調(diào)理劑對茶園土壤和茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)的影響①

萬 青，胡振民，李 歡，李榮林，楊亦揚

調(diào)理劑對茶園土壤和茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)的影響①

萬 青，胡振民，李 歡，李榮林，楊亦揚*

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學院休閑農(nóng)業(yè)研究所/江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室，南京 210014)

通過田間試驗，研究不同調(diào)理劑與茶葉配方肥配施對茶園土壤性質(zhì)和茶葉產(chǎn)量品質(zhì)構(gòu)成的影響。結(jié)果表明：3種土壤調(diào)理劑均能不同程度地改善茶園土壤肥力及提升茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)，對表層(0 ~ 20 cm)土壤的改良效果要明顯好于亞表層(20 ~ 40 cm)土壤。其中，“亞科豐”土壤調(diào)理劑提高土壤pH的幅度較高，其次是“田師傅”土壤調(diào)理劑和生物質(zhì)炭處理。生物質(zhì)炭在提高土壤肥力以及茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)方面綜合表現(xiàn)較好，酸性土壤茶園在施用生物炭后，可顯著提高土壤有機質(zhì)和氮磷鉀元素含量，同時也能提高茶葉百芽重和發(fā)芽密度以及鮮葉中游離氨基酸總量。

土壤酸化；調(diào)理劑；pH；養(yǎng)分元素；品質(zhì)成分

茶樹是喜酸性土壤的作物，但并非土壤越酸，對茶樹生長就越好，只有適宜的土壤pH是其根系生存的基礎(chǔ)，土壤酸化將直接對茶樹根系的吸收功能產(chǎn)生影響。林智等[1]研究表明，當土壤pH為5.0 ~ 6.0時，茶樹的根系發(fā)達，生長旺盛；當pH<4.0時，茶樹根尖萎縮，生長受抑制，對氮、磷、鉀的吸收量也急劇下降。導致茶園土壤酸化的原因主要有外部因素和內(nèi)部機制兩方面。外部原因主要包括酸沉降和銨態(tài)氮肥的施用[2-3]，內(nèi)部機制主要包括茶樹自身物質(zhì)循環(huán)和茶樹根系代謝[4-6]。

茶園土壤酸化問題不是僅存在于個別省份和個別茶園，較多研究報道均指出，我國不同地區(qū)茶園土壤酸化現(xiàn)象日益嚴重，土壤pH適宜茶樹生長的茶園比例在不斷減少[7-10]。2003—2005年對江蘇省典型茶園調(diào)查顯示：調(diào)查的23個茶園土壤pH均低于茶樹生長最適值pH 5.5[11]。對福建省107個典型茶園土壤pH進行測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤pH<4.50的茶園占86.9%，其中pH<4.00的占28%[12]。相關(guān)研究表明，隨著土壤酸化程度的加劇，會導致鹽基離子的淋失[13]，增強土壤中重金屬的活性[14]，以及活性鋁的溶出[15]，從而降低茶葉品質(zhì)，危害人類健康。由此可見，茶園土壤酸化是一個不可忽視的土壤環(huán)境問題。

施用土壤調(diào)理劑是修復退化土壤的重要措施之一。土壤調(diào)理劑能有效改善土壤酸度、提高土壤肥力、恢復酸性土壤的生產(chǎn)力，對農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護均具有重要意義。目前，常用的土壤調(diào)理劑為石灰，但石灰在土壤中移動性較差，長期或大量使用會引起土壤板結(jié)及元素失衡，從而導致作物減產(chǎn)[16]。國內(nèi)外土壤調(diào)理劑品種繁多，主要包括礦物和工業(yè)廢棄物[17-18]、有機物料[19]、微生物制劑[20]、高聚物[21]以及生物質(zhì)炭[22]等，不同調(diào)理劑的性質(zhì)組成、作用機理和在不同類型土壤的施用效果也不同。因此，本文選取3種土壤調(diào)理劑(“亞科豐”牌土壤調(diào)理劑、“田師傅”牌土壤調(diào)理劑和生物質(zhì)炭)，研究其對酸性茶園土壤改良效果和對茶葉產(chǎn)量品質(zhì)構(gòu)成的影響，以期為酸性茶園土壤改良提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗茶園位于江蘇省蘇州市吳中區(qū)金庭鎮(zhèn)堂里村，地理位置120°14′50′′E，31°7′7′′N，海拔50 m，茶樹品種為當?shù)乇搪荽喝后w種。土壤基本性質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置6種不同施肥模式，分別為：不施肥、配方肥、配方肥+“亞科豐”土壤調(diào)理劑、配方肥+“田師傅”土壤調(diào)理劑、配方肥+生物質(zhì)炭，各處理肥料施用量如表2所示。每個試驗小區(qū)面積為2畝(1畝=667 m2)。各處理肥料于2016年10月一次性施入，不追肥。2017年春，調(diào)查每個試驗小區(qū)茶樹發(fā)芽密度和百芽重，并采集新梢，每個小區(qū)內(nèi)重復4次。茶葉樣品微波殺青2 min后60℃烘干至恒重，磨碎后備用。2017年10月，采用多點混合法在每個試驗小區(qū)采集0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm的土壤樣品，每個小區(qū)內(nèi)重復3次。樣品采集后及時攤開風干，剔除雜物后研磨過20目和100目篩，備用待測。

