氮素調(diào)控對(duì)機(jī)采茶園茶葉品質(zhì)與土壤理化特性的影響

李 維,向 芬,劉紅艷,周凌云,楊擁軍,丁 玎

(湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 茶葉研究所,湖南 長(zhǎng)沙 410125)

氮素調(diào)控對(duì)機(jī)采茶園茶葉品質(zhì)與土壤理化特性的影響

李 維,向 芬,劉紅艷,周凌云,楊擁軍*,丁 玎

(湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 茶葉研究所,湖南 長(zhǎng)沙 410125)

研究了不同施氮量處理(施純氮16 kg/667 m2，處理A；施純氮26 kg/667 m2，處理B；施純氮36 kg/667 m2，處理C)對(duì)機(jī)采茶園茶葉品質(zhì)與土壤理化性狀的影響。結(jié)果表明:隨著施氮量的增加,機(jī)采茶葉的完整率和產(chǎn)量均增加；以處理B的茶葉游離氨基酸含量最高,茶葉酚氨比最低，土壤CO2通量最高；經(jīng)不同處理后茶園土壤養(yǎng)分含量表現(xiàn)為C處理>A處理> B處理。說(shuō)明適量施氮處理有利于提高茶樹對(duì)土壤的養(yǎng)分利用率,增加茶葉生化成分含量,提高茶葉品質(zhì)。

氮肥;機(jī)采;茶葉;品質(zhì)；土壤;理化特性

2015年,我國(guó)茶園面積287.73萬(wàn)hm2,年產(chǎn)茶227.8萬(wàn)t,總產(chǎn)值達(dá)1500多億元,茶產(chǎn)業(yè)在實(shí)現(xiàn)我國(guó)山區(qū)農(nóng)民脫貧致富、建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村等方面均發(fā)揮了非常重要的作用,其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。我國(guó)大部分茶區(qū)分布在山區(qū),由于勞動(dòng)力大量向城市轉(zhuǎn)移,采工荒逐年嚴(yán)重,勞動(dòng)力成本日益增加,因此隨著茶園面積的擴(kuò)大,茶葉機(jī)械化采摘已經(jīng)成為一種趨勢(shì)[1-2]。機(jī)械化采摘茶葉能節(jié)約用工、降低采摘成本，是提高茶產(chǎn)量、高效低耗的一種生產(chǎn)技術(shù)[3-5]。茶葉的機(jī)械化采摘不單純是采摘方式的改變,同時(shí)對(duì)茶園的肥培管理、養(yǎng)分調(diào)控提出了更高的要求[6]。本研究對(duì)機(jī)采茶園進(jìn)行不同施氮量處理,探討了適合機(jī)械化采摘茶園的施氮技術(shù),以期為實(shí)現(xiàn)我國(guó)名優(yōu)茶葉機(jī)械化采摘奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所辦公樓后面茶園,地理位置為113°04.512′ E、28°12.397′ N,地勢(shì)平坦,試驗(yàn)地土壤為第四紀(jì)紅壤,土層深厚,基礎(chǔ)土壤養(yǎng)分情況見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)田基礎(chǔ)土壤養(yǎng)分狀況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2013年10月18日～2015年10月18日連續(xù)3年對(duì)茶園進(jìn)行不同施氮量的試驗(yàn)，共設(shè)3個(gè)施氮量處理：純氮16 kg/667 m2(處理A)、純氮26 kg/667 m2(處理B)、純氮36 kg/667 m2(處理C)。每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積67 m2。具體施肥時(shí)以菜籽餅、硫酸鉀型復(fù)合肥為基肥,以尿素為追肥,具體施用方式見(jiàn)表2。茶園連續(xù)3年管理水平保持一致,并在每年的3月下旬至5月下旬進(jìn)行手工采摘或機(jī)械采摘,在10月底進(jìn)行輕修剪。手工采茶園的施肥水平與機(jī)采茶園保持一致。樣品采集從第3年開始,以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

表2 試驗(yàn)茶園的施肥方式

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 樣品采集 于2016年3月25日(t1)與2016年3月29日(t2)采用桃江縣益林茶葉機(jī)械有限公司提供的輕便型單人電動(dòng)采茶機(jī)進(jìn)行機(jī)械采摘,每個(gè)處理機(jī)采茶行長(zhǎng)度10 m,重復(fù)3次。隨后對(duì)機(jī)采各處理組產(chǎn)量與機(jī)械組成進(jìn)行測(cè)定；各處理分別取250 g機(jī)采鮮葉與250 g手采鮮葉制蒸青樣，用于生化成分測(cè)定。

