不同施肥模式对茶园土壤酸度和茶叶产量的影响

江福英，吴志丹*，张 磊，陈玉真，尤志明

（1. 福建省农业科学院茶叶研究所，福建 福州 350013；2. 国家土壤质量福安观测实验站，福建 福安 355015）

0 引言

【研究意义】福建是全国著名的产茶大省，茶产业作为福建农业七大优势特色产业之一，在福建现代农业中有着不可替代的地位。2022 年全省茶园面积24.07 万hm2，毛茶产量52 万t，茶叶全产业链产值超1 500 亿元。由于经济利益的驱使，普遍存在偏施化肥问题，福建茶园平均氮肥用量266 kg·hm-2，约有43.6%的茶园氮肥用量超过300 kg·hm-2，有机肥使用面积小于30%[1]。化肥过量偏施容易导致茶园土壤酸化持续发展，据统计，福建省有65.4%茶园土壤pH＜4.5[2]。茶园土壤过度酸化，抑制茶树根系生长，影响茶树养分吸收，降低茶叶产量及品质[3]；同时提高土壤重金属元素有效性[4]，增加了茶叶质量安全风险。因此，探究施肥模式对茶园土壤酸化的阻控和改良效果对农业生态和环境的健康发展具有重要作用。【前人研究进展】土壤酸化指酸中和容量减少导致的酸度上升，通常导致土壤板结、土壤退化、矿质营养元素有效性下降、盐基离子流失、生产力降低及有害重金属元素的活化等危害产生[4,5]，茶树自身的物质代谢循环[6]及化肥过量施用[7]是茶园土壤过度酸化的主要成因，并引起茶园土壤酸化向土壤深层次发展[8]。不同的茶园土壤肥料管理措施可以有效减缓或改良茶园土壤酸化，吴志丹等[9]研究表明连续4 年配施有机肥茶园表层土壤pH 提高0.22～0.72 个单位；采用生物质炭[10]、碱渣[11]等材料可以改良茶园酸化土壤。然而，国内关于茶园土壤酸化的研究大多关注茶园土壤酸化现状的普查[12]和酸化成因的分析[13]，对农业措施在茶园系统酸化改良的作用有所忽略，且主要集中在对表层土壤的影响，对亚表层及深层次土壤的研究仍较少。【本研究切入点】目前福建省茶园普遍存在施肥过量、土壤酸化严重等现状，不同化肥减施增效技术模式的适宜性有待深入研究。【拟解决的关键问题】依托课题组建立的茶园化肥减施增效技术模式试验示范基地[14]，通过化肥减施增效技术模式田间试验，探明不同施肥模式对茶园土壤剖面酸度及茶叶产量的影响，筛选具有阻控或改良茶园土壤酸化、提高茶叶产量的施肥技术模式，为茶园土壤酸化阻控及合理施肥提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于安溪县魁斗镇（25°9’N、118°8’E），属亚热带季风气候，年平均温度19～21℃，多年平均降雨量约1 600 mm。试验地种植茶树品种为铁观音，2004 年种植，种植方式为双条栽，条距0.40 m，株距为0.30 m，行距1.40 m，采用机采茶园管理模式，生产闽南乌龙茶。试验茶园土壤类型为红壤，试验前（2017 年11 月）表层土壤pH为4.26，有机质26.17 g·kg-1，全氮1.24 g·kg-1，碱解氮58.12 mg·kg-1，有效磷8.90 mg·kg-1，速效钾135.28 mg·kg-1。

