減施化肥和配施有機肥對茶園土壤養(yǎng)分及茶葉產量和品質的影響

王子騰 ，耿元波，梁濤，胡雪荻

1. 中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101；2. 中國科學院大學，北京 100049

茶樹（Camellia sinensis）是一年多次采摘的多年生經濟作物，施肥是保證茶樹正常生長，提高茶葉產量及品質的重要措施之一，其對茶樹生長的貢獻率是最高的（Kamau et al.，2008；唐勁馳等，2011；游小妹等，2012）。中國茶園以施用尿素、復合肥等速效化肥為主，并且化肥施用量較大，出現了茶葉品質下降，茶園土壤有機質含量降低、養(yǎng)分流失等問題（Chen et al.，2016；劉聲傳等，2018）。浙江省是中國主要產茶省份之一，紹興是浙江主要產茶區(qū)之一，茶園管理粗放，60%的茶園氮肥施用量大于450 kg·hm-2，遠超過國際上為防止水體污染而設定的 225 kg·hm-2的化肥施用上限（欒江等，2013）。施入大量的化肥，尤其是當施肥量超過作物所需量時（Ghosh et al.，1998；Ju et al.，2006），大量的氮肥、磷肥通過徑流進入周圍水體，加重地表水體富營養(yǎng)化程度。探索浙江紹興茶園化肥減施模式對茶園科學施肥具有重要意義。

目前，關于茶園施肥模式對茶葉產量、品質及土壤肥力影響的研究多有報道（Siddiqui et al.，2011；Venkatesan et al.，2004；單武雄等，2010；劉聲傳等，2018；田潤泉等，2016；張昆等，2017），研究表明，茶園施用有機肥可以提高土壤養(yǎng)分含量，保證茶葉產量和品質，配施有機肥效果更加明顯。通過4年茶園田間定位試驗研究表明（吳志丹等，2015），配施有機肥能夠提高土壤養(yǎng)分含量，促進茶樹生長和提高茶葉品質；張昆等（2017）研究發(fā)現配施 70%有機肥可以顯著提高春茶產量與品質。目前有關浙江茶園化肥減施模式的研究較少，且多集中在單獨施用化肥、有機肥或有機肥-化肥配施對茶園土壤及茶葉產量和品質的影響（何石福等，2017；何志龍等，2016；劉聲傳等，2018；張昆等，2017），而對化肥減施量及不同化肥減施模式下氮磷流失的研究較少。

本研究針對浙江茶園施肥量、施肥方式、肥料品種等不合理施肥現象（馬立鋒等，2013），在浙江紹興展開化肥減施田間定位試驗，研究化肥減施、有機肥配施對茶園土壤養(yǎng)分含量、徑流氮磷流失及茶葉產量、品質的影響，探索茶園化肥減施量及有機肥-無機肥配施的合理比例，為浙江茶園通過科學施肥改善茶園土壤環(huán)境、降低氮磷徑流損失及提高茶葉產量和品質等提供思路。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究試驗地位于浙江紹興縣富盛鎮(zhèn)御茶村有限公司綠茶生產地，地理位置 29°56′N，120°43′E，海拔165.7 m，坡度為18°，屬于亞熱帶季風氣候，光能資源比較豐富；年平均降水量約1400 mm，多集中在春季和夏季，年平均降水天數為125.6 d，常年相對濕度80%，屬濕潤地帶；無霜期為200~230 d。供試的茶樹品種為豐綠，種植年限為10 a，行距1.5 m。茶園基礎肥力如表1所示。

1.2 試驗設置

試驗設置為小區(qū)對比試驗，設置6個處理（表2），每個處理重復3次，共18個小區(qū)，每個小區(qū)的面積為21 m2（3 m×7 m）。各小區(qū)隨機排布，各個小區(qū)之間設1 m隔離行，并采用田埂方式將各小區(qū)分隔開，防止各小區(qū)間出現串水現象。100%化肥處理中年純氮施用量為 450 kg·hm-2，茶園中N∶P2O5∶K2O 的施用比例為 3∶1∶2；各處理施肥種類與施肥量如表2，不同處理中N、P2O5、K2O施用量及施用比例見表 3。各個小區(qū)水分管理、病蟲害防治等管理措施相同，保證茶樹正常生長。