于2016年4月下旬春茶后采用5點(diǎn)取樣法對(duì)各處理小區(qū)的茶園土壤進(jìn)行分層取樣,采樣深度分別為0～20 cm與21～40 cm；同時(shí)對(duì)各處理小區(qū)的土壤CO2通量進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 測(cè)定方法 茶葉生化成分測(cè)定:茶多酚含量按照GB/T 8313─2002、游離氨基酸含量按照GB/T 8314─2002、咖啡含量按照GB/T 8312─2002、水浸出物含量按照GB/T 8305─2002采用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

土壤碳通量測(cè)定:采用Soilbox-343便攜式土壤呼吸系統(tǒng)(VAISALA,芬蘭)進(jìn)行測(cè)定。將待測(cè)區(qū)域內(nèi)植被地上部全部剪除,并揀去較多的枯枝落葉。將呼吸室罩在待測(cè)區(qū)域,呼吸室與土壤的接觸邊緣用干土密封。每小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定,每次連續(xù)測(cè)定15 min,每隔30 s自動(dòng)記錄1次。根據(jù)單位時(shí)間箱內(nèi)CO2濃度的變化計(jì)算土壤呼吸速率[7]。

利用Excel軟件計(jì)算CO2濃度的變化率,選取通量箱閉合后40 s的CO2濃度作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以減小偶然誤差。計(jì)算公式為N=PV(P2-P1)/RTSt,其中：P為壓強(qiáng)；V為呼吸室體積；P1為計(jì)算起始點(diǎn)的CO2濃度讀數(shù)；P2為計(jì)算終點(diǎn)的CO2濃度讀數(shù)；R為理想氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度；S為呼吸室底面積；t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

土壤堿解氮含量按照LYT 1229─1999采用滴定法測(cè)定;全氮含量采用流動(dòng)注射儀測(cè)定[8];全鉀、速效鉀含量分別按照LYT 1234─1999、LYT 1236─1999采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定;全磷、速效磷含量分別按照LYT 1232─1999、LYT 1233─1999采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析 利用Excel 2010、Origin 9.0等軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,利用DPS 14.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量處理對(duì)機(jī)采茶園產(chǎn)量的影響

從圖1可知,總體上看,隨著施氮水平的提高,兩個(gè)時(shí)期機(jī)采茶葉的產(chǎn)量均有所增加。在t1時(shí),A處理小區(qū)產(chǎn)量為0.47 kg,B、C處理的機(jī)采茶葉產(chǎn)量較A處理分別提高了12.1%、18.7%,但各處理間無(wú)顯著差異;在t2時(shí),A處理小區(qū)產(chǎn)量為0.92 kg,B、C處理的機(jī)采茶葉產(chǎn)量較A處理分別提高了42.0%和47.4%,且B、C處理與A處理間的產(chǎn)量差異均達(dá)到了極顯著水平,但B、C處理間無(wú)顯著差異。此外,在相同施氮量處理?xiàng)l件下,t2時(shí)的產(chǎn)量較t1時(shí)提高1倍以上。

2.2 不同施氮量處理對(duì)機(jī)采茶葉的機(jī)械組成的影響

由圖2可知,t1、t2時(shí)的機(jī)采鮮葉的完整率隨著施氮水平的提高而增加。在t1時(shí)，C處理的機(jī)采鮮葉完整率最高,為76.50%;B處理次之,為74.91%;A處理的完整率最低,為73.75%;A、B處理間以及B、C處理間無(wú)顯著差異,但C與A間的差異達(dá)顯著水平。在t2時(shí)，完整率變化趨勢(shì)與t1時(shí)基本一致,C處理的完整率最高,達(dá)80.40%;B處理次之,為78.00%;A處理最低,為76.90%;B、C處理的完整率較A處理顯著提高,但B、C處理間完整率差異不顯著。

此外，在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的機(jī)采鮮葉破碎率均隨施氮水平的提高而逐漸下降,趨勢(shì)與完整率相反。

同時(shí)期不同處理間英文小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05);英文大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)。下同。

圖2 施氮處理對(duì)機(jī)采茶葉機(jī)械組成的影響

2.3 不同施氮量處理對(duì)茶葉生化成分的影響

由表3可知,在t1時(shí),機(jī)采茶葉中游離氨基酸含量以B處理最高,為4.3%，C處理次之,A處理最低,且B處理與A處理間差異顯著,但與C處理間差異不顯著;茶多酚含量的變化趨勢(shì)與游離氨基酸含量相反,以A處理最高,達(dá)17.8%,C處理次之,B處理最低,各處理間無(wú)顯著差異;酚氨比的趨勢(shì)與茶多酚含量一致,以B處理最低,A處理最高,A、B間差異達(dá)顯著水平,A、C間及B、C間無(wú)顯著差異；水浸出物含量以C處理最高,達(dá)到47%,B處理次之,A處理最低;咖啡堿含量的變化趨勢(shì)與酚氨比一致,以A處理最高,A、B間差異達(dá)顯著水平,A、C間及B、C間無(wú)顯著差異。

