菜籽餅肥施用深度對茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素利用的影響

江新鳳, 孫永明, 童忠飛*, 王新民,黃尚書, 李阜光, 李琛, 江亮輝

(1.江西省蠶桑茶葉研究所, 江西省茶葉質(zhì)量與安全控制重點實驗室，南昌 330043；2.江西省經(jīng)濟(jì)作物研究所，南昌 330046；3.江西省紅壤研究所，江西 進(jìn)賢 331717)

茶產(chǎn)業(yè)是江西省重要的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，在江西省農(nóng)村脫貧攻堅、鄉(xiāng)村振興過程中起著舉足輕重的作用[1-2]。該省大部分茶園是以紅壤為主的坡地茶園，因此，為追求產(chǎn)量常過量使用化肥?；蔬^量易導(dǎo)致氮、磷等營養(yǎng)元素隨地表徑流迅速流失，加大坡地茶園下游土壤的富營養(yǎng)化[3]。部分茶農(nóng)為追求高經(jīng)濟(jì)效益，還存在單施、偏施化肥或隨意撒施等不合理施肥方式[4]，進(jìn)一步導(dǎo)致茶園土壤肥力退化、茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)下降等[5]，不恰當(dāng)?shù)氖┓室殉蔀橹萍s茶園健康可持續(xù)發(fā)展的重要因素。為解決茶業(yè)種植過程中化肥、農(nóng)藥等無機(jī)品的過量使用問題，進(jìn)一步促進(jìn)茶產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，農(nóng)業(yè)部先后發(fā)布了《果、菜、茶有機(jī)肥替代化肥行動方案》和《2020年化肥使用零增長行動方案》，示范推廣茶園多樣化的有機(jī)替代、化肥減施增效技術(shù)，江西省多個茶葉主產(chǎn)縣成為國家有機(jī)肥替代化肥示范縣之一[6-7]。研究表明，施用有機(jī)肥或有機(jī)、無機(jī)配施可有效改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、提升茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)[6-8]，對發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)，實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略具有十分重要的現(xiàn)實意義。然而，有機(jī)肥(諸如菜籽餅肥)具體施肥措施和施肥深度研究較少，大部分只是提出了指導(dǎo)性施肥意見，未涉及施肥深度對茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用的影響[7,9]。也有研究發(fā)現(xiàn)，溝施在一定程度上可增加茶葉產(chǎn)量、改善品質(zhì)，提高茶園土壤的基本肥力狀況[10]，但覆膜可能會造成新的污染。施用有機(jī)肥的氮素利用研究主要集中于農(nóng)田[11-13]，而茶園有機(jī)肥替代化肥條件下對氮素利用的研究較少。目前，在江西茶園內(nèi)，茶農(nóng)習(xí)慣使用菜籽餅肥作為茶園基肥之一，傳統(tǒng)施肥中為節(jié)省成本通常采用一次性地表撒施或者表面開溝的施肥方式，因此，易造成肥料資源的浪費，影響肥料的高效利用和吸收。隨著現(xiàn)代茶園機(jī)械化的發(fā)展，機(jī)械開溝一次性施肥勢必會替代傳統(tǒng)的施肥方式，尤其是全國都在進(jìn)行茶園有機(jī)肥替代的前提下，系統(tǒng)研究菜籽餅肥不同基肥深度下茶葉產(chǎn)量、茶葉品質(zhì)、土壤養(yǎng)分的差異，分析施肥深度對茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用的影響具有重要意義。本研究探究了菜籽餅肥基肥在江西茶丘陵茶園實現(xiàn)高產(chǎn)、高效、穩(wěn)產(chǎn)的適宜施肥深度，并進(jìn)一步明確其高效高產(chǎn)的作用機(jī)理，為江西茶葉產(chǎn)區(qū)施用菜籽餅肥作為茶園基肥的推廣應(yīng)用、為江西茶園合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地狀況

試驗地位于江西省蠶桑茶葉研究所茶葉試驗基地內(nèi)(N28°22′20″, E116°0′6″)，地屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，雨量充沛，四季分明。地形為典型低丘，茶園土壤為紅壤，土層深厚、肥力中等。0—30 cm耕層土壤pH 3.88，含有機(jī)質(zhì)22.70 g·kg-1、全氮1.33 g·kg-1、堿解氮132.50 mg·kg-1、速效磷63.52 mg·kg-1、速效鉀101.83 mg·kg-1，土壤田間持水量21.1%，土壤容重1.5 g·cm-3。

