套种大豆对茶园化肥需求量的影响

户杉杉，高水练，陈倩洁，郭 彬，潘荣艺，张 帅，佐明兴，王苗苗，向 萍，鲁 静，林金科,*

(1.福建农林大学园艺学院，福建 福州 350007；2.福建农林大学安溪茶学院，福建 泉州 362406)

【研究意义】豆科作物以其特有的根瘤菌，能够对空气中氮气固定，有效增加土壤中氮素含量，用于自身生长和周边其他作物生长需求，目前已广泛应用于小麦、玉米[1]、苹果、柑橘[2]、杨树[3]等粮食和经济作物。相对于化学氮肥施用，生物固氮具有无污染、可持续、高效等优势[4-5]。氮的循环和高效利用是影响农田生产力的重要因素之一，茶树作为叶用经济木本植物，增施氮肥是目前茶区提高茶叶产量的重要途径。茶园大量化肥的施用，不仅降低了肥料养分的利用率[6]，还对茶园土壤、生物多样性等造成危害，土壤酸化、板结、病虫害爆发等问题越发严重[7]。因此，将套种大豆作为减少茶园化肥施用和改善茶园微域环境的经济、绿色方式，研究其对茶园土壤养分、酶活性和茶叶品质的影响以及是否可以有效减少茶园化肥施用量等方面具有重要意义。【前人研究进展】已有研究表明，套种豆科作物可显著降低土壤中硝态氮含量(P<0.01)[8]，增加土壤结构稳定性[9]，保持大田水肥，平衡土壤温度[10]，特别是大豆秸秆还田处理对改良土壤具有重要意义[11]；套种豆科作物可有效提高土壤pH 0.19个单位[12]，其腐解后氮、磷、钾累计腐解率分别为72.3 %～75.5 %、81.2 %～83.5 %、89.3 %～91.1 %[13]，有效提高土壤全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量16.9 %，14.0 %，26.6 %，23.4 %[14]；套种豆科作物可显著增加土壤微生物和酶活性[15]，其中土壤过氧化氢酶活性提高5.30 %～38.40 %，脲酶活性提高0.15 %～43.66 %[16]，蔗糖酶增加30.0 %左右[17]；套种豆科作物可减少田间化肥施肥量，研究表明，水稻田单纯减施10 %～20 %化肥施用量不会显著降低水稻产量[18]，而翻压紫云英可降低田间40 %左右施肥量[19]，且未显著降低水稻产量。施用绿肥7500 kg/hm2可以代替氮肥67.5～90.0 kg/hm2[20]，且长期套种并进行豆科绿肥回田可降低小麦田和甜瓜园15 %～30 %施肥量[21]。【本研究切入点】关于豆科作物套种模式试验研究已经较为成熟，在土壤改良、生态修复等方面具有良好效果，特别是在改良土壤和减少化肥施用方面效果显著。但是套种大豆在茶园开展较少，是否影响茶叶品质，是否适合不同土壤类型茶园，以及是否可以减少茶园化肥施用量等问题上还有待进一步研究。通过现有研究结果表明，套种豆科作物能够降低大田化肥15 %～40 %施用量，故在此基础上，本试验假设套种大豆可减少茶园化肥30 %施用量，并以此作为试验处理进行开展研究。【拟解决的关键性问题】本试验选取湖北、福建、广东三地茶园开展套种研究，分析各地区套种大豆对其土壤养分、土壤酶活性以及茶叶品质的影响，探究套种大豆在不同土壤环境条件下是否具有类似的化肥减施增效规律，为跨地域推广“茶—豆”套种技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点情况

试验于2017年4月至2018年10月,在广东英德、福建安溪、湖北大悟试验地开展。各试验区基本情况如表1。

1.2 试验设计

广东英德试验地于2017年7月份开始。套种处理：每年3月份进行首轮套种大豆(品种为华夏1号)，在茶行间进行开沟条播，株间距为25 cm，与茶树行间距为70～75 cm，并于7月采收，后进行第二轮套种，于9月份进行采收；施肥设置：以常规施肥[NPK(15-15-15)225 kg/hm2]为对照(CK)，T1=常规施肥量×70 %[NPK(15-15-15)157.5 kg/hm2]，T2=常规施肥量×70 %+套种大豆[NPK(15-15-15)157.5 kg/hm2]。每个处理小区面积为80 m2，每个处理水平重复3次，并按随机分布。施肥时间为：按照施肥设置下不同处理施肥量，分别于秋茶前(2017年7月3日)、春茶前(2018年2月1日)和夏茶前(2018年5月25日)进行施用。本论文选取数据为2018年5月25日施肥后的秋茶，采样时间为2018年9月22日。

