氮磷鉀配施對茶葉產量及品質的影響

田 甜，趙德恩，梁登雲(yún)，梁偉埃，蔣及年，韋錦堅

(1.廣西南亞熱帶農業(yè)科學研究所，廣西龍州 532406； 2.廣西民生中檢聯(lián)檢測有限公司，廣西南寧 530000)

茶葉作為桂西南重要的經濟作物，已經成為當?shù)亟洕闹匾е娃r民收入的主要來源，而茶葉產量和品質受茶樹品種、土壤養(yǎng)分含量、肥料用量和施肥方式等因素的影響，其中施肥對茶葉產量和品質的影響較為重要[1-4]。蘇有健等研究了不同氮營養(yǎng)水平對茶葉產量和品質的影響，發(fā)現(xiàn)施用適量氮肥能明顯提高茶葉產量和游離氨基酸總量，且在同一基礎肥力土壤條件下，茶葉干物質產量表現(xiàn)為隨施氮量的加大先增加后降低，呈拋物線趨勢[5]。李靜通過盆栽試驗研究氮磷鉀配施對茶葉產量的影響，表明氮磷鉀最優(yōu)組合方案是：N 0.406～0.435 g/kg，P2O50.159～0.170 g/kg，K2O 0.186～0.198 g/kg，即N ∶P2O5∶K2O為1 ∶0.39 ∶0.46時，茶葉產量最高[6]。王旭等研究了春茶的產量與品質對氮磷鉀及有機肥配施的響應，結果表明，當施用N 187.5 kg/hm2+P2O5225 kg/hm2+K2O 56.25 kg/hm2+有機肥 2 250 kg/hm2時，與空白對照相比，發(fā)芽密度可提高56.5%，百芽質量提高85.7%，增產190.7%，且茶葉茶多酚含量提高68.54%，氨基酸總量提高71.86%，可提升茶葉品質[7]。韓文炎等研究表明，茶園土壤氮、磷和鉀等因素與茶葉產量和品質有明顯的相關性[8-9]。國外也有很多研究表明，氮磷鉀合理配施能顯著提高茶葉產量及游離氨基酸、茶多酚含量[10-12]。目前茶園不科學用肥的現(xiàn)象還很普遍，本試驗通過盆栽方法在廣西南亞熱帶農業(yè)科學研究所茶科苗圃開展氮磷鉀配施對茶葉產量及品質的影響研究，探求茶葉高產優(yōu)質的氮磷鉀施用量和配比，為茶園合理施肥提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2014年10月至2015年10月在廣西南亞熱帶農業(yè)科學研究所茶科苗圃進行。供試茶樹品種為本地區(qū)習慣種植品種金牡丹；供試土壤類型為紅棕壤，基本理化性狀為：有機質含量10.27 g/kg、全氮含量1.31 g/kg、堿解氮含量76.53 mg/kg、速效磷含量3.59 mg/kg、速效鉀含量 30.85 mg/kg、pH值3.87；供試肥料品種為尿素(含N 46.00%)、過磷酸鈣(含P2O512.00%)、硫酸鉀(含K2O 50.00%)。

1.2 試驗設計

采用盆栽方法，所用盆缽大小為36 cm×30 cm，每盆裝土10 kg，種植茶樹2株。試驗設置3個因素，每個因素4水平，其中氮肥(以純N計)的用量為0～0.75 g/kg、磷肥(以純P2O5計)的用量為0～0.3 g/kg、鉀肥(以純K2O計)的用量為0～0.3 g/kg，試驗方案按照二次飽和D-最優(yōu)設計(311)進行，重復3次，各處理如表1所示。過磷酸鈣和硫酸鉀均作基肥一次性施入，尿素的60%作基肥，40%作追肥。分別于2015年4、6、9月采集春、夏、秋茶并測產。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤基本理化性狀 有機質含量的測定采用K2Cr2O7容量法；全氮含量的測定采用Se-K2SO4-CuSO4-濃H2SO4消煮法；堿解氮含量的測定采用擴散法；速效磷含量的測定采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀含量的測定采用NH4OAC-火焰光度法；pH值的測定采用電位法(水土比2.5 ∶1)。

