和茶叶品质、产量的影响，并对未来缓控释肥在茶园应用的研究提出了建议，对缓控释肥在茶园中的推广应用具有重要意义。

1 缓控释肥的定义、作用机理及分类

广义上，控释肥料包括了缓释肥料[14]，国际肥料工业协会将其定义为：(1)所含营养在施肥后能缓慢被植物吸收与利用；(2)比速效肥有更长的肥效。我国化工行业标准(HG/T 3931—2007)《缓控释肥料》将其定义为：以各种调控机制使其养分释放缓慢，延长植物对其养分吸收利用的有效期，使其养分按照设定的释放规律和释放期缓慢或控制释放的肥料。狭义上，缓控释肥分为缓释肥料和控释肥料，缓释肥料是指施入土壤后肥料养分比普通化肥释放缓慢的一类肥料[15]，其养分的释放与作物吸收需求不一定同步[16]；控释肥是指通过各种措施预先设定肥料只在作物生长季释放的模式，使得养分的释放规律与作物吸收同步[14]。

缓控释肥养分释放主要通过扩散机制[17]，土壤水分从包膜膜孔进入，溶解一部分肥料，通过膜孔释放出来。当作物吸收养分时，肥料膜外侧养分浓度下降，造成膜内外浓度梯度增大，肥料释放速度加快，实现养分释放与作物需肥规律一致[18]。另一方面，缓控释肥的释放还与温度有关[19]，当温度升高时，植物生长加快，养分需求量增大，肥料释放速度加快；反之，肥料释放速率变慢或停止释放。

缓控释肥的分类方式很多，按照其溶解性释放方式通常分为3种类型[20]：物理障碍性因素控制的水溶性肥料(如包膜颗粒肥料和基质复合肥料)、微溶有机氮化合物(如脲甲醛和其它脲醛缩合物)、微溶性的无机化合物(如金属磷铵盐、部分酸化磷酸盐等)。Fan等[21]根据释放控制方式将缓控释肥划分为扩散型、侵蚀或化学反应型、膨胀型和渗透型。

表1 缓控释肥的主要种类[20,22-25]

2 缓控释肥对茶园土壤及养分的影响

2.1 改善茶园土壤结构，提高土壤保水保肥性

缓控释肥对茶园土壤物理性质的影响研究主要是针对包膜材料对土壤透水性、田间持水量的作用。缓控释肥采用的无机膜材料如沸石、硅藻土、硫磺等[26]，具有较大的孔隙度和比表面积，可以增大土壤表层的孔隙度，使土壤容重降低。缓控释肥养分完全释放后，残膜作为非肥料成分，其在一定含量范围内，可以改善土壤环境。戴九兰等[27]经过室内残膜强化实验发现，残膜量小于0.008 g/g时土壤的透水性较低，有利于提高土壤的田间持水量和保水性，当残留量增加到0.01 g/g时，土壤透水明显加快，田间持水量和保水性降低。对于施用缓控释肥对土壤结构的影响还需要进一步研究证明。

2.2 缓控释肥影响茶园土壤化学性质

2.2.1 对茶园土壤酸化的影响

相关研究报道施用缓控释肥可以减缓茶园土壤酸化的进程。丁济娜等[30]研究表明，相比较于施用尿素，茶园施用缓控释肥可以减缓土壤pH值的下降趋势。此外，化全县等[31]研究发现，缓控释肥的包膜材料如聚乙烯醇等随肥料施入红壤等酸性土壤中，可以使土壤pH值提高，缓解红壤酸化的状况。

2.2.2 对土壤养分含量的影响

缓控释肥维持土壤养分平衡主要是通过减缓或控制养分释放的作用，使养分无法一次性释放，从而避免在降雨等作用下营养元素流失而造成土壤脱肥的现象。施用控释肥后的土壤电导率维持在较高的水平，电导率与土壤溶液中含盐量相关，在一定程度上电导率越高，土壤溶液中能被根系吸收的离子量越大[32]，土壤养分含量越高。

2.3 提高养分利用率

近10年来，我国茶叶产量随着化肥施用量的增加而增长，但是单位肥料的增产率却不断降低，这主要是化肥利用率低造成的[1]。在我国，化肥的当季利用率不足40%，其中氮利用率约30%～35%，磷为10%～20%，钾为35%～50%[44]。“十一五”以来我国对新型肥料加大了研究力度，取得了较好的成果，如缓控释肥。缓控释肥的氮素利用率较普通肥料的利用率有明显的提高，如缓释复合肥的氮素利用率可提高11.4%[45]。有研究表明，控释肥氮、磷、钾的利用率可分别提高到55%～80%、35%～50%、60%～70%[11,46]。试验表明，一次基施控释肥技术在盆栽试验中可以提高氮利用率12.2%～22.7%，磷素利用率提高7%～35%，小区试验中氮素利用率为17.1%[47]。同时，缓控释肥可以在较长时间内满足作物对养分的需求。一般控释肥施入土壤后9 d会达到释放高峰，在9～50 d内可以保持较高的养分浓度水平，50 d之后，土壤中氮素供应量仍然充足[48]。戴建军等[49]测得2种水溶性树脂包膜控释肥的肥效期分别高达280、353 d。

3 缓控释肥对茶园土壤氮素流失的影响

氮肥利用率低、流失严重是茶园面临的重要问题。我国茶园主要分布在丘陵地带，地势起伏，且春芽萌发期为多雨季节，雨水的冲刷不利于茶树对肥料养分的吸收，易造成氮素的大量流失[50]；另一方面，土壤中的氮素通过N2O等温室气体释放于大气中。

