植物工廠生產(chǎn)方式下鐵觀音茶樹栽培技術(shù)

謝輝煌

（福建省中科生物股份有限公司，福建泉州 362400）

茶是世界上廣受歡迎的無酒精飲品， 是我國重要的特色經(jīng)濟(jì)作物， 也是我國重要的出口大宗農(nóng)產(chǎn)品。 據(jù)中國茶葉流通協(xié)會統(tǒng)計，2022 年全國茶葉種植面積達(dá)333.03 萬公頃， 干毛茶總產(chǎn)量318.10 萬噸，總產(chǎn)值達(dá)到3180.68 億元[1]。 隨著茶葉種植面積不斷擴(kuò)大，過度開發(fā)、水土流失、土壤板結(jié)、不合理的使用化肥等一系列問題急需解決。室外栽培茶樹容易受干旱、寒潮等極端氣候影響，同時隨著勞動力緊缺問題日益突出， 茶葉采摘成本不斷攀升。 福建省安溪縣2022 年茶園面積為4萬公頃，茶葉產(chǎn)量約6 萬噸，茶園同樣面臨水土流失和土壤板結(jié)等問題，造成茶葉品質(zhì)下降，很多茶企存在庫存積壓的現(xiàn)象。因此，提高鐵觀音產(chǎn)品品質(zhì)、實(shí)現(xiàn)高效安全生產(chǎn)、避免同質(zhì)化現(xiàn)象是亟需解決的問題。

植物工廠是對植物生長所需的光、 溫、 濕、CO2及營養(yǎng)等生長環(huán)境進(jìn)行全智能控制的高效穩(wěn)定生產(chǎn)系統(tǒng)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級發(fā)展模式。 植物工廠克服外部環(huán)境對植物生長的影響，保障食品安全；不依賴陽光、土壤、不受氣候環(huán)境條件制約[2]，可以實(shí)現(xiàn)高效安全生產(chǎn)。 但目前對于茶葉植物工廠的研究較少，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)植物工廠種植鐵觀音茶樹容易出現(xiàn)營養(yǎng)過剩、新枝徒長、葉片增大、性狀改變等問題。 因此，在植物工廠對鐵觀音茶樹生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行人工模擬與控制，探索鐵觀音茶樹高效栽培、快速生長的技術(shù)方法，對優(yōu)良鐵觀音品種的繁育具有重要意義，同時植物工廠可以定向調(diào)控茶樹葉片次生代謝產(chǎn)物的合成與積累，生產(chǎn)出高氨基酸、高兒茶素等具有特殊風(fēng)味的優(yōu)質(zhì)鐵觀音產(chǎn)品，可以為提供差異化鐵觀音產(chǎn)品、助力鐵觀音產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 鐵觀音茶樹的生長環(huán)境因素

茶樹是多年生深根葉用作物， 在整個生長發(fā)育過程中都受到環(huán)境條件的制約。 環(huán)境因子包括光照、溫濕度、降雨量等氣象條件和土壤肥力、土質(zhì)結(jié)構(gòu)等土壤條件[3]。

鐵觀音茶樹生長在北緯117°36’～118°17’，東經(jīng)24°50’～25°26’之間的地帶，常年的平均氣溫在16～21 ℃之間，年降雨量達(dá)到1800 mm，相對濕度在80%以上，土壤屬于微酸性、pH 4.5～6.5 的紅壤或砂質(zhì)紅壤[4]。張釗金等[5]對福建省安溪縣13 個主要產(chǎn)茶鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生產(chǎn)茶園進(jìn)行土壤樣品采集和分析，發(fā)現(xiàn)超過半數(shù)茶園的土壤已酸化嚴(yán)重，但茶園土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀整體含量豐富，如土壤堿解氮含量在44～288 mg/kg 之間、 土壤全磷含量在0.3～2.2 g/kg 范圍內(nèi)。在植物工廠，可以模擬出鐵觀音茶樹生長的自然環(huán)境， 通過改良營養(yǎng)液配方不僅可以滿足茶樹生長所需的各種營養(yǎng)元素， 還能解決室外栽培土壤酸化的問題。

2 鐵觀音茶樹栽培技術(shù)要點(diǎn)

