澳洲坚果青皮发酵肥对茶园土壤养分和茶叶品质的影响

尚怀国 周泽宇 施蕊 兰宗宝 冷杨 李彪

摘要：【目的】探究澳洲堅果青皮在肥料领域的利用及其对茶园土壤和茶叶产量和质量的影响，为改良茶园土壤营养状况及提升茶叶产量和质量提供参考。【方法】以废弃的澳洲坚果青皮为原料发酵成堆肥，以常规化肥施肥为对照，考察不同化肥减量（减少20%、40%和60%）施用配合澳洲坚果青皮发酵肥增施（15000、22500和30000 kg/ha）模式下的茶园土壤肥力及茶叶产量和质量。【结果】茶园减施20%化肥并增施15000～30000 kg/ha澳洲坚果青皮发酵肥，以及减施40%化肥并增施30000 kg/ha澳洲坚果青皮发酵肥的施肥模式均可提高茶园土壤pH，使其达到适合茶树生长的pH范围;同时，茶叶的产量相关指标（百芽重、芽密度、鲜茶叶产量）和茶叶质量相关指标（茶多酚、咖啡碱、氨基酸、儿茶素、水浸出物）均高于或显著高于（P<0.05）单施化肥的对照组。而减施60%化肥的试验组，即使增施了澳洲坚果青皮发酵肥，对茶园的土壤和茶叶产量和质量亦有不利影响。【结论】减施20%化肥同时增施不少于15000 kg/ha澳洲坚果青皮发酵肥，以及减施40%化肥同时增施30000 kg/ha澳洲坚果青皮发酵肥的施肥模式可在茶叶种植中推广应用。

关键词： 澳洲坚果青皮;发酵肥;茶园土壤;有机质;茶叶品质

中图分类号：S141.4;S571.1                   文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2021）07-1877-10

Effects of wet compost of macadamia nut peel on tea garden

soil nutrient and tea quality

SHANG Huai-guo1， ZHOU Ze-yu1， SHI Rui2， LAN Zong-bao3， LENG Yang1， LI Biao4*

（1National Agro-tech Extension & Service Center， Beijing  100125， China; 2Southwest Forestry University， Kunming， 650224， China; 3Agricultural Science and Technology Information Research Institute， Guangxi Academy Agricultural Sciences， Nanning  530007， China; 4Yuxi Sannong Plateau Characteristic Modern Agriculture Co.，Ltd.，

Chengjiang，Yunnan  652599， China）

Abstract：【Objective】To explore the utilization of macadamia nut peel in the field of fertilizer and its impact on the soil nutrient and yield and quality of tea garden， and provide reference for improving the soil nutritional status of tea garden and improving the yield and quality of tea garden. 【Method】The macadamia nut peel were fermented into fertilizer and applied on tea orchard. Using conventional fertilizer as control， testing the application patterns of different fertilizer reductions （20%， 40% and 60% reduction） combined with increased application of fermented fertilizer of macadamia nut peel （15000， 22500 and 30000 kg/ha）， and invested its effect on soil fertility， tea yield and quality. 【Result】The experimental group which was reduced 20% chemical fertilizer and add 15000-30000 kg/ha macadamia husk fertilizer， and the experimental group with a 40% reduction in fertilizer applied an additional 30000 kg/ha of macadamia husk fertilizer could both increase the pH of soil， making it suitable for tea tree growth. At the same time， tea yield related indicators（the weigh of one hundred tea bud， thickness of tea bud and area yield） and tea quality related indexes（tea polyphenols， caffeine， amino acids， catechins， water extract） were significantly higher than the control group（P<0.05）. In the experimental group with a 60% reduction in fertilizer application， even with the addition of macadamia nut peel fermentation fertili-zer， the soil and tea yield and quality of the tea garden were adversely affected. 【Conclusion】The fertilization mode that reduces fertilizer application by 20% and simultaneously increases macadamia nut peel fertilizer by no less than 15000 kg/ha and reduces fertilizer application by 40% and simultaneously increases macadamia nut peel fertilizer by 30000 kg/ha can be promoted for tea plantation.

