有機肥替代化肥對我國茶葉產(chǎn)量、品質的影響

摘要：為探明有機肥替代化肥對我國茶葉產(chǎn)量、品質以及茶園土壤理化性質影響，通過收集國內(nèi)外已發(fā)表我國茶園有機肥替代化肥的相關文獻，采用Meta分析的方法，定量分析在不同有機替代比例、土壤理化性質與替代年限條件下茶葉產(chǎn)量、品質與茶園土壤理化性質的狀況。結果表明，與單施化肥相比，有機肥部分替代化肥能顯著提高茶葉產(chǎn)量、品質與茶園土壤養(yǎng)分含量。其中有機替代比例、土壤條件，以及替代年限是影響有機替代效果的重要因素。有機替代比例低于25%時，增產(chǎn)效果最好；有機替代25%～75%時，茶葉品質提升效果最佳；有機替代超過75%時，則會因土壤當季養(yǎng)分供應不足從而導致茶葉產(chǎn)量降低。有機替代在土壤有機質＜20 g·kg^-1、堿解氮＜100 mg·kg^-1、有效磷＜5 mg·kg^-1與pH＞4.5時對茶葉產(chǎn)量增加效果較好；在土壤有機質＞20 g·kg^-1、堿解氮＞100 mg·kg^-1、有效磷＞20 mg·kg^-1、速效鉀＞100 mg·kg^-1與pH＜5.5時，茶葉品質提升效果較好。有機肥肥效存在累計效應，有機替代年限越長對茶葉產(chǎn)量品質提升的效果越好。

關鍵詞：茶；有機替代；產(chǎn)量；品質；整合分析

中圖分類號：S571.1 """""""""""""""文獻標識碼：A """""""""""""""文章編號：1000-369X（2024）04-598-11

The"Impact of Organic Fertilizer Replacement of Chemical Fertilizers on Yield and Quality of Tea Gardens in China

REN Hailong¹， CHEN Feifan¹， TAN Qiling^1*， HU Chengxiao¹， LI"Jinxue²，"WANG"Shaomei²，LI"Xiaojun²， MENG Yuanduo³， ZHAO Yingjie³

1. Hubei Provincial Engineering Laboratory of New Fertilizers/Trace Element Research Center，"Huazhong Agricultural University，"Wuhan 430070，"China;"2."Faculty of Biotechnology and Engineering West Yunnan"University，"Lincang"675800，"China;3."National Agricultural Technology Extension Service Center， Beijing 100125，"China

Abstract："In order to explore the effects of organic fertilizer replacement of chemical fertilizers on tea yield， quality， and soil physicochemical properties in China， relevant literature on organic fertilizer replacement of chemical fertilizers in tea gardens was collected both domestically and internationally. Meta analysis was used to quantitatively analyze the effects of organic fertilizer replacement of chemical fertilizers on tea yield， quality， and soil physicochemical properties in China under different organic substitution ratios， soil physicochemical properties and substitution years. The results show that compared with the application of chemical fertilizers alone， partial substitution of organic fertilizer can significantly improve tea yield， quality， and soil nutrient content in tea gardens. The organic substitution ratios， soil conditions， and substitution period are important factors that affect the effectiveness of organic substitution. When the organic substitution ratio was less than 25%， the yield increase effect was the best. When the organic substitution ratio"was between 25% and 75%， the best effect was achieved in improving the quality of tea. When the organic substitution exceeded 75%， it would lead to a decrease in tea yield due to insufficient nutrient supply in the soil during the season. Organic substitution had a better effect on increasing tea yield when soil organic matterlt;20 g·kg^-1， alkaline nitrogenlt;100 mg·kg^-1， available phosphoruslt;5 mg·kg^-1， and pHgt;4.5."When soil organic mattergt;20 g·kg^-1， alkaline nitrogengt;100 mg·kg^-1， available phosphorusgt;20 mg·kg^-1， available potassiumgt;100 mg·kg^-1， and pHlt;5.5， the tea quality improvement effect was better. There was a cumulative effect of organic fertilizer efficiency， and the longer the organic substitution period， the better the effect on improving tea yield and quality.

