有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶葉產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

嚴(yán)玲玲，李治潮，顏妙珺，舒暢，石楠，龍攀*

1.益陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南 益陽(yáng)413000；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙410000

茶是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)鞏固我國(guó)脫貧攻堅(jiān)成果及促進(jìn)鄉(xiāng)村振興具有重要作用。茶樹(shù)生長(zhǎng)和茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)深受施肥影響[1]。據(jù)研究，肥料投入對(duì)茶葉增產(chǎn)貢獻(xiàn)率高達(dá)41%，遠(yuǎn)高于其他農(nóng)藝措施[2]。然而已有的許多研究表明，長(zhǎng)期施用化肥以及化肥的不合理施用，會(huì)造成土壤板結(jié)酸化、供肥保肥能力下降，土壤退化，導(dǎo)致茶葉產(chǎn)量不穩(wěn)定、品質(zhì)下降[3-6]，影響茶園的可持續(xù)發(fā)展。有機(jī)肥養(yǎng)分組成全面，在改良土壤、提高土壤肥力的同時(shí)可提升茶葉品質(zhì)，但有機(jī)肥養(yǎng)分低，肥效慢，難以滿足作物旺盛生長(zhǎng)時(shí)對(duì)養(yǎng)分的需求[7-8]。前人研究表明，實(shí)施有機(jī)肥替代化肥技術(shù)對(duì)提高土壤肥力、提高茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)具有較好效果。但對(duì)于茶園具體的有機(jī)肥替代比例，不同研究卻得出不同的結(jié)論。吳志丹等[9]認(rèn)為配施25%有機(jī)肥有利于茶葉產(chǎn)量的提高，且茶葉品質(zhì)綜合評(píng)分最高，而配施50%以上有機(jī)肥則不利于茶葉產(chǎn)量的提高；王子騰等[10]研究表明有機(jī)肥/化肥配施比例為20%～50%時(shí)，茶葉品質(zhì)及產(chǎn)量均是最優(yōu)；而朱旭君等[11]認(rèn)為75%有機(jī)肥+25%化肥可提高茶葉百芽質(zhì)量和芽葉密度，75%有機(jī)肥與100%有機(jī)肥處理茶葉氨基酸含量高，酚氨比值低，具有較優(yōu)品質(zhì)。

我國(guó)茶區(qū)分布廣，土壤類型多、肥力差異大，不同區(qū)域施肥模式與茶葉采摘模式各具地方特色，導(dǎo)致茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)參差不齊。湖南是傳統(tǒng)的種茶產(chǎn)茶大省，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年，全省茶園面積20.33萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量25.90萬(wàn)t[12]，茶園長(zhǎng)期以來(lái)重施化肥且施肥量大。倪康等[13]對(duì)全國(guó)14個(gè)省份67個(gè)地市茶區(qū)進(jìn)行調(diào)查，湖南化肥氮用量最高，達(dá)606 kg/hm2，且化肥過(guò)量施用比例超50%。為控制化肥用量，因地制宜地利用有機(jī)肥，探討合理的施肥方案，本研究以湖南紅壤春茶采摘茶園為研究對(duì)象，采用有機(jī)肥部分替代化肥的方式，分析不同替代方案對(duì)茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤質(zhì)量的影響，旨在為茶園化肥減施增效技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于湖南省益陽(yáng)市赫山區(qū)新市渡鎮(zhèn)跳石村，地理位置35°28'N，112°16'E，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。2017—2020年4年年均降雨量1 523 mm，年均氣溫18.2℃，年均無(wú)霜期311 d，年日照時(shí)數(shù)1 450.6 h。茶園地勢(shì)平坦，排灌良好，土壤為紅壤土，供試茶樹(shù)品種為福云6號(hào)，茶樹(shù)樹(shù)齡10年，生長(zhǎng)勢(shì)一致，生命旺盛，符合作為試驗(yàn)品種的標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)前茶園土壤0～20 cm基礎(chǔ)養(yǎng)分指標(biāo)分別為：pH值4.37，有機(jī)質(zhì)含量24.2 g/kg，全氮1.56 g/kg，全磷0.81 g/kg，全鉀17.2 g/kg，有效磷43.9 mg/kg，速效鉀95 mg/kg，堿解氮142 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)，設(shè)置6個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)排列。各處理以等量N、P、K施用為原則，通過(guò)采用不同有機(jī)無(wú)機(jī)養(yǎng)分配比設(shè)置6個(gè)處理，分別是CF：全量化肥養(yǎng)分；M1：25%有機(jī)肥+75%化肥處理；M2：50%有機(jī)肥+50%化肥處理；M3：75%有機(jī)肥+25%化肥處理；M4：100%有機(jī)肥處理；CK：不施肥處理。除CK外，各處理按當(dāng)?shù)亓?xí)慣施純N 330 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2、K2O 235 kg/hm2。小區(qū)面積18 m2（4.0 m×4.5 m），四周留保護(hù)行。有機(jī)肥N、P、K含量不足部分用無(wú)機(jī)肥補(bǔ)充?；实蕿槟蛩兀ê琋 46%）、磷肥為過(guò)磷酸鈣（含P2O516%）、鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50%）。商品有機(jī)肥由長(zhǎng)沙綠豐源生物有機(jī)肥料有限公司提供，其養(yǎng)分含量分別為N 4.12%、P2O51.09%、K2O 2.93%，有機(jī)質(zhì)含量>45%。各處理按照施肥總量，有機(jī)肥、磷肥以及70%的氮肥和鉀肥于每年11月中下旬作基肥一次性開(kāi)溝施入，溝深20 cm，剩余30%的氮肥和鉀肥作催芽肥在3月上旬春茶采摘前開(kāi)溝追施。茶園其他管理措施一致。