隨著施氮水平的提高,手采茶葉的水浸出物、游離氨基酸、茶多酚含量以及酚氨比的變化趨勢(shì)均與機(jī)采茶葉一致,但各處理間的差異都不顯著;咖啡堿含量隨施氮水平的提高而增加,且各處理間有顯著差異。在相同處理?xiàng)l件下,手采茶葉在水浸出物、游離氨基酸、咖啡堿含量方面較機(jī)采茶葉高,茶多酚則較低,總體上來(lái)看以手采茶葉的品質(zhì)略好。

表3 施氮處理對(duì)t1時(shí)茶葉內(nèi)在生化成分的影響

注：在同一采摘方式下,同列不同處理間英文小寫字母不同表示差異顯著(P< 0.05);英文大寫字母不同表示差異極顯著(P< 0.01)。下同。

在t2時(shí)不同施氮量處理對(duì)茶葉生化成分的影響如表4所示,機(jī)采茶葉的氨基酸含量以B、C處理最高,均為3.8%;茶多酚含量以C處理最低,為17.3%,顯著低于A處理的;酚氨比以A處理最高,顯著高于B、C處理的;咖啡堿含量以B處理最低,顯著低于A、C處理的;水浸出物、游離氨基酸總量在各處理間均無(wú)顯著差異。

手采茶葉除水浸出物含量在B、C處理間存在顯著差異外,其余各項(xiàng)指標(biāo)在各處理間差異均不顯著。

總的來(lái)看,隨著施氮水平的增加,機(jī)采茶葉的品質(zhì)有顯著提升,但過(guò)量施氮并不能持續(xù)顯著增加茶葉的品質(zhì)。隨著施氮水平的增加,手采茶葉的品質(zhì)亦有所提升,但處理間差異不顯著。在t2時(shí)手采茶葉與機(jī)采茶葉間的品質(zhì)差異與在t1時(shí)的基本一致。

表4 施氮處理對(duì)t2時(shí)茶葉內(nèi)在生化成分的影響

2.4 不同施氮量處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

連續(xù)3年不同施氮量處理對(duì)茶園土壤養(yǎng)分含量的影響如表5、表6所示。從表5可知：在0～20 cm的土層中,全氮、堿解氮含量以B處理最低，其中全氮含量為0.211%,顯著低于C處理的，堿解氮含量為238 mg/kg,極顯著低于C處理的;速效鉀含量的變化趨勢(shì)與堿解氮含量一致,以處理B最低,且顯著低于C、A處理的；全碳、全磷含量在各處理間差異不顯著。

表5 不同施氮處理?xiàng)l件下0～20 cm土層養(yǎng)分含量

由表6可知：在21～40 cm的土層中,除全鉀含量以C處理最低外,其它土壤養(yǎng)分指標(biāo)均以B處理最低,其中B處理的全碳、速效磷、速效鉀含量均極顯著低于A和C處理的；B處理的土壤全氮與堿解氮含量較C處理極顯著減少,但與A處理無(wú)顯著差異; B處理的全磷含量較C處理顯著減少,但與A處理無(wú)顯著差異。

總的來(lái)看,經(jīng)過(guò)連續(xù)3年不同施氮量處理后,茶園土壤養(yǎng)分含量發(fā)生了變化,0～20 cm、21～40 cm土層除全鉀含量以B處理最高外,其余的養(yǎng)分含量皆以C處理最高,A處理次之,B處理最低；而C/N值表現(xiàn)為A處理>B處理>C處理。

表6 不同施氮量處理?xiàng)l件下21～40 cm土層養(yǎng)分含量

2.5 不同施氮量處理對(duì)土壤碳通量的影響

對(duì)不同施氮量處理后的茶園的土壤碳通量進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果如圖3所示,以B處理的土壤碳通量最高,為2.25 μmol/(m2·s);C處理次之,為2.12 μmol/(m2·s);A處理最低,為1.96 μmol/(m2·s);各處理間差異不顯著。