福建安溪举源合作社试验地于2018年3月开始。套种处理：3月份进行大豆(品种为华夏1号)套种，套种方式同上，并一直生长至秋茶结束；施肥处理：以常规施肥[尿素 375 kg/hm2，NPK复合肥(15-15-15)1125 kg/hm2]作为对照(CK)。T1=常规施肥×70 %[尿素262.5 kg/hm2，NPK复合肥(15-15-15)787.5 kg/hm2]；T2=常规施肥×70 %+大豆[尿素262.5 kg/hm2，NPK复合肥(15-15-15)787.5 kg/hm2]。试验地取样共2次，第1次为2018年3月20日，用于前期土壤基本情况测定；第2次为2018年10月3日，用于秋茶测定。每个处理小区面积为100 m2，每个处理水平重复3次，并按随机分布。施肥时间为2018年3月20日。

表1 各试验地基本情况

湖北大悟仙峰山茶业有限公司试验地于2017年4月份开始。套种处理：4月份进行大豆(品种为华夏1号)套种，套种方式同上，并一直生长至暑茶结束；施肥处理：以常规施肥[NPK(15-15-15)750 kg/hm2]为对照(CK)，T1=常规施肥量×70 %[NPK(15-15-15)525 kg/hm2]，T2=常规施肥量×70 %+套种大豆[NPK(15-15-15)525 kg/hm2]。每个处理小区面积为120 m2，每个处理水平重复3次，并按随机分布。施肥时间为2017年4月26日，采样时间为2017年8月29日。

1.3 样品处理与测定

土壤采集：采用五点取样法，每个小区均匀选取五点，使用取土器直接采取30 cm土层，将五点土样进行混合、拌匀、捡剔杂物，一部分装入土样管并放置-22 ℃冰箱冷冻保存，用于部分酶活性检测。另一部分则放置阴凉处风干，用于常规养分测定。

土壤养分测定：方法参照鲍士旦《土壤农化分析》第三版[22]；土壤脲酶测定参照苯酚钠—次氯酸钠比色法[23]；土壤磷酸酶活性测定参照磷酸苯二钠比色法[24]；土壤蔗糖酶活性测定参照3,5-二硝基水杨酸比色法[25]；土壤过氧化氢酶活性测定参照高锰酸钾滴定法[26]。

茶叶采集：使用测产框(0.1 m×0.1 m)采摘一芽二叶茶鲜叶，每个小区采取10框，称鲜重用于产量测定，并及时进行烘干杀青(120 ℃杀青10 min，80 ℃烘至足干)，用于茶鲜叶品质测定。

茶叶品质测定方法：茶多酚测定参照 GB/T 8313-2008(福林酚比色法)；咖啡碱测定参照 GB/T 8312-2013；水浸出物测定参照 GB/T 8305-2013；茶叶游离氨基酸测定参照 GB/T 8314-2013。

1.4 统计分析

数据处理使用 Excel 2016和SPSS 21统计分析软件对所得数据进行差异显著性分析和图表制作。

2 结果与分析

2.1 套种大豆对茶园土壤养分影响

如表2所示，3个试验地土壤养分变化趋势相类似，其中土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量均表现为以T2处理最高，土壤中全磷和全钾含量以CK处理最高。不同试验区，不同处理下土壤有效磷和速效钾含量均表现为极显著差异水平，湖北、福建、广东三地T2处理较CK处理分别增加27.05 %，20.15 %，18.89 %和19.30 %，25.28 %，13.72 %。湖北、福建、广东三地试验区T2处理下土壤碱解氮和有机质含量较CK处理分别增加10.90 %，25.62 %，14.19 %和7.00 %，34.93 %，47.54 %。土壤全氮含量数据表明，湖北、安溪两地土壤全氮含量表现为CK>T2>T1，广东表现为T2>CK>T1，说明套种大豆短期内不会增加土壤全氮含量，大豆生长会消耗土壤中部分磷钾养分，但是可以增加土壤中有效态养分和有机质含量。对比不同试验区土壤全氮数据表明，广东不同处理下土壤全氮含量呈极显著差异水平，T2较CK和T1处理分别增长28.27 % 和60.00 %，说明通过随着套种次数的增加，可以提高土壤氮含量。

表2 不同试验区套种大豆对茶园土壤养分影响

注：表中数据为均值±标准差；不同字母表示同一试验区的不同处理间差异性，其中小写字母表示P<0.05，大写字母表示P<0.01。

Note: The data in the table is the average ± standard deviation; Different letters represent significant difference among different treatments in the same test area, in which lowercase letters indicate thatP< 0.05, uppercase letters indicate thatP< 0.01.

