有机肥替代化肥对茶叶产量及经济效益的影响

严玲玲，李治潮，颜妙珺，舒畅，石楠，龙攀*

1.益阳市农业科学院，湖南 益阳413000；2.湖南农业大学，湖南 长沙410000

茶是我国重要的经济作物，茶产业的发展对巩固我国脱贫攻坚成果及促进乡村振兴具有重要作用。茶树生长和茶叶产量、品质深受施肥影响[1]。据研究，肥料投入对茶叶增产贡献率高达41%，远高于其他农艺措施[2]。然而已有的许多研究表明，长期施用化肥以及化肥的不合理施用，会造成土壤板结酸化、供肥保肥能力下降，土壤退化，导致茶叶产量不稳定、品质下降[3-6]，影响茶园的可持续发展。有机肥养分组成全面，在改良土壤、提高土壤肥力的同时可提升茶叶品质，但有机肥养分低，肥效慢，难以满足作物旺盛生长时对养分的需求[7-8]。前人研究表明，实施有机肥替代化肥技术对提高土壤肥力、提高茶叶产量和品质具有较好效果。但对于茶园具体的有机肥替代比例，不同研究却得出不同的结论。吴志丹等[9]认为配施25%有机肥有利于茶叶产量的提高，且茶叶品质综合评分最高，而配施50%以上有机肥则不利于茶叶产量的提高；王子腾等[10]研究表明有机肥/化肥配施比例为20%～50%时，茶叶品质及产量均是最优；而朱旭君等[11]认为75%有机肥+25%化肥可提高茶叶百芽质量和芽叶密度，75%有机肥与100%有机肥处理茶叶氨基酸含量高，酚氨比值低，具有较优品质。

我国茶区分布广，土壤类型多、肥力差异大，不同区域施肥模式与茶叶采摘模式各具地方特色，导致茶叶产量和品质参差不齐。湖南是传统的种茶产茶大省，据统计，2021年，全省茶园面积20.33万hm2，总产量25.90万t[12]，茶园长期以来重施化肥且施肥量大。倪康等[13]对全国14个省份67个地市茶区进行调查，湖南化肥氮用量最高，达606 kg/hm2，且化肥过量施用比例超50%。为控制化肥用量，因地制宜地利用有机肥，探讨合理的施肥方案，本研究以湖南红壤春茶采摘茶园为研究对象，采用有机肥部分替代化肥的方式，分析不同替代方案对茶叶产量、品质及土壤质量的影响，旨在为茶园化肥减施增效技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于湖南省益阳市赫山区新市渡镇跳石村，地理位置35°28'N，112°16'E，属亚热带季风气候。2017—2020年4年年均降雨量1 523 mm，年均气温18.2℃，年均无霜期311 d，年日照时数1 450.6 h。茶园地势平坦，排灌良好，土壤为红壤土，供试茶树品种为福云6号，茶树树龄10年，生长势一致，生命旺盛，符合作为试验品种的标准。试验前茶园土壤0～20 cm基础养分指标分别为：pH值4.37，有机质含量24.2 g/kg，全氮1.56 g/kg，全磷0.81 g/kg，全钾17.2 g/kg，有效磷43.9 mg/kg，速效钾95 mg/kg，碱解氮142 mg/kg。

1.2 试验设计

田间试验，设置6个处理，每个处理设3次重复，采用随机区组设计排列。各处理以等量N、P、K施用为原则，通过采用不同有机无机养分配比设置6个处理，分别是CF：全量化肥养分；M1：25%有机肥+75%化肥处理；M2：50%有机肥+50%化肥处理；M3：75%有机肥+25%化肥处理；M4：100%有机肥处理；CK：不施肥处理。除CK外，各处理按当地习惯施纯N 330 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2、K2O 235 kg/hm2。小区面积18 m2（4.0 m×4.5 m），四周留保护行。有机肥N、P、K含量不足部分用无机肥补充。化肥氮肥为尿素（含N 46%）、磷肥为过磷酸钙（含P2O516%）、钾肥为硫酸钾（含K2O 50%）。商品有机肥由长沙绿丰源生物有机肥料有限公司提供，其养分含量分别为N 4.12%、P2O51.09%、K2O 2.93%，有机质含量>45%。各处理按照施肥总量，有机肥、磷肥以及70%的氮肥和钾肥于每年11月中下旬作基肥一次性开沟施入，沟深20 cm，剩余30%的氮肥和钾肥作催芽肥在3月上旬春茶采摘前开沟追施。茶园其他管理措施一致。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 茶树生长及产量