1.2 試驗設(shè)計

供試茶樹品種樹為福鼎大白，于2018年選擇自然生態(tài)環(huán)境和茶樹生長狀態(tài)基本一致的成齡茶園(樹齡7 a)作為試驗地塊，施肥深度試驗以當(dāng)?shù)亓?xí)慣性施肥深度30 cm為對照(CK)，按照由表向里分別設(shè)置施肥深度為0(FD1)、10(FD2)、20(FD3)、40(FD4)和50(FD5)cm，同時設(shè)置不施肥處理(CK0)。施肥方式除FD1表施外其余處理采用溝施，施用量均為6 t·hm-2菜籽餅肥(購自江西省綠田農(nóng)業(yè)科技有限公司)，總養(yǎng)分10.45%、pH 5.88、N 6.23%、P2O52.82%、K2O 1.40%，所有肥料于每年11月下旬一次性施入。

1.3 測定項目與方法

1.3.1茶葉產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀 于2020年春茶采摘期(3月27日)，各小區(qū)隨機(jī)選取3個樣方，樣方面積0.108 9 m2(33 cm×33 cm)，調(diào)查樣方內(nèi)茶芽數(shù)，計算芽密度(個·m-2)；同時每小區(qū)樣方內(nèi)采摘一芽二葉茶芽，隨機(jī)選擇100個稱重，記錄百芽重(g)；采集樣方內(nèi)的鮮葉稱重，記作鮮葉重(kg·m-2)；并記錄春茶采摘期每小區(qū)各批次鮮葉重量之和，計算產(chǎn)量(kg·hm-2)。

1.3.2茶葉品質(zhì)指標(biāo) 2020年3月27日采摘不同處理鮮葉(一芽二葉)按制樣的要求制作蒸青樣品待測。水浸出物參照《GB/T 8305—2013 茶水浸出物測定》進(jìn)行測定；游離氨基酸參照《GB/T 8314—2013 茶游離氨基酸總量的測定》進(jìn)行測定；茶多酚參照《GB/T 8313—2018 茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》進(jìn)行測定；咖啡堿參照《GB/T 8312—2013 茶咖啡堿測定》進(jìn)行測定。

1.3.3土壤養(yǎng)分指標(biāo) 于2020年6月上旬采集0—30 cm土層土壤樣品，每個小區(qū)隨機(jī)選取3個樣點，每個樣點按茶行中間(距茶樹0.5 m左右)、茶行附近(距茶樹0.1 m左右)各采集0—30 cm土樣，然后將同一小區(qū)不同樣點的土樣混勻、風(fēng)干、過篩，測定有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量[14]。其中，土壤pH采用復(fù)合電極法測定(土水比：1∶2.5)；土壤有機(jī)質(zhì)(organic matter，OM)含量采用重鉻酸鉀氧化還原滴定法測定；堿解氮(available nitrogen，AN)含量采用堿解擴(kuò)散法測定；有效磷(available phosphorus，AP)含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀(available kalium，AK)含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定。

1.3.4氮肥偏生產(chǎn)量 參照以下公式計算氮肥偏生產(chǎn)力(partial productivity of nitrogen fertilizer，NPFP)、氮肥農(nóng)學(xué)效率(nitrogen agronomic efficiency，NAE)和氮肥利用效率(nitrogen use efficiency，NUE)[15-16]。

NPFP(kg·kg-1)=施氮后的茶葉產(chǎn)量/施氮量

(1)

NAE(kg·kg-1)=(施氮后茶葉產(chǎn)量-不施氮茶葉產(chǎn)量)/施氮量

(2)

NUE=[(施氮處理茶樹鮮葉氮含量-不施氮處理茶樹鮮葉氮含量)/施氮量]×100%

(3)

經(jīng)測試后計算，除CK0處理外，本試驗各處理施氮量為373.8 kg·hm-2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 26.0統(tǒng)計軟件，進(jìn)行顯著性檢驗(單因素方差分析-LSD，P<0.05)。采用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行前期處理及圖片繪制。