2.1 植物工廠鐵觀音茶樹栽培基質(zhì)的選擇

使用固體基質(zhì)加營養(yǎng)液栽培作物統(tǒng)稱為基質(zhì)栽培。由于其病蟲害少，節(jié)水節(jié)肥，種植靈活，可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已被世界各國普遍應(yīng)用。草炭土是一種較好的栽培基質(zhì)，其養(yǎng)分含量較低，但對養(yǎng)分和水分的吸收和釋放能力較強(qiáng)[6]。

中科生物茶葉植物工廠研究確立了室內(nèi)茶樹基質(zhì)栽培的“二階法”，前期移栽用G4 基質(zhì)，配方主要采用丹麥草炭土與珍珠巖的混合基質(zhì)， 比例為2∶1，其優(yōu)點(diǎn)為成活率高，緩苗快，第二階段基質(zhì)采用G6 純椰糠，茶樹在室內(nèi)成活生根后，分蘗出新枝生長較快， 與其它茶樹無土栽培基質(zhì)配方對比，純椰糠G6 栽培下有較好的生長適應(yīng)性，正常新枝數(shù)達(dá)到50%以上， 生長新枝木質(zhì)化程度在35%以下。

2.2 植物工廠鐵觀音茶樹栽培溫度、濕度的選擇

鐵觀音作為喜濕怕澇的多年生常綠木本植物，據(jù)中科生物茶葉植物工廠研究探索，發(fā)現(xiàn)鐵觀音茶樹在室內(nèi)生長最佳溫度在25～30 ℃。 濕度維持在70%～85%之間時， 鐵觀音生長狀況表現(xiàn)最好，節(jié)間短，新梢長度、葉面積適中。

2.3 植物工廠鐵觀音茶樹栽培光譜的選擇

光對作物生長發(fā)育、光合作用、物質(zhì)代謝以及基因表達(dá)均具有調(diào)控作用，光強(qiáng)、光質(zhì)和光周期不僅可以影響植物的生物學(xué)基礎(chǔ)，也是植物形成優(yōu)良品質(zhì)的必要條件。 研究表明，茶樹的器官與形態(tài)、 細(xì)胞結(jié)構(gòu)與代謝物組分等都受光照影響，且不同光強(qiáng)、光質(zhì)、光周期作用于茶樹上的效果不同[7]。 隨著光照技術(shù)的不斷發(fā)展，采用人工光照技術(shù)進(jìn)行工廠化育苗，具有效率高、病蟲害少、易于標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)。 與常規(guī)光源相比，新一代LED光源具有高效節(jié)能、長壽命、環(huán)保、耐用、體積小、低熱輻射、低波長振幅等優(yōu)點(diǎn)，能在植物工廠的環(huán)境下根據(jù)幼苗生長發(fā)育需求制定合適的光照配方，調(diào)控幼苗生理代謝過程，縮短育苗周期[8]。

中科生物對比了不同光強(qiáng)下鐵觀音茶樹鮮葉的葉面形態(tài)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)在60 μmol/（m2·s）較弱光強(qiáng)下，鐵觀音葉片顏色深，薄而大，手捏無韌性，不利于優(yōu)質(zhì)烏龍茶的制作；在高光強(qiáng)400 μmol/（m2·s）下葉片轉(zhuǎn)黃，葉面小，長勢不佳；在200 μmol/（m2·s）、300 μmol/（m2·s）光照下葉色黃綠，葉面適中，葉片具有厚度，手捏厚實(shí)軟嫩，制作鐵觀音茶品質(zhì)較高， 因此在植物工廠條件下鐵觀音茶樹生長最佳光強(qiáng)為200～300 μmol/（m2·s）。 同時發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)比為2.2 且加綠光的P5 光譜可顯著增加鮮葉一芽二葉重量以及增加新枝數(shù)，達(dá)到增產(chǎn)的效果，還可以縮短節(jié)間長度及提高氨基酸含量， 對于解決茶樹在植物工廠中易徒長， 節(jié)間長度長等問題有所作用。

