施肥模式对茶叶营养累积及土壤肥力的影响

2019-09-17李俊强林利华张帆

江苏农业科学 2019年7期

李俊强林利华张帆

摘要：采用连续3年的田间定位试验方法，研究不施肥（CK）、全量化肥（NPK）、半量化肥+半量有机肥（NPKO）、全量有机肥（O）、全量化肥+豆科绿肥（NPKL）和半量化肥+半量有机肥+豆科绿肥（NPKOL）6种不同施肥模式对茶叶营养元素累积及土壤肥力的影响。结果表明，（1）不同施肥模式对茶叶的营养生长均起到了显著的促进作用，不同施肥模式均显著提高了叶芽密度、叶芽长度和年产量，基本表现为NPKOL>NPKL>NPKO>NPK>O>CK，其中以NPKOL施肥模式提高最为显著。（2）与对照（不施肥）相比，其他几种不同施肥模式提高了茶园土壤的基本肥力（有机碳、全氮、全磷、全钾、有效磷、有效氮和有效钾含量），而显著降低了土壤pH值。（3）不同施肥模式均在一定程度上增加了水浸出物、茶多酚、咖啡碱和游离氨基酸含量，大致表现为NPKOL>NPKL>NPKO>NPK>O>CK，并且不同施肥模式下水浸出物、茶多酚、咖啡碱和游离氨基酸均显著高于对照，同时增加了茶叶中氮、磷和钾养分累积量，其中NPKOL施肥模式试验效果最佳。主成分分析表明，茶多酚、氮积累量、pH值、有机碳和全氮是影响茶叶年产量最主要的影响因子，其荷载值（绝对值）分别达到了0.803、0.793、0.736、0.823、0.775。（4）NPKOL施肥模式的茶叶产量和茶叶营养物质累积量最大，进一步佐证了此培肥模式能促进茶产量，值得在茶园施肥过程中进一步推广应用。

关键词：施肥模式;茶叶产量;营养累积;土壤肥力

中图分类号： S571.106 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）07-0170-05

我國幅员辽阔，是传统的农业大国，不仅农作物种植面积广，作物种类繁多，且南北方因地域差异而具有不同的经济作物[1];我国南方多丘陵山地，茶树广泛分布，且成为当地主要的经济来源之一。近些年来，在生活水平日益提升的情况下，人们对茶叶的需求也日益增加，在此情况下，茶树的种植面积明显增多[2-3]。

我国是少有的大面积种植茶树的国家，但是近些年来随着土壤肥力的下降，大量的化肥在茶树种植中使用，不合理的施肥不仅大大降低了茶的品质，长远来看不利于土壤肥力和活力的保持[4]。施肥在茶树种植中尤为重要，直接关乎茶叶产量和质量，主要的产茶国不仅有中国，还有印度、斯里兰卡等，通过对这些国家长期的实地调查发现，化肥施用使得茶叶产量提升了近41%，可见施肥对于茶叶产量提升作用明显[5-6]。我国茶叶种植区主要在南方低山丘陵地区，该地区具有明显的红壤特点，有机质含量相对较低，且具有较高的酸性，容易产生淋失，且没有较高含量的有效氮，而茶树对氮的需求较为明显，这就影响了茶树产量的提升和品质的提高[7];但是如果过度施肥，在成本提升的情况下更容易导致土壤酸化甚至是明显的水污染。施肥是否合理直接关乎肥料的利用效率，更关乎土壤长期肥力和活性的保持及增强，不合理的施肥将破坏土壤理化特性，易形成土壤板结等问题，因此合理施肥尤为重要。研究发现，在长期单一施用化肥的情况下，土壤更容易板结、酸化，形成明显的营养不均衡[8-9]，化肥和有机肥的合理结合才能发挥肥料的效率，弥补我国南方红壤有机质含量低等不足。为了有效降低不合理施肥造成的土壤板结等问题，促进茶叶生产可持续发展，开展合理的茶园培肥尤为重要，这样不仅能够有效提升肥料的利用效率和质量，还能在增产提质的同时促进土壤肥力和活性的保持，使得茶叶生产和土壤保持具有协调性[10]。近些年来，不少学者对茶叶生产和施肥之间的关系展开了大量的实地调查，同时提出了较多的建议和改进方法，这些研究多集中在施用化肥或者有机肥方面，但缺乏长期的观测数据。本研究将从不同施肥模式下探究施肥与茶叶产量、土壤肥力保持之间的关系，并进行连续3年的实地观测研究，从而寻求更合理的施肥方式，以在提升茶叶质量和产量的同时更好地保持土壤肥力和活性，为促进茶产业健康发展提供有益参考和借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验茶园位于四川农业大学，茶园所处区域呈现典型热带季风气候特点，且具有较高的年均气温，年均气温达 16 ℃，降水主要集中在夏季，有近1 000 mm的年降水量。该区域的土壤主要是黄棕壤，该茶场的产茶量并不高，并没有过多的施肥，虽然管理方面一般，但是整体来说土壤肥力保持的较好;本研究所选择的茶树为6年树龄的龙井43、舒茶早树，属于典型的无性系扦插良种。