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 茶樹(shù)生長(zhǎng)及產(chǎn)量

2018—2020年春茶采茶期間，在茶葉生長(zhǎng)至一芽一葉時(shí)，每個(gè)小區(qū)用30 cm×30 cm方框隨機(jī)套取3個(gè)區(qū)域，調(diào)查茶芽密度，計(jì)數(shù)并取平均值。各小區(qū)按照一芽一葉標(biāo)準(zhǔn)采摘鮮葉，隨機(jī)稱取100個(gè)一芽一葉，重復(fù)3次取平均值作百芽質(zhì)量。在清明節(jié)前各小區(qū)分多次按一芽一葉標(biāo)準(zhǔn)人工采摘鮮葉稱重，計(jì)總重作名優(yōu)綠茶產(chǎn)量。在5月上旬，用采茶機(jī)進(jìn)行機(jī)械采摘，采小區(qū)全部鮮葉稱重計(jì)機(jī)采毛茶產(chǎn)量。

1.3.2 茶葉理化成分

于2020年采回一芽一葉鮮葉經(jīng)蒸青制樣后用國(guó)標(biāo)法[14-17]檢測(cè)其理化成分。

1.3.3 土壤樣采集及理化性質(zhì)

于每年11月份基肥施用前，在試驗(yàn)地茶壟滴水線（施肥點(diǎn)）外10 cm處，除去表面枯枝落葉層，采用“W”形5點(diǎn)取樣法用土鉆在各小區(qū)采集0～20 cm土層土壤樣品，在室內(nèi)陰涼處風(fēng)干后混合磨碎過(guò)2 mm篩留樣待檢。參照魯如坤[18]的方法測(cè)定土壤中的有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量和pH值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010以及SPSS 20數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用鄧肯氏法進(jìn)行處理間差異的顯著性檢驗(yàn)，圖表中的數(shù)據(jù)均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（M±SD）表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶葉產(chǎn)量及產(chǎn)量特性的影響

茶樹(shù)的茶芽密度和百芽質(zhì)量是衡量茶樹(shù)產(chǎn)量特性的主要指標(biāo)。由表1可知，相比CK處理，各施肥處理連續(xù)3年茶樹(shù)茶芽密度和百芽質(zhì)量均顯著增加，表明施肥可以促進(jìn)茶芽萌發(fā)并使芽葉更加壯碩。相比常規(guī)施肥（CF），有機(jī)肥替代化肥處理對(duì)百芽質(zhì)量影響不顯著，但對(duì)茶芽密度的影響具有一定作用周期。第一年有機(jī)肥替代處理的茶芽密度有所降低，但隨著施用年限的增加，有機(jī)肥的效果越來(lái)越明顯，第二年M1處理茶芽密度較CF處理增加1.2%；連續(xù)施用3年后，M1、M2、M3處理茶芽密度均有所增加，增幅分別為11.27%、22.36%、2.86%，且M1、M2處理較CF處理差異顯著，M4處理有所降低。

