長期不同施肥對茶園土壤pH、茶葉產(chǎn)量可持續(xù)性和品質(zhì)的影響

王金林，聞 祿，陳 平，張德全，田 永，曾 婕，楊 崢

（1普洱市土壤肥料工作站，云南普洱665000；2思茅區(qū)茶葉和特色生物產(chǎn)業(yè)局，云南普洱665000）

0 引言

2013年普洱市被國家發(fā)改委列為首個(gè)國家綠色經(jīng)濟(jì)試驗(yàn)示范區(qū)[1]。茶葉作為當(dāng)?shù)刂饕厣?jīng)濟(jì)作物之一，對推動(dòng)普洱綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到重要作用。2018年，全市茶葉種植面積10.99萬hm2，毛茶產(chǎn)量11.65萬t，綜合產(chǎn)值255億元，產(chǎn)值、產(chǎn)量均位居全省首位[2]，但由于大部分茶園分散在農(nóng)戶手中，受傳統(tǒng)粗放種植習(xí)慣影響，不合理施肥、施肥結(jié)構(gòu)不合理和施肥方式落后現(xiàn)象仍層出不窮[3-4]。施肥是土壤養(yǎng)分歸還的一種方式，是作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主要措施，對恢復(fù)和維持土壤肥力有積極意義[5]。如何尋求合理的施肥方式，在綜合考慮土壤供肥能力、作物需肥特點(diǎn)、肥料特性、氣候條件和栽培措施等因素的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)培肥地力、增加產(chǎn)量、改善品質(zhì)、提高效益與保護(hù)環(huán)境相統(tǒng)一，是我們長期探尋的重要方向[6]。目前，國內(nèi)外學(xué)者報(bào)道了許多關(guān)于長期不同施肥對土壤肥力、氮素或磷素利用、酶活性和微生物以及對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響等方面的文章，但大多數(shù)都圍繞糧食作物，關(guān)于茶葉方面的研究還相對較少，特別是系統(tǒng)性的研究長期不同施肥對茶園土壤pH、茶葉產(chǎn)量可持續(xù)性和品質(zhì)的影響方面還有待進(jìn)一步補(bǔ)充[7-11]。本研究以普洱市茶葉監(jiān)測點(diǎn)長期定位試驗(yàn)為平臺，探究長期不同施肥對茶園土壤pH、茶葉產(chǎn)量可持續(xù)性和品質(zhì)的影響，以期為普洱市茶葉生產(chǎn)發(fā)展提供指導(dǎo)，助力農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

普洱市茶葉監(jiān)測點(diǎn)位于普洱市思茅區(qū)南屏鎮(zhèn)柏枝寺村普洱市茶葉科學(xué)研究所試驗(yàn)地，22°44.586'N，100°57.929'E，海拔1347 m，地形坡度10°～45°，具有低緯、季風(fēng)和垂直氣候三大特點(diǎn)，屬于南亞熱帶為主的山地季風(fēng)氣候地區(qū)，年均氣溫15～20.3℃，年無霜期在315 d以上，年降雨量1299～1700 mm，負(fù)氧離子含量在七級以上。試驗(yàn)始于2006年，土壤類型為赤紅壤-紅色赤紅壤-紅砂頁巖-紅末香土。茶園土壤pH 4.69、有機(jī)質(zhì)20.8 g/kg、全氮0.92 g/kg、全磷0.53 g/kg、全鉀5.6 g/kg、堿解氮90 mg/kg、有效磷36.1 mg/kg、速效鉀104 mg/kg，肥力中等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

監(jiān)測點(diǎn)共設(shè)CK（空白）、M（單施有機(jī)肥）、NPK（單施化肥）、NPKM（化肥+有機(jī)肥）4個(gè)大區(qū)處理，不設(shè)重復(fù)，各試驗(yàn)區(qū)面積100 m2左右。2006—2012年有機(jī)肥以農(nóng)家肥作為肥源，2013年至今為當(dāng)?shù)厣唐酚袡C(jī)肥（有機(jī)質(zhì)≥45%，總養(yǎng)分≥5%，水分≤30%，pH 5.5～8.5），化肥為尿素(N 46%)、普鈣(P2O516%)、硫酸鉀(K2O 50%)。有機(jī)肥、普鈣和硫酸鉀做越冬肥一次性施入，尿素40%做越冬肥、30%做5月份春夏茶追肥、30%做8月份秋茶追肥，基肥和追肥均作溝施。不同處理的施肥量見表1，2006—2007年施肥量為常規(guī)施肥量；2008—2012年，由于試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)量偏低，NPK和NPKM處理的尿素均在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上增加了25%，M處理的有機(jī)肥增加6 t/hm2，其他不變；2013—2017年，全國開展化肥零增長行動(dòng)，尿素在最初常規(guī)施肥基礎(chǔ)上降低了25%，其他不變；2017年至今，化肥+有機(jī)肥處理的N、P2O5和K2O在2017年的基礎(chǔ)上分別降低15%、35%和25%，其他管理措施一致。供試作物為茶葉，品種為‘云抗10號’（綠茶大葉種），茶葉1988年移植，茶齡為32年。