Keywords："tea， organic substitution， yield， quality， integrated analysis

茶樹是我國重要的經(jīng)濟作物之一，2022年種植面積339.3萬hm²，產(chǎn)量334.2萬t，均位居世界第一^[1]，在鄉(xiāng)村振興、帶動農(nóng)戶增收等方面發(fā)揮了重要作用。施肥能提高土壤有效養(yǎng)分含量，滿足茶樹正常生長發(fā)育養(yǎng)分需求，也是提高茶葉產(chǎn)量、品質的重要途徑^[2-3]。茶農(nóng)為獲得較高茶葉產(chǎn)量，往往投入過量肥料，尤其是偏施化肥的現(xiàn)象比較普遍。目前茶園化肥單一施用和過量施用現(xiàn)象普遍，不僅導致生產(chǎn)成本增加，也導致茶園土壤酸化板結、硝酸鹽污染等生態(tài)環(huán)境問題愈發(fā)嚴重，制約茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展^[4-5]。因此，建立養(yǎng)分高效利用體系以降低生產(chǎn)與環(huán)境成本，對實現(xiàn)茶產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展至關重要。

有機肥配施化肥被證明是茶葉增產(chǎn)提質的有效技術，通過有機肥適當替代一定比例化肥（以下簡稱有機替代）不僅能減少化肥投入，還能降低農(nóng)業(yè)面源污染風險，改善土壤質量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)^[6-8]。2017年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部（原農(nóng)業(yè)部）提出的《開展果菜茶有機肥替代化肥行動方案》及2018年中央一號文件提出推進有機肥替代化肥以推進鄉(xiāng)村綠色發(fā)展，極大推進了有機肥及有機替代的應用。相較單施化肥，有機替代能協(xié)調土壤養(yǎng)分供應，更好滿足作物生育期對養(yǎng)分的需求，對番茄、生菜、甜瓜、茶等作物均有不同程度增產(chǎn)提質效果^[9-12]。有機替代不僅顯著提高黃瓜、小麥、玉米、水稻、大豆產(chǎn)量（4.5%～15.5%），也提高番茄和生菜維生素C（21.2%～30.0%）與可溶性糖的含量（14.3%～18.0%），降低硝酸鹽含量（19.4%～69.0%），顯著改善其品質^{[9-10，13-15]}。有機替代比例低于50%時對作物增產(chǎn)提質效果最好，超過75%則會降低產(chǎn)量^[16-18]，不過也有報道有機替代均能顯著提高^[19]或降低^[20-21]作物產(chǎn)量；相同作物在不同土壤條件對有機替代響應不一致，最佳替代比例亦存在差異，土壤有機質與全氮較高地區(qū)最佳替代比例普遍較高^{[11-12，14，16]}；有機肥養(yǎng)分釋放緩慢，其殘效疊加效應隨著替代年限的增加而變化，第一年有機替代增產(chǎn)效果普遍不明顯，第二年及之后才顯著增產(chǎn)^[22-24]。以上結果表明，有機替代效果不僅受替代比例影響，也與土壤環(huán)境條件、替代年限等諸多因素有關。以往研究均是基于特定地點進行的田間試驗，其結果不能反映我國整體情況，因此需要進一步系統(tǒng)量化有機替代對我國茶葉產(chǎn)量、品質影響。本文采用Meta分析方法收集我國近20年內(nèi)發(fā)表的有機替代對茶葉產(chǎn)量、品質效應及影響因素，以確定有機替代在不同替代比例、土壤理化性質與替代年限條件下對我國茶葉產(chǎn)量、品質影響，提出不同土壤環(huán)境與替代年限條件下適宜有機肥替代比例，為茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1"材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究通過對中國知網(wǎng)與Web of Science數(shù)據(jù)庫進行檢索，收集2000年1月1日至2023年11月1日國內(nèi)外公開發(fā)表的關于施用有機肥對我國茶葉產(chǎn)量與品質影響的相關文獻。中文檢索詞包括“有機肥”“茶”“產(chǎn)量”“品質”，英文檢索詞包括“organic fertilizer”“tea”“yield”“quality”。為確保分析準確性，遵循以下篩選標準對收集到的文獻進行篩選：（1）試驗地點在國內(nèi)進行，文中需提供具體位置或經(jīng)緯度；（2）試驗方式為田間試驗；（3）同一組試驗中包含對照組與試驗組，對照組為全化肥，施肥量為當?shù)亓晳T施肥量，試驗組為有機肥替代一定比例化肥；（4）數(shù)據(jù)需包含產(chǎn)量或品質指標，重復數(shù)≥3；（5）文獻包含當?shù)赝寥阑纠砘再|（表1）。