表1 試驗茶園土壤基本性質(zhì)

供試茶葉配方肥購自湖北宜施壯農(nóng)業(yè)科技有限公司，總養(yǎng)分≥40 g/kg，N∶P2O5∶K2O=18∶8∶12；“亞科豐”土壤調(diào)理劑購自山西世紀亞科豐肥業(yè)有限公司，其K2O≥40 g/kg，CaO≥300 g/kg，MgO≥160 g/kg，SiO2≥120 g/kg，pH 11 ~ 12；“田師傅”土壤調(diào)理劑購自廣東大眾農(nóng)業(yè)科技股份有限公司，其CaO≥250 g/kg，MgO≥70 g/kg，pH 9 ~ 12；生物質(zhì)炭購自南京勤豐秸稈科技有限公司，為玉米秸稈炭。

表2 各試驗處理肥料施用量(kg/hm2)

1.3 測定項目與方法

土壤pH采用水浸提電位法，土水比為1∶2.5，用ORION 3 STAR( Thermo公司，美國) pH計測定；土壤全氮(TN)和全碳(TC)采用Vario Max CN碳氮分析儀( Elementar公司，德國) 測定；有機質(zhì)(OM)依據(jù)OM = TC×1.724 換算；有效磷、速效鉀等養(yǎng)分采用Mehlich 3浸提劑浸提[23]，水土比10∶1混合振蕩，電感耦合等離子體光譜儀ICP(TJA公司，美國)測定。

茶樹鮮葉全氮：稱取20.0 mg研磨均勻的茶葉干樣，采用Vario Max CN碳氮分析儀(德國Elementar公司)進行測定。全磷和全鉀等其他礦質(zhì)元素：稱取200.0 mg研磨均勻的茶葉干樣，經(jīng)馬弗爐干灰化后加入6 mol/L HCI，用電感耦合等離子體光譜儀ICP(美國TJA公司)進行測定。品質(zhì)成分：稱取100.0 mg研磨均勻的茶葉干樣，加入5.0 ml水，100 ℃加熱5 min，吸取浸提液，茚三酮比色法測定游離氨基酸總量(GB/T 8314—2002)，酒石酸鐵比色法(GB/T 8313—2008)測定茶多酚總量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 21.0統(tǒng)計軟件對測得的數(shù)據(jù)進行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同調(diào)理劑對茶園土壤pH的影響

施用不同調(diào)理劑處理1 a后，茶園土壤pH的變化如圖1所示，其中虛線表示施用前土壤初始pH。結(jié)果表明，在0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土層中，3種土壤調(diào)理劑均能不同程度提高土壤pH。其中，在0 ~ 20 cm土層，“亞科豐”、“田師傅”和生物質(zhì)炭分別提高土壤pH 0.23、0.17和0.11個單位，但三者之間差異不顯著(>0.05)；在20 ~ 40 cm土層，“亞科豐”、“田師傅”和生物質(zhì)炭分別提高土壤pH 0.65、0.31和0.21個單位，“亞科豐”與其他兩種改良劑呈顯著性差異(<0.05)。對照處理和配方肥處理的土壤pH較初始pH有所下降，兩者之間差異不顯著。