Key words： macadamia nut peel; fermented fertilizer; tea orchard soil; organic matter; quality of tea

Foundation item： Yunnan Thousand People Plan High-end Foreign Experts Special Project（2019013）; Yunnan Provincial Finance and Forestry Science and Technology Promotion Demonstration Project（〔2020〕TS09，〔2020〕TG29）; 2021 Provincial Foreign Expert Introduction Project（202105AQ130011）

0 引言

【研究意义】茶树（Camellia sinensis）是一年多次采摘的多年生经济作物，在保证茶树常年连续提供高产量和高质量茶叶的措施中，施肥是对茶树生长贡献率最大的重要措施（Kamau et al.，2008;唐劲驰等，2011;游小妹等，2012）。然而，常年连续施入化肥，尤其是施肥量超过作物所需量时，会导致茶园土壤酸化（Ju et al.，2006;张倩等，2011），亟待通过增施有机肥和控施化肥改良茶园土壤及减少土壤养分流失，以达到茶叶提质增产的效果（王子腾等，2018）。澳洲坚果（Macadamia integrifolia）素有坚果皇后的美誉，2020年云南省澳洲坚果面积超过26.67万ha，壳果产量3.4万t，澳洲坚果青皮约7.0万t。产生的澳洲坚果青皮除少量用作沤肥和饲料外，绝大部分作为废弃物而大量丢弃，不仅污染环境，还引起霉变效应，增加全球温室气体的排放量，青皮中蕴含的大量活性物质基本未得到合理开发利用，造成极大浪费。因此，若能将澳洲坚果青皮发酵成肥料，并用于茶园土壤改良，一方面为绿色茶叶生产提供有机肥，另一方面可为澳洲坚果青皮的利用寻找新途径，为践行“绿水青山就是金山银山”理念提供实践参考。【前人研究进展】我国是茶叶大国，据统计，2019年我国茶园面积为310.5万ha，茶叶产量达277.72万t。茶园土壤的酸化程度会随着茶树种植年限的增长而加重（Wang et al.，2010;曹丹等，2009），而茶园土壤严重酸化会影响茶树生长，致使土壤中重金属等有毒元素的活性增强，进而导致茶叶品质下降（章明奎等，2005;Han et al.，2006;孙丽等，2008），因此，人们越来越关注茶园土壤的改良（Siddiqui et al.，2011;田润泉和吕闰强，2016;张昆等，2017;刘声传等，2018）。林新坚等（2012）的研究结果显示，1/2茶树配方化肥+1/2有机肥+豆科绿肥的施肥方式可使茶叶增产106.17%，茶多酚和水浸出物累积量分别提高73.29%和85.56%，茶园中有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷和速效钾分别提高1.29、1.70、2.98、1.59、34.30和3.30倍。刘术新等（2016）研究发现，施用猪粪沼液、鸡粪堆肥和海产品残渣有机肥对提高茶树发芽密度、百芽质量、鲜叶产量及改善品质均有显著促进作用，尤以猪粪沼液效果最佳。王子腾等（2018）研究表明，减施20%化肥后茶园土壤中各营养元素含量均有所降低，但未达显著水平，茶叶产量显著降低，而茶叶品质略有提高;有机肥—化肥施肥比例为20%～50%时，茶园土壤中各营养元素、有机质含量均有所提高，茶叶品质也得到提高。何志华等（2019）采用猪粪、牛粪和菜籽饼等有机肥料并配施蚯蚓對茶园土壤进行改良，结果显示，有机肥单施和配施蚯蚓均可显著改善茶树的生长，提高茶叶产量，改善茶叶品质，降低开花量，提高经济效益。可见，在茶园中合理使用有机肥，对改善茶园土壤及提高茶叶产量和质量均有一定促进作用。【本研究切入点】近年来，我国澳洲坚果种植面积快速扩大，澳洲坚果产量也不断增加，但关于澳洲坚果青皮的研究大多集中在成分及其活性方面（刘秋月等，2016;张明等，2017，2018，2020;郭刚军等，2020），少有对其开发利用的研究报道（李彪等，2011a，2011b）。云南省大部分茶区（临沧、普洱、德宏和保山）都有澳洲坚果种植，且部分地区实现了台地茶园套种澳洲坚果的种植模式，但关于澳洲坚果青皮开发成肥料用于茶园土壤酸化改良的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以废弃的澳洲坚果青皮为原料发酵成堆肥，考察不同化肥减量施用配合澳洲坚果发酵肥增施对茶园土壤肥力、茶叶产量和质量的影响，为改良茶园土壤营养状况及提升茶叶产量和质量提供参考。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