表1 2006—2019年各處理施肥量

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤指標(biāo) 2006年在試驗(yàn)地塊以“S”型分層取0～15(A)、15～30(B)、30～45(C)cm層次做試驗(yàn)前基礎(chǔ)土樣。2011和2016年10月前后，在各小區(qū)內(nèi)選3個(gè)點(diǎn)取0～15(A)、15～30(B)、30～45(C)cm層次土樣，風(fēng)干，磨碎過篩后分別用pH計(jì)法測定土壤pH，用100 cm3的環(huán)刀在各小區(qū)取3個(gè)點(diǎn)容重樣。

1.3.2 品質(zhì)指標(biāo) 2018年5月和10月分別采摘各小區(qū)茶葉（一芽一葉），殺青，委托云南省德宏熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所檢測中心測定茶葉水分、茶多酚、兒茶素、總灰分、咖啡堿和各類氨基酸。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Office Excel 2003和SPSS21.0進(jìn)行整理和分析。作物產(chǎn)量的可持續(xù)性程度用SYI表示，公式如式(1)所示。

式中：Y為平均產(chǎn)量，σn-1為標(biāo)準(zhǔn)差，Ymax為最高產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期不同施肥對茶園土壤pH的影響

長期不同施肥對茶葉土壤pH影響各不相同。2006—2016年，處理CK的A和B層土壤pH升高了0.26、0.10個(gè)單位，C層降低了0.08個(gè)單位；處理M的A、B和C層土壤pH升高了1.54、0.83、0.29個(gè)單位；處理NPKM的A和B層土壤pH升高了0.40、0.12個(gè)單位，C層降低了0.08個(gè)單位；處理NPKA、B和C層土壤pH降低了0.30、0.09、0.06個(gè)單位（表2）。

表2 不同施肥方式的產(chǎn)量可持續(xù)性指數(shù)

2.2 長期不同施肥對茶葉產(chǎn)量可持續(xù)性的影響

由圖1可見，各處理茶葉產(chǎn)量隨著施肥年份的起伏波動(dòng)較大。CK處理在2006—2010年期間產(chǎn)量相對穩(wěn)定，平均產(chǎn)量為837.2 kg/hm2，從2011年開始產(chǎn)量逐年下降，到2019年產(chǎn)量僅為99.6 kg/hm2。M處理在2007年出現(xiàn)大幅度減產(chǎn)，到2009年產(chǎn)量回升，但2016年又逐年下降。M處理的產(chǎn)量在前5年期間與CK處理相差不多，2011—2019年顯著高于CK。NPK和NPKM處理的產(chǎn)量變化趨勢一致，差異不大，均顯著高于CK處理。

圖1 2006—2019年產(chǎn)量和降雨量的變化

長期不同施肥處理的產(chǎn)量可持續(xù)性指數(shù)(SYI)呈現(xiàn)差異（表3），SYI表現(xiàn)為NPKM＞NPK＞M＞CK，其中NPKM最高，為0.68，CK最低，僅為0.09。NPK的平均產(chǎn)量最高，其次是NPKM，它們較M分別高出55.2%和48.8%，較CK高出297.2%和280.8%。處理CK、M、NPK和NPKM的變異系數(shù)分別是0.78%、0.32%、0.18%和0.16%。

表3 不同施肥方式的產(chǎn)量可持續(xù)性指數(shù)

2.3 長期不同施肥對茶葉茶品質(zhì)的影響

不同施肥方式下茶葉的品質(zhì)因素如表4所示。春茶的茶多酚、總灰分、咖啡堿和總氨基酸高于秋茶，兒茶素則表現(xiàn)為秋茶高于春茶。各處理的春茶和秋茶在茶多酚方面都表現(xiàn)為M＞NPKM＞CK＞NPK；處理NPKM的春茶兒茶素最高，較其他處理差異不顯著，CK、NPKM和M處理的秋茶兒茶素顯著高于NPK；各處理春茶和秋茶的總灰分差異不大；NPKM和NPK處理春茶的咖啡堿顯著高于M和CK，NPK處理秋茶的咖啡堿顯著高于其他處理；NPKM處理春茶和秋茶的總氨基酸最高，其次是NPK，顯著高于M和CK。