表1 有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)的影響

從圖1可以看出，不同有機(jī)肥替代模式對(duì)茶葉產(chǎn)量影響顯著。與CK相比，各施肥處理茶葉產(chǎn)量均顯著提高（P<0.05）。對(duì)比不同施肥處理，2018年，各有機(jī)肥替代處理春茶產(chǎn)量均比CF處理有所降低。2019年，相比CF處理，名優(yōu)綠茶產(chǎn)量除M4外，M1、M2和M3處理產(chǎn)量均比CF處理有所增加，增幅為0.9%～9.5%，以M1產(chǎn)量最高，較CF差異顯著；機(jī)采毛茶產(chǎn)量M1和M2較CF處理顯著增加，M3、M4處理有所降低；各有機(jī)肥替代化肥模式下，M1、M2處理春茶總產(chǎn)量較CF處理顯著增加，M4處理差異不顯著，M3處理顯著降低。2020年，名優(yōu)綠茶產(chǎn)量表現(xiàn)為M2>M1>M3>CF>M4，且M1、M2較CF顯著增加；機(jī)采毛茶產(chǎn)量表現(xiàn)為M2>M1>CF>M4>M3，各施肥處理間差異均不顯著；各有機(jī)肥替代化肥模式下春茶總產(chǎn)量以M1處理最高，其次為M2處理，較CF處理分別增加5.9%、2.8%，M3、M4較CF處理有所降低，但降幅不顯著。

圖1 有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶葉產(chǎn)量的影響

綜合3年數(shù)據(jù)來(lái)看，與CF相比，M1、M2處理增加名優(yōu)綠茶及機(jī)采毛茶產(chǎn)量，春茶總產(chǎn)量3年平均增幅分別為3.7%和2.8%，且M1與CF處理間差異顯著，但M3、M4較CF處理產(chǎn)量顯著降低。這表明有機(jī)肥適量替代化肥可提高茶葉產(chǎn)量，但過(guò)高的替代比例對(duì)茶葉產(chǎn)量則產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.2 有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶葉主要理化成分含量的影響

不同處理的茶葉主要理化成分含量詳見(jiàn)表2、表3。相比CK，各施肥處理茶葉的水浸出物、咖啡堿、游離氨基酸含量有所增加，酚氨比顯著降低，兒茶素品質(zhì)指數(shù)[100×(EGCG+ECG)/EGC]增大，表明施肥可提升茶葉品質(zhì)。相比CF處理，各有機(jī)肥替代化肥處理能提高茶葉水浸出物、游離氨基酸、咖啡堿含量及兒茶素總量，降低酚氨比。其中各有機(jī)肥替代處理間水浸出物、游離氨基酸含量及酚氨比差異不顯著，酚氨比隨替代比例增加比值減小，水浸出物及游離氨基酸含量以M3處理最高，較CF處理分別增加2.0%和4.3%；咖啡堿及兒茶素總量隨著替代比例的增加增幅降低，增幅分別為0.6%～8.0%、2.0%～5.1%。此外，有機(jī)肥替代化肥處理兒茶素品質(zhì)指數(shù)呈先上升而后下降趨勢(shì)，M1和M2處理較CF處理分別提高0.5%和2.6%，M3和M4較CF處理分別降低8.1%和9.3%。

表2 有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶葉主要理化成分含量的影響

表3 有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶葉兒茶素組分的影響

2.3 有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤主要理化指標(biāo)的影響

由表4可知，隨著種植年限的增加，CK處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀含量及pH變化緩慢；CF處理有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，全氮含量變化平緩，有效磷、速效鉀含量和pH總體呈上升趨勢(shì)，堿解氮呈先下降后上升趨勢(shì)；各有機(jī)肥替代化肥處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量及pH值均呈大幅增加趨勢(shì)。