澳洲坚果青皮来自于云南省普洱市江城县国庆乡嘎勒村的澳洲坚果，为O.C.、344、741、695、H2和788等品种的青皮混合，各品种青皮比例未知。将人工或机械剥离的澳洲坚果青皮打碎，拌以5%沼液后堆沤发酵半年以上（一般为10月—次年4月），发酵完全后自然脱水至含水率小于30%，即为澳洲坚果青皮发酵肥（以下简称发酵肥）。复合肥为购自云南云天化股份有限公司的平衡型复合肥，N-P-K为15-15-15;尿素购于山西渭河重化工有限责任公司，含氮量≥46.4%。

1. 2 试验地概况

试验地位于云南省普洱市江城县牛洛河村茶园（东经101°52′，北纬22°28′），海拔1135 m，属亚热带季风性湿润气候，具有降水量充沛、日照充足及四季分明的特点。其中，年平气温18.7 ℃，最冷月（1月）月均气温12.1℃，最热月（6—7月）月均气温22.2 ℃;年均有霜日2～3 d;年均降水量2283 mm，年均降雨天数178 d;年均日照时数1886 h;相对湿度85%;年均蒸发量1478 mm。供试茶园为人工栽培的台地茶，种植年限6年，株行距1.5 m。

1. 3 试验方法

1. 3. 1 试验设计 试验设10个处理（表1），每处理3次重复，共30个小区，每小区面积25 m2（5 m×5 m）。各小区随机排列，小区间设1 m隔离行。

2018年12月3日施第1次冬肥，施肥方法为沿种植台面茶树带的两侧沟施，将化肥和发酵肥均匀撒于距茶树滴水线外5 cm的施肥沟（宽20～25 cm，深20～40 cm），用开沟机将肥料与土壤拌均匀，盖土填平施肥沟;化肥全年分别于12月（冬肥）、次年2月（春肥）和7月（雨水肥）分3次施入，各次的施入量分别为年总施肥量的40%、30%和30%;发酵肥于12月一次性施入。2019年12月10日施第2次冬肥，施肥方法同冬肥。

1. 3. 2 样品采集方法 土壤样品采集方法：分别于2018年12月3日和2019年12月10日采集距茶树施肥沟5～10 cm处0～20 cm和20～40 cm深度土壤样品（样品采集在当日施冬肥前进行），避开路边、田埂、沟边等区域。采用S布点法采样，每小区取5点的样品混合成1个土样，并用四分法留取样品，剔除土样杂物、压碎，自然风干过40目筛后用自封袋分装，密封，于干燥阴凉处保存，待检测分析。

茶叶采集方法：分别于2019年3月和2020年3月开展调查。春梢生长30%～40%达开采要求时，每小区随机选取3个取样点，每个取样点随机选取0.2 m2采摘面，调查芽密度，测定一芽二叶百芽鲜重。2019年分别于3月1、15和30日进行3次采收，2020年分别于3月3、16和31日进行3次采收，采收的茶葉为一芽一叶、一芽二叶和一芽三叶，3次采收产量累计作为当年春茶茶青总产量。将3个重复的茶叶样品混合，用于茶叶质量检测（王子腾等，2018）。

1. 3. 3 测定方法 土壤pH测定采用水浸提电位法（水土比为2.5∶1）;土壤有机质参照GB 9834—1988《土壤有机质测定法》中的重铬酸钾—外加热法进行测定;土壤全氮含量测定采用半微量凯氏法;土壤全磷含量测定采用NaOH熔融—钼锑抗比色法;土壤全钾含量参照GB 9836—1988《土壤有机质测定法》中的NaOH熔融—火焰光度法进行测定;土壤速效氮、速效磷和速效钾含量根据NY/T 1849—2010《酸性土壤铵态氮、有效磷、速效钾的测定联合浸提—比色法》进行测定。澳洲坚果青皮发酵肥相关指标按NY 525—2012《有机肥料》的相关规定进行测定。茶叶茶多酚和儿茶素类含量参照GB/T 8313—2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》进行测定，水浸出物含量参照GB/T 8305—2013《茶 水浸出物测定》进行测定，咖啡碱含量参照GB/T 8312—2013《茶 咖啡碱测定》进行测定，游离氨基酸总量采用GB/T 8314—2013《茶 游离氨基酸总量的测定》中的茚三酮比色法进行测定。