2.4 植物工廠鐵觀音茶樹栽培專用營養(yǎng)液配方

植物營養(yǎng)液是促進(jìn)植物生長發(fā)育重要的營養(yǎng)物質(zhì)，由于茶樹是多年生木本植物，根據(jù)鐵觀音生長特點(diǎn)，科學(xué)配置茶樹營養(yǎng)液，以保持茶樹機(jī)體的正常生長發(fā)育[9]。中科生物茶葉植物工廠的鐵觀音茶樹分別在營養(yǎng)液配方F4、潘根生[10]配方、氣霧培營養(yǎng)液配方[11]、改良霍格蘭配方[12]、丁文雅[13]配方下進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在植物工廠條件下，使用F4 的培養(yǎng)液，茶樹的新根數(shù)、總根長以及新梢數(shù)都顯著高于對照配方。此外還具有穩(wěn)定性強(qiáng)，營養(yǎng)全面，簡便易調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，因此植物工廠內(nèi)栽培鐵觀音以營養(yǎng)液配方F4 最優(yōu)。 同時茶樹是喜鋁之物，適當(dāng)鋁元素可以促進(jìn)茶樹根系生長，中科生物實(shí)踐生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)鐵觀音茶樹在苗期最適鋁濃度在0.6～1.2 mmol/L， 在采收期鋁濃度可降至0.4～0.8 mmol/L。

2.5 植物工廠鐵觀音茶樹生長節(jié)律

在植物工廠下種植鐵觀音茶樹，20 天左右冒出芽頭，25 天長出一芽二葉， 大約35 天左右即可采摘一批鮮葉，采摘標(biāo)準(zhǔn)為一芽三葉。 中科生物茶葉植物工廠根據(jù)此生長節(jié)律采摘茶葉制茶，一年可采6 茬，鮮葉狀態(tài)較為一致，制成茶葉品質(zhì)穩(wěn)定，保障一年多批次鮮葉質(zhì)量保持在最佳狀態(tài)。

2.6 植物工廠鐵觀音茶樹栽培規(guī)程

中科生物通過不同基質(zhì)、溫度、濕度、光質(zhì)、光強(qiáng)以及營養(yǎng)液的對比試驗(yàn)， 在植物工廠里開展對鐵觀音茶樹栽培研究， 掌握了鐵觀音茶高效安全生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)， 利用已掌握鐵觀音茶樹生長各項環(huán)控指標(biāo)，進(jìn)行基質(zhì)種植，經(jīng)過催芽、分蘗、營養(yǎng)生長以及采摘前品質(zhì)調(diào)控， 制定操作規(guī)程如表1 所示。

表1 鐵觀音栽培規(guī)程Table 1 Cultivation rules of Tieguanyin tea

同時中科生物實(shí)踐生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)， 對茶樹進(jìn)行摘心處理， 在茶樹生長到1 芽3 葉前7 天摘心有利于采摘期提前及產(chǎn)量的提高， 芽頭重量可以提高67.4%。 在修平的基礎(chǔ)上去除駐芽枝的頂端，促發(fā)枝條再次萌發(fā)， 一般28 天后即可冒出新的芽頭。 結(jié)合保留基芽措施，利用新枝基部弱芽，抑制新梢旺長，采用這種方法后鐵觀音新梢節(jié)間、葉片大小均較之前縮小8%～10%，芽頭增加10%以上。

3 植物工廠生產(chǎn)鐵觀音茶的優(yōu)勢

3.1 植物工廠鐵觀音是更加健康安全的茶產(chǎn)品

植物工廠是嚴(yán)格控制環(huán)境條件的設(shè)施農(nóng)業(yè)，無病蟲害， 因此植物工廠條件下進(jìn)行茶葉生產(chǎn)，不需要使用農(nóng)藥，加上生產(chǎn)車間環(huán)境潔凈，生產(chǎn)出的鐵觀音無農(nóng)藥和重金屬殘留。

3.2 每年可以連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高

由于不受氣候環(huán)境條件制約，全年能實(shí)現(xiàn)不間斷連續(xù)生產(chǎn)，加上是立體化栽培的垂直農(nóng)業(yè)設(shè)施，單位面積產(chǎn)量高。 以中科植物工廠為例，每個栽培間內(nèi)垂直方向上架設(shè)雙層種植槽如圖1所示，單位種植面積大大增加，在保證鮮葉品質(zhì)的基礎(chǔ)上， 中科生物茶葉植物工廠每年可高質(zhì)量采收鐵觀音茶青6 茬，產(chǎn)量相比室外栽培有較大提升。

圖1 中科生物植物工廠2 層鐵觀音茶樹種植槽Fig.1 Two-layer Tieguanyin tea planting slot in Zhongke Biological Plant Factory

