施肥對茶園土壤質量及茶葉產(chǎn)量、品質的影響研究進展

耿賽攀，馬立鋒

(1.中國農業(yè)科學院茶葉研究所，浙江 杭州 310008；2. 中國農業(yè)科學院研究生院，北京 100081)

茶樹(CamelliasinensisL.)是一種葉用經(jīng)濟作物，需要大量獲取養(yǎng)分來滿足自身的生長需求，達到高產(chǎn)優(yōu)質要求。長期的不合理施肥，造成茶園土壤養(yǎng)分失衡，酸化、板結現(xiàn)象嚴重[1, 2]，不僅導致茶葉產(chǎn)量、品質下降，而且資源浪費、環(huán)境污染嚴重，因此合理施肥對茶葉增產(chǎn)提質、提升土壤質量、減少環(huán)境污染具有重要的作用。作者在查閱大量文獻的基礎上，就茶園施肥對土壤質量、茶葉產(chǎn)量、茶葉品質影響等方面進行綜述，為今后合理施肥、提升茶園土壤質量、生產(chǎn)高產(chǎn)優(yōu)質茶葉提供理論依據(jù)，為我國茶葉生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展提供技術支撐。

1 施肥對茶園土壤質量的影響

1.1 施肥對土壤pH的影響

茶樹喜酸怕堿，以土壤pH4.0～6.5為宜，最適pH值為4.5～5.5[3,4]，如果土壤pH>6.5，或者pH<4.0，都會對茶樹生長產(chǎn)生不利，導致茶葉產(chǎn)量、品質下降[5]。我國茶園土壤酸化比較嚴重[6,7]。有研究表明，在沒有人為因素干擾的情況下，降低土壤pH一個單位需要100年左右[8]，但長期施用化肥，特別是氮肥，則大大加快了土壤酸化的進程[9]，連續(xù)施用化學氮肥4年，土壤pH值就下降低0.22個單位[10]，連續(xù)施用8年，土壤pH值下降1.0個單位[11]，連續(xù)施用18年，土壤pH值則下降了1.5個單位[9]，這主要與過量施用氮肥有關，若每年施入氮肥500 kg·hm-2會產(chǎn)生32.5 kmol的H+[8]，茶葉采摘，會帶走更多的鹽基離子，且銨態(tài)氮發(fā)生硝化作用及硝酸根的淋溶，這些都導致土壤的快速酸化[12]。當然不同的化肥類型影響土壤酸化程度不同，其中硫酸銨>尿素>硝酸銨[13,14]，目前我國有30%的茶園過量施用化肥[15]。

土壤pH降低速率與土壤中有機質含量呈顯著的負相關，茶園土壤中有機質含量越高，土壤pH降低速率就越小[16, 17]，因此施用有機肥則可以減緩土壤酸化進程，甚至可以提高土壤pH值[10, 18]。有機肥(如菜籽餅、廄肥、豬糞等)一般呈中性或弱堿性，能中和土壤中的H+，可以通過有機氮的礦化和有機陰離子的脫羧作用消耗H+，從而使pH升高[19, 20]。同時，有機肥中還含有較豐富的元素(如Na、K、Mg以及一些微量元素等)，可以補充部分流失的鹽基離子，具有緩解土壤酸化的作用[21]。其次有機肥中的各種有機酸及其鹽所形成的絡合體、腐殖質與土壤中礦質膠體結合形成的有機無機復合膠體，都能增加土壤的緩沖能力。有機質通過與土壤中Al結合形成復合物，來降低土壤中Al的飽和度，從而改善土壤酸度[22]。

土壤酸化的茶園，可以按照其酸化程度進行相對應的治理。土壤pH<4.0的茶園，采用白云石粉效果較好[5]。土壤pH在4.5～5.0之間的茶園，則應少施化肥、多施有機肥；而土壤pH>5.0的茶園，則需注重平衡施肥[23]。

1.2 施肥對土壤有機質的影響

有機質是土壤的重要組成部分，與土壤肥力呈正相關，它通過土壤保肥性、保水性、緩沖性和通氣性等方面來影響土壤肥力[24, 25]。

土壤有機質含量受施肥、種植模式、海拔、溫度和濕度等殊多因素影響[26]，與土壤中速效養(yǎng)分之間也有一定的關系，研究發(fā)現(xiàn)土壤有機質含量與土壤速效N含量呈極顯著正相關，與土壤速效K呈顯著正相關，而與土壤有效P呈顯著負相關[17]。

