冬春季低溫期茶園覆蓋轉(zhuǎn)光膜的生理生態(tài)效應(yīng)

劉嘉裕，胡海濤，劉曉瑭，陳震東，梁成額，唐顥

（1廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所/廣東省茶樹資源創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州 510640；3佛山安億納米材料有限公司，廣東佛山 528143）

0 引言

中國(guó)農(nóng)用薄膜使用量位居世界前列，其中轉(zhuǎn)光膜是通過生產(chǎn)工藝改變透過農(nóng)膜的光質(zhì)，能把吸收的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成植物光合作用所需光的功能性農(nóng)膜，使之更加符合植物生長(zhǎng)發(fā)育的需求[1]。同時(shí)轉(zhuǎn)光膜能提高溫室作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)，是現(xiàn)代新型農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要舉措之一[2]。有研究表明，轉(zhuǎn)光膜將太陽(yáng)光能從高能短波轉(zhuǎn)化為低能長(zhǎng)波和介質(zhì)波，提高大棚室內(nèi)溫度及植物的光合效率，從而縮短植物生長(zhǎng)周期并提高作物的品質(zhì)[3-5]。市場(chǎng)運(yùn)用各種技術(shù)手段爭(zhēng)取茶樹早發(fā)芽、早采摘、早上市，對(duì)提高茶葉經(jīng)濟(jì)效益和滿足市場(chǎng)需求具有較大現(xiàn)實(shí)意義[6]。國(guó)內(nèi)開展了茶園覆蓋農(nóng)膜保溫，以縮短茶樹休眠期，提早春茶萌發(fā)和開采，但覆膜后透光率受到影響[7-10]。近年來(lái)茶葉種植面積逐年增加，茶葉已經(jīng)逐步邁向產(chǎn)能過剩狀態(tài)，但茶產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值效益偏弱。為進(jìn)一步探究茶園覆蓋轉(zhuǎn)光膜在茶樹使用的特性及效果，以‘英紅九號(hào)’為試驗(yàn)對(duì)象，系統(tǒng)研究轉(zhuǎn)光膜對(duì)茶樹生長(zhǎng)和茶葉品質(zhì)的綜合作用，以及茶樹覆蓋轉(zhuǎn)光膜后生理特征及變化，以期為在茶園中示范應(yīng)用轉(zhuǎn)光膜積累試驗(yàn)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

研究田間試驗(yàn)于2021 年在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所英德基地進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

成齡茶園面積400 m2，種植品種為‘英紅九號(hào)’，樹齡10年。

普通農(nóng)用塑料膜（利得膜）由佛山市南海區(qū)西樵廣興塑料廠生產(chǎn)，轉(zhuǎn)光塑料膜由佛山安億納米材料有限公司生產(chǎn)，二氧化碳?xì)怏w（鋼瓶CO2氣體，配置CO2減壓閥，標(biāo)稱流量5 m3/h）由英德市廣興氧氣廠生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)覆膜處理，T1為轉(zhuǎn)光膜覆蓋，T2為轉(zhuǎn)光膜覆蓋+CO2補(bǔ)償，T3為普通膜覆蓋+CO2補(bǔ)償，每處理面積90 m2，大棚長(zhǎng)15 m、寬6 m、高2.5 m。覆蓋薄膜時(shí)間為1—4月。

露天對(duì)照(CK)，小區(qū)面積90 m2。

1.3.1 轉(zhuǎn)光膜大棚CO2補(bǔ)充裝置及補(bǔ)充方法在棚內(nèi)頂部縱向懸掛一根塑料軟管，軟管上每隔1.5 m 朝下設(shè)一個(gè)通氣孔。將軟管連接到減壓閥上，經(jīng)過軟管定時(shí)定量釋放，設(shè)定1300 mg/kg為臨界點(diǎn)，利用便攜式CO2檢測(cè)儀設(shè)置濃度報(bào)警點(diǎn)，釋放CO2至報(bào)警點(diǎn)后即停止釋放，閉棚1 h。

1.3.2 茶鮮葉產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)期間，每輪茶（春、夏、秋茶）按一芽二葉標(biāo)準(zhǔn)采摘，統(tǒng)計(jì)各處理的鮮葉產(chǎn)量，將各小區(qū)面積產(chǎn)量換算成1 m2面積產(chǎn)量。