3.3 能生產(chǎn)風(fēng)味獨(dú)特品質(zhì)穩(wěn)定的茶葉產(chǎn)品

通過對植物工廠環(huán)境條件進(jìn)行人工模擬與控制，不但可以模擬春季或秋季的氣候環(huán)境，而且定向調(diào)控產(chǎn)品形態(tài)與茶樹葉片內(nèi)次生代謝產(chǎn)物的合成與積累， 生產(chǎn)出符合需要的風(fēng)味獨(dú)特的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。例如，通過光、溫度和營養(yǎng)液調(diào)控，可生產(chǎn)高氨基酸或高兒茶素（EGCG）的功能性產(chǎn)品。加上植物工廠環(huán)境生產(chǎn)條件穩(wěn)定， 任意一茬收獲的茶葉原料品質(zhì)相似，加之穩(wěn)定的加工工藝，可以確保茶葉產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定。

3.4 植物工廠鐵觀音茶品質(zhì)成分

中科生物對植物工廠內(nèi)鐵觀音鮮葉及成品茶進(jìn)行生化分析，發(fā)現(xiàn)植物工廠鐵觀音茶在茶多酚、兒茶素含量等品質(zhì)成分上和室外栽培鐵觀音相當(dāng)，但咖啡堿含量低于室外鐵觀音，有助于減少茶葉的苦澀味。 植物工廠鐵觀音茶在保持了內(nèi)含成分的基礎(chǔ)上，具有獨(dú)特品質(zhì)，其葉片更厚實(shí)柔嫩，香氣獨(dú)特。

4 植物工廠鐵觀音茶樹栽培面臨的挑戰(zhàn)

一是成本高。 植物工廠需要在密閉的條件下進(jìn)行種植，必須要建造一系列的設(shè)備，其中包括外部維護(hù)結(jié)構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)、人工光源、多層栽培系統(tǒng)、營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)和電腦控制系統(tǒng)等。 茶樹生長所需光合作用的光源全部采用人工光， 長期使用LED 燈會消耗大量能耗。同時，為保證一定的空氣溫度和濕度，需要消耗大量電能。因此，提高光效，降低能耗， 是解決茶葉植物工廠運(yùn)行成本高的必由之路。

二是市場認(rèn)知度低。雖然植物工廠在果菜、藥用植物等的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛， 但在茶葉生產(chǎn)上還比較少見。 茶葉植物工廠可以營造茶葉生長過程中各種條件， 根據(jù)需求使用不同的光配方和營養(yǎng)液配方來調(diào)控茶葉形態(tài)和內(nèi)含物質(zhì)成分， 制作出差異化的茶葉產(chǎn)品。 但目前宣傳度和大眾接受度仍然不夠， 與室外道地品種的傳統(tǒng)風(fēng)味仍有差別，要讓廣大消費(fèi)者接受，還要加以宣傳與推介。

5 總結(jié)與展望

文章對鐵觀音植物工廠栽培技術(shù)進(jìn)行了分析，在生長調(diào)控方面，茶樹栽培使用室內(nèi)基質(zhì)栽培“二階法”，前期新移栽用G4 基質(zhì)配方，生長第二階段采用G6 基質(zhì)配方， 基質(zhì)相對濕度保持在70%～85%。 采用P5 的光譜，茶樹所澆灌營養(yǎng)液采用F4 配方；在茶樹修剪技術(shù)方面：利用新枝基部弱芽，抑制新梢旺長，修平加去除頂芽的措施，促發(fā)枝條再次萌發(fā)， 一般28 天后即可冒出新的芽頭，35 天可采收一茬； 根據(jù)莖和葉片的生長發(fā)育動態(tài)，制定適宜的生長調(diào)控措施，室內(nèi)栽培鐵觀音生長旺盛，持嫩性強(qiáng)，內(nèi)含物質(zhì)豐富。

植物工廠可以攻克茶樹對自然環(huán)境的依賴，達(dá)到高效生產(chǎn)、質(zhì)量穩(wěn)定、飲品安全的目的。 在植物工廠模擬鐵觀音茶樹生產(chǎn)環(huán)境， 掌握鐵觀音栽培的一系列生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，建立起鐵觀音高效、安全生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程，通過精準(zhǔn)調(diào)控，生產(chǎn)出滿足不同客戶群體的具有較高保健價值的茶產(chǎn)品， 可以避免鐵觀音同質(zhì)化生產(chǎn)， 提高鐵觀音生產(chǎn)的科技含量，提升鐵觀音的品牌價值及市場美譽(yù)度，為鐵觀音品種提質(zhì)升級開拓新方向， 也為茶葉植物工廠的推廣應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)。