我國茶園土壤有機質平均含量1.9%，其中<1.0%的就占21.3%[27]。高產(chǎn)茶園土壤有機質含量一般要>2%[28]，但也有研究表明，過高的土壤有機質含量也不利于茶葉中次級代謝產(chǎn)物的積累，當有機質含量>4%時，大部分次級代謝物含量會快速下降[29]。

有機肥的施用能顯著提高土壤有機質含量[30-32]，但由于茶園所處環(huán)境、生產(chǎn)條件等的差異(如土壤質量、氣候條件以及耕作水平等)，對土壤有機質的影響有所不同。李萍萍等[33]的研究表明，施用有機肥后，土壤有機質含量增幅為1.0%～63.5%，且隨著有機肥比例的增加而增加。朱旭君[34]認為，隨著有機肥比例的增加，土壤中有機質的含量先升高后降低，當有機肥與化肥的比例為3∶1時，土壤有機質含量最高。林新堅等[35]通過4年的田間定位試驗表明，施用化肥土壤有機質降低了1.7%，施用有機肥后土壤有機質提高了227.8%。曾婕等[36]研究表明，單施化肥也可以增加土壤有機質含量，與施化肥增加茶樹生物產(chǎn)量有關，大量修剪枝葉還田、根系及根系分泌物增多等原因，使得土壤有機質含量增加。

1.3 施肥對土壤養(yǎng)分的影響

優(yōu)質高效高產(chǎn)茶園土壤，全N含量要求>0.1%，速效N含量>100 mg·kg-1，有效P含量>20 mg·kg-1，有效K含量>100 mg·kg-1[37-40]，施肥可以提高茶園土壤養(yǎng)分含量，我國早期茶園施肥以施用尿素、復合肥等速效化肥為主，化肥釋放養(yǎng)分速率快，但不持久，會出現(xiàn)養(yǎng)分后續(xù)供應不足情況，有機肥釋放養(yǎng)分速率慢，但持久，彌補化肥的不足，可以保持茶園土壤養(yǎng)分供應平衡[41]。

不施肥會導致茶園肥力降低，通過施用有機肥和化肥均能提高土壤肥力[42,43]，但單施化肥不利于土地的持續(xù)利用，長期過量施用化肥會引起土壤酸化和板結，導致茶園養(yǎng)分不均衡[44,45]，有機、無機配施被認為是維持農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效施肥形式[46,47]。有機肥無機肥配施好于單施化肥或單施有機肥，不僅能緩解土壤酸化，而且可以明顯增加茶園土壤堿解N、有效P和速效K等養(yǎng)分含量，提升土壤肥力。研究表明，有機肥-化肥配施比例在20%～50%之間時，茶園土壤養(yǎng)分達到最優(yōu)，肥料利用率得到提高[10,48,49]。緩控釋肥的使用能提高土壤速效養(yǎng)分以及全N、全P、全K等，緩控釋肥具有養(yǎng)分釋放速度均衡、肥料利用率高的特點，相較于普通化肥的肥效期大幅延長[50]。

1.4 施肥對土壤養(yǎng)分損失的影響

研究表明，印度茶園土壤N2O的年排放量為4.0～4.8 kg·hm-2[79]，我國亞熱帶丘陵茶園土壤N2O的年排放量為7.1～16.7 kg·hm-2[80]。日本茶園土壤N2O排放高達3.8 mg·kg-1·d-1，顯著高于針葉林或其它酸性土壤[75]，茶園施入化肥N轉化成N2O的排放系數(shù)(2.9%)遠遠高于水稻(0.31%)和其它作物(0.62%)[81]。浙江茶園N2O釋放速率在0～4960 μg·m-2·h-1(平均467 μg·m-2·h-1)，不同土壤類型間表現(xiàn)為：高產(chǎn)茶園>中產(chǎn)茶園>低產(chǎn)茶園和菜園>森林土壤[82]。

影響N2O排放因素很多，以施肥數(shù)量和種類為主要影響因子，其它還有土壤含水量、溫度、pH、有機質和C/N比等[83]。N2O釋放量與施氮量、土壤含水量和有機質含量呈正相關[77]。不同施肥種類、用量及施肥方式影響著N2O排放量，如KNO3處理產(chǎn)生的N2O要明顯高于尿素和(NH4)2SO4，兩者相差達7倍。KNO3與硝化抑制劑混施對N2O排放的抑制效果不明顯，而(NH4)2SO4與抑制劑結合則可以顯著降低N2O排放。茶園施用有機肥比施用無機肥N2O排放量高[77]，隨著有機肥施用量的增加而上升，其中以高N、高有機肥處理的N2O排放量最高[84]。撒施后翻耕和條施后覆土處理，能有效抑制N2O排放損失[85]。