2018—2020年春茶采茶期间，在茶叶生长至一芽一叶时，每个小区用30 cm×30 cm方框随机套取3个区域，调查茶芽密度，计数并取平均值。各小区按照一芽一叶标准采摘鲜叶，随机称取100个一芽一叶，重复3次取平均值作百芽质量。在清明节前各小区分多次按一芽一叶标准人工采摘鲜叶称重，计总重作名优绿茶产量。在5月上旬，用采茶机进行机械采摘，采小区全部鲜叶称重计机采毛茶产量。

1.3.2 茶叶理化成分

于2020年采回一芽一叶鲜叶经蒸青制样后用国标法[14-17]检测其理化成分。

1.3.3 土壤样采集及理化性质

于每年11月份基肥施用前，在试验地茶垄滴水线（施肥点）外10 cm处，除去表面枯枝落叶层，采用“W”形5点取样法用土钻在各小区采集0～20 cm土层土壤样品，在室内阴凉处风干后混合磨碎过2 mm筛留样待检。参照鲁如坤[18]的方法测定土壤中的有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量和pH值。

1.4 数据分析

采用Excel 2010以及SPSS 20数据处理软件进行数据统计分析，采用邓肯氏法进行处理间差异的显著性检验，图表中的数据均采用平均值±标准差（M±SD）表示。

2 结果与分析

2.1 有机肥替代化肥对茶叶产量及产量特性的影响

茶树的茶芽密度和百芽质量是衡量茶树产量特性的主要指标。由表1可知，相比CK处理，各施肥处理连续3年茶树茶芽密度和百芽质量均显著增加，表明施肥可以促进茶芽萌发并使芽叶更加壮硕。相比常规施肥（CF），有机肥替代化肥处理对百芽质量影响不显著，但对茶芽密度的影响具有一定作用周期。第一年有机肥替代处理的茶芽密度有所降低，但随着施用年限的增加，有机肥的效果越来越明显，第二年M1处理茶芽密度较CF处理增加1.2%；连续施用3年后，M1、M2、M3处理茶芽密度均有所增加，增幅分别为11.27%、22.36%、2.86%，且M1、M2处理较CF处理差异显著，M4处理有所降低。

表1 有机肥替代化肥对茶树生长的影响

从图1可以看出，不同有机肥替代模式对茶叶产量影响显著。与CK相比，各施肥处理茶叶产量均显著提高（P<0.05）。对比不同施肥处理，2018年，各有机肥替代处理春茶产量均比CF处理有所降低。2019年，相比CF处理，名优绿茶产量除M4外，M1、M2和M3处理产量均比CF处理有所增加，增幅为0.9%～9.5%，以M1产量最高，较CF差异显著；机采毛茶产量M1和M2较CF处理显著增加，M3、M4处理有所降低；各有机肥替代化肥模式下，M1、M2处理春茶总产量较CF处理显著增加，M4处理差异不显著，M3处理显著降低。2020年，名优绿茶产量表现为M2>M1>M3>CF>M4，且M1、M2较CF显著增加；机采毛茶产量表现为M2>M1>CF>M4>M3，各施肥处理间差异均不显著；各有机肥替代化肥模式下春茶总产量以M1处理最高，其次为M2处理，较CF处理分别增加5.9%、2.8%，M3、M4较CF处理有所降低，但降幅不显著。

图1 有机肥替代化肥对茶叶产量的影响

综合3年数据来看，与CF相比，M1、M2处理增加名优绿茶及机采毛茶产量，春茶总产量3年平均增幅分别为3.7%和2.8%，且M1与CF处理间差异显著，但M3、M4较CF处理产量显著降低。这表明有机肥适量替代化肥可提高茶叶产量，但过高的替代比例对茶叶产量则产生负面影响。