表1 N、P2O5、K2O 3要素配施試驗方案

1.3.2 茶葉產量及主要品質指標 茶葉產量：每盆茶葉產量按春夏秋3季總產量計；游離氨基酸總量的測定采用茚三酮比色法；茶多酚含量的測定采用酒石酸鐵比色法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過Microsoft Excel進行數(shù)據(jù)預處理，采用Design-Expert 8.0進行響應曲面分析，作圖采用Origin 8.0。

2 結果與分析

2.1 三元二次回歸方程的建立與檢驗

本試驗不同處理下產量的實際值和期望值如表2所示。根據(jù)表2中氮磷鉀施用量的編碼值x1、x2、x3和實際值y，建立茶葉產量及品質的回歸模型，設產量為y1、游離氨基酸總量(%)為y2、茶多酚含量(%)為y3，得出

y1=44.65+3.36x1+2.39x2+1.48x3+1.62x1x2+0.48x1x3+0.58x2x3-5.93x12-2.45x22-1.52x32；

(1)

y2=3.08+0.51x1+0.19x2+0.062x3-0.013x1x2-0.028x1x3+0.035x2x3-0.44x12-0.38x22-0.27x32；

(2)

y3=26.77+2.87x1+1.11x2+0.86x3+1.56x1x2+1.05x1x3-0.12x2x3-3.58x12-1.58x22-1.07x32。

(3)

表2 不同施肥處理對茶葉產量及品質的影響

對以上回歸模型及各偏回歸系數(shù)進行F檢驗，結果如表3所示，各指標模型項P值均小于0.05，表明這3個回歸模型均能顯著反映氮磷鉀施用量編碼值與各指標的關系，故各模型對相應指標均有良好的預測作用。對于茶葉產量y1、x1x3、x2x3、x32偏回歸系數(shù)不顯著，因此，剔除不顯著項后為

y1=44.65+3.36x1+2.39x2+1.48x3+1.62x1x2-5.93x12-2.45x22；

(4)

對于游離氨基酸總量y2，剔除不顯著項后，模型變?yōu)?/p>

y2=3.08+0.51x1+0.19x2+0.062x3-0.028x1x3+0.035x2x3-0.44x12-0.38x22-0.27x32；

(5)

表3 茶葉產量和品質的回歸模型及偏回歸系數(shù)顯著性檢驗

茶多酚含量模型剔除不顯著項后為

y3=26.77+2.87x1+1.11x2+1.56x1x2-3.58x12。

(6)

2.2 模型解析

2.2.1 因素主效應分析 由于茶葉產量及品質對氮磷鉀肥施用量的回歸方程已經過無量綱編碼代換，故直接比較一次項各偏回歸系數(shù)絕對值的大小，可反映各因素的重要程度。根據(jù)上述3個方程的一次項偏回歸系數(shù)絕對值大小，可知對于茶葉產量、游離氨基酸含量和茶多酚含量，均為氮肥影響最大，磷肥次之，鉀肥較小。

2.2.2 單因素施肥效應分析 為了進一步探討各個因素的單獨效應，將各指標回歸模型中3個自變量中的任意2個固定在0碼值，可以得到剩余自變量與目標函數(shù)的關系，即氮、磷、鉀施用量與茶葉產量關系的單因素效應方程分別為：

y1=44.65+3.36x1-5.93x12；

(7)

y1=44.65+2.39x2-2.45x22；

(8)

y1=44.65+1.48x3。

(9)

氮、磷、鉀施用量與茶葉游離氨基酸總量關系的單因素效應方程分別為：

y2=3.08+0.51x1-0.44x12；

(10)

y2=3.08+0.19x2-0.38x22；

(11)

y2=3.08+0.062x3-0.27x32。

(12)