3 討論

茶樹為多年生的葉用植物,在生長(zhǎng)過(guò)程中需要從土壤吸收大量的養(yǎng)分。有效的肥培管理有利于提高茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì),但茶園過(guò)量施入肥料,極易造成水體及環(huán)境污染、土壤酸化加劇、質(zhì)量下降[9-11],從而造成茶園生態(tài)的惡性循環(huán)。因此,因地制宜地合理施氮對(duì)茶園的管理顯得尤為重要。機(jī)械采收從茶園帶走的茶葉量較傳統(tǒng)的手工采收有顯著差異,因此機(jī)采茶園的肥培管理有其特殊性,且隨著施肥量的增加,茶葉產(chǎn)量增加[2,12]。本研究發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過(guò)連續(xù)3年不同施氮量處理之后,機(jī)采茶園的茶葉產(chǎn)量、鮮葉完整率隨著施氮量的增加而增加,但茶葉產(chǎn)量施氮最多的C處理(施純氮36 kg/667 m2)較B處理(施純氮26 kg/667 m2)增加不顯著,這可能是由于肥料利用率隨著施氮量的增加而降低。不同施氮量處理的茶葉生化成分顯示,以B處理的游離氨基酸含量最高,酚氨比最低,品質(zhì)較好,且與A處理間差異顯著,但與C處理間無(wú)顯著差異,這說(shuō)明機(jī)采茶園的茶葉品質(zhì)與產(chǎn)量一樣,并不是氮肥施用越多越好。

圖3 不同施氮量處理對(duì)茶園土壤碳通量的影響

本研究亦發(fā)現(xiàn)不同施氮量處理后的茶園土壤養(yǎng)分含量以施氮量適中的B處理最低,這可能是由于在該處理?xiàng)l件下茶樹的養(yǎng)分利用率較高。此外,本研究結(jié)果表明，土壤的全碳含量隨著施氮量的增加而減少,這從反面部分驗(yàn)證了葛樂(lè)等[13]的研究發(fā)現(xiàn),即在一定的施肥量范圍內(nèi),植物年凈碳儲(chǔ)量隨著施肥量的增加而增加。在本研究中，土壤CO2通量隨著施氮量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)。這與吳華靜等[14]、陳書濤等[15]有關(guān)土壤呼吸速率的研究結(jié)果基本一致。施氮處理后土壤CO2通量的變化趨勢(shì)與茶葉品質(zhì)、產(chǎn)量基本保持一致,說(shuō)明茶園土壤CO2通量與茶樹的生長(zhǎng)狀況密切相關(guān)[16]。

此外,本研究還發(fā)現(xiàn)21～40 cm土層中B處理的各養(yǎng)分含量與A、C間的差異達(dá)極顯著水平,而在0～20 cm土層中B處理與另外兩組處理間的養(yǎng)分含量差異只達(dá)到顯著水平。這可能是由于茶園施肥方式?jīng)Q定了21～40 cm土層中養(yǎng)分進(jìn)入量較少,茶樹對(duì)不同土層養(yǎng)分的差異性吸收導(dǎo)致了處理間的養(yǎng)分含量差異加劇。不同施氮量處理對(duì)機(jī)采茶園的碳氮平衡的影響有待下一步研究。

因此,在確定最佳氮肥施用量時(shí),應(yīng)綜合考慮茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)以及對(duì)土壤的影響。對(duì)于機(jī)采名優(yōu)茶

園，每667 m2施用純氮26 kg較為合理；而對(duì)于采摘量較大的一般優(yōu)質(zhì)茶機(jī)采茶園,可以酌量增加氮肥的施用量,以保證產(chǎn)量和品質(zhì)。

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(責(zé)任編輯:黃榮華)

Impacts of Nitrogen Regulation on Tea Quality and Soil Physical and Chemical Properties in Mechanically-picked Tea Garden

LI Wei, XIANG Fen, LIU Hong-yan, ZHOU Ling-yun, YANG Yong-jun*, DING Ding

(Tea Research Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China)

The impacts of different nitrogen (N) application rate treatments (applying pure N 16 kg/667 m2, treatment A; applying pure N 26 kg/667 m2, treatment B; applying pure N 36 kg/667 m2, treatment C) on the tea quality and the soil physical and chemical properties in mechanically-picked tea garden were studied. The results showed that both the yield and the complete rate of mechanically-picked fresh tea leaves were increased as the application rate of nitrogen increased. In treatment B, the tea leaves had the highest free amino acid content and the lowest phenol-ammonia ratio, and the CO2flux in soil was the highest. After being treated with N fertilizer, the soil nutrient content in tea garden revealed the following order: treatment C> treatment A> treatment B. The above results indicate that applying proper N fertilizer can enhance the soil nutrient utilization efficiency of tea tree, increase the content of biochemical compositions in tea leaf, and improve the quality of tea leaf.

Nitrogen fertilizer; Mechanically picking; Tea leaf; Quality; Soil; Physical and chemical property

2017-05-31

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303012)。

李維(1983─),男,湖南岳陽(yáng)人,助理研究員,主要從事茶樹栽培學(xué)與生理生化研究。*通訊作者:楊擁軍。

S571.1

A

1001-8581(2017)09-0051-05