1. 4 统计分析

应用SPSS 17.0对试验数据进行平均值、标准差及显著性（Dunnete-t检验）和相关分析，采用Excel 2010绘图。

2 结果与分析

2. 1 茶园土壤及发酵肥的理化指标测定结果

茶园土壤及发酵肥的理化指标测定结果如表2所示。由表2可看出，茶园土壤总氮（N）、总磷（P）、总钾（K）含量分别为1289.45、310.98和546.59 mg/kg，速效氮、速效磷、速效钾含量分别为89.37、15.59和110.11 mg/kg，均在正常值范围，属于中度肥力土壤。茶园土壤的有机质含量为20.44 g/kg，有机质含量偏低;茶园土壤pH为4.94，呈弱酸性，在茶树生长的适宜pH范围内。

发酵肥中的总氮、有效五氧化二磷（P2O5）、氧化钾（K2O）和总养分含量分别为312.53、34.38、27.85和373.38 mg/kg，总养分含量未达到NY 525—2012《有机肥料》中规定≥5%的要求;有机质含量（以干基计）为50.24 g/kg，符合NY 525—2012《有机肥料》中规定≥45%的要求;含水量为27.15%，符合NY 525—2012《有机肥料》中规定≤30%的要求;pH为7.33，符合NY 525—2012《有机肥料》中规定pH 5.5～8.5的要求，且高于茶园土壤pH，加入该发酵肥后可调节茶园土壤pH。本研究未检测澳洲坚果青皮发酵肥中的总砷（As）、总汞（Hg）、总铅（Pb）、总镉（Cd）和总铬（Cr）等重金属含量，以及蛔虫卵死亡率和粪大肠杆菌群数等指标，因此本研究的澳洲坚果发酵肥不能称为有机肥，只能称之为澳洲坚果青皮发酵肥。

2. 2 施用发酵肥对茶园土壤的影响

施用发酵肥对茶园土壤的氮、磷和钾含量均有不同程度的影响。由图1可知，随着化肥使用量的减少，茶园土壤中的总氮、总磷、总钾、速效氮、速效磷和速效钾含量均有所下降;且相同化肥施肥量下，2020年3月茶园土壤中总氮、总磷、总钾、速效氮、速效磷和速效钾含量均较2019年3月有所上升，可能是2019年12月施冬肥所致。在相同的测定时间，相同化肥施肥量的试验组，随着发酵肥施用量的增加，其土壤中的氮、磷和钾含量均有所增加，究其原因是发酵肥中也含有一定的氮、磷和钾元素。化肥施用量分别减施20%、40%、60%的试验组，即化肥用量分别是对照的80%（T1、T2和T3）、60%（T4、T5和T6）和40%（T7、T8和T9）的试验组，随着化肥施用量的减少，土壤中的氮、磷和钾含量均降低，说明该茶园土壤中的氮、磷和钾含量受化肥施肥量的影响。

由图2-A可看出，在相同化肥施用量下，茶园土壤中的有机质含量随着发酵肥施用量的增加而增加。对照组（CK）茶园土壤中的有机质含量均低于施用发酵肥的试验组。对照组2020年3月土壤中的有机质含量低于2019年3月的含量，其原因可能是对照组未施用发酵肥，且该茶园清园时将杂草等全部带出茶园，缺少有机质来源，而连续施用化肥会导致土壤矿化等，降低土壤中的碳源含量，进而降低土壤微生物的丰度。施用发酵肥的试验组，2020年3月茶园土壤中的有机质含量高于2019年3月的含量，说明发酵肥的施用是增加土壤有机质的重要手段之一。