氮、磷、鉀施用量與茶多酚含量關系的單因素效應方程分別為：

y3=26.77+2.87x1-3.58x12；

(13)

y3=26.77+1.11x2-1.58x22；

(14)

y3=26.77+0.86x3-1.07x32。

(15)

由圖1可以直觀看出，茶葉產量隨氮、磷施用量的增加而增加，達到最高產量后，又隨施用量的增加而降低，而茶葉產量與鉀施用量呈正相關，且鉀對產量正效應最大，其次為磷施用量，氮施用量最小，而氮施用量的負效應大于磷施用量。茶葉品質指標均隨氮、磷、鉀施用量的增加而增加，達到最高值后，又隨施用量的增加而降低，鉀施用量對游離氨基酸、茶多酚的形成正效應最大，其次為磷施用量，氮施用量最小，對于游離氨基酸，氮施用量的負效應低于磷和鉀施用量，氮磷鉀施用量對茶多酚的形成負效應相當。在本試驗的施肥量范圍內，對于茶葉產量和品質指標，各單因素效應方程均存在最大值，分別為：

y1，max=45.13，x1=0.283 3，N施用量0.48 g/kg；

(16)

y1，max=45.23，x2=0.487 8，P2O5施用量0.22 g/kg；

(17)

y1，max=46.13，x3=1，K2O施用量0.3 g/kg；

(18)

y2，max= 3.23，x1= 0.581 9，N施用量0.59 g/kg；

(19)

y2，max= 3.11，x2= 0.251 9，P2O5施用量0.19 g/kg；

(20)

y2，max= 3.09，x3= 0.112 8，K2O施用量0.17 g/kg；

(21)

y3，max= 27.34，x1= 0.400 9，N 0.53施用量g/kg；

(22)

y3，max= 26.96，x2= 0.349 3，P2O5施用量0.20 g/kg；

(23)

y3，max= 26.94，x3= 0.400 0，K2O施用量0.21 g/kg。

(24)

2.2.3 雙因素施肥效應分析

2.2.3.1 氮磷施用量互作對茶葉產量和品質的影響 本試驗確定的茶葉產量和茶多酚含量回歸模型均存在氮磷施用量的交互項，且其偏回歸系數(shù)達顯著水平，說明氮磷施用量的交互效應對產量和茶多酚含量產生了顯著影響，即在綜合施肥條件下，產量和茶多酚含量的變化不單純是各因素效應的線性累加，還存在配合效應，即因素間的交互效應。將產量回歸模型中的鉀施用量(x3)固定在0碼值，可以得到其交互效應方程為：

y1=44.65+3.36x1+2.39x2+1.62x1x2-5.93x12-2.45x22。

(25)

將茶多酚回歸模型中的鉀施用量(x3)固定在0碼值，可以得到其交互效應方程為：

y3=26.77+2.87x1+1.11x2+1.56x1x2-3.58x12。

(26)

對氮磷施用量交互效應方程繪圖，結果(圖2)發(fā)現(xiàn)，在編碼值范圍內，氮施用量對茶葉產量和茶多酚含量的效應均呈拋物線型，二者均先升高后降低，符合報酬遞減定律，而磷施用量對產量的效應呈拋物線型，對茶多酚含量的效應卻呈線性，高氮施用量和低氮水平對茶葉產量和茶多酚含量形成均不利，但高磷施用量對二者形成均有較強促進作用，所以對于茶葉產量和茶多酚含量，中等氮水平配合高水平磷為較理想的互作區(qū)間。在本試驗條件下，茶葉產量在 44.26 g/盆 以上的氮磷施用量互作空間為：x1取0～0.6，x2取0～1.0，即N 0.375～0.60 g/kg，P2O50.15～0.30 g/kg(圖3-a)；茶多酚含量在28.12%以上的氮磷施用量互作空間為：x1取0.2～0.8，x2取0.6～1.0，即N 0.45～0.675 g/kg，P2O50.24～0.30 g/kg(圖3-b)。綜合各指標，氮磷施用量適宜的互作空間為：N 0.45～0.60 g/kg，P2O50.24～0.30 g/kg。

