沼液对茶园土壤养分及茶叶品质的影响

李 武，胡才喜，杨龙元，王汉林，刘先利，李双来

(1.湖北省农业科学院 农业农村部废弃物肥料化利用重点实验室，湖北 武汉430064；2.湖北理工学院 a.环境科学与工程学院，b.矿区环境污染控制与修复湖北省重点实验室，湖北 黄石435003；3.武汉科技大学 资源与环境工程学院，湖北 武汉430081)

茶树是我国的传统经济作物，也是贫困山区脱贫致富的支柱产业之一[1]。茶树是多年生植物，土壤养分是影响茶叶的产量和品质的重要因素。目前，茶园施肥主要以化肥为主，但这容易造成养分流失或水体污染，且大量施肥易使土壤质量恶化，影响茶叶产量和品质[2-3]。因此，减量施肥或高效利用化肥越来越受到重视。

沼液是动植物残体、人畜粪便等有机物通过厌氧发酵后形成的残余物，营养全面，且含有丰富的速效养分。其中的维生素、氨基酸及抗生素类物质对作物生长发育有促进作用，可提高作物品质，节约生产成本，同时可以保持和改善土壤质量，减少施用化肥带来的负面作用[4]。

但是，直接施用沼液时，其养分含量低、肥效不高、物流成本大，也缺乏相应的肥料标准，因而难以实现商品化[5-6]。鉴于此，本研究将通过对比试验探究沼液对茶园土壤养分及茶叶品质的影响，以期为茶园减量施肥提供新思路，符合农业可持续发展的新要求。

1 试验与方法

1.1 土壤

试验地点为湖北省农业科学院金水基地茶叶种植园。该区域气候属于亚热带大陆性季风气候，年平均气温为15.8～17.5 ℃，极端最高气温为41.3 ℃，极端最低气温-18.1 ℃，无霜期为211～272 d，年日照总时数为1 810～2 100 h，年总辐射为104～113 kcal/cm2，年降水量为1 150～1 450 mm，降雨集中在每年6～8月，约占全年降雨量的40%左右。金水基地茶园土壤主要养分含量见表1。

表1 金水基地茶园土壤主要养分含量

1.2 沼液

沼液取自金水基地种猪场沼气工程，发酵原料为猪粪、猪尿液。发酵完全的沼液呈黑褐色，无明显臭味。金水基地种猪场沼气池粪水和沼液主要养分见表2。

表2 金水基地种猪场沼气池粪水和沼液主要养分

1.3 试验方法

选取金水基地茶叶种植园内生长状况良好、生长差异较小的12垄茶树进行试验。根据茶园土壤养分分析，茶园全年施氮肥0.024 kg/m2(由尿素提供，约0.052 kg/m2)、磷肥0.006 kg/m2(由过磷酸钙提供，约0.049 kg/m2)、钾肥0.007 kg/m2(由硫酸钾提供，约0.0135 kg/m2)。因此，按6～7株/m2计算，每年施尿素约7.73 g/株、过磷酸钙约7.22 g/株、硫酸钾约2 g/株。每年分3次施肥：第1次施用，每株施尿素2.5 g、过磷酸钙2.5 g、硫酸钾0.7 g；第2次施用，每株施尿素2.7 g、过磷酸钙2.5 g、硫酸钾0.7 g；第3次施用，每株施尿素2.53 g、过磷酸钙2.22 g、硫酸钾0.6 g。

进行对比试验，设置4个处理组，即水处理、化肥(NPK)处理、沼液处理、NPK+沼液处理，每组3垄茶树。①水处理。不施肥，每次处理用清水代替，按1 L/株浇施。②NPK处理。进行氮肥、磷肥和钾肥常规施肥。③沼液处理。单独施用沼液，约3.2 L/株/年计。第1次，每株施沼液1.05 L；第2次，每株施沼液1.1 L；第3次，每株施沼液1.05 L。④NPK+沼液处理。每次每株施沼液1 L，尿素约0.09 g/株，过磷酸钙约0.58 g/株，硫酸钾约0.62 g/株。

土壤取样时间为3月、6月和9月，各组按照五点取样法取施肥点周围0～20 cm深土壤1 kg左右，取样位置、厚度、宽度和深度尽量保持一致，土壤经混合后自然风干，碾磨过1 mm筛后保存分析。测定土壤样品的pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量。茶叶一芽采取两叶，采摘的茶叶经蒸汽杀青后记录干重，烘干磨细保存。

1.4 测定项目及方法

1.4.1土壤养分测样

土壤pH值测定由浸出液-pHS-3CpH计测定；土壤有机质含量由重铬酸钾氧化外热源法测定；土壤碱解氮由碱解扩散法测定；土壤有效磷含量由浸提-钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量由火焰光度法测定。