1.3.3 茶葉品質(zhì)分析及評(píng)價(jià)試驗(yàn)期間，對(duì)春、夏茶采摘鮮葉取樣，分別制成鮮葉蒸青樣和成茶樣，用于茶葉品質(zhì)成分分析。水浸出物含量檢測(cè)參照GB/T 8305—2002，茶多酚總量檢測(cè)參照GB/T 8313—2018，氨基酸總量檢測(cè)參照GB/T 8314—2002，咖啡堿含量檢測(cè)參照GB/T 8312—2002，可溶性糖含量檢測(cè)采用蒽酮比色法檢測(cè)，茶葉香氣成分檢測(cè)采用GC-MS技術(shù)鑒定。

1.3.4 棚內(nèi)外氣候因子檢測(cè)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)及露天對(duì)照處理的土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度，采用溫濕光監(jiān)測(cè)儀、土壤溫濕度監(jiān)測(cè)儀、CO2監(jiān)測(cè)儀自動(dòng)連續(xù)記錄。每天8:00、14:00、18:00等不同時(shí)段記錄溫濕度、光照強(qiáng)度。

1.3.5 統(tǒng)計(jì)分析采用Microsoft Excel 2021、SAS 8.1分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及差異顯著性等分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜處理對(duì)茶園小氣候的影響

由表1 可知，覆蓋轉(zhuǎn)光膜的大棚與T3保溫效果相當(dāng)，表明轉(zhuǎn)光膜在保溫效果方面與T3無(wú)明顯差異。在1—4月覆膜期間，覆膜大棚內(nèi)平均氣溫分別比對(duì)照提高0.42～0.63℃，保溫效果顯著高于CK。

表1 覆膜處理月平均氣溫 ℃

由表2 可知，在1—3 月非雨季天氣下，T1、T3有明顯的增濕作用，平均濕度較CK增加3.35%～5.10%。由于試驗(yàn)地4—8 月為雨季，CK 相對(duì)濕度顯著高于3 個(gè)覆膜處理。

表2 覆膜處理月均空氣相對(duì)濕度 %

由表3可知，在1—4月覆膜期間，覆膜處理月平均光照強(qiáng)度較CK降低4.71%～10.01%，其中T1、T2處理的透光率比T3略低。

表3 覆膜處理平均光照強(qiáng)度 lx

2.2 覆膜處理的茶葉生長(zhǎng)性狀及產(chǎn)量比較

從表4 可知，覆蓋處理茶樹鮮葉的一芽二葉長(zhǎng)度比CK有明顯增長(zhǎng)，其中T2處理的最大增幅為12.62%；覆蓋處理茶樹鮮葉的百芽重均比CK 有不同程度增加；T3、T2處理茶樹的發(fā)芽密度均顯著高于CK，其中T3處理茶樹的發(fā)芽密度增幅為25.79%。由此可見，無(wú)論使用轉(zhuǎn)光膜還是普通膜覆蓋，茶樹均能不同程度提高茶葉的生長(zhǎng)性狀。

表4 覆蓋處理茶葉生產(chǎn)性狀比較

茶葉生產(chǎn)者素來(lái)重視春茶的產(chǎn)量及品質(zhì)，不少生產(chǎn)者周年只生產(chǎn)春茶。從表5可知，覆膜期間，T2、T3、T1的春茶產(chǎn)量分別比CK增加8.77%、5.26%、0.88%；揭膜后，處理組茶園產(chǎn)量增速提高，T2、T3、T1的夏茶產(chǎn)量分別比CK增加10.78%、7.38%、1.99%；T2、T3、T1的秋茶產(chǎn)量分別比CK 增加24.42%、18.60%、8.14%。轉(zhuǎn)光膜是通過光轉(zhuǎn)換功能提高參與植物光合作用的有效光量，但需要補(bǔ)充足夠的光合作用底物CO2和H2O才能保證植物能充分利用轉(zhuǎn)光膜轉(zhuǎn)化的有效光能。T1在缺少CO2補(bǔ)充的情況下，對(duì)茶樹生長(zhǎng)性狀及產(chǎn)量效果均不如T3，只通過提高有效光量不補(bǔ)充CO2會(huì)使植物光合反應(yīng)處于底物失衡狀態(tài)，不利于光合產(chǎn)物形成與積累。