1.2 试验设计

本研究设计6 个处理，（1）农户常规施肥（CF），肥料种类用通用复合肥和尿素；（2）专用肥（SF），肥料种类用茶树专用有机无机复混肥；（3）新型肥料（NF），肥料种类用脲甲醛复合肥；（4）生物炭基肥（BF），肥料种类用茶树专用生物炭基肥；（5）专用肥+有机肥（SF+OM），肥料种类用茶树专用有机无机复混肥和商品有机肥；（6）新型肥料+有机肥（NF+OM），肥料种类用脲甲醛复合肥和商品有机肥。试验用通用复合肥N、P2O5、K2O 养分比例为15∶15∶15；尿素为大颗粒尿素，N≥46%；茶树专用有机无机复混肥N、P2O5、K2O 养分比例为21∶6∶9，有机质≥15%，MgO≥2%，有机质来源为腐殖酸；脲甲醛复合肥N、P2O5、K2O 养分比例为25∶7∶8；茶树专用生物炭基肥N、P2O5、K2O 养分比例为20∶5.7∶8.5（课题组复配生产，生物质炭含量≥15%，pH＝8.10）；商品有机肥N、P2O5、K2O 养分比例为2.70∶2.56∶1.74，有机质含量为58.32%。各处理养分用量见表1。

表1 各试验处理养分投入量Table 1 Nutrient inputs from proposed fertilizations

试验小区面积80 m2，4 次重复，随机区组排列。每年11 月份施基肥，肥料用量为全年化肥用量的40%（有机肥一次性施用），CF 处理施用方法为在茶树大行间撒施，其他处理施用方法为在茶树大行间开深10～15 cm 沟施用；3 月上旬和7月下旬施用春茶追肥和秋茶追肥，肥料用量占全年化肥用量的30%和30%，肥料均匀撒施在茶树大行间后结合除草覆土。

试验施肥开始于2017 年11 月上旬（2018 年度基肥）。为消除试验地土壤残留原施肥肥料对试验结果产生的影响，试验地2015—2017 年未施肥。

1.3 测试方法

于2019 年11 月上旬（全年茶叶生产结束后，基肥施用前），在各小区随机选择8 个样点采用直径为3 cm 的土钻采集0～20、20～40、40～60、60～80 cm 土样，同小区同土层土壤样品混合。土壤样品进行风干、研磨、过筛后测定土壤pH、交换性酸（氢、铝）等指标，测定方法参照鲁如坤[15]的土壤农业化学分析方法。

按照闽南乌龙茶采摘标准，分别在2018、2019 年度茶叶春茶（5 月上旬）、夏茶（6 月中旬）、暑茶（8 月上旬）、秋茶（10 月上旬）采摘季节采用单人采茶机进行全小区完全采摘，称重测产[14]，采用春、夏、暑、秋4 季产量之和表示各处理全年茶鲜叶产量。

1.4 数据处理

采用Excel 2016、SPSS 22.0 和Prism 8.0 统计分析软件对数据进行整理、分析和绘图。使用单因素方差分析（One way analysis of variance，ANOVA）对相同土层不同处理间和相同处理不同土层间指标的差异显著性进行分析，用Duncan 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对土壤pH 的影响

土壤pH 是土壤溶液中H+浓度的直观反映，表示土壤活性酸浓度的大小。表2 比较了不同施肥模式处理下茶园不同土层土壤pH 的差异。从表2 可知，与常规施肥（CF）相比，专用肥（SF）和专用肥+有机肥（SF+OM）可以有效改良或减缓茶园土壤酸化，且对表层和亚表层土壤作用较为明显。SF 处理茶园表层（0～20 cm 土层）、亚表层（20～40 cm 土层）和40～60 cm 土层土壤pH分别比CF 处理同一土层土壤pH 高0.34、0.27和0.24 个pH 单位，并分别与CF 差异显著，而60～80 cm 土层土壤pH 与CF 差异不显著；SF+OM处理茶园表层、亚表层土壤pH 分别比CF 处理同一土层土壤pH 高0.58 和0.24 个pH 单位，并分别与CF 差异显著，而40～60 cm 和60～80 cm土层土壤pH 与CF 差异不显著；NF、BF、NF+OM 处理0～20、20～40、40～60 和60～80 cm 土层土壤pH 均与CF 处理同一土层土壤pH 差异不显著。