图1 不同试验区套种大豆对茶园土壤酶活性影响Fig.1 Effect of interplanting soybean in different test areas on soil enzyme activity in tea garden

2.2 套种大豆对茶园土壤酶活性影响

土壤酶活性数据表明，不同试验区不同处理下土壤酶活性变化趋势一致，脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶均表现为T2>CK>T1，硝酸还原酶均表现为T2>T1>CK，过氧化氢酶表现不一致。对比不同试验区土壤酶活性发现，湖北、福建两地不同处理间差异不明显，特别是蔗糖酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶，显著性均未达到显著或极显著差异水平，而广东地区除脲酶和过氧化氢酶外，均达到极显著差异水平(P< 0.01)。其中广东试验区T2处理下蔗糖酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶较CK处理分别增长49.75 %、169.96 %和17.75 %。说明广东试验区在连续套种3季大豆基础上，较湖北和福建套种1季效果更为显著，多次套种土壤受大豆生长代谢等物质影响较大(图1)。

对比不同试验区土壤硝酸还原酶和过氧化氢酶发现，除福建试验区过氧化氢酶活性外，不同处理间均表现为T2>T1>CK，其中湖北、广东试验区T2处理下土壤过氧化氢酶活性较CK处理分别增长4.38 %和67.62 %，湖北、福建、广东三地试验区T2处理下土壤硝酸还原酶活性较CK处理分别增长34.71 %、32.55 %和169.96 %。说明减施化肥有助于增加土壤中硝酸还原酶和过氧化氢酶活性，并且以减施化肥+套种大豆处理最为显著。因此，通过套种大豆可以起到增加土壤酶活性的效果，且随着套种次数的增加，土壤酶活性增长显著。

表3 不同试验区套种大豆对茶树生长的影响

注：表中数据为均值±标准差；不同字母表示同一测定指标的不同处理间差异性，其中小写字母表示P<0.05，大写字母表示P< 0.01。

Note: The data in the table is the average ± standard deviation; Different letters represented significant difference among different treatments in the same measurement index, in which lowercase letters indicate thatP< 0.05, uppercase letters indicate thatP< 0.01.

图2 不同试验区套种大豆对茶叶品质的影响Fig.2 Effects of interplanting soybeans on tea quality in different test areas

2.3 套种大豆对茶叶产量的影响

芽叶密度和百芽重是测定茶树新梢生长态势的两项重要指标。由表3表明，不同试验区不同处理下鲜叶产量均表现为CK>T2>T1，CK和T2间差异不显著，与T1处理间均呈显著性差异(P<0.05)。湖北、福建、广东三地T1和T2处理茶鲜叶产量较CK处理分别降低16.20 %，12.96 %，15.03 %和1.12 %，2.35 %，5.43 %，T2处理茶鲜叶产量降低不明显。不同处理间茶叶发芽密度和百芽重差异不显著，整体表现为CK≈T2>T1，说明单纯减施化肥会降低茶叶产量，影响茶树生长态势，通过套种大豆可以降低减施化肥带来的不利影响。相比于湖北和福建两地，广东试验地茶叶百芽重较CK有部分提高，说明随着套种时间的增加，会改善茶叶肥硕度。

2.4 套种大豆对茶叶品质的影响

如图2所示，不同试验区不同处理下茶叶品质变化不一致。茶多酚数据表明，湖北、福建两地表现为T1>CK>T2，且达到极显著性差异水平(P<0.01)，T2处理较CK和T1分别降低10.13 %，12.71 %和23.08 %，22.41 %。广东为CK>T2>T1，差异不显著。除广东试验区水浸出物含量外，不同试验区不同处理下茶叶氨基酸、咖啡碱、水浸出物含量均表现为T2>CK>T1。其中对氨基酸含量影响分析中，湖北和安溪均达到显著性差异水平(P<0.05)，T2处理下氨基酸含量较CK处理分别增加15.00 % 和8.66 %。广东试验区处理间未达到显著水平。酚氨比数据表明，湖北、福建、广东试验区T2处理较CK处理分别降低21.74 %、19.48 %和11.52 %，其中湖北和福建均达到极显著差异水平(P<0.01)，广东差异不显著。不同试验区咖啡碱和水浸出物含量影响分析数据表明，CK与T2处理差异不显著，与T1均达到显著或极显著性差异水平。说明，单纯减施化肥会稍有降低茶叶品质，但是通过套种大豆可以降低因减施化肥所带来的不利影响，相对于常规施肥处理，套种大豆还会显著降低茶多酚含量，增加茶叶氨基酸含量，有效降低酚氨比，对成茶鲜爽度、醇厚感等滋味品质具有改善作用。