表3 化肥減施試驗各處理中營養(yǎng)元素施用量及施用比例Table 3 Amount and proportion of nutrition in different treatment of chemical fertilizers

2017年，化肥減施處理中，化肥施用時間為4月1日、5月20日、8月1日，各施肥時間化肥施用量比例為50%、25%、25%；配施有機肥處理中，有機肥于4月1日一次性施入，配施的化肥施用方式同化肥減施處理。2018年，有機肥和化肥于7月13號一次性施入，施肥量占2017年全年的2/5。肥料施用采用溝施的方法，按照徑流水的流向，在每個小區(qū)設置1個徑流桶，用于徑流水的收集。

表1 土壤基本理化性質Table 1 Basic physical and chemical properities of soil

表2 化肥減施試驗處理中施肥種類及用量Table 2 Types and amount of fertilizer application in fertilizer reduction treatment

本試驗中肥料為尿素（河南心連心化肥有限公司，N-46%）、過磷酸鈣（浙江中農化肥有限公司，P2O5-12%）、氯化鉀（黑龍江倍豐農業(yè)生產資料集團有限公司，K2O-60%）、復合肥（史丹利化肥股份有限公司，15-15-15）；有機肥為菜籽餅：紹興當地油菜籽榨油后的副產物，N：52.7 g·kg-1；P2O5：6.9 g·kg-1；K2O：6.1 g·kg-1。

1.3 研究方法

1.3.1 樣品采集

土壤樣品：于2017年8月23日和2018年8月16日采集距茶樹施肥溝5~10 cm處0~20 cm、20~40 cm土壤樣品，避開路邊、田埂、溝邊等區(qū)域。采用“S”布點法采樣，每個小區(qū)取5點混合成1個土樣并用四分法留取樣品，剔除土樣雜物、壓碎、自然風干后，分別過0.15 mm、0.075 mm篩子后用自封袋分裝，密封，于干燥陰涼處保存，待分析測定。

徑流水樣品：每次降雨產生徑流后，收集每個徑流桶的徑流水樣，將水樣儲存于4 ℃冰箱內并及時過濾、測定。徑流水采集結束后，需將徑流桶內水排干并清洗干凈，以備下次徑流水采集。

茶葉樣品：待茶葉長到一芽三葉時，在各小區(qū)內隨機采集一芽二葉的茶葉鮮葉，測定百芽重，芽密度通過統(tǒng)計0.1 m2選取框內一芽一葉、一芽二葉、一芽三葉的數量來獲得；采摘各小區(qū)一芽一葉、一芽二葉、一芽三葉，記錄產量。采摘的茶葉經蒸青后烘干磨細，密封保存，供測定茶葉內含成分。

1.3.2 樣品測試

土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮采用1 mol·L-1KCl浸提-流動分析儀測定；有效磷、有效鉀采用 2%(NH4)2CO3浸提-ICP-OES（田曉婭，1997）測定。茶園土壤養(yǎng)分評價結合《中華人民共和國農業(yè)行業(yè)標準-茶葉產地環(huán)境技術條件（NY/T853—2004）》（中國農業(yè)部農業(yè)環(huán)境質量監(jiān)督檢驗測試中心，2004）與韓文炎等（2002）、堵燕鈺等（2017）總結的茶園土壤肥力分級指標（表 4）對土壤養(yǎng)分進行評價。徑流水樣品采用分光光度計測定徑流水中全氮（國家環(huán)境保護局標準處，1989）；使用ICP-OES測水中全磷。徑流樣品評定參考《地表水環(huán)境質量標準（GB3838—2002）》（國家環(huán)境保護總局科技標準司，2002）（表5）。茶葉樣品主要分析茶葉中咖啡堿——高效液相色譜法（中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，2002）、茶多酚——分光光度法（中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，2008）、氨基酸——分光光度法（中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，2013b）、水浸出物——稱量法（中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，2013a），樣品委托中國農業(yè)科學院茶葉研究所（杭州）測定。