表4 有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤主要理化指標(biāo)的影響

相比CF處理，有機(jī)肥替代化肥可以明顯提高茶園土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，提高土壤pH，且整體呈現(xiàn)隨著種植年限增加，差異越來(lái)越大。連續(xù)替代施肥3年后，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀含量分別較CF提高19.5%～36.1%、11.0%～35.1%、12.4%～23.1%、5.2%～9.3%，且均差異顯著，其中以M4處理含量最高；土壤有效磷含量提高2.8%～8.5%，pH值提高0.17～0.25個(gè)單位，以M2處理最高。

對(duì)比有機(jī)肥不同比例替代化肥處理，連續(xù)替代施肥3年后，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量呈現(xiàn)先減少后增加趨勢(shì)，均以M4處理最高，而土壤有效磷含量及pH值則呈現(xiàn)先增加后減少趨勢(shì)，均以M2處理最高。

2.4 有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶園經(jīng)濟(jì)效益的影響

通過(guò)對(duì)2020年茶園經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，各施肥處理茶葉產(chǎn)值均明顯高于CK（表5）。各施肥處理中，M1、M2、M3處理產(chǎn)值均高于CF處理，每公頃分別增加8 747元、11 767元、5 801元；M4處理產(chǎn)值低于CF。與CF處理相比，M1、M2、M3處理增加了肥料、人工及機(jī)械成本，每公頃總成本分別提高4 140元、7 226元和7 939元；相比CF處理，每公頃茶園M1、M2處理利潤(rùn)分別增加4 607元、4 541元，M3、M4處理利潤(rùn)分別降低2 138元、14 140元。從經(jīng)濟(jì)效益上看，在有機(jī)肥價(jià)格不變的前提下，有機(jī)肥適量替代化肥能夠增加茶園產(chǎn)值，提高茶農(nóng)經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)施用比例較大時(shí)則增加了成本而不利于提高經(jīng)濟(jì)效益。

表5 有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶園經(jīng)濟(jì)效益的影響 元/hm2

3 小結(jié)與討論

3.1 有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

施肥是促進(jìn)茶樹(shù)生長(zhǎng)，提高茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)的重要農(nóng)藝措施。有機(jī)肥部分替代化肥通過(guò)外源有機(jī)物的投入，調(diào)節(jié)土壤C/N，促進(jìn)土壤養(yǎng)分平衡供給，從而促進(jìn)茶樹(shù)生長(zhǎng)，提高茶葉產(chǎn)量，改善茶葉品質(zhì)[9,19]。本研究結(jié)果表明，相比不施肥處理（CK），各施肥處理增產(chǎn)效應(yīng)顯著，3年平均增幅為35.9%～59.1%。相比常規(guī)施肥，有機(jī)肥連續(xù)替代25%～50%的化肥促進(jìn)茶芽萌發(fā)，提高春茶產(chǎn)量，而有機(jī)肥替代比例過(guò)高則不利于茶葉產(chǎn)量的提高，這與以往部分研究結(jié)果一致[9-10]，這是因?yàn)橛袡C(jī)肥養(yǎng)分釋放速度慢，在作物生長(zhǎng)旺季，養(yǎng)分供給難以保證[20]，有機(jī)肥部分替代化肥既體現(xiàn)了化肥肥效的快且集中，又發(fā)揮了有機(jī)肥養(yǎng)分全面和肥效持久的優(yōu)勢(shì)，從而達(dá)到增產(chǎn)目的[21]。

水浸出物、氨基酸、咖啡堿、茶多酚等是茶葉主要品質(zhì)成分，水浸出物是茶湯滋味的綜合體現(xiàn)，氨基酸含量高，茶葉鮮爽度好，對(duì)于綠茶，酚氨比越低，茶葉品質(zhì)越高[22]；兒茶素品質(zhì)指數(shù)越大，則鮮葉嫩度和品質(zhì)越好，綠茶質(zhì)量越高[23]。在本研究中，有機(jī)肥替代化肥能提高茶葉水浸出物、游離氨基酸、咖啡堿含量及兒茶素總量，降低酚氨比，提高名優(yōu)綠茶品質(zhì)，這與王子騰等[10]、朱旭君等[11]研究結(jié)論一致，施用有機(jī)肥可提高茶樹(shù)鮮葉中內(nèi)含物質(zhì)含量，改善茶葉品質(zhì)。