表2 不同施肥模式土壤pHTable 2 Soil pH under varied fertilizations

从各处理土壤pH 在剖面上差异看，不同施肥模式处理改变了茶园土壤pH 在剖面上的差异，并对表层和亚表层土壤作用较为明显（表2）。CF、NF、BF 处理各土层土壤pH 表现为随着土壤深度的增加pH 上升，其中CF 处理0～20、20～40 cm土层土壤pH 显著低于60～80 cm 土壤，BF 和NF处理0～20 土层土壤pH 显著低于60～80 cm 土壤；SF、NF+OM 处理，在剖面4 个土层土壤pH 无显著差异；SF+OM 处理表层（0～20 cm 土层）土壤显著高于其他土层。

2.2 施肥模式对土壤交换性酸（氢、铝）含量的影响

2.2.1 土壤交换性酸（氢、铝）含量的差异

土壤交换性酸是交换性氢与交换性铝之和，其存在表明土壤盐基不饱和。改良酸性土壤时希望中和的是交换性氢和铝，因此交换性酸可作为改良酸性土壤时确定石灰施用量的重要参考指标[15]。表3 比较了不同施肥处理不同土层土壤交换性酸（氢、铝）的差异。结果可知，在茶园表层（0～20 cm 土层）土壤，相比CF 处理，SF+OM、SF、NF+OM 和BF 处理交换性酸含量表现为降低，其中SF+OM 处理土壤与CF 处理差异显著；而在20～40 cm、40～60 和60～80 cm 土层土壤交换性酸含量没有显著差异。在同一土层，各施肥模式土壤交换性氢含量均没有表现出显著差异。0～20 cm 土层土壤，交换性铝含量与交换性氢含量变化趋势一致，其中SF+OM 处理土壤与CF 处理差异显著；而在20～40 cm、40～60 cm 和60～80 cm土层土壤交换性铝含量没有显著差异。

表3 不同施肥模式土壤交换性酸Table 3 Soil exchangeable acid under varied fertilizations

从各处理土壤交换性酸含量在剖面上差异看，CF、NF 和BF 处理表现为随着土壤深度的增加，土壤交换性酸、交换性氢、交换性铝含量均呈降低趋势。而NF+OM 处理，交换性酸、交换性氢含量随土壤深度增加均呈降低趋势；而交换性铝含量则表现为0～20 cm 土层最低。SF 处理0～20 cm 土层交换性酸、交换性铝含量则低于20～40 cm、40～60 cm 土层；SF+OM 处理0～20 cm 土层交换性酸、交换性铝含量均显著低于其他土层，说明SF、SF+OM 施肥处理有利于改善茶园表层土壤酸化。

2.2.2 土壤pH 与土壤交换性酸（氢、铝）的关系

一般认为酸性土壤酸度主要是由交换性酸含量控制，酸性土壤的交换性酸度是由交换性氢和铝两部分组成，而且认为交换性铝占矿质土壤的绝大部分的交换性酸[16]。从图1 可见，茶园土壤pH 与交换性酸（氢、铝）呈极显著的负相关关系，但pH 与交换性铝的相关显著性比pH 与交换性氢的高，说明茶园土壤的pH 主要受交换性酸控制，而在交换性酸中又主要受交换性铝控制。在本试验中，相比CF 处理，SF+OM、SF、NF+OM 和BF 处理表层土壤和亚表层土壤交换性酸和交换性铝含量表现为降低趋势，说明SF+OM、SF、NF+OM 和BF 处理对茶园土壤酸化具有一定的阻控效果。

图1 pH 与交换性酸（氢、铝）的关系Fig. 1 Correlation between pH and exchangeable acids (hydrogen, aluminum) of soil

2.3 施肥模式对茶叶产量的影响

表4 比较了不同施肥模式2018 和2019 年度茶鲜叶产量差异。结果可知，2018 年度各处理全年茶鲜叶产量为18.49～19.84 t·hm-2，其中NF 处理最高，CF 处理最低，但处理间差异均不显著。2019 年度各处理茶鲜叶产量15.42～17.52 t·hm-2，其中以NF+OM、SF+OM 和SF 处理较高，分别比CF 增产13.63%、11.20%和10.83%，并分别与CF 处理差异显著；BF、NF 处理全年茶鲜叶产量比CF 提高7.73%和7.62%，但差异不显著。

表4 施肥模式对茶鲜叶产量的影响Table 4 Effect of varied fertilizations on fresh tea leaf yield （单位：t·hm-2）