1.2 试验设计

试验始于2014年5月至2017年9月，共设6种不同的施肥模式：不施肥（CK）、全量化肥（NPK）、半量化肥+半量有机肥（NPKO）、全量有机肥（O）、全量化肥+豆科绿肥（NPKL）和半量化肥+半量有机肥+豆科绿肥（NPKOL），每个处理3次重复，共计18个小区，每个小区面积为6 m×6 m=36 m2，6个处理施肥量见表1。本试验施肥采用等氮量施用，并促进其养分均衡;在每年的冬季将豆科绿肥施用于茶树土行间。饼肥主要是菜籽饼肥，其氮含量在6.1%以上，且P2O5含量在4.1%以上，K2O含量在2.5%以上;而钾肥主要是氯化钾，K2O含量超过50%;化肥主要施用尿素、磷酸一铵、氯化钾;试验中使用农地乐牌有机肥。

为提升试验数据的准确性和可对比性，本研究过程中将采取管理一致的大田管理模式，每年进行3次灌溉，在试验过程中需要对各个分区进行单独的鲜质量测定，并做好数据记录，当年累积的总鲜质量产量就是其茶叶产量，此外，每年会选取茶叶进行养分含量测定，主要是测定氮、磷、钾指标，同时在各个分区通过“S”形进行根系土壤样品采集，并将其充分混合，将1 kg新鲜土样取出带回试验室，置于冰箱保存，以便于相关成分测定。

1.3 测定方法

从2014年5月开始至2017年9月，3年内每个月都要进行鲜芽叶成分的测定，所取芽叶为1芽2叶，一方面分析其茶多酚、游离氨基酸等成分，另一方面对其生长密度、长度进行测量并记录。此外，还要分析土壤的主要养分及酸碱性，采样方式为5点采样。

主要的测定方法如下：利用沸水萃取法对水浸出物进行测定，利用比色法来测定游离氨基酸、茶多酚含量[11]，借助电位法测定土壤pH值，通过硫酸消化法测定全氮含量[12];同时，还要对芽叶密度进行测定，首先在试验分区内随机找取5个长、宽均为20 cm的生长蓬面，然后对其区域内的芽叶数量进行统计记录。芽叶长度的测定方法如下：首先选择3个区域，从中随机摘取芽叶30个，然后对芽叶长度进行测定，测定时从基部开始，直至芽叶顶端，最终的平均值即是其长度。

1.4 数据分析

对获取的数据首先通过Excel 2007进行整理，之后利用SPSS 15.0开展相应的统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对茶叶产量的影响

与CK施肥模式相比，其他几种不同施肥模式均可在一定程度上提高茶叶的年产量，年产量的范围为142.3～236.3 kg/hm2，提高幅度为18.55%～66.06%。其中，NPKOL施肥模式的茶叶年产量相对最高，为236.3 kg/hm2，比对照施肥模式提高66.06%，NPKL施肥模式的茶叶年产量次之，O施肥模式的茶叶年产量最低，为168.7 kg/hm2，仅比对照施肥模式提高18.55%，且不同施肥模式下茶叶年产量均显著高于对照。不同施肥模式下叶芽密度和叶芽长度均表现为NPKOL>NPKL>NPKO>NPK>O>CK，不同施肥模式下的叶芽密度和叶芽长度均显著高于对照，其中NPKOL和NPKL间差异不显著，NPKO和NPK间差异不显著;叶芽密度的范围为26.3～49.5个/m2，提高幅度为13.31%～88.21%;葉芽长度的范围为2.16～5.36 cm，提高幅度为62.96%～148.15%（表2）。