1.4.3 施肥對土壤氮磷鉀淋溶損失影響 我國茶園化肥氮淋溶損失率為21.5%～62.3%[86,87]，低于蔬菜園，高于森林[82]。

2 施肥對茶葉產(chǎn)量的影響

施肥對茶葉增產(chǎn)作用的貢獻率(41%)遠遠超過土壤(25%)和勞動力(8%)的貢獻率[110]。茶園長期定位試驗發(fā)現(xiàn)，試驗初期單施化肥處理的茶葉增產(chǎn)效果好于單施有機肥處理，但隨著施肥年限的增加，有機肥的作用效果就能顯現(xiàn)出來[36]?；士梢钥焖偬岣咄寥鲤B(yǎng)分含量，供茶樹吸收利用，而有機肥養(yǎng)分含量低，短期內不能滿足茶樹生長需求，但持續(xù)一定年限后，有機肥礦化積累足夠養(yǎng)分，足以滿足茶樹生長[111]。當然無機肥、有機肥同樣具有持續(xù)增產(chǎn)效果[36]。

茶葉產(chǎn)量與施肥量的關系基本可用二次拋物線方程來描述，茶葉產(chǎn)量隨著施肥量的增加而增加，但若施肥量持續(xù)增加，茶葉產(chǎn)量不再增加，反而會降低茶葉產(chǎn)量[112]。如年施純 N 90～720 kg·hm-2，施純 N 360 kg·hm-2時茶葉產(chǎn)量達到最高，超過這一施肥量后產(chǎn)量便開始下降[113]。

有機無機肥配施在茶葉生長前期、后期土壤能持續(xù)穩(wěn)定地提供足夠的養(yǎng)分[114]，而且配施的有機肥使得土壤具有良好的物理性質，其含有的養(yǎng)分能補充茶樹的需求[115]。有機、無機肥配施對茶葉產(chǎn)量效應的研究結論并不一致。林新堅等[35]研究認為，不同有機肥種類均能增加茶葉產(chǎn)量，產(chǎn)增幅度為51.2%～106.2%，其中以1/2 茶樹配方化肥+1/2 有機肥+豆科綠肥施肥模式對提高茶葉產(chǎn)量的效果最佳，認為該施肥模式所用的茶樹配方化肥的氮磷鉀比例(1∶0.33∶0.33)符合推薦的氮磷鉀比例(1∶0.25～0.5∶0.25～0.5)。顏明娟等[57]認為，在茶農習慣施氮量的基礎上減N20%后配施有機肥能夠提高茶葉產(chǎn)量和品質，施用后第二年產(chǎn)量提高了6.8%。吳志丹等[10]研究表明，25%的有機肥配施75%的化肥茶葉產(chǎn)量最高，高于習慣施肥和100%有機肥。但也有認為，以70%有機肥+30%化肥的處理產(chǎn)量最高[33]。等N水平下，隨著有機肥比例的增加，百芽重明顯提高，以25%化肥+75%有機肥處理效果最好，100%有機肥處理反而有所下降[34]。

3 不同施肥模式對茶葉品質影響

評價茶葉品質成分的指標主要有茶多酚、氨基酸、咖啡堿、水浸出物、酚氨比等[116]。此外蘆丁、總兒茶素和多酚類單體物質(ECG、EGCG)也是茶葉中重要的品質成分，其含量的多少直接決定茶葉品質的好壞[117,118]。

茶園土壤養(yǎng)分狀況對茶葉品質成分影響很大[119-121]。土壤堿解N含量在60～100 mg·kg-1時，茶葉品質較好；適宜的土壤有效P含量對提升茶葉的香氣和滋味有著十分明顯的作用[122,123]。土壤有效N、P、K的含量在一定范圍內時，有利于茶葉中次級代謝產(chǎn)物的積累，從而達到最優(yōu)的茶葉品質；土壤中較高的有機質含量也是獲得高品質茶葉的必要條件[124]。茶葉中的氨基酸、咖啡堿含量與土壤中的N素含量呈顯著正相關，適當施用N肥能夠平衡脂類代謝和香氣物質合成的關系，提高茶葉品質，而過量施N則會降低香氣前體物質的合成，影響茶葉品質等[29]；茶多酚和水浸出物隨土壤中的速效P增多而增加；此外土壤中K元素對茶葉氨基酸含量也有促進作用[121]。