3 讨论与结论

过量的铵态氮肥施用是加速茶园土壤酸化的主要原因。铵态氮肥或尿素在土壤中转化为硝态氮后，只有部分被植物吸收，另一部分硝态氮从土壤中淋失，伴随硝态氮淋失的是碱性阳离子（如Ca2+、Mg2+、K+），而硝化过程产生的H+则留在土壤中[17]；同时茶叶收获或修剪物移除，带走植物中的碱（阳离子与陪伴有机阴离子），加重了土壤中酸的盈余[18]。铵态氮肥或尿素施用越多，氮素利用效率越低，生物质移除越多，都会加重土壤中酸的盈余，加速茶园土壤pH 酸化。因此，确定合理氮肥用量，提高氮肥利用率；根据茶树喜铵特性，添加硝化抑制剂等方式调控茶园土壤氮素转化可有效缓解茶园土壤酸化。在本研究中，NF、BF 施肥模式处理氮肥用量比CF 处理降低33.3%，然而经过2 年的田间试验结果显示，NF、BF 施肥模式处理在表层（0～20 cm 土层）、亚表层（20～40 cm 土层）土壤均表现出较低的pH 和较高的交换性酸含量，与CF 处理无显著差异。这可能是由于生物炭的添加可以提高酸性土壤氨氧化细菌丰度，增强酸性土壤硝化潜势[19]；而脲甲醛复合肥由于缓释作用，在试验结束时土壤中仍保持较高的土壤硝态氮含量，因此土壤pH 较低。在本试验条件下，NF、BF 施肥模式对茶园土壤酸化阻控无明显效果，有进一步加剧土壤酸化风险，需要配套改良措施，进一步优化后验证推广。

有机肥含有钙镁钾等元素及有机肥本身碱度对土壤酸度具有中和缓冲作用，能够补充植物吸收带走和伴随阴离子淋洗损失的土壤盐基离子，提高土壤缓冲能力[20]。大量研究表明[9,21,22]，全量施用有机肥或配施有机肥可有效提高茶园土壤pH，改良茶园酸化土壤。在本研究中，配施有机肥处理SF+OM 和NF+OM 施肥模式表层（0～20 cm 土层）、亚表层（20～40 cm 土层）土壤均比CF 处理表现出较高的pH 和较低的交换性酸含量，说明配施有机肥处理可以有效缓解或改良土壤酸化，其中以SF+OM 施肥模式效果更为显著；SF 施肥模式茶树专用有机无机复混肥针对试验区域配方生产，添加有机质增强对土壤盐基离子吸附能力，从而降低其淋洗损失，同时补充Mg2+等盐基离子，对茶园土壤酸化也取得显著的阻控效果。

合理施肥的原则是特定的气候-土壤-作物体系在一定的经营管理措施下（轮作与耕作、品种、灌溉等），能够实现可获得的目标产量、相应品质和经济效益并维持或提高土壤肥力，将环境效应降低至可接受的范围内的合理施肥量区间[23]。闽南乌龙茶区年养分推荐用量（含有机肥养分含量）为氮肥（N）300～360 kg·hm-2、磷肥（P2O5）90～150 kg·hm-2、钾肥（K2O）120～150 kg·hm-2[24]。本研究依据推荐施肥养分用量，设计的5 种化肥减施增效技术模式，与CF 相比，化肥用量减少33%～53%，总养分投入减少17%～41%，并改撒施为沟施。结果显示各化肥减施增效技术模式均有效提高茶叶产量及养分利用率，其中2019 年度增产7.62%～13.63%，以NF+OM、SF+OM 和SF处理增产效果最好。

综上所述，与常规施肥（CF）相比，SF、SF+OM 处理茶园表层、亚表层土壤pH 值显著提高，交换性酸（氢、铝）含量下降；2018 年度茶叶产量相当，2019 年度茶叶产量显著提高。专用肥（SF）、专用肥+有机肥（SF+OM）施肥模式在保障茶叶产量的同时，可有效阻控和改良茶园土壤酸化，应用潜力较大。