2.2 不同施肥模式对茶叶品质的影响

与CK施肥模式相比，其他几种不同施肥模式均在一定程度上提高茶叶品质，不同施肥模式下水浸出物、茶多酚和游离氨基酸均表现为NPKOL>NPKL>NPKO>NPK>O>CK，咖啡碱表现为NPLOL>NPKL>NPK>NPKO>O>CK，不同施肥模式下水浸出物、茶多酚、咖啡碱和游离氨基酸含量均显著高于对照，其中NPKOL和NPKL间差异不显著，NPKO和NPK差异不显著。水浸出物变化范围为365.2～436.5 mg/g，提高幅度为1.67%～19.52%，NPKOL施肥模式下提高幅度最大（19.52%），O施肥模式下提高幅度最小（1.67%）;茶多酚含量变化范围为235.1～298.3 mg/g，提高幅度为 9.27%～26.88%，NPKOL施肥模式下提高幅度最大（26.88%），O施肥模式下提高幅度最小（9.27%）;咖啡碱含量变化范围为26.4～37.9 mg/g，提高幅度为8.71%～43.56%，NPKOL施肥模式下提高幅度最大（43.56%），O施肥模式下提高幅度最小（8.71%）;游离氨基酸含量变化范围为25.3～59.8 mg/g，提高幅度为21.34%～136.36%，NPKOL施肥模式下提高幅度最大（136.36%），O施肥模式下提高幅度最小（21.34%），详见表3。

2.3 不同施肥模式对茶叶营养物质累积量的影响

不同施肥模式对茶叶中氮、磷、钾养分累积均有显著的影响，与对照（不施肥）模式相比，其他几种施肥模式均在一定程度上提高茶叶对氮、磷、钾养分累积量，其增加幅度分别为10.78%～57.99、22.585%～80.65%、28.57%～71.43%。其中，NPKOL施肥模式下茶叶氮、磷、钾累积量最高，分别为4.25、0.56、5.16 kg/hm2，比对照分别提高了57.99%、80.65%、71.73%，而NPKL施肥模式下茶叶氮、磷、钾累积量次之。不同施肥模式下氮、磷、钾养分累积量均表现为NPKOL>NPKL>NPKO>NPK>O>CK，不同施肥模式下氮、磷、钾养分累积量均显著高于对照，其中NPKOL和NPKL间差异不显著，NPKO和NPK间差异不显著（表4）。

2.4 不同施肥模式对茶叶土壤肥力状况的影响

与对照（不施肥）模式相比，不同施肥模式均显著降低了土壤pH值，土壤pH值变化范围为6.02～6.98，降低幅度为6.30%～13.75%，NPKOL施肥模式下的土壤pH值下降幅度最大（13.75%），O施肥模式下土壤pH值下降幅度最小（6.30%），其中不同施肥模式下土壤pH值均显著低于对照。不同施肥模式对茶叶土壤有机碳含量、全氮含量、全钾含量、有效磷含量、有效氮含量、有效钾含量均有显著的影响：与对照（不施肥）模式相比，其他几种不同施肥模式均在一定程度上提高茶叶土壤有机碳含量、全氮含量、全钾含量、有效氮含量、有效磷含量、有效钾含量，其增加幅度分别为28.89%～176.89、77.63%～210.53、10.47%～63.22%、37.08%～386.55%、58.41%～249.43%、104.80%～340.12%。其中，NPKOL施肥模式下茶叶土壤有机碳、全氮、全钾、有效磷、有效氮、有效钾含量最高，分别为17.25、2.36、26.98、46.32、217.87、68.79 mg/kg，比对照分别提高了176.89%、210.53%、63.22%、386.55%、249.43%、340.12%。不同施肥模式下土壤有机碳含量、全氮含量、全钾含量、有效氮含量、有效磷含量、有效钾含量均表现为NPKOL>NPKL>NPKO>NPK>O>CK，不同施肥模式下土壤有机碳、全氮含量、全钾含量、有效氮含量、有效磷含量、有效钾含量均显著高于对照，其中NPKOL和NPKL间差异不显著，NPKO和NPK间差异不显著。对于土壤全磷而言，不同施肥模式下土壤全磷含量高于对照，但与对照之间差异并不显著（表5）。

2.5 不同施肥模式下茶叶土壤肥力的主成分分析

在本试验过程中，将茶叶品质、养分累积量、土壤肥力作为研究的原变量，待提取特征值后进行降维，这样能够分析出显著的相关系数。通过主成分分析发现，对于第1主成分而言，其特征值的变量解释度达到了78%，成为最主要的解释变量，前2个主成分的特征值超过了88%，说明这2个成分是主要的分析指标;通过因子载荷分析发现，茶多酚、氮积累量、pH值、有机碳、全氮的因子载荷绝对值均在0.73以上，说明其对茶叶产量的影响较大，详见表6、表7。