(圖虛線為處理前土壤pH；圖中不同小寫字母表示各處理間差異在P<0.05水平顯著；下同)

2.2 不同調(diào)理劑對茶園土壤全氮和有機質(zhì)的影響

不同土壤調(diào)理劑處理茶園土壤全氮和有機質(zhì)含量變化如圖2所示。結(jié)果顯示，茶葉配方肥處理以及不同土壤調(diào)理劑處理土壤全氮含量顯著高于不施肥處理(<0.05)，其中，生物質(zhì)炭處理全氮含量最高；所有處理0 ~ 20 cm土層全氮含量顯著高于20 ~ 40 cm土層。不同施肥處理土壤有機質(zhì)含量顯著高于不施肥處理(<0.05)，其中，生物質(zhì)炭處理的有機質(zhì)含量最高，其次是茶葉配方肥處理，之后依次為“亞科豐”和“田師傅”處理，但處理間差異不顯著；所有處理0 ~ 20 cm土層有機質(zhì)含量顯著高于20 ~ 40 cm土層。

2.3 不同調(diào)理劑對茶園土壤有效養(yǎng)分含量的影響

不同調(diào)理劑處理土壤有效態(tài)磷、鉀、鈣和鎂含量如表3所示。單獨施用茶葉配方肥處理0 ~ 20 cm土層有效磷含量最高，顯著高于其他處理(<0.05)，其次是生物質(zhì)炭處理、“亞科豐”處理，“田師傅”處理有效磷含量相對較低；生物質(zhì)炭處理0 ~ 20 cm土層速效鉀含量最高，但與其他處理之間差異不顯著；生物質(zhì)炭處理0 ~ 20 cm土層有效鈣含量最高，顯著高于其他調(diào)理劑處理(<0.05)；“田師傅”處理0 ~ 20 cm土層有效鎂含量最高，但與其他處理之間差異不顯著。

圖2 不同施肥處理對茶園土壤全氮和有機質(zhì)含量的影響

表3 不同處理茶園土壤主要養(yǎng)分元素含量(mg/kg)

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異達<0.05顯著水平，下同。

2.4 不同調(diào)理劑對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)構(gòu)成因素的影響

不同土壤調(diào)理劑作為秋季基肥施入后，翌年春，茶芽萌發(fā)時調(diào)查不同處理的發(fā)芽密度和百芽重，并采摘茶鮮葉測定品質(zhì)成分(表4)和主要元素含量(表5)。結(jié)果顯示，生物質(zhì)炭處理的茶鮮葉新梢發(fā)芽密度在所有處理中最高，其次是“亞科豐”處理，該兩種處理顯著高于其他處理和對照(<0.05)；在百芽重方面，生物質(zhì)炭處理同樣是最高，但各處理之間差異不顯著(表4)。單獨施用茶葉配方肥處理的茶多酚總量最高，達302.02 mg/g，“亞科豐”處理的茶多酚總量最低244.75 mg/g；在游離氨基酸總量方面，生物質(zhì)炭處理最高，顯著高于其他土壤調(diào)理劑處理(<0.05)；所有處理的酚氨比均小于8，其中單獨施用茶葉配方肥處理酚氨比最高，生物質(zhì)炭處理最低(表4)。不同處理的茶鮮葉全氮含量無顯著差異；施肥處理的全磷含量顯著高于對照不施肥處理，“亞科豐”處理的全磷含量最高；3種土壤調(diào)理劑處理茶葉全鉀含量顯著高于對照和單獨施用茶葉配方肥處理；施肥處理的全鈣含量顯著高于對照不施肥處理，“亞科豐”處理的全鈣含量最高；“田師傅”和生物質(zhì)炭處理的茶葉全鎂含量較高(表5)。

表4 不同處理的茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)構(gòu)成

表5 不同處理的茶葉中主要養(yǎng)分元素含量(g/kg)