表4 不同施肥方式的品質(zhì)指標(biāo) %

3 結(jié)論

普洱市茶園監(jiān)測點(diǎn)，長期不施肥和單施有機(jī)肥的產(chǎn)量較低，不能滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需求；單施化肥的產(chǎn)量較高，但容易引土壤酸化問題；化肥配施有機(jī)肥的施肥方式，穩(wěn)定了茶園土壤的pH，提供了土壤養(yǎng)分，保證了產(chǎn)量的可持續(xù)性，提高了茶葉的兒茶素、咖啡堿和總氨基酸含量，是普洱地區(qū)茶葉綠色發(fā)展值得推薦的施肥模式。

4 討論

4.1 不同施肥對土壤pH的影響

茶樹是喜歡酸性土壤的植物，耕作層厚度為20～30 cm，適宜種植茶的最適土壤pH 4.0～5.5[12]，以中國西南茶區(qū)來說，茶葉生長最適pH 4.40～5.50之間[13]。本研究中，長期施用化肥A層土壤降為pH 4.30，降低了0.30個(gè)單位，超出了茶樹生長的最適范圍。主要是因?yàn)殚L期施用化肥，特別是氮肥，導(dǎo)致土壤pH降低，由于銨態(tài)氮肥進(jìn)入土壤，在硝化細(xì)菌的作用下發(fā)生消化作用，產(chǎn)生H+；酰胺態(tài)氮肥轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮時(shí)產(chǎn)生H+；NH4的揮發(fā)也產(chǎn)生H+[5]。張永春的研究發(fā)現(xiàn)，施用化肥30年后耕層土壤pH下降明顯，降幅達(dá)0.40～0.70個(gè)單位[14]。

本研究表明，長期單施有機(jī)肥A、B層土壤分別為pH 6.14和pH 5.52，升高了1.54、0.83個(gè)單位，超出了茶樹生長的最適范圍。有機(jī)質(zhì)通過腐殖化過程轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，腐殖酸和其鹽類可構(gòu)成緩沖體系，使土壤具有較強(qiáng)的酸堿緩沖性能[5]。土壤溶液處于酸性時(shí)，溶液中的H+可與土壤腐殖質(zhì)膠體上所吸附的鹽基離子進(jìn)行交換，從而提高了土壤的pH[5,12]。長期化肥配施有機(jī)肥A、B層土壤分別為pH 5.00和pH 4.81，升高了0.40、0.12個(gè)單位，在最適范圍內(nèi)。這與蔡澤紅等[15]、孟紅旗等[16]研究結(jié)果類似。有機(jī)肥與化肥配施，可提高土壤的氮積累速率，降低氮循環(huán)，從而緩解土壤酸化進(jìn)程[5,16]。