表4 茶園土壤肥力分級指標Table 4 Soil fertility classification index of tea plantation

表5 地表水環(huán)境質量標準基本項目標準限值Table 5 Environmental standards for surface water quality

1.3.3 數據分析

運用Origin（Origin Pro 2016）軟件繪圖，運用SPSS（IBM SPSS Statiatics 20）軟件進行顯著性檢驗（單因素方差分析-LSD，P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤養(yǎng)分含量的影響

對茶園土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀含量進行分析（表6），各處理中0~20 cm土壤養(yǎng)分的含量高于20~40 cm，這與施肥深度為15~20 cm有關?；蕼p施處理中，隨著施肥量的減少，土壤中各養(yǎng)分累積含量逐漸降低，0~20 cm土壤中，CK中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量最高。2017年，CK處理硝態(tài)氮含量顯著高于 F1、F2處理，氨態(tài)氮含量顯著高于F2，與F1差異性不顯著；2018年，硝態(tài)氮及銨態(tài)氮含量顯著高于F2，與F1差異性不顯著，且土壤中銨態(tài)氮的累積含量高于硝態(tài)氮。CK處理中的有效磷、有效鉀累積含量最高，均達到高產優(yōu)質肥力標準（表4），與 CK相比，F1處理中土壤有效磷、有效鉀含量雖然有所降低，但未達到顯著差異，仍然達到了高產優(yōu)質肥力標準。2017年F2處理中有效磷顯著降低，2018年F2處理中有效K含量顯著降低；20~40 cm土壤中，CK中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、有效鉀累積含量最高，F1處理中各養(yǎng)分含量降低，除2018年有效鉀含量顯著降低外，其余指標較 CK未達到顯著差異；F2處理中，除2017年氨態(tài)氮含量和2018年有效鉀含量外，其余指標較CK均顯著降低（P<0.05）。

以CK為對照，有機肥配施處理中，土壤速效養(yǎng)分累積含量均提高，達到了高產優(yōu)質茶園標準。在0~20 cm土壤中，有機肥配施處理中土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量均升高，2017年以OF3處理的土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量最高，2018年OF2的含量最高，且土壤銨態(tài)氮含量顯著高于硝態(tài)氮含量，有利于茶樹的生長；相較于 CK，施用有機肥可以提高土壤有效磷、有效鉀的含量，以OF2處理中有效磷、有效鉀累積含量最高。20~40 cm土壤中，2017年銨態(tài)氮含量以OF2最高，2018年以OF3最高，硝態(tài)氮含量隨著有機肥施用量的增加而增加；土壤有效磷含量以OF2處理最高，在2017年和2018年分別為(24.24±2.14) mg·kg-1和(28.21±7.44) mg·kg-1，OF3處理中有效鉀質量分數最高，分別為(167.33±6.24)mg·kg-1和(154.60±10.43) mg·kg-1。

表6 處理0～20 cm、20～40 cm土壤中養(yǎng)分含量Table 6 0~20 cm and 20~40 cm soil nutrients content in different treatment

2.2 化肥減施對土壤氮磷徑流損失的影響

如圖1、圖2所示，化肥減施處理中，氮磷流失量表現為CK>F1>F2，這與化肥施用量有關（李高明，2009）。CK處理中，2017年徑流水全氮質量濃度范圍為3.29~7.59 mg·L-1，2018年徑流水全氮質量濃度范圍為 7.35~22.16 mg·L-1，均高于 2 mg·L-1，水質中全氮含量均超過V級（表5）；2017年徑流水全磷質量濃度范圍為0.08~1.59 mg·L-1，有67%的徑流水全磷質量濃度超過0.1 mg·L-1（表5），2018年徑流水全磷質量濃度范圍均超過 0.1 mg·L-1。F1處理中，徑流水全氮、全磷質量濃度較CK顯著降低；F2處理中，徑流水全氮、全磷質量濃度較CK顯著降低，與F1相比，徑流水全氮質量濃度顯著降低，徑流水全磷質量濃度在 2017年顯著降低，2018年未達顯著性差異。