由图2-B可看出，对照组的茶园土壤pH显著低于施用发酵肥的试验组（P<0.05，下同）;在相同化肥施用量下，发酵肥的施用量越高，其土壤pH越高，说明施用发酵肥有助于提高茶园土壤pH，对长期使用化肥导致的土壤酸化有改善作用。图2-B还显示，除对照组外，同一处理的土壤pH，2020年3月显著高于2019年3月，再次说明施用发酵肥可改善茶园土壤酸化状况。

2. 3 施用发酵肥对茶叶产量的影响

由图3可看出，在相同化肥施用量下，试验范围内茶叶的芽密度、百芽重和鲜茶叶产量均随发酵肥施用量的增加而增加，且不同发酵肥施用量的试验组间基本存在显著差异，说明发酵肥施用量对茶叶的产量有显著影响。在相同的发酵肥施用量下，随着化肥施用量的减少，其茶叶的芽密度、百芽重和鲜茶叶产量均显著降低，说明在试验施用量范围内化肥施用量对茶叶的产量也有显著影响。化肥施用量为正常施用量80%的试验组（T1、T2和T3），其茶芽密度、百芽重和鲜茶叶产量均显著高于对照;化肥施用量为正常施用60%的试验组（T4、T5和T6），通过施用发酵肥可增加茶园土壤的营养成分，基本保证茶叶产量不低于（甚至超过）正常施用化肥的对照组;化肥施用量为正常施肥40%的试验组（T7、T8和T9），其茶芽密度、百芽重和鲜茶叶产量均低于对照组;说明在减施化肥的条件下增施发酵肥，可在一定范围内保证茶叶的产量。就同一个试验组而言，2020年3月的茶芽密度、百芽重和鲜茶叶产量均显著高于2019年3月，究其原因可能是2020年3月当地有少量降雨，或当年气温较2019年更适合茶叶新芽的萌发，或是连续施肥促使茶園肥力增加而增产。

2. 4 施用发酵肥对茶叶品质的影响

茶叶中的茶多酚、咖啡碱、氨基酸、儿茶素和水浸出物含量均受施肥量的影响，化肥施用量减施20%、40%和60%的试验组均表现为随着茶园化肥施用量的减少而降低，随着发酵肥施用量的增加而增加（图4）。说明与茶叶品质相关的指标不仅受植物所需大量元素氮磷钾的影响，还受土壤中发酵肥的影响。结合图2结果，减施化肥和增施发酵肥均影响茶园土壤pH，进而对茶叶品质的相关指标造成影响。图4显示，化肥减施20%的试验组及化肥减施40%且增施22500和3000 kg/ha发酵肥的试验组茶叶中茶多酚、咖啡碱、氨基酸、儿茶素和水浸出物含量均高于或显著高于对照组;而化肥减施60%的试验组（T7、T8和T9），即便增施了发酵肥，其茶多酚、咖啡碱、氨基酸、儿茶素和水浸出物含量仍低于或显著低于对照组。就改善茶叶品质而言，综合考虑成本，建议后续施肥可采用T6的模式进行，即化肥在现有常规施肥的基础上减施40%，同时增施30000 kg/ha发酵肥。由图4还可看出，在所有增施发酵肥的试验组中，2020年3月采集茶叶的茶多酚、咖啡碱、氨基酸、儿茶素和水浸出物含量均不同程度高于2019年3月采集的茶叶，说明连续2次施肥可改善茶叶的品质。

2. 5 土壤理化指标与茶叶产、质量指标的相关性

由表3可看出，土壤中的氮磷钾元素与茶叶的芽密度、百芽重、鲜茶叶产量及茶多酚、咖啡碱、氨基酸、儿茶素和水浸出物含量均呈极显著正相关（P<0.01，下同），可能是本研究设计的化肥减施梯度较大所致。pH与有机质含量呈极显著正相，但与总氮呈显著负相关，与总磷、总钾和速效磷呈负相关但未达显著水平，说明化肥的施用降低了茶园土壤pH，而增施发酵肥可改善土壤pH。除氨基酸外，土壤中的有机质含量与茶叶的产量和质量相关指标均呈正相关，但未达显著水平，说明增施发酵肥有利于提高茶叶的品质。土壤pH与茶叶的产量和质量相关指标均呈正相关，且与百芽重和咖啡碱含量呈显著或极显著相关，说明施用发酵肥改良茶园土壤pH，可适当提高茶叶的产量和品质。