2.2.3.2 氮鉀施用量互作對茶葉產量和品質的影響 對于游離氨基酸總量回歸模型，氮鉀施用量交互效應顯著。將游離氨基酸總量回歸模型中的磷施用量(x2)固定在0碼值，可以得到其交互效應方程為：

y2=3.08+0.51x1+0.062x3-0.028x1x3-0.44x12-0.27x32。

(27)

研究發(fā)現(xiàn)，在編碼值范圍內，氮、鉀對茶葉游離氨基酸總量的效應呈拋物線型，高氮水平對茶葉游離氨基酸形成有促進作用，高鉀和低鉀對游離氨基酸形成不利，所以對于游離氨基酸總量，中高氮水平配合中等鉀水平為較理想的互作區(qū)間(圖4)。在本試驗條件下，氮鉀理想的互作空間為：x1取 0.2-1.0，x3取-0.4～0.6，即N 0.45～0.75 g/kg，K2O 0.09～0.24 g/kg，此時游離氨基酸總量達到3.05%以上(圖5)。綜合茶葉各指標，氮鉀適宜的交互空間為：N 0.45～0.75 g/kg，K2O 0.09～0.24 g/kg。

2.2.3.3 磷鉀施用量互作對茶葉產量和品質的影響 對于游離氨基酸總量回歸模型，磷鉀施用量的交互效應顯著，將游離氨基酸總量回歸模型中的氮施用量(x1)固定在0碼值，可以得到其交互效應方程為：

y2=3.08+0.19x2+0.062x3+0.035x2x3-0.38x22-0.27x32。

(28)

研究發(fā)現(xiàn)，在編碼值范圍內，磷、鉀對游離氨基酸總量的效應均呈拋物線型，二者均先升高后降低，符合報酬遞減定律，即磷和鉀偏高或偏低均不利于茶葉游離氨基酸的形成，而由于交互效應，兩者配施則對游離氨基酸形成有較強的促進作用，所以對于游離氨基酸，中等磷水平配合中等水平鉀較理想(圖6)。本試驗條件下磷鉀理想的互作空間為：x2取0～0.6，x3取-0.2～0.5，即P2O50.15～0.24 g/kg，K2O 0.12～0.225 g/kg，此時茶葉游離氨基酸總量達到3.0%以上(圖7)。綜合各指標，磷鉀適宜的互作空間為：P2O50.15～0.24 g/kg，K2O 0.12～0.23 g/kg。

2.3 茶葉高產優(yōu)質的氮、磷、鉀施用量和配比的確定

通過Design-Expert 8.0進行分析，本試驗條件下，綜合茶葉產量、游離氨基酸總量和茶多酚含量，茶葉高產優(yōu)質的氮、磷、鉀施肥方案為：N 0.56 g/kg土，P2O50.22 g/kg土，K2O 0.21 g/kg土，適宜的氮磷鉀施用比例N ∶P2O5∶K2O約為2.67 ∶1.05 ∶1，此時茶葉各指標均較高，茶葉產量達到 46.42 g/盆，游離氨基酸總量達到3.21%，茶多酚含量達到28.21%。