3 讨论与结论

合理的施肥自然能够显著提升茶叶的产量，有利于土壤肥力和活性的保持[13-14]，对于茶叶产业的发展起着促进作用，但是不合理的施肥则从长远来看明显不利于茶叶产业的持续发展[15]。本试验从多个角度来探究施肥与茶叶生产之间的关系，采用6种施肥模式进行了长达3年的实地观测，发现5种施肥方式下茶叶产量均高于不施肥模式，其中效果最好的是NPKOL施肥方式。主要原因可能为该模式在施用化肥的基础上添加有机肥及绿肥，茶叶所需的氮、磷、钾养分，施用比例较为合理;其次，多种肥料合理搭配能够形成相对较为丰富的养分，利于茶树的生长发育，这样自然容易形成较高的产量，尤其是茶树对氮磷钾含量需求较大，这样较为丰富的养分能够提升有机质含量，促进根系对养分的利用，增加微量元素含量以提升茶树的抗病性等;再次，豆科绿肥的施用能够对空气中的氮形成良好的固氮作用，且生草落叶凋零能够带来腐殖质，为根系养分利用提供有利条件，增强茶树生长所需养分，进而提升茶树产量;最后，套种能够对茶园气候进行微调节，利于茶树生长[16-17]。

对于茶树而言，氮元素不仅影响茶叶的生长，还会影响茶叶的质量，尤其是色、香、味等，甘氨酸成分能够提升茶叶的醇香，茶氨酸能够提升茶叶的鲜爽;此外，茶多酚带有苦涩味，其含量将直接制约茶品质，该成分含量过高直接导致茶苦涩，其最适宜的含量在20%左右[18]，另外，该成分作为次生代谢物，在茶树氮含量过低的情况下，叶片多酚含量将明显上升，进而导致茶叶品质下降。在茶树光合作用等生长发育过程中，磷成分参与其中，尤其是在酶的作用下增强能量传递，同时增进茶叶香气;茶树的钾含量在其新陈代谢等生理活动中起着重要作用，且多种酶反应也离不开钾元素，通过研究发现，钾含量与茶叶的质量具有明显的正相关关系，通过试验得知，茶叶氨基酸等含量能够在施肥的情况下得以提升[19-20]。施肥模式虽然不同，但是施肥情况下茶多酚含量明显上升，最主要的原因在于茶树的不断生长，在生长效应的影响下，施肥的不同对于增加茶多酚含量起着促进作用，但是代谢物的合成没有相应同比增加，这说明合理有效施肥能够提升肥料的利用效率，同时对于茶品质的提升起着促进作用，进而得到较好的经济效益[21-22]。研究发现，不仅咖啡碱含量与茶品质存在较为明显的正向关系，而且游离氨基酸含量也关乎茶品质，在茶品质较高的情况下，其水浸物越多。综合来讲，在茶树氮、磷、钾含量较高的情况下，茶品质的提升更有保障[23]。本研究通过长时间的观测数据分析发现，除了不施肥之外，其他5种施肥方式下茶树氮、磷、钾积累量均有明显的提升，同时促进了茶多酚、水浸出物成分积累，其中效果最好的是NPKOL施肥方式，这表明该施肥模式能够使得茶叶品质得以提升。

合理的施肥才能最大程度地降低土壤板结、活性丧失等，所选用的肥料及施肥方式都将影响肥料的利用效率。有学者通过研究发现，在大量氮肥影响之下，土壤原有的养分平衡将被打破，氮元素的拮抗作用使得作物的养分平衡受损，其氮元素的增产效果大大降低[24-25]，因此施肥必须合理、适量。化肥、有机肥、绿肥的合理结合能够互相促进，使之发挥各自所长，最终促进作物产量提升、品质提高，同时利于土壤肥力和活性的保持[26-27]，本研究得出的结论也与其基本一致。通过长期的实地观测分析，施肥模式雖然不同，但都不同程度地促进了茶树产量的提升，其有机质等含量得以增加，尤其是含有机肥的NPKOL、O和NPKL施肥模式效果更为明显，综合来讲，NPKOL施肥模式具有更好的增产效果和品质提升效果，利于土壤肥力的保持。

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