3 讨 论

3.1 套种大豆可以改善土壤养分和酶活性

综合湖北、福建、广东三地茶园土壤数据结果，长期套种大豆可以起到增加茶园土壤氮素和有机质含量的作用，但是对土壤全磷和全钾含量增加效果不显著；较常规施肥处理，套种大豆可增加土壤中碱解氮、有效磷、速效钾等有效态养分含量，达显著或极显著差异水平；套种大豆有效增加土壤酶活性，其中脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和硝酸还原酶活性较CK处理增加达到显著水平，对土壤中化合物分解转化有重要意义[27]。土壤酶作为催化土壤有机物质分解与转化的关键因素[28]，影响着土壤中养分的循环。杨瑞等[29]研究表明土壤酶活性与土壤养分呈显著或极显著正相关关系，在一定程度上可用来表征土壤质量水平，与本文研究结果相一致。对比不同试验区数据表明，不同处理下土壤有效态养分差异显著性以及土壤酶活性均已广东试验区处理最为显著，说明土壤改良是长期作用的结果，短期套种并不会对其产生决定性影响。大豆的生长增加了茶园土壤中代谢物质含量，为茶园土壤酶的生存提供更多的基质。大豆枝叶回田，土壤中有机质增加，为土壤养分转化和有效利用提供了可能。

3.2 套种大豆可能通过改良茶园土壤进而提高茶叶品质

茶叶品质的提高取决于土壤中养分的供给。不同试验区均表明套种大豆可以降低茶多酚含量，增加茶叶氨基酸和咖啡碱含量。其中湖北、福建、广东试验区T2处理下茶叶酚氨比较CK处理分别降低21.74 %、19.48 % 和11.52 %，说明，套种大豆可提高茶叶品质，增加成茶鲜爽度和醇厚感。大豆的套种为茶园提供了额外的氮源，提高了土壤有效磷和速效钾等有效性养分含量，对改善茶树有效光合作用有促进作用。长期以来的高量施肥影响了茶园整体的土壤微域环境[30]，化肥养分得不到及时分解与转化，影响土壤理化性状，进而影响茶树根系生长，降低根系代谢吸收作用。通过减施化肥可以增加土壤中放线菌和真菌数量[31]，促进固氮菌、氨化菌等功能菌的繁殖[32]，改善土壤氮素循环，进而提高土壤中碳源和氮源利用率[33]。土壤中脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶的活性的增加，加速土壤中动植物残体分解，催化化学肥料转化[34]，利于茶树吸收，从而提高茶叶品质。同时套种大豆可以降低因大量施肥所造成的土壤酶活性与土壤养分间以及土壤养分与茶叶品质间的拮抗作用[35-36]，提高茶树对肥料的响应，增强茶树根系代谢、吸收作用，促进茶叶品质成分形成。

茶叶品质的提高除了土壤肥力外，还取决于茶园气候。套种大豆可以有效改善茶园小气候，增加茶园空气湿度，降低微域温度，有效降低了茶多酚的形成。大豆的生长可以对茶树起到适当的遮荫作用，研究表明夏季遮荫可降低氨基酸的分解，增加谷氨酸的合成，从而加速茶氨酸合成[37-38]。空气湿度的增加可有效延长茶树生长周期，促进茶叶中滋味香气前体物的累积[39]，有利于成品茶品质风味的形成。

3.3 套种大豆可以减少30 %茶园土壤施肥量

综合3个试验地套种大豆对茶园土壤因子和茶叶品质影响得出，单纯减少化肥30 %施用量(T1)会降低茶园土壤养分，除硝酸还原酶和过氧化氢酶外，土壤酶活性均表现为下降趋势。茶叶品质除茶多酚含量外，均低于CK处理。而通过在减施化肥30 %基础上套种大豆(T2)，其土壤养分与土壤酶活性较CK处理均有显著提高，特别是土壤中碱解氮、有效磷和速效钾含量和土壤中脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶含量提高最为显著。对茶叶产量和品质分析得出，T2处理能显著提高茶叶品质成分含量，降低酚氨比，降低因化肥减施造成的茶产量下降等负面效应。从长期发展来看，套种大豆可以起到稳定茶叶产量，增加茶叶百芽重的效果。在“产大于销”的全国茶叶大背景[40]下，提高茶叶品质应该是目前工作重心。综合茶园土壤、茶叶品质以及目前国家茶产业大环境，减施化肥并套种大豆，能够在不影响茶树正常生长发育的前提下，有效增加茶园土壤有效养分以及茶叶品质。因此，从茶叶品质和土壤养分看，通过套种大豆可以减少茶园30 %施肥量，本研究的假设成立。

4 结 论

本文通过在不同试验区不同土壤类型茶园进行减施化肥、套种大豆试验研究，结果表明与茶园常规施肥处理，套种大豆处理在各试验区均能够提高茶园土壤酶活性，增加土壤中有效态养分含量，改善茶叶品质，在不影响茶树正常生长的前提下，套种大豆可减少茶园化肥30 %施肥量。因此，在湖北、福建以及广东三地开展和推广“茶—豆”套种技术是可行的。