3 結論與討論

根據(jù)氮磷鉀施用量的編碼值x1、x2、x3和實際值y，建立茶葉各品質指標的回歸模型，本試驗結果表明，氮磷鉀配施對茶葉產量和品質均有顯著影響，且對于產量、游離氨基酸和茶多酚含量的影響均為：氮肥最大，磷肥次之，鉀肥較小。氮磷鉀雙因素施肥效應分析表明，氮磷施用量互作對茶葉產量和茶多酚含量均有顯著影響，對于茶葉產量和品質，本試驗適宜的氮磷施用量互作空間為：N 0.45～0.60 g/kg，P2O50.24～0.30 g/kg，氮、磷的邊際效應均隨著施用量的增加而不斷減小，當?shù)⒘资┯昧糠謩e達0.48、0.22 g/kg時，茶葉產量邊際效應值降至0，當?shù)?、磷肥用量分別達0.53、0.20 g/kg時，茶多酚含量邊際效應值降至0；氮鉀施用量互作和磷鉀施用量互作對游離氨基酸總量均有顯著影響，本試驗適宜的氮鉀施用量互作空間為：N 0.45～0.75 g/kg，K2O 0.09～0.24 g/kg，適宜的磷鉀施用量互作空間為P2O50.15～0.24 g/kg，K2O 0.12～0.23 g/kg，氮、鉀和磷、鉀的邊際效應均隨著投入量的增加而不斷減小，當?shù)⑩浄视昧糠謩e達0.59、0.17 g/kg時，游離氨基酸總量邊際效應值降至0，當磷、鉀肥用量分別達0.19、0.17 g/kg時，游離氨基酸總量邊際效應值降至0；本試驗條件下，綜合茶葉產量、游離氨基酸總量和茶多酚含量，茶葉高產優(yōu)質的氮、磷、鉀施肥方案為：N 0.56 g/kg，P2O50.22 g/kg，K2O 0.21 g/kg，適宜的氮磷鉀施用比例 N ∶P2O5∶K2O 約為2.67 ∶1.05 ∶1，此時茶葉各指標均較高。

本試驗結論與前人對茶園最優(yōu)施肥量和施肥配比的研究結果不盡相同，這與氣候、土壤基礎肥力和試驗品種等不同有密切關系[13]。李相楹等發(fā)現(xiàn)，茶園按氮磷比2 ∶1或3 ∶1配施，增產效果顯著，且能夠提高茶多酚和水浸出物含量[14]。董水平等使用不同氮、磷、鉀配比對茶樹進行試驗處理，發(fā)現(xiàn)氮磷鉀配比為4 ∶1 ∶1與3 ∶1 ∶1時，茶葉產量和品質均較高[15]。唐勁馳等研究發(fā)現(xiàn)，初投產茶園的最優(yōu)氮磷鉀施用量為年均施用純氮150 kg/hm2、磷肥150 kg/hm2、鉀肥 75 kg/hm2(氮 ∶磷 ∶鉀=2 ∶2 ∶1)[16]。張亞蓮等針對湖南省茶園土壤4種土類提出了氮、磷、鉀施肥比例，花崗巖紅壤與石灰?guī)r紅壤土類為1 ∶1 ∶1，板頁巖紅壤與第四紀紅壤土類為2 ∶1 ∶1[17]。吳利榮等研究表明，紅壤茶園中配施氮磷鉀肥2 ∶2 ∶1的比例時，茶樹生長良好，樹冠寬闊，芽多葉重，茶葉內含物質成分含量較高且相對協(xié)調，成茶鮮爽，品質優(yōu)良[18]。吳建繁等研究表明，不同土壤肥力條件下番茄的最佳施肥量不同[19]，程季珍等也證實菜田土壤養(yǎng)分狀況不同，不同蔬菜的平衡施肥方案也不同[20]。本試驗土壤基礎肥力較低，堿解氮、速效磷、速效鉀含量偏低，所以本試驗土壤中氮、磷、鉀施用量已經成為茶葉產量和品質的限制因素，對茶葉產量和品質的影響效應較大，所以中高氮水平配合中高磷水平和中高鉀水平為適宜的施肥配比。另外，本試驗結論均是通過盆栽試驗得出的，在田間實際生產中應用前應通過大田試驗驗證，因此該試驗研究結果僅提供理論上的參考；本試驗僅對春茶品質做了研究，且僅有1次試驗，所以在今后研究中須要重復試驗；該試驗僅選取了桂西南地區(qū)1個茶葉主推品種，因此所提出的施肥方案有一定局限性，還應再選取幾個主推品種進行對比試驗；在茶葉品質的評定中，僅以茶葉中幾個主要化學成分作為茶葉品質的衡量標準，在今后的研究中應再測定一些品質指標，為進一步探討茶園最優(yōu)施肥方案提供理論依據(jù)。