如圖1和圖2，配施有機肥處理中，徑流水中全氮、全磷濃度與CK相比顯著降低，且有機肥配施量越高，徑流中全氮、全磷濃度越低。與CK處理相比，OF1處理中，2017年徑流全氮質量濃度為2.36~6.08 mg·L-1，2018年徑流水全氮質量濃度為 3.31~15.54 mg·L-1，達到顯著性差異；2017年徑流水全磷質量濃度為0.19~0.80 mg·L-1，2018年為0.18~0.48 mg·L-1，均達到顯著性差異。OF2處理中，徑流水全氮、全磷質量濃度較CK顯著降低；與OF1相比，全氮全磷濃度均降低，除2017年全磷達到顯著性差異外，其余差異性不顯著。OF3處理中，徑流水全氮、全磷含量較CK顯著降低；與 OF1相比，徑流水全氮顯著降低，徑流水全磷含量在2017年達到顯著性差異，2018年差異性不顯著；與OF2相比，徑流水全氮、全磷均降低，但未達到顯著性差異。與CK相比，在茶園施肥過程中配施有機肥，可顯著降低徑流水中全氮和全磷的含量（P<0.05）。

圖1 不同化肥處理徑流水中全氮濃度Fig. 1 Runoff loss concentration of total nitrogen (TN) in different treatmentsCK：100%化肥處理，F1：80%化肥處理，F2：50%化肥處理，OF1：20%有機肥+80%化肥，OF2：50%有機肥+50化肥，OF3：80%有機肥+20%化肥。圖中小寫字母代表顯著性差異CK: 100% Chemical fertilizer, F1: 80% Chemical fertilizer, F2: 50% Chemical fertilizer, OF1: 80% fertilizer+20% organic fertilizer, OF2: 50%fertilizer+50% organic fertilizer, OF3: 20% fertilizer+80% organic fertilizer. The lowercase letters in the picture represent significant differences

圖2 不同處理徑流水中全磷濃度Fig. 2 Runoff loss concentration of total phosphorus (TP) in different treatments

2.3 不同施肥處理對茶青產量的影響

不同施肥處理下，茶葉產量存在差異（表7）。與CK相比，2017年化肥減施20%處理中春茶（采茶日期2017年4月29日）的芽密度、秋茶（采茶日期2017年8月20日）百芽重顯著降低，夏茶（采茶日期2017年6月26日）芽密度和百芽重均未顯著降低，春茶、夏茶、秋茶的茶青產量降低，但與CK相比未達到顯著差異；2018年其各指標均未發(fā)生顯著變化?；蕼p施50%處理中，2017年與2018年的茶青產量較CK、F1處理顯著降低（P<0.05）。配施有機肥處理中，除OF2與OF3處理2017年春茶產量降低外，其余的產量均增加，其中 OF1與OF2處理2017年夏茶和秋茶產量較CK顯著升高。

表7 不同化肥減施處理中茶葉產量指標Table 7 Tea yield in different treatmen

對各處理中2017年全年茶青產量進行分析（圖3），結果表明，隨著施肥量的減少，F1、F2處理中茶青產量降低，CK處理中全年茶青產量為9082.28 kg·hm-2，F1處理中茶葉產量較CK降低4.6%，未達到顯著性差異（P>0.05），F2處理中茶青產量顯著降低（P<0.05）。配施有機肥處理中茶葉產量表現為 OF1>OF2>CK>OF3，OF1、OF2處理中，施氮量相等的情況下，OF1、OF2處理中茶青產量較CK分別升高13.28%、2.5%，處理間未達到顯著性差異。