施用有機肥可以提高茶葉品質，茶葉的湯色、滋味、香氣、水浸出物都能改善，感官審評得分高[125-127]。有機無機肥配施處理茶葉品質優(yōu)于單施化肥或100%有機肥，有機無機肥配施(如：80%化肥+20%有機肥、50%化肥+50%有機肥)都可以提高茶葉品質[10,33,48,57]，但過高的有機肥配比也會降低茶葉品質[128]，可能與有機肥過高的C/N比值有關，當C/N≤20時，對作物生長和產(chǎn)量無明顯影響，當C/N=30時，開始導致作物減產(chǎn)，品質下降[129]。

化肥適當減施(如減施20%)并優(yōu)化NPK施入比例，并不會明顯改變茶葉品質，反而會綜合提高茶葉各品質指標[126]。但化肥減施過量(如減施50%)，會對茶葉品質產(chǎn)生不利，可能與養(yǎng)分不能滿足茶樹的正常需求有關[48]。

溝施覆膜在一定程度上能改善茶葉品質，與溝施相比，溝施覆膜下茶葉的水浸出物、咖啡堿、游離氨基酸含量分別提升2.2%、7.3%和14.7%，茶多酚下降1.9%[130]。微生物肥、茶葉專用有機肥處理，對茶葉品質提升有明顯好處[131]。

4 展望

為了追求茶葉產(chǎn)量，大量的肥料投入，土壤質量的不斷惡化，農村勞動力緊缺，以及茶葉栽培種植制度等不斷改變，目前茶園施肥面臨著殊多問題，今后應從以下幾個方面開展研究：

(1)合理施用化肥，調整肥料結構，加強有機無機肥區(qū)域性配比研究?；实氖褂迷谔岣卟枞~產(chǎn)量、提升茶葉品質過程中起到了明顯的作用，但過量的施用化肥反而阻礙了茶葉的可持續(xù)健康發(fā)展。所以茶園應提倡科學施肥，合理施用化肥，減緩茶園土壤酸化進程，提升茶園土壤肥力，滿足茶樹養(yǎng)分需求，體現(xiàn)真正的茶葉增產(chǎn)高效優(yōu)質，實現(xiàn)環(huán)境友好型施肥目的。

大量的研究表明，有機無機肥配施不僅能提高土壤肥力，且滿足茶樹養(yǎng)分需求。但不同茶區(qū)茶葉采摘、土壤肥力水平、氣候條件等不同，有機無機肥最佳施肥比例還有待進一步研究，為高效施肥提供理論依據(jù)。功能性肥料(如茶樹專用肥、緩控釋肥)的使用也不夠普及。

(2)監(jiān)測茶園土壤養(yǎng)分去向，加強養(yǎng)分平衡研究。我國茶園肥料利用率低，養(yǎng)分損失大。但是我國茶園的養(yǎng)分平衡數(shù)據(jù)幾乎沒有，因此在掌握我國茶園施肥的前提下，加強茶園土壤養(yǎng)分去向的監(jiān)測，了解茶園養(yǎng)分輸入、輸出途徑及養(yǎng)分平衡，探究整個茶園養(yǎng)分循環(huán)規(guī)律，評估茶園養(yǎng)分損失風險，為高產(chǎn)施肥提供數(shù)據(jù)支撐。

(3)改進施肥方法，加強輕減化施肥方式研究。隨著我國農村勞動力人口的越來越緊缺，茶園人工施肥，特別是開溝施肥，越來越難困難。撒施是目前茶園施肥的一種主要施肥方式，這樣的施肥方式下，必然導致養(yǎng)分利用率低，環(huán)境污染重。今后應加強輕減化施肥方面的研究，如水肥水一體化，機械施肥。水肥一體施肥能夠減少縱向滲透和地表徑流帶來的養(yǎng)分損失，減輕施肥強度，提高施肥效率，能夠明顯減少施大量化肥而引起環(huán)境污染。而機械施肥能明顯減輕施肥強度，提高施肥效率，同時還兼有良好的耕作效果，這將為明顯減緩農村勞動力短缺的現(xiàn)狀。

我國茶園大都分布在山區(qū)、半山區(qū)，這些施肥不便的茶園若能施上肥，不僅解決了這些茶園施肥難的問題，而且能明顯提升我國的茶葉健康發(fā)展。