3 讨论

茶树是我国的重要经济作物之一，在我国农业生产中占有重要地位（阮建云等，2001）。施肥是土壤养分的重要来源，无论是施用化肥还是有机肥，均可影响茶园土壤质量、茶叶产量和品质（彭萍等，2006;张国荣等，2009）。常年连续使用化肥，会导致茶园土壤有机质含量和茶叶品质下降等问题（Chen and Lin，2016;刘声传等，2018）。因长期使用化肥和茶树连年生长的双重作用，导致茶园土壤逐渐酸化，因此有学者采用碱渣来调节茶园土壤pH，发现每公顷施用碱渣4.5 t可将土壤pH由4.45调高至5.51（王辉等，2011）。与此相似，本研究减施化肥并配施发酵肥的试验组对茶园土壤pH均有一定的改善作用，且连续采取配施发酵肥模式能有效提高茶园土壤pH，使茶园土壤pH越来越接近茶树生长的最佳pH（5.5）（林智等，1990）。施用碱渣不仅可改善土壤pH，还使得茶叶中茶多酚、儿茶素、咖啡碱、氨基酸和叶绿素含量分别比对照提高22.5%、27.8%、34.9%、69.0%和52.1%，并降低51.2%的Pb含量（王辉等，2011）。至今，国内外已开展了一系列关于不同施肥模式改善茶园土壤环境、提高茶叶产量和质量的研究，结果表明，有机肥和无机肥配合施用，可提高土壤有机质含量、改善茶叶产量和品质（Siddiqui et al.，2011：田润泉和吕闰强，2016;张昆等，2017;刘声传等，2018）。本研究中，减施20%化肥同时配施15000～30000 kg/ha澳洲坚果青皮发酵肥的试验组，以及减施40%化肥同时配施30000 kg/ha澳洲坚果青皮发酵肥的试验组，其土壤肥力相关指标、茶叶产量和质量相关指标高于或显著高于仅施化肥的对照组。本研究结果较王子腾等（2018）的研究结果好，其研究认为减施20%的化肥，茶园土壤中各营养元素含量有所降低，但未达显著水平，茶叶产量显著降低，而茶叶品质稍有提高。施肥模式对茶叶产量、营养积累和土壤肥力均有一定影响（林新坚等，2012）;另外，单施猪粪、牛粪和菜籽饼等有机肥料，或配施蚯蚓，或施用猪粪沼液、鸡粪堆肥和海产品残渣有机肥，均可显著改善茶树的生长，提高茶叶产量，改善茶叶品质，降低开花量，提高经济效益（刘术新等，2016;何志华等，2019）。在减施化肥并增施澳洲坚果青皮发酵肥的基础上配施猪粪、牛粪、菜籽饼、猪粪沼液、鸡粪堆肥和海产品残渣等有机肥料，是否能施用更少肥料而达到更好的土壤改良及提高茶叶产量和质量的效果，尚有待更深入的研究。

本研究仅分析减施化肥并配施澳洲坚果青皮发酵肥经过2次施肥后对茶园土壤养分和茶叶品质的影响，连续多年多次进行该施肥模式对茶园土壤、茶叶产量和质量的影响，以及对土壤微生物影响、茶园硝化和反硝化情况、环境保护的评价，尤其是连续减施化肥是否会造成土壤中氮磷钾降低等均有待下一步探究。

4 结论

茶园减施20%化肥同时增施不少于15000 kg/ha澳洲坚果青皮发酵肥，以及减施40%化肥同时增施30000 kg/ha澳洲坚果青皮发酵肥的施肥模式均可提高茶园土壤pH，使其达到适合茶树生长的pH范围，同时可提高茶叶的芽密度、百芽重、鲜茶叶产量及茶多酚、咖啡碱、氨基酸、儿茶素和水浸出物含量，保证茶叶的产量和质量，该施肥模式可在茶叶种植中推广应用。

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（責任编辑 麻小燕）