表5 不同處理茶葉產(chǎn)量比較

2.3 覆膜處理的茶葉品質(zhì)比較

從表6 可見，不同處理樣品的營(yíng)養(yǎng)成分含量存在一定差異，春茶批次T2處理茶葉樣品的氨基酸、可溶性糖顯著高于其他處理，較CK 分別提高22.44%、14.23%；咖啡堿含量顯著低于其他處理，較CK 降低4.97%；T1與T2處理間茶多酚含量無(wú)明顯差異，但兩者茶多酚含量均顯著高于T3、T4處理。夏茶批次T2處理茶葉樣品的氨基酸、可溶性糖、茶多酚顯著高于其他處理，較CK 分別提高17.65%、23.62%、17.68%；咖啡堿含量顯著低于其他處理，較CK 降低6.92%。綜合來(lái)看，茶園覆蓋轉(zhuǎn)光膜加CO2補(bǔ)充有利于碳同化作用；可溶性糖、茶多酚、氨基酸含量增加，可促進(jìn)茶湯的濃厚度、甜度提高；咖啡堿含量降低，可使茶湯的苦味降低。

表6 茶葉品質(zhì)成分含量比較 %

2.4 茶葉香氣成分

2.4.1 醇類香氣化合物不同覆膜處理的‘英紅九號(hào)’制成的紅茶樣品中均檢測(cè)出40 種香氣成分（表7），其中醇類17 個(gè)、醛類11 個(gè)、酮類4 個(gè)、烯類3 個(gè)、酯類2 個(gè)、其他3 個(gè)。4 個(gè)處理檢出含量較高的成分有β-芳樟醇(39.56%)、氧化芳樟醇II（呋喃型）(5.58%)、苯甲醛(5.53%)、反-2-己烯醛(5.31%)、2-甲基丁醛(4.35%)。各香氣化合物的相對(duì)含量由高到低為醇類、醛類、酮類、烯類、酯類。不同覆膜的紅茶樣品各香氣種類的相對(duì)含量有較大差異，T1、T2、T3、CK的醇類香氣化合物總含量分別為57.64%、61.59%、55.49%、55.78%，其中以β-芳樟醇相對(duì)含量在所有醇類化合物中占比最高，而后為氧化芳樟醇II（呋喃型）、氧化芳樟醇I（呋喃型）、反-3-己烯醇，剩余13類物質(zhì)相對(duì)含量占比均較低。T2大部分醇類物質(zhì)的相對(duì)含量均值較高，其中β-芳樟醇、反-3-己烯醇的含量明顯高于CK。使用轉(zhuǎn)光膜覆蓋茶樹處理，可促進(jìn)主導(dǎo)紅茶香氣成分的醇類化合物的積累，而普通膜覆蓋茶樹對(duì)醇類化合物的積累無(wú)直接影響。

表7 茶葉香氣成分 %

2.4.2 醛類香氣化合物T1、T2、T3、CK的醛類香氣化合物總含量分別為25.13%、23.77%、29.41%、29.35%。其中以反-2-己烯醛相對(duì)含量在所有醛類化合物中占比最高，而后為苯甲醛、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、β-環(huán)檸檬醛，剩余6類物質(zhì)相對(duì)含量占比均較低。T2、T1處理均會(huì)影響芳樟醇類物質(zhì)及反-2-己烯醛含量的增加，芳樟醇類物質(zhì)與反-2-己烯醛的比值分別為8.26%、8.58%，均小于CK 比值10.21%，該比值與紅茶香氣品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)，轉(zhuǎn)光膜對(duì)紅茶香氣成分有提升作用。此外，T1、T2處理的2-甲基丁醛和3-甲基丁醛的含量較CK降低38%以上，達(dá)到顯著降低程度，兩者感官特征均為水果香型，能使‘英紅九號(hào)’紅茶的香氣呈現(xiàn)甜醇，與茶葉感官審評(píng)的結(jié)果相符，符合‘英紅九號(hào)’紅茶風(fēng)味特征。

2.4.3 酮類香氣化合物4個(gè)酮類香氣化合物以β-紫羅酮相對(duì)含量最高，其次為2,2,6-三甲基環(huán)己烷酮。覆膜處理僅有2,2,6-三甲基環(huán)己烷酮的含量比CK 有略微提高，其他化合物質(zhì)沒有明顯變化。

2.4.4 烯酯類香氣化合物β-月桂烯是占比最高的烯類香氣化合物，其中T1的β-月桂烯顯著高于其他3 個(gè)處理，T1比T2高62.04%。從總量上看，烯類的含量T1＞T3＞CK＞T2。