2.2 有机肥替代化肥对茶叶主要理化成分含量的影响

不同处理的茶叶主要理化成分含量详见表2、表3。相比CK，各施肥处理茶叶的水浸出物、咖啡碱、游离氨基酸含量有所增加，酚氨比显著降低，儿茶素品质指数[100×(EGCG+ECG)/EGC]增大，表明施肥可提升茶叶品质。相比CF处理，各有机肥替代化肥处理能提高茶叶水浸出物、游离氨基酸、咖啡碱含量及儿茶素总量，降低酚氨比。其中各有机肥替代处理间水浸出物、游离氨基酸含量及酚氨比差异不显著，酚氨比随替代比例增加比值减小，水浸出物及游离氨基酸含量以M3处理最高，较CF处理分别增加2.0%和4.3%；咖啡碱及儿茶素总量随着替代比例的增加增幅降低，增幅分别为0.6%～8.0%、2.0%～5.1%。此外，有机肥替代化肥处理儿茶素品质指数呈先上升而后下降趋势，M1和M2处理较CF处理分别提高0.5%和2.6%，M3和M4较CF处理分别降低8.1%和9.3%。

表2 有机肥替代化肥对茶叶主要理化成分含量的影响

表3 有机肥替代化肥对茶叶儿茶素组分的影响

2.3 有机肥替代化肥对土壤主要理化指标的影响

由表4可知，随着种植年限的增加，CK处理土壤有机质、全氮、速效钾含量及pH变化缓慢；CF处理有机质含量呈现先上升后下降趋势，全氮含量变化平缓，有效磷、速效钾含量和pH总体呈上升趋势，碱解氮呈先下降后上升趋势；各有机肥替代化肥处理土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量及pH值均呈大幅增加趋势。

表4 有机肥替代化肥对土壤主要理化指标的影响

相比CF处理，有机肥替代化肥可以明显提高茶园土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量，提高土壤pH，且整体呈现随着种植年限增加，差异越来越大。连续替代施肥3年后，土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾含量分别较CF提高19.5%～36.1%、11.0%～35.1%、12.4%～23.1%、5.2%～9.3%，且均差异显著，其中以M4处理含量最高；土壤有效磷含量提高2.8%～8.5%，pH值提高0.17～0.25个单位，以M2处理最高。

对比有机肥不同比例替代化肥处理，连续替代施肥3年后，土壤有机质、全氮、碱解氮含量呈现先减少后增加趋势，均以M4处理最高，而土壤有效磷含量及pH值则呈现先增加后减少趋势，均以M2处理最高。

2.4 有机肥替代化肥对茶园经济效益的影响

通过对2020年茶园经济效益进行分析，各施肥处理茶叶产值均明显高于CK（表5）。各施肥处理中，M1、M2、M3处理产值均高于CF处理，每公顷分别增加8 747元、11 767元、5 801元；M4处理产值低于CF。与CF处理相比，M1、M2、M3处理增加了肥料、人工及机械成本，每公顷总成本分别提高4 140元、7 226元和7 939元；相比CF处理，每公顷茶园M1、M2处理利润分别增加4 607元、4 541元，M3、M4处理利润分别降低2 138元、14 140元。从经济效益上看，在有机肥价格不变的前提下，有机肥适量替代化肥能够增加茶园产值，提高茶农经济效益，当施用比例较大时则增加了成本而不利于提高经济效益。

表5 有机肥替代化肥对茶园经济效益的影响 元/hm2

3 小结与讨论

3.1 有机肥替代化肥对茶叶产量和品质的影响

施肥是促进茶树生长，提高茶叶产量及品质的重要农艺措施。有机肥部分替代化肥通过外源有机物的投入，调节土壤C/N，促进土壤养分平衡供给，从而促进茶树生长，提高茶叶产量，改善茶叶品质[9,19]。本研究结果表明，相比不施肥处理（CK），各施肥处理增产效应显著，3年平均增幅为35.9%～59.1%。相比常规施肥，有机肥连续替代25%～50%的化肥促进茶芽萌发，提高春茶产量，而有机肥替代比例过高则不利于茶叶产量的提高，这与以往部分研究结果一致[9-10]，这是因为有机肥养分释放速度慢，在作物生长旺季，养分供给难以保证[20]，有机肥部分替代化肥既体现了化肥肥效的快且集中，又发挥了有机肥养分全面和肥效持久的优势，从而达到增产目的[21]。