4.2 不同施肥對茶葉物產(chǎn)量的影響

茶葉的生長發(fā)育有其自身規(guī)律，但其過程受到所處環(huán)境的影響，特別是水和肥，合理調(diào)控茶葉的水肥條件對產(chǎn)量的提高有積極作用[8]。本試驗(yàn)中，施肥量調(diào)整過3次，每次調(diào)整后茶葉的產(chǎn)量較上一年都發(fā)生了明顯的浮動(dòng)，增施化肥或有機(jī)肥都能提高茶葉的產(chǎn)量，化肥配施有機(jī)肥茶葉的產(chǎn)量可持續(xù)性高于單施化肥、單施有機(jī)肥和空白處理。茶樹新葉中的氮、磷和鉀含量高于根、莖和老葉，在雨水充沛的情況下，氮磷鉀充足時(shí)，能促進(jìn)新葉細(xì)胞分裂、伸長，葉綠素含量提高，光合作用增強(qiáng)，營養(yǎng)生長旺盛，增進(jìn)茶芽萌發(fā)，從而有效的提高茶葉的產(chǎn)量[12,17-20]。本研究2011年，CK處理產(chǎn)量急劇下降，是由于2010和2011年普洱市思茅區(qū)出現(xiàn)干旱，降雨量較往年平均低7.5%，加上CK處理連續(xù)不施肥5年，而茶樹是多年生植物，對養(yǎng)分的需求量大，如果茶樹從土壤中的吸取的養(yǎng)分遠(yuǎn)小于采茶帶走的養(yǎng)分，并且茶樹的新梢輪次也會(huì)隨著修剪逐年減少，最終導(dǎo)致茶樹矮小、分支少、長勢弱，產(chǎn)量低[12]。郝小雨等[18]的研究表明長期不施肥，玉米茬不斷攜帶出養(yǎng)分，土壤養(yǎng)分不斷耗竭，玉米產(chǎn)量表現(xiàn)出下降趨勢，降幅為42.61%。2008—2016年單施19.5 kg/hm2的有機(jī)肥，茶葉產(chǎn)量穩(wěn)中有增，2017年之后茶葉產(chǎn)量逐年下降。研究表明施用有機(jī)肥可持續(xù)增加有機(jī)C、N庫，活化土壤養(yǎng)分，促進(jìn)茶葉生長發(fā)育，提高產(chǎn)量[12]。茶葉對無機(jī)養(yǎng)分比較敏感，長期單施有機(jī)肥不能滿足茶葉對礦質(zhì)養(yǎng)分的需求[21]。許多長期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，以有機(jī)肥替代部分化肥，能維持較高的產(chǎn)量和產(chǎn)量的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，是當(dāng)前合理施肥的有效措施之一[22-23]，本試驗(yàn)產(chǎn)量表現(xiàn)最佳的也是化肥配施有機(jī)肥處理。由次可知，在全國推行化肥減量增效的背景下，長期不施肥和單施有機(jī)肥的產(chǎn)量較低，單施化肥與中國化肥零增長行動(dòng)相悖，故可采用化肥配施有機(jī)肥的施肥方式以保證茶葉產(chǎn)量的可持續(xù)性。普洱地區(qū)不同品種、不同茶齡、不同地力的茶園，化肥減量多少、配施多少有機(jī)肥？還需進(jìn)一步有針對性的開展田間肥料試驗(yàn)研究。

4.3 不同施肥對茶葉品質(zhì)的影響

茶園中不施肥會(huì)造成土壤肥力不足，單施有機(jī)肥茶葉樹養(yǎng)分供應(yīng)不及時(shí)，影響茶葉品質(zhì)和產(chǎn)量，只有進(jìn)行科學(xué)施肥和增施有機(jī)肥才能改善土壤環(huán)境、提高茶葉品質(zhì)[24-25]。顏明娟等[26]試驗(yàn)表明，減氮20%配施有機(jī)肥茶葉的茶多酚、氨基酸、水浸提物較習(xí)慣施肥提高14.1%、15.0%、4.7%。李俊強(qiáng)[27]的研究發(fā)現(xiàn)，化肥配施有機(jī)肥模式下水浸出物、茶多酚、咖啡堿和游離氨基酸較CK分別提高19.52%、26.88%、43.56%和136.36%。本試驗(yàn)結(jié)果表明，NPKM春茶和秋茶的氨基酸含量均為最高，且顯著高于M和CK，NPKM春茶的兒茶素最高，較NPK、M和CK分別高2.2%、1.8%、32.%。NPK秋茶的咖啡堿含量顯著高于其他處理，春茶的咖啡堿含量顯著高于M和CK處理。增施氮肥能提高茶葉的游離氨基酸含量，研究表明[15]，施氮量每公頃200 kg時(shí)，茶葉產(chǎn)量增加31.6%，但品質(zhì)明顯下降，其中茶黃素含量降低6.1%感官評審得分降低12.4%；磷是核酸、磷脂、植素、高能鍵磷酸化合物及各種酶等物質(zhì)的重要成分，對細(xì)胞間物質(zhì)的交流、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的積累、能量的貯存和傳遞都有重大的影響[5]，施用磷肥能提高綠茶的氨基酸和水浸出物等的含量[12]；鉀在茶樹體內(nèi)起著維持細(xì)胞膨壓、促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成和糖的運(yùn)輸，增強(qiáng)茶樹抗旱、抗寒和抗病能力[5,27-29]。施用鉀肥能明顯提高茶葉中氨基酸、茶多酚和咖啡堿的含量，并在一定范圍內(nèi)隨著鉀肥用量的增加而提高[30]。普洱市因茶得名，普洱茶聞名全國，隨著化肥不合理施用、配施有機(jī)肥意識淡薄、茶農(nóng)的粗獷管理，普洱茶的品質(zhì)參差不齊，需要先進(jìn)的施肥技術(shù)模式、科學(xué)的肥效試驗(yàn)數(shù)據(jù)來保證普洱茶品質(zhì)的穩(wěn)定性。