水楊酸甲酯在酯類香氣化合物中占比最高，其中轉(zhuǎn)光膜覆蓋茶樹的含量比T3高40.37%，但含量略微低于CK。

2.4.5 其他香氣化合物將1-乙基-2-甲酰吡咯、2-正戊基呋喃、萘歸為一類，其中1-乙基-2-甲酰吡咯相對(duì)含量最高，其次為2-正戊基呋喃。T3處理的2-正戊基呋喃比CK高34.52%。其余化合物在不同覆膜條件下變化不明顯。

2.5 茶葉感官審評(píng)

由表8可知，由于4個(gè)處理的采摘標(biāo)準(zhǔn)及茶葉加工工藝相同，處理間的主要得分差異源于湯色、香氣與滋味項(xiàng)目。從不同評(píng)價(jià)因子來(lái)看，T2的湯色、香氣及滋味均優(yōu)于其他處理。T2處理成茶樣品綜合得分最高為90.70 分、品質(zhì)最優(yōu)，其次是T1、T3，T4 的得分最低。主要得分差異源于湯色、香氣與滋味項(xiàng)目。

表8 茶葉感官審評(píng)結(jié)果

3 結(jié)論

轉(zhuǎn)光膜具有較好的增濕作用，能有效降低棚內(nèi)的光照強(qiáng)度，但透光率與普通膜差異不明顯，轉(zhuǎn)光膜的光轉(zhuǎn)換功能提高了參與光合作用的有效光量，彌補(bǔ)了覆膜導(dǎo)致的光合輻射的下降，進(jìn)而促進(jìn)茶樹的光合作用。轉(zhuǎn)光膜大棚對(duì)茶樹鮮葉的一芽二葉長(zhǎng)度、百芽重、春茶產(chǎn)量有不同程度增加。轉(zhuǎn)光膜大棚需補(bǔ)充光合作用底物CO2氣體，使光轉(zhuǎn)換與CO2產(chǎn)生協(xié)同作用，有效增強(qiáng)植物光合作用，以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。結(jié)果表明，茶園覆蓋轉(zhuǎn)光膜促進(jìn)全年茶葉增產(chǎn)，其中茶園覆蓋轉(zhuǎn)光膜加CO2補(bǔ)充有利于碳同化作用，可溶性糖、茶多酚、氨基酸含量增加，可促進(jìn)茶湯的濃厚度、甜度；咖啡堿含量降低，可使茶湯的苦味降低。使用轉(zhuǎn)光膜覆蓋茶樹處理，可促進(jìn)主導(dǎo)紅茶香氣成分的醇類化合物的積累，有效降低2-甲基丁醛和3-甲基丁醛的含量，使‘英紅九號(hào)’的香氣呈現(xiàn)甜醇，符合紅茶風(fēng)味特征。

4 討論

轉(zhuǎn)光膜是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的重要手段，有新型“物理肥料”的稱號(hào)，未來(lái)發(fā)展?jié)摿薮?、?yīng)用前景廣闊。轉(zhuǎn)光膜的轉(zhuǎn)光劑分為有機(jī)染料類、無(wú)機(jī)鹽類或稀土配合物類，其中有機(jī)染料類轉(zhuǎn)光劑在長(zhǎng)時(shí)間光照后容易分解，使用壽命短，光轉(zhuǎn)化率低[11]。有研究表明，轉(zhuǎn)光膜可提高溫室內(nèi)空氣溫度，保溫效果優(yōu)于普通膜[7]，轉(zhuǎn)光膜的透光率較高[12]，但本研究只有T1的透光率較低，這可能與不同材質(zhì)轉(zhuǎn)光膜的透光率相關(guān)。