水浸出物、氨基酸、咖啡碱、茶多酚等是茶叶主要品质成分，水浸出物是茶汤滋味的综合体现，氨基酸含量高，茶叶鲜爽度好，对于绿茶，酚氨比越低，茶叶品质越高[22]；儿茶素品质指数越大，则鲜叶嫩度和品质越好，绿茶质量越高[23]。在本研究中，有机肥替代化肥能提高茶叶水浸出物、游离氨基酸、咖啡碱含量及儿茶素总量，降低酚氨比，提高名优绿茶品质，这与王子腾等[10]、朱旭君等[11]研究结论一致，施用有机肥可提高茶树鲜叶中内含物质含量，改善茶叶品质。

3.2 有机肥替代化肥对茶园土壤肥力的影响

土壤肥力是农业可持续发展的基础保障，有机肥与无机肥配施对提高土壤有机质含量，改善土壤性状、培肥土壤作用明显[24-27]。王子腾等[10]研究指出，有机肥替代20%～50%化肥，能提高土壤有机质、氮素、有效磷、速效钾等含量，改善土壤结构，有助于提高土壤保水保肥能力，提高肥料利用效率。本研究结果表明，连续3年有机肥替代化肥茶园土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量明显提高，且整体呈现随着种植年限增加，提升幅度越大，与李萍萍等[28]研究结果一致。这表明连续实施有机肥替代化肥是培肥茶园土壤的重要途径。

茶园土壤pH影响茶树的生长及茶叶品质，茶园适宜土壤pH为4.0～6.5，最适为4.5～5.5[29]。单施化肥土壤pH显著下降，且起着明显酸化土壤的作用[30-31]，有机肥与化肥合理配施可减缓土壤酸化，提高土壤pH[9,19,27]。本研究结果表明，连续3年有机肥替代化肥，茶园土壤pH较纯化肥施用茶园（CF）增加0.17～0.25个单位，以50%有机肥替代化肥增幅最大，这表明有机肥合理替代化肥可有效阻控土壤酸化。

3.3 有机肥替代化肥对茶园经济效益的影响

经济效益是茶农或茶企最关心的问题，也是衡量一项技术能否推广的重要因素，在本研究中，实施有机肥替代化肥，虽然增加了肥料投入成本及施肥人工成本，但有机肥替代25%～75%化肥提高了茶叶产量，增加了茶叶产值，扣除各项成本，相比施用化肥，有机肥替代25%、50%化肥利润分别增加4 607 kg/hm2、4 541 kg/hm2，若计算茶叶品质提升效益，则经济效益增加更为明显。

通过连续3年开展有机肥替代化肥试验，结果表明，随着有机肥施用年限的增加，对茶叶产量和品质提升效果更好。有机肥替代化肥能提高茶叶水浸出物含量、游离氨基酸含量、咖啡碱含量、儿茶素总量，降低酚氨比，提高名优绿茶品质；在不同的替代方案中25%～75%的有机肥替代化肥比例连续施用3年可促进茶叶萌发，提高茶芽密度；25%～50%的比例增加春茶产量。有机肥替代化肥可不同程度增加土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等养分含量，且整体呈现出随着种植年限增加，增幅越大的趋势。有机肥替代化肥可提高土壤pH值，减缓土壤酸化，其中以50%有机肥替代化肥增幅最大。25%和50%的有机肥替代比例可提高茶园经济效益，与单施化肥相比，25%、50%的有机肥替代比例分别使茶园净收益增加4 607元/hm2、4 541元/hm2。综合分析有机肥替代化肥对茶园产量、品质、土壤肥力及经济效益的影响，初步认为25%～50%的有机肥替代化肥比例是湖南茶园最优的有机肥替代方案。