2 結(jié)果和分析

2.1 施肥深度對茶葉產(chǎn)量的影響

由表1可知，與常規(guī)施肥深度(CK)相比，施肥深度變淺或加深均會使茶樹發(fā)芽密度有所降低，其中，F(xiàn)D5處理的降幅最大，為26.72%，F(xiàn)D1、FD2、FD3和 FD4處理的降幅分別為9.46%、5.75%、2.78%和15.03%；與不施肥處理(CK0)相比，除FD5處理外，F(xiàn)D1、FD2、FD3、CK、FD4處理的發(fā)芽密度增加，增幅分別為18.74%、23.60%、27.49%、31.14%、11.44%；CK和FD1、FD2、FD3處理的發(fā)芽密度顯著高于CK0和FD5處理。由此表明，當(dāng)施肥深度小于30 cm，茶樹發(fā)芽密度隨施肥深度增加有增加的趨勢；而施肥深度大于30 cm則逐漸降低，即施肥能明顯改善茶樹的發(fā)芽密度，但施肥深度不宜過深。FD1、FD2、FD3處理百芽重顯著高于兩個對照處理(CK和CK0)及FD4、FD5處理；FD1、FD2、FD3、CK、FD4、FD5處理較CK0處理分別增加21.91%、48.59%、54.23%、40.63%、16.20%和9.98%。由此表明，施肥顯著提高了茶樹的百芽重，能明顯增加茶樹的鮮葉重量。對不同處理的鮮葉重進(jìn)行比較，結(jié)果(表1)表明，F(xiàn)D3處理的鮮葉重最高，較CK增加10.81%，但兩者間差異不顯著；FD1、FD2、FD3處理顯著高于CK0，較CK0顯著增加33.93%、46.43%、32.14%。

表1 不同處理下茶葉的產(chǎn)量

2.2 施肥深度對茶葉品質(zhì)的影響

對不同施肥深度處理的茶葉品質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果(表2)表明，施肥深度對茶葉水浸出物及氨基酸含量有顯著影響，對咖啡堿和茶多酚含量無影響。其中，F(xiàn)D3處理茶葉水浸出物顯著高于其他處理，較CK顯著增加5.27%，較CK0顯著增加7.74%；其余處理間差異不顯著，水浸出物含量42%～46%。不同施肥深度處理茶葉的氨基酸含量為3.2%～3.6%；施肥處理均顯著高于不施肥處理(CK0)，F(xiàn)D1、FD2、FD3、CK、FD4、FD5處理茶葉氨基酸含量較CK0分別顯著增加8.33%、10.26%、14.10%、8.65%、5.77%、2.89%，即施肥能有效提高茶葉中氨基酸含量，但不同施肥深度處理間差異不顯著。計算不同處理茶葉的酚氨比，結(jié)果表明，F(xiàn)D1、FD2、FD3、CK、FD4、FD5處理的酚氨比分別為6.68、6.69、6.63、6.72、6.73和6.71，說明不同深度施菜籽餅肥對茶樹鮮葉酚氨比無顯著影響。

表2 不同處理下茶葉的品質(zhì)

2.3 施肥深度對土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分的影響

對不同處理下土壤養(yǎng)分進(jìn)行比較，結(jié)果(表3)表明，施肥對土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量有顯著影響，對土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量無顯著影響。除FD5處理外，不同施肥深度處理土壤pH均高于CK0(2017年測得混合土壤樣品pH 3.88)，其中，F(xiàn)D3和CK處理土壤pH均大于4。且施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量為7.66～17.13 g·kg-1，F(xiàn)D1、FD2、FD3、CK、FD4、FD5處理較CK0處理分別顯著增加43.44%、68.81%、75.46%、67.62%、36.56%、33.74%；不同施肥深度處理間土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著。

表3 不同處理下0—30 cm土層的土壤養(yǎng)分

2.4 施肥深度對氮素利用效率的影響

施肥深度對氮素吸收利用有顯著影響(表4)，氮肥偏生產(chǎn)率、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率均呈現(xiàn)隨施肥深度增加先升高后降低的趨勢。FD2和FD3處理氮肥偏生產(chǎn)力較CK分別提高了10.86%、1.39%；FD1、FD4、FD5處理較CK分別降低了2.21%、10.80%、22.49%；FD3、FD2、FD1和CK處理的氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于FD4和FD5處理。FD3和FD1處理氮肥農(nóng)學(xué)效率較CK增加9.49%、5.50%；FD2、FD4、FD5處理較CK分別降低1.14%、26.76%、62.24%；其中，F(xiàn)D5處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率最低，為1.99 kg·kg-1，顯著低于其他處理。FD3處理的氮肥利用率最高，為35.48%；其次為FD2(34.23%)和FD1處理(24.96)；FD4、FD5處理氮肥利用率顯著低于FD3、FD2處理。氮素表觀平衡表現(xiàn)為:FD5>FD4>FD1>CK>FD2>FD3。