圖3 2017年不同施肥處理中茶青產量Fig. 3 Tea yield of different treatment in 2017

2.4 化肥減施對茶葉品質的影響

不同處理間的茶葉品質詳見表8。2017年的化肥減施處理中，與CK相比，F1處理中夏茶的水浸出物含量顯著升高，且夏茶酚氨比顯著降低（P<0.05），春茶和秋茶的酚氨比略有降低，酚氨比降低有利于提高綠茶品質。2017年，F2處理中春茶的氨基酸、咖啡堿和茶多酚顯著降低，夏茶中水浸出物、咖啡堿、茶多酚和氨基酸含量顯著降低，秋茶中水浸出物含量顯著降低（P<0.05）。2018年，各化肥減施處理中，茶葉品質雖有差別但均無顯著性差異。

2017年的有機肥配施處理中，與 CK相比，OF1、OF2處理中夏茶水浸出物含量顯著提高，以OF2處理中水浸出物含量最高，春茶、秋茶中水浸出物含量略有升高；OF1、OF2處理中茶葉的茶多酚、氨基酸含量未達到顯著差異，咖啡堿分別含量提高 0.06%~0.09%、0.01%~0.14%，酚氨比顯著降低；OF3處理中，春茶的氨基酸和茶多酚含量顯著降低，酚氨比升高。2018年各有機肥配施處理間的茶葉品質雖有差別，但無顯著性差異。

3 討論

施肥是土壤養(yǎng)分的重要來源，無論是施用化肥還是有機肥都有提高土壤養(yǎng)分含量的作用（王伯仁等，2002；張國榮等，2009）。大量研究表明，有機肥和無機肥配施對培肥土壤、提高土壤有機質含量的作用明顯（Zhang et al.，2009；黃東風等，2014；張國榮等，2009）。柳影等（2011）研究發(fā)現，施用常量或高量有機肥可以提高土壤有機質含量，30年后其有機質累積量分別增加 42.2%~50.0%和81.5%~94.7%。有機質在改善土壤結構、保持土壤水分、提供土壤養(yǎng)分等方面有重要作用?；蕼p施試驗中，減施20%的化肥其土壤養(yǎng)分含量與對照相比未達到顯著性差異；配施有機肥處理與CK相比土壤有機質、氮素等的含量均有所提高，土壤有機質含量升高有助于改善土壤結構，提高土壤的保水保肥能力。配施有機肥處理下土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量較CK有所升高，是由于施加到土壤中的化肥易發(fā)生硝酸鹽的淋溶、銨態(tài)氮的揮發(fā)及氮的徑流損失（Xing et al.，2000；沈善敏，2001），而有機肥中有機氮礦化緩慢，損失小，容易在土壤中存留（Richter et al.，2000）。此外，配施有機肥可以提高土壤中有效磷和有效鉀的含量，并且隨著有機肥的分解，其各營養(yǎng)元素可被作物持續(xù)性吸收，提高了肥料的利用率。

表8 茶葉中營養(yǎng)成分含量Table 8 Nutritional ingredients of tea in different treatment

地表徑流會使土壤中的氮、磷等養(yǎng)分流失，降低了肥料的利用率，造成土壤板結、肥力下降；流失的氮磷養(yǎng)分進入到水體后又會增加水體富營養(yǎng)化的風險（褚建柯，2007），當水體中全磷質量濃度超過 0.1 mg·L-1時，可以引起水體富營養(yǎng)化（Sharpley et al.，1996）。CK、F1、F2 處理中的化肥主要是尿素、過磷酸鈣、氯化鉀以及復合肥，均為速效肥，養(yǎng)分釋放迅速，在施肥初期，降雨造成的地表徑流會攜帶大量的氮和磷，造成養(yǎng)分的流失；配施有機肥可以減少徑流水中氮素、磷素的損失，降低水體富營養(yǎng)化的風險，這與相關研究的研究結果一致（Zeng et al.，2008；王利民等，2015）。這主要是由于配施有機肥增加了土壤的有機質含量和有益微生物菌群，使土壤的保水保肥能力增強，從而降低了氮磷的徑流損失（Lriii et al.，2002）。