1.4.2茶叶品质测定

经沸水浸提法制各茶叶样液，茶多酚的测定参考《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》(GB/T 8313-2008)，游离氨基酸的测定参考《茶叶中茶氨酸的测定》(GB/T 23193-2008)，水浸出物的测定参考《茶 水浸出物测定》(GB/T 8305-2013)，并且计算酚氨比。

1.5 数据处理

采用Excel 和Origin 进行数据整理和作图分析。

2 结果与分析

2.1 茶园土壤理化性质的分析

2.1.1茶园土壤的pH值

不同施肥处理后茶园土壤的pH值如图1所示。从图1中可以看出，相比于初始值4.5，不施肥和NPK处理组的pH值均有增加，且不施肥处理组增幅最大，增加了16.44%；沼液和沼液+NPK处理组的pH值有所下降，分别降低2.67%和3.33%。在第2次追肥后，各处理组的pH值分别为5.12，4.98，5.17，5.13。可以发现，除不施肥组外，其他各组pH值都有所增加。在第3次施加底肥后，测得不施肥、NPK处理组和沼液+NPK处理组的pH值有所上升，分别为5.42，4.73，5.78，相比于土壤初始值分别提高了20.44%，5.11%，28.44%。单独施加沼液处理组的pH值有所下降，下降幅度为2.67%。

图1 不同施肥处理后茶园土壤的pH值

2.1.2茶园土壤的有机质含量

不同施肥处理后茶园土壤的有机质含量如图2所示。从图2可以看出，在第1次施加基肥后，各处理组的有机质含量比土壤的初始值(25.67±0.26 g/kg)有较明显的增加，分别为11.76%，26.53%，36.81%和55.71%。在第2次追肥后，测得各处理组有机质的含量有所下降，其中降幅最大的是沼液处理组，降幅达41.17%，降幅最小的是沼液+NPK处理组，为6.88%。在第3次施肥后，测得各组的有机质含量相比于土壤的初始值分别增加了-3.15%，77.17%，35.76%和79.66%。因此，可以发现，不施肥组的有机质含量几乎没有增加，而NPK处理组和沼液+NPK处理组的土壤有机质大幅度的增加。

图 2 不同施肥处理后茶园土壤的有机质含量

2.1.3茶园土壤的碱解氮含量

不同施肥处理后茶园土壤的碱解氮含量如图3所示。从图3可以看出，在第1次施加基肥后，各组土壤的碱解氮含量显著提高，其中，沼液+NPK处理组的增幅最大，提高了84.05%，不施肥处理组的增幅最小，提高了39.92%。但在第2次施肥后，各处理组的碱解氮含量均有降低，NPK处理组和沼液处理组的降幅明显，分别为43.81%和38.23%，沼液+NPK处理组的降幅最小，为10.24%。第3次施肥后，各组土壤的碱解氮含量均上升，依次为沼液+NPK处理组(157.84%)>沼液处理组(133.28%)>不施肥处理组(97.19%)>NPK处理组(87.14%)。

图3 不同施肥处理后茶园土壤的碱解氮含量

2.1.4茶园土壤的有效磷含量

不同施肥处理后茶园土壤的有效磷含量如图4所示。

图4 不同施肥处理后茶园土壤的有效磷含量

从图4中可以看出，在第1次施加基肥后，各组土壤的有效磷含量显著增加，其中沼液+NPK处理组的增幅最大，达98.66 mg/kg，其他依次为水处理组(83.56 mg/kg)>沼液处理组(81.70 mg/kg)>NPK处理组(56.49 mg/kg)。但在第2次追肥后，各组土壤的有效磷含量均有不同程度降低，NPK处理组的降幅最明显，从56.49 mg/kg降到4.46 mg/kg。在第3次施加底肥后，各组土壤的有效磷含量达到峰值，沼液+NPK处理组的最大，为201.12 mg/kg，其他依次为NPK处理组(122.47 mg/kg)>水处理组(80.94 mg/kg)>沼液处理组(51.04 mg/kg)。

2.1.5对茶园土壤速效钾含量的影响

不同施肥处理后茶园土壤的速效钾含量如图5所示。在第1次施加基肥后，各组土壤的速效钾含量均有较明显提高。在第2次追肥后，水处理组和沼液+NPK处理组的土壤速效钾的含量变化不明显，但NPK处理组和沼液处理组却有显著的下降，较上一次施肥分别降低了33.69%和33.03%。在第3次施加底肥后，除了沼液处理组土壤的速效钾含量增加不明显外，其他各组均有较大程度的增加，其中沼液+NPK处理组达到1 066.80 mg/kg，与水处理组(645.58 mg/kg)和NPK处理组(645.58 mg/kg)有显著差异。