3.1 减少茶园氮素径流损失和淋溶损失

3.2 降低茶园N2O排放量

N2O是重要的温室气体，比CO2、CH4具有增温潜势更强和滞留时间更长的特点，对于气候变暖有更大的推动作用[58]。农田N2O排放是近几十年来大气中N2O浓度上升的主要原因[59-60]。政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告指出，全球大气中的N2O主要来自农业排放，占总排放量的80%[61-62]。

4 缓控释肥对茶叶产量和品质的影响

在我国，缓控释肥在花卉、果树、作物、蔬菜等方面的试验都取得了较好的效果(表2)。茶叶是我国主要的经济作物之一，需肥量较大且以氮肥为主，近年来，科研工作者将缓控释肥施用于茶园，对改善茶叶品质和提高产量有促进作用。

表2 缓控释肥对不同植物的作用效果

4.1 改善茶叶品质

茶叶品质是茶叶中众多化合物，特别是能溶于茶汤的物质对人类感官刺激的综合效应。茶叶中的茶多酚、游离氨基酸、咖啡碱等物质直接影响茶叶品质，其中，茶多酚是茶汤浓度的主要物质，氨基酸是使茶汤鲜爽的主要物质，酚氨比(茶多酚/氨基酸)反映茶汤的醇度[83]。氨基酸含量越高，茶多酚含量适中，酚氨比降低，则绿茶品质较好[84]；咖啡碱对红茶的口味影响较大[85]。施用缓控释肥可以提高茶树根系的活力，促进茶树对氮和磷的吸收[33]，从而能够显著增加茶叶中氨基酸、咖啡碱含量[34,41]。付乃峰等[86]研究表明，施用茶叶专用控释肥可以有效降低春茶的酚氨比，提高春茶的品质；而夏茶中咖啡碱的含量会减少，在一定程度上可以降低夏茶的苦涩味[87]。刘腾飞等[37]在茶园中施用硫包膜和树脂包膜的茶树专用控释肥，发现可以提高茶叶中氨基酸的含量，使酚氨比降低，茶叶的鲜爽度和爽口性得到大幅度的提高，从而有利于提高绿茶的品质。

叶绿素是构成干茶和茶底绿色的主要色素[88]，茶叶中叶绿素的含量与土壤中氮素的含量相关，施用缓控释肥能够维持土壤中氮素含量的稳定，有利于提高茶叶中叶绿素的含量，从而促进茶树光合作用和营养物质的累积[34]，因此茶树叶片颜色翠绿，芽头持叶期较长，产生开花叶的现象较少，制成的鲜茶手感油软，干茶能达到圆、光、直的要求[87]。同时，茶园土壤施用控释复合肥后可以提高土壤中有效镁的含量，镁元素被认为是茶树生长发育的第4要素，是叶绿素的重要组成元素，可以提高茶叶氨基酸含量[89]，与茶叶的品质和等级有着重要关系[90]。李元沅等[91]在茶园中施用茶叶缓释肥，发现可以增加茶叶中硒、锌含量，提高茶叶中营养物质的含量。

4.2 提高茶叶产量

黄高升[94]施用可控缓效茶叶专用肥，可使铁观音春、夏、秋、冬产量均有显著提高。林闽法[95]在茶园中施用甲壳素控释肥，包膜型甲壳素控释肥可以明显提高春、夏、秋、冬茶的产量，而包裹型甲壳素控释肥对秋茶和冬茶的产量提高有明显作用，对春茶和夏茶产量的提高并不明显，原因是包裹性控释肥的包裹层较厚，释放速度相对更慢，在春、夏茶采摘期养分供应不足，但是其后劲较大，建议在施用过程中可以将包裹性和包膜型控释肥结合施用。

5 总结与展望

综上所述，缓控释肥在茶园中施用可以协调土壤养分供应与茶树吸收养分，有效提高茶叶产量和品质。但是，对于缓控释肥在茶园施用的研究还较少，未来仍是重要的研究方向。

基于以上分析，对于缓控释肥在茶园中应用研究应关注以下几个方面：

(1)重点关注缓控释肥在茶园中的施用方法、施用量以及最佳的施用时间。同时，加强研究各种营养元素综合配比适用于茶树的缓控释复合肥的力度。目前，缓控释肥的研究主要集中在氮素利用方面，茶树的生长还需要P、K和各种微量元素，对其他元素的研究也是缓控释肥未来研究的重点。

(2)随着茶园土壤污染问题的日益突出，应重点关注缓控释肥残膜对茶园土壤的环境效应，研制适合茶园施用的可降解包膜材料。缓控释肥包膜在一定含量范围内可以改善土壤环境，但是其降解慢或者难以降解，最终会对环境造成危害。这一问题已引起了广泛的关注，但是对茶园土壤的研究较少。

(3)加强研究缓控释肥施入后对茶园土壤结构及物理性质方面的影响。茶园土壤的保水性、持水性、孔隙度都关系着茶树根系的生长和营养物质的获取，进而影响茶叶产量和品质。目前，针对缓控释肥对土壤理化性质研究较少，对这一问题应提高关注。

(4)形成茶园肥料施用效果的评价体系。针对茶园土壤肥力、茶园环境效应、茶叶产量品质等指标，形成明确的评价标准，为茶园合理施肥的筛选提供科学依据。

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