表4 不同處理下茶樹的氮肥利用效率

2.5 施肥深度與鮮葉產(chǎn)量和氮素利用的關(guān)系

施肥深度與鮮葉重、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率顯著相關(guān)，隨著施肥深度的增加呈現(xiàn)單峰曲線(圖1)。對茶葉鮮葉重(預(yù)測產(chǎn)量)與施肥深度間關(guān)系進(jìn)行模擬符合二次曲線關(guān)系(圖1)：y=-2.083 3x2+72.738x+7 202.4(R2=0.931 6)，由方程計算可知，2020年茶樹鮮葉最優(yōu)產(chǎn)量為7 838.86 kg·hm-2，最佳施肥深度是17.46 cm。氮肥偏生產(chǎn)力與施肥深度的曲線方程為：y=-0.004 5x2+0.155 4x+15.415 0(R2=0.931 1)，即施肥深度為17.27 cm時氮肥偏生產(chǎn)力達(dá)到峰值；氮肥農(nóng)學(xué)效率與施肥深度的曲線方程為：y=-0.028 0x2+0.074 2x+5.288 6(R2=0.957 0)，即施肥深度為13.25 cm時氮肥農(nóng)學(xué)效率達(dá)到峰值；氮肥利用率和施肥深度的曲線方程為：y=-0.014 1x2+0.338 2x+28.487 0(R2=0.710 0)，即施肥深度為11.99 cm時，氮肥農(nóng)學(xué)效率最好。綜合菜籽餅肥不同施用深度與鮮葉重、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率曲線模擬的結(jié)果，施用深度11～18 cm時更利于菜籽餅肥氮素釋放及茶樹的吸收和利用。

注：*表示相關(guān)在P<0.05水平顯著。

3 討論

江西是傳統(tǒng)的產(chǎn)茶省，茶園管理趨于經(jīng)驗化。倪康等[3]研究表明有機(jī)肥在我國茶園施用的普及率約為46%，各省間存在較大差異，江西省有機(jī)肥施用比例僅為32%，遠(yuǎn)低于全國平均水平，在調(diào)查省份中居第13位(共調(diào)查14個省份)，而化肥投入量是全國平均水平的1.5倍。施用有機(jī)肥有利于提高茶葉品質(zhì)，但有機(jī)肥來源廣泛且施用比例存在差異，對茶葉品質(zhì)的影響存在差異[17-19]?；诖?，結(jié)合江西省茶園施肥的實際情況，本研究選用菜籽餅肥(設(shè)置施氮量為373.8 kg·hm-2)研究了不同施肥深度對茶樹產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素利用效率的影響。江西省茶園管理中施肥主要為開溝施和撒施。撒施是眾多茶農(nóng)習(xí)慣的施肥方式，可以節(jié)省勞動成本，但研究表明，化肥撒施短期內(nèi)對茶葉產(chǎn)量無明顯影響，但會顯著增加氨的揮發(fā)，施肥后10 d氨揮發(fā)率達(dá)25.9%，推薦茶園秋季施基肥以15 cm左右深度較好，春季施催芽肥以撒施后拌土較好[20]。程博一等[10]研究表明，溝施能增加茶葉產(chǎn)量并改善品質(zhì)，提高茶園土壤肥力。本研究表明，施菜籽餅肥能有效提高茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)，改善茶園土壤有效成分，但隨著施肥深度的增加產(chǎn)量呈下降趨勢。施肥深度≤30 cm時，茶葉中水浸出物、咖啡堿、氨基酸、茶多酚會隨深度增加而增加；施肥深度≥30 cm時則隨深度的增加逐漸降低。開溝施用菜籽餅肥提高了茶園土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量，但效果與施肥深度有關(guān)，即隨施肥深度的增加呈先升高后降低趨勢。通過對施肥深度與氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥利用率擬合發(fā)現(xiàn)，施肥深度為17.27 cm時，氮肥偏生產(chǎn)力最高；施肥深度為11.99 cm時，氮肥農(nóng)學(xué)效率最好；施肥深度為13.25 cm時，氮肥利用率最為高效。綜合菜籽餅肥不同深度條件下茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)以及與氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率曲線模擬的結(jié)果表明，茶園中菜籽餅肥的施肥深度在11～18 cm更利于菜籽餅肥釋放氮素及茶樹吸收和利用，能最大限度地發(fā)揮施肥功效，從而取得優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的茶園施肥技術(shù)。