图5 不同施肥处理后茶园土壤的速效钾含量

2.2 茶叶品质的分析

不同施肥处理后茶叶的品质分析如图6所示。从图6中可以看出，与水处理组相比，各组茶叶的茶多酚含量均有增加，但沼液处理组的增幅(19.76±0.48%)最小。各组茶叶的氨基酸含量均有提高，依次为沼液+NPK处理组(2.66±0.05%)>NPK处理组(2.64±0.12%)>沼液处理组(2.53±0.08%)>水处理组(2.50±0.19%)。此外，NPK处理组的水浸出物含量增加最明显，沼液+NPK处理组次之，分别为45.36±0.62%和43.04±0.39%。茶叶中的酚氨比为氨基酸与茶多酚的比值。酚氨比控制在8以下，适合做绿茶。本研究发现，沼液+NPK处理组的氨酚比最低，产出的茶叶最适宜制作绿茶。

(a) 茶多酚含量

3 讨论

施加沼液能够显著提高土壤各种养分含量。陈贵等[7]发现，施用沼液可以使土壤的pH值、有效磷和速效钾含量升高。马文会等[8]研究发现，在樱桃园施用沼液能显著提升土壤有机质和N，P，K含量，提高果实品质，使树木生长健壮。高刘等[9]的研究指出，施用沼液肥可改善土壤酸碱度、增加土壤养分含量。在本研究中，与不施肥组相比，沼液+NPK处理组土壤的pH值、有机质、碱解氮、速效钾和有效磷均有增加。这表明，施加沼液代替化肥能够有效地提高土壤的pH值，防止土壤酸化，补充土壤有机质，促进团粒形成，增强土壤保水保肥的能力。同时，沼液富含大量的N，P，K等元素，以及各种微量元素，能够为农作物生长提供比较全面的养分。本研究发现，单独施加化肥和单独施加沼液均不能显著提高茶园土壤的pH值，只有沼液和减量化肥配合施用才能有效提高土壤pH值。这是因为沼液中的有机物与化肥中的化学物质发生了化学反应，生成碱性物质，提高了土壤pH值。另一方面，沼液中的有机物促进了化肥中碱性物质的释放。本研究还发现，试验中各处理组的有效磷含量变化趋势与速效钾的变化趋势保持高度一致，单独施加沼液为土壤提供有效磷、速效钾的含量均没有单独施加氮磷钾肥和沼液配合氮磷钾肥提供的有效磷、速效钾的含量高。这可能是沼液中氮磷钾元素有限，没有化肥中氮磷钾元素含量高，导致单独施加沼液的土壤有效磷、速效钾含量低于单独施加化肥的；而沼液配合减量化肥施用，能够最大限度地促进氮磷钾元素释放，提高土壤的有效磷和速效钾的含量。

通常以茶多酚、氨基酸、水浸出物和酚氨比等指标来评价茶叶品质。茶多酚是由多种酚类化合物组成，主要影响茶的香气和口感，茶多酚中的儿茶素和茶黄素使茶叶具有独特的茶香和回甘，但过多的茶多酚会增加苦涩感。茶叶中富含多种氨基酸，而氨基酸是衡量茶叶品质的重要指标之一，氨基酸能提高茶叶的鲜爽度和口感。水浸出物是能够被沸水萃取出来的物质。姚雍静等[10]的研究显示，对夏秋茶施沼液肥后，其品质提升了2.71%～6.17%，具体表现为水浸出物含量增加2.40%～8.63%，氨基酸增加2.38%～11.90%，茶多酚降低0.47%～2.83%。刘红梅等[11]的研究指出，施加适量的沼液能够提高不同茶季氨基酸含量，降低茶多酚和酚氨比，有助于改善茶叶品质。本研究发现，沼液能够提高茶多酚和氨基酸含量，但提高作用并不明显；沼液配合化肥施加能够显著提高茶多酚和氨基酸含量。这是因为，沼液能够提高茶叶的氨基酸和茶多酚含量，但能够提供的N，P，K元素有限，不能大幅度提高茶叶的品质。沼液配合化肥施用不仅能够显著提高茶多酚和氨基酸含量，而且能够降低酚氨比，保持酚氨比在8以下。可见，沼液配合化肥比纯沼液施用更能提高茶叶品质。

4 结论

沼液+减量化肥能够显著提高茶园土壤的pH值，增加土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，在一定程度上改善了茶园土壤质量。沼液+减量化肥施用能够增加茶叶茶多酚、氨基酸和水浸出物含量，降低酚氨比，控制酚氨比在8以下，提高茶叶品质。