3 討論

種植茶樹會加速土壤的酸化，隨著植茶年限的增加，土壤酸化程度會愈加嚴重[24-26]。茶樹偏愛酸性環(huán)境，適合其生長的土壤pH范圍在4.5 ~ 6.0[27]，其中pH 4.5 ~ 5.5最適宜種植茶樹，但土壤pH過低則會影響茶樹的正常生長[28]。試驗區(qū)茶園土壤酸度偏低，pH<4.5，其中表層土(0 ~ 20 cm)pH為4.26，亞表層土(20 ~ 40 cm)pH為4.31(表1)，這可能是由于長期不合理的施肥結(jié)構(gòu)造成。因此，本研究選取3種土壤調(diào)理劑與茶葉配方肥配施改良土壤酸度，并檢驗土壤改良劑對茶園土壤基本性質(zhì)和茶葉產(chǎn)量品質(zhì)構(gòu)成的影響。結(jié)果顯示，3種不同改良劑可以不同程度地提高土壤pH，因為這3種物質(zhì)均呈堿性，具有較高的pH；其中，“亞科豐”處理的表現(xiàn)較好，提高土壤pH的幅度較高(圖1)。有研究發(fā)現(xiàn)，“亞科豐”土壤調(diào)理劑能顯著提高酸性水稻土壤pH，這與本研究結(jié)果一致[29]。

茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)與土壤養(yǎng)分有著密切聯(lián)系。土壤有機質(zhì)是土壤微生物和茶樹多種營養(yǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，不僅能增強土壤保水保肥能力，對酸堿有較強的緩沖能力，還可以促進根系對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收[30]。研究結(jié)果顯示(圖2)，不同土壤調(diào)理劑處理后的土壤有機質(zhì)含量顯著高于不施肥處理(<0.05)，其中，生物質(zhì)炭處理土壤有機質(zhì)含量最高。生物質(zhì)炭用作土壤改良劑，不僅可以改善土壤的物理性質(zhì)、增強土壤的保水能力、促進土壤微生物種群的發(fā)展以及養(yǎng)分的循環(huán)，并且可以增加土壤有機碳的含量，從而促進植物的生長[31-33]。氮、磷、鉀是茶樹生長所必需的3種元素，氮是蛋白質(zhì)的主要成分，同時也是原生質(zhì)的重要組成；磷對茶樹根系分枝、根系吸收能力及幼苗生長有較好的促進作用；而鉀是多種酶的活化劑，不僅能促進光合作用和呼吸作用，還能提高茶樹抗逆性[34]。本研究顯示生物質(zhì)炭處理的茶園表層土壤全氮(圖2)和速效鉀含量最高，有效磷含量在3種土壤調(diào)理劑處理中最高(表3)。茶樹多數(shù)生長在溫暖多雨氣候條件的亞熱帶地區(qū)，該地區(qū)土壤氮素容易淋失，然而添加生物質(zhì)炭可以增加土壤對氮素的保持能力，提高氮素速效性[22,35-37]。生物質(zhì)炭本身含有磷，這些磷可以被植物利用，施用生物質(zhì)炭可以直接增加土壤磷素水平，提高作物的產(chǎn)量[38]。此外，生物質(zhì)炭表面帶負電荷，具有較高的陽離子交換量，可以提高土壤對養(yǎng)分離子鈣、鉀、鎂和銨等的吸持能力，提高土壤的肥力[39-40]。施用土壤調(diào)理劑后，茶葉中磷、鉀、鈣和鎂含量顯著高于不施肥處理(表5)，說明土壤調(diào)理劑的加入會促進茶樹對磷鉀等大量元素的吸收。

春季茶芽萌發(fā)時調(diào)查不同處理的發(fā)芽密度和百芽重，這兩個指標在一定程度上能反映茶葉產(chǎn)量，而生物質(zhì)炭處理在這個兩個指標上表現(xiàn)均最優(yōu)(表4)，說明土壤中添加生物質(zhì)炭可以促進茶樹新梢萌發(fā)，并能提高茶葉產(chǎn)量。這與前人的研究結(jié)果一致，土壤中適量施入生物質(zhì)炭可促進水稻、玉米以及甜椒生長，提高產(chǎn)量[41-43]。