茶葉品質通常以茶多酚、氨基酸、咖啡堿、水浸出物等指標進行評價，茶多酚是茶葉中多酚物質的總稱，被醫(yī)學界稱為“輻射克星”；氨基酸是茶葉滋味最重要的物質之一，氨基酸含量高，則茶湯口感更佳；咖啡堿是茶葉中含量較高的一種生物堿，對人體有提神作用；水浸出物含量的高低一定程度上反映了茶葉的品質。對于綠茶，茶葉酚氨比低于10，且茶葉酚氨比越低，綠茶品質越高（滕翼，2016）。施肥可以為茶葉的生長提供養(yǎng)分，是提高茶葉產量與品質的關鍵?；蕼p施處理中，與 CK處理相比，化肥減施20%，其茶葉內營養(yǎng)成分含量未發(fā)生顯著變化，而酚氨比降低，提高了綠茶的品質，茶葉產量亦未出現明顯差異；化肥減施50%，其茶葉的產量和品質均顯著降低，主要是因為施肥量不足，土壤養(yǎng)分滿足不了茶樹生長的需要，造成后期脫肥（張國榮等，2009）。有機肥配施處理中，OF1、OF2均可以提高茶葉品質，增加茶葉的產量，這與鞏雪峰等（2008）、顏明娟等（2014）的研究結論一致，施用有機肥能夠明顯提高茶葉鮮葉中內含物，改善茶葉品質。但是，過高的有機肥施用量則不利于茶葉品質的提高（吳志丹等，2015），如本試驗中OF3處理，80%的有機肥投入，茶葉中各營養(yǎng)成分含量反而降低。這是因為有機肥的養(yǎng)分釋放速率緩慢，在作物的生長旺季，難以保證作物生長的養(yǎng)分供給（高菊生等，2014；張雪凌等，2017），因此需將速效化肥與有機肥進行配施以滿足作物生長的需要（李萍萍等，2015）。綜合兩年試驗數據可知，有機肥-化肥配施比例為 20%~50%時，其茶葉的產量與品質與其他處理相比均是最優(yōu)的。

4 結論

在浙江紹興縣富盛鎮(zhèn)御茶村有限公司現有茶園化肥施肥量條件下，進行短期（2年）化肥減施、配施有機肥試驗，效果如下：

（1）與CK相比，化肥減施20%，土壤各營養(yǎng)元素的含量雖然降低，但未達到顯著差異，仍可以保證茶葉生長的需要；徑流水中的氮磷濃度顯著降低，減少了土壤氮磷的損失；茶葉產量雖然降低但也未達到顯著差異，而茶葉品質稍有提高。

（2）與 CK相比，有機肥-化肥配施比例為20%~50%時，土壤中各營養(yǎng)元素的含量均有所提高，其中配施50%有機肥處理，有效鉀含量顯著提高；有機肥配施可以提高土壤有機質含量，增加土壤的保水保肥力，顯著降低了徑流水中全氮、全磷濃度，減少了水體富營養(yǎng)化的風險。2017年全年茶青產量提高了13.28%和2.5%，茶葉中的水浸出物、氨基酸和茶多酚的含量均有所提高，酚氨比降低，提高了綠茶的品質。

致謝：感謝中國科學院地理科學與資源研究所謝紹文、趙之德等在浙江紹興野外采樣、試驗的大力支持，感謝中國農業(yè)科學院茶葉研究所王國慶老師在茶葉樣品分析中提供的指導和幫助，感謝浙江省紹興市富盛鎮(zhèn)御茶村紹興御茶村茶業(yè)有限公司給予的幫助和支持。