轉(zhuǎn)光膜在茶樹上應(yīng)用的研究較少，但因其具備光轉(zhuǎn)換的特性，可改善普通農(nóng)用膜光合效率低的缺點(diǎn)，在茶園有一定應(yīng)用的潛力。轉(zhuǎn)光膜的功能是通過光轉(zhuǎn)換提高參與光合作用的有效光量，在光合反應(yīng)底物充足的條件下，促進(jìn)作物的光合作用。光是植物進(jìn)行光合作用的源動(dòng)力和生長(zhǎng)發(fā)育最重要的環(huán)境因素[13-14]。王玉霞[15]研究表明，轉(zhuǎn)光膜下作物的株高、葉數(shù)、莖粗和產(chǎn)品器官鮮質(zhì)量等生長(zhǎng)指標(biāo)均高于普通膜，這與本研究茶樹生長(zhǎng)性狀結(jié)果相似，轉(zhuǎn)光膜處理茶樹的一芽二葉長(zhǎng)、百芽重均高于普通膜。在茶樹覆蓋納米轉(zhuǎn)光膜可有效提高茶葉品質(zhì)和產(chǎn)量，且效果優(yōu)于普通膜。有研究將納米轉(zhuǎn)光膜應(yīng)用于各類蔬菜等進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明日光溫室覆蓋納米轉(zhuǎn)光膜后，研究對(duì)象的品質(zhì)和產(chǎn)量都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)農(nóng)膜[16-18]，但本研究?jī)H有T2處理產(chǎn)量?jī)?yōu)于普通膜，這與T2處理加入CO2氣體產(chǎn)生協(xié)同作用有關(guān)，由于處理內(nèi)CO2濃度低于露天茶園，轉(zhuǎn)光膜大棚需補(bǔ)充光合作用底物CO2氣體，使光轉(zhuǎn)換與CO2產(chǎn)生協(xié)同作用，才能更有效地增強(qiáng)植物光合作用以實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增產(chǎn)。本研究中，覆膜處理組的春茶產(chǎn)量均高于露天茶園，但唐顥等[7]的研究結(jié)果顯示普通膜處理的春茶產(chǎn)量低于露天茶園，本試驗(yàn)中T3處理中有CO2的補(bǔ)償，因此本試驗(yàn)中T3處理組（普通膜+CO2）能有效提高植物光合作用，對(duì)比露天茶園產(chǎn)量有一定增長(zhǎng)。

茶葉中的功能性生化成分氨基酸、咖啡堿、可溶性糖、茶多酚、水浸出物含量是衡量茶葉品質(zhì)的重要鑒定指標(biāo)[19]。覆膜對(duì)茶葉品質(zhì)的影響是生產(chǎn)者較為關(guān)注的問題。本研究中茶園覆蓋轉(zhuǎn)光膜并補(bǔ)充CO2對(duì)茶葉的氨基酸、可溶性糖、茶多酚含量均顯著增加，但有研究結(jié)果顯示覆膜處理的茶葉氨基酸含量均低于露天茶園[7]，可能與本試驗(yàn)覆膜期間的氣象因子相關(guān)，本研究覆膜處理棚內(nèi)光照強(qiáng)度高，導(dǎo)致植物光合作用增強(qiáng)，碳同化反應(yīng)增強(qiáng)而導(dǎo)致氮同化受到抑制。有研究表明，覆蓋轉(zhuǎn)光膜使甜椒果實(shí)的可溶性糖、游離氨基酸含量明顯增加[20-22]，與本研究結(jié)果相符。

紅茶香氣是茶葉中含量不同揮發(fā)性化學(xué)成分綜合作用的結(jié)果?！⒓t九號(hào)’紅茶香氣物質(zhì)中醇類化合物含量最高，芳樟醇及其氧化物、反-2-己烯醛、苯甲醛等為樣品香氣的主體特征成分，與王秋霜等[23]、蘇敏等[24]、李家賢[25]的觀點(diǎn)一致。芳樟醇及其氧化物呈現(xiàn)花香、甜花香，是‘英紅九號(hào)’紅茶甜花香特征香氣的主要成分。王潤(rùn)賢等[26]利用HS-SPME/GC-MS技術(shù)比較分析了夏季不同設(shè)施條件對(duì)茶鮮葉芳香物質(zhì)成分及含量的影響，結(jié)果顯示50%遮陽(yáng)網(wǎng)設(shè)施有利于茶鮮葉中花、果香的酯類及香葉醇類芳香物質(zhì)含量的提高，與本研究結(jié)果相符，使‘英紅九號(hào)’制成紅茶的香氣更加甜醇。

本試驗(yàn)深入探究冬春季茶園覆蓋轉(zhuǎn)光膜及揭膜后茶樹生長(zhǎng)性狀、茶葉生化成分及香氣組成的變化。結(jié)果顯示，覆蓋轉(zhuǎn)光膜的茶樹茶葉生化成分、香氣物質(zhì)組分和特征香氣成分的組成與露天茶園存在一定差異，芳香族化合物和萜烯類物質(zhì)的存在更為豐富和廣泛，香氣成分的顯著差異和豐富度，可能是由于在冬春季的生長(zhǎng)過程中，棚內(nèi)外的溫濕度、光照度、晝夜溫差等環(huán)境因子不同，但具體成因及其對(duì)香氣組分的合成仍待更深入的分析及研究。