本研究中關(guān)于茶葉品質(zhì)成分主要測定了游離氨基酸和茶多酚。游離氨基酸是一種含氮有機物，其組成、含量及其降解產(chǎn)物和轉(zhuǎn)化產(chǎn)物將直接決定茶湯滋味和茶葉品質(zhì)，同時對茶葉香氣有很好的促進作用[44]。游離氨基酸在茶樹中的含量范圍為1.1% ~ 6.5%[45]，其含量越高，茶湯越鮮爽，香氣高長，品質(zhì)更優(yōu)良。本研究結(jié)果顯示(表4)，生物質(zhì)炭處理的游離氨基酸總量最高，顯著高于其他土壤調(diào)理劑處理(<0.05)。茶多酚是一類存在于茶樹中的多元酚混合物，是茶湯澀味的主體，但也是茶葉保健功能的首要成分[46-47]，其含量一般占總干物質(zhì)的18.00% ~ 36.00%。有研究表明，茶多酚含量在20.00% 以內(nèi)，茶湯滋味與其含量呈顯著正相關(guān)，含量在20.00% ~ 24.00% 的范圍內(nèi)仍維持茶湯濃度、醇度和鮮爽度的和諧統(tǒng)一，但茶多酚含量進一步增加后，茶湯苦澀味開始形成并逐漸加重，使得正相關(guān)性發(fā)生逆轉(zhuǎn)[48-49]。本研究結(jié)果顯示(表4)，單獨施用茶葉配方肥處理的茶多酚總量最高，達到302.02 mg/g，“亞科豐”處理的茶多酚總量最低244.75 mg/g，但是無論哪個處理，茶多酚含量整體偏高，可能與栽培品種有關(guān)。酚氨比是評價茶葉適制性的指標之一，制作綠茶要求酚氨比<8.00，制作紅茶要求酚氨比＞15.00，制作烏龍茶則居于二者之間(8.00<酚氨比<15.00)[50]。酚氨比還是表征茶葉品質(zhì)的重要指標，能較好地反映茶湯滋味品質(zhì)。本研究中，所有處理的酚氨比均小于8，說明使用其中單獨施用茶葉配方肥處理酚氨比最高，生物質(zhì)炭處理的酚氨比最低。從酚氨比的角度，無論哪個處理都是適制綠茶的，這也符合該地區(qū)主產(chǎn)綠茶的特征。

4 結(jié)論

本研究3種土壤調(diào)理劑均能不同程度地改善茶園土壤肥力及提升茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)，對表層土壤的改良效果要明顯好于亞表層土壤。其中，在提高酸性茶園土壤pH方面，“亞科豐”土壤調(diào)理劑改良效果較好，提升土壤pH幅度較高；生物質(zhì)炭在增加土壤有機質(zhì)及氮磷鉀含量，以及提高茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)方面綜合表現(xiàn)較好。本研究呈現(xiàn)的1 a短期試驗結(jié)果，還需通過長期定位試驗觀測土壤調(diào)理劑的改良效果，同時改良機理也有待于進一步研究。

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Effects of Soil Conditioners on Soil Properties and Yield and Quality Components of Tea in Tea Garden

WAN Qing, HU Zhenmin, LI Huan, LI Ronglin, YANG Yiyang*

(Institute of Leisure Agriculture, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/Jiangsu Key Laboratory for Horticultural Crop Genetic Improvement, Nanjing 210014, China)

Field experiments were conducted to study the effects of different soil conditioners and tea formula fertilizers on soil properties and yield and quality components in acidic tea garden. The results showed that all the three soil conditioners could improve soil fertility and yield and quality of tea in different degrees, and the improvement effect of surface soil (0–20 cm) was better than that of subsurface soil (20–40 cm). Among the three soil conditioners, Ya-Kefeng soil conditioner increased soil pH by the highest extent, followed by Tian-Shifu soil conditioner and biochar treatment. Biochar treatment appeared a better comprehensive performance in improving soil fertility and tea yield and quality. The application of biochar in tea garden could significantly increase the contents of soil organic matter, nitrogen, phosphorus and potassium, and also increase the 100-bud weight and germination density of tea, as well as the total amount of free amino acids in leaves.

Soil acidification; Soil conditioner; pH; Nutrient elements; Quality components

江蘇省自然科學基金項目(BK20160590)、國家自然科學基金項目(31600558；31800590)和江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新項目(CX(16)1003)資助。

yangyiyang_yyy@126.com)

萬青(1984—)，女，河北邯鄲人，博士，副研究員，主要從事茶樹栽培與茶園土壤管理研究。E-mail：wanqing@jaas.ac.cn

S571.1；S156.2；S506.1

A、

10.13758/j.cnki.tr.2019.06.006