3.2 有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶園土壤肥力的影響

土壤肥力是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)保障，有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤性狀、培肥土壤作用明顯[24-27]。王子騰等[10]研究指出，有機(jī)肥替代20%～50%化肥，能提高土壤有機(jī)質(zhì)、氮素、有效磷、速效鉀等含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，有助于提高土壤保水保肥能力，提高肥料利用效率。本研究結(jié)果表明，連續(xù)3年有機(jī)肥替代化肥茶園土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量明顯提高，且整體呈現(xiàn)隨著種植年限增加，提升幅度越大，與李萍萍等[28]研究結(jié)果一致。這表明連續(xù)實(shí)施有機(jī)肥替代化肥是培肥茶園土壤的重要途徑。

茶園土壤pH影響茶樹(shù)的生長(zhǎng)及茶葉品質(zhì)，茶園適宜土壤pH為4.0～6.5，最適為4.5～5.5[29]。單施化肥土壤pH顯著下降，且起著明顯酸化土壤的作用[30-31]，有機(jī)肥與化肥合理配施可減緩?fù)寥浪峄岣咄寥纏H[9,19,27]。本研究結(jié)果表明，連續(xù)3年有機(jī)肥替代化肥，茶園土壤pH較純化肥施用茶園（CF）增加0.17～0.25個(gè)單位，以50%有機(jī)肥替代化肥增幅最大，這表明有機(jī)肥合理替代化肥可有效阻控土壤酸化。

3.3 有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶園經(jīng)濟(jì)效益的影響

經(jīng)濟(jì)效益是茶農(nóng)或茶企最關(guān)心的問(wèn)題，也是衡量一項(xiàng)技術(shù)能否推廣的重要因素，在本研究中，實(shí)施有機(jī)肥替代化肥，雖然增加了肥料投入成本及施肥人工成本，但有機(jī)肥替代25%～75%化肥提高了茶葉產(chǎn)量，增加了茶葉產(chǎn)值，扣除各項(xiàng)成本，相比施用化肥，有機(jī)肥替代25%、50%化肥利潤(rùn)分別增加4 607 kg/hm2、4 541 kg/hm2，若計(jì)算茶葉品質(zhì)提升效益，則經(jīng)濟(jì)效益增加更為明顯。

通過(guò)連續(xù)3年開(kāi)展有機(jī)肥替代化肥試驗(yàn)，結(jié)果表明，隨著有機(jī)肥施用年限的增加，對(duì)茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)提升效果更好。有機(jī)肥替代化肥能提高茶葉水浸出物含量、游離氨基酸含量、咖啡堿含量、兒茶素總量，降低酚氨比，提高名優(yōu)綠茶品質(zhì)；在不同的替代方案中25%～75%的有機(jī)肥替代化肥比例連續(xù)施用3年可促進(jìn)茶葉萌發(fā)，提高茶芽密度；25%～50%的比例增加春茶產(chǎn)量。有機(jī)肥替代化肥可不同程度增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量，且整體呈現(xiàn)出隨著種植年限增加，增幅越大的趨勢(shì)。有機(jī)肥替代化肥可提高土壤pH值，減緩?fù)寥浪峄?，其中?0%有機(jī)肥替代化肥增幅最大。25%和50%的有機(jī)肥替代比例可提高茶園經(jīng)濟(jì)效益，與單施化肥相比，25%、50%的有機(jī)肥替代比例分別使茶園凈收益增加4 607元/hm2、4 541元/hm2。綜合分析有機(jī)肥替代化肥對(duì)茶園產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤肥力及經(jīng)濟(jì)效益的影響，初步認(rèn)為25%～50%的有機(jī)肥替代化肥比例是湖南茶園最優(yōu)的有機(jī)肥替代方案。