利用篩選后所得文獻中表格與圖表數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個新的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫主要包含的原始信息，主要有試驗年份、試驗地點位置、土壤基礎理化性質（土壤pH，有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀）、試驗有機替代比例、茶葉產(chǎn)量與品質等數(shù)據(jù)?；谝陨蠘藴使彩占?0篇期刊文獻，獲得490組數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

本研究采用效應值lnR分析有機肥對茶葉產(chǎn)量品質影響，計算公式如下^[25]：

lnR=ln（X_T/X_C）··························（1）

式中：R為反應比，X_T為試驗組數(shù)據(jù)，X_C為對照組數(shù)據(jù)。

案例內(nèi)方差v_i、權重w_i、累計效應值R^*、R^*標準誤以及95%"CI計算公式如下^[26]：

式（2）～（6）中k為樣本數(shù)量，為案例間方差，S_T、N_T為試驗組標準差與重復數(shù)，S_C、N_C為對照組標準差與重復數(shù)，為第個樣本權重。95%"CI可用于lnR*假設性檢驗。若95%"CI區(qū)間與0無重疊，則表明有機替代對茶葉產(chǎn)量、品質與茶園土壤理化性質指標數(shù)據(jù)具有顯著效應。

同一研究中環(huán)境條件均會對茶葉產(chǎn)量及品質產(chǎn)生一定差異。同時，不同研究間的田間管理、氣候條件、種植年份、茶樹品種、肥料種類等因素不同，導致研究之間存在變異，因此選擇隨機效應模型進行計算綜合效應值。隨機效應模型不僅考慮了研究內(nèi)的變異，也考慮了研究間的變異。通過DL法估計案例間方差。

為進一步闡明不同影響因素條件下有機替代對茶產(chǎn)量、品質與土壤理化性質效應的影響，將原文獻按照一定標準劃分為不同組別進行亞組分析，不同因素情況如表2所示，劃分依據(jù)為國家茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術條件（NY/T"853—2004）。采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)前處理，R 4.3.1軟件的Metafor包進行分析，通過Origin 2021作圖。

2 結果與分析

2.1 有機替代對茶葉產(chǎn)量、品質的影響

2.1.1 有機替代對茶葉產(chǎn)量、品質的綜合影響

由圖1可知，與不施肥相比，單施化肥顯著提高茶葉產(chǎn)量、氨基酸、水浸出物與咖啡堿

含量，分別提高32.08%、17.59%、2.23%、8.14%，同時酚氨比降低15.19%，對茶葉具有較好增產(chǎn)提質效果；在施用化肥基礎之上進行有機替代，與單施化肥相比茶葉產(chǎn)量、氨基酸、水浸出物與咖啡堿含量分別提高3.48%、6.52%、2.70%及6.79%，酚氨比降低10.90%，進一步提高茶葉產(chǎn)量和品質。以上結果表明有機替代相較單施化肥對茶葉具有更好的增產(chǎn)提質效果。

2.1.2 有機替代比例對茶葉產(chǎn)量、品質的影響

如圖2所示，有機替代表現(xiàn)為隨替代比例增加，茶葉產(chǎn)量呈先增加而后下降的趨勢。替代比例低于50%時，顯著提高茶葉產(chǎn)量；超過50%時，部分也有增產(chǎn)趨勢；當替代比例大于75%時，有減產(chǎn)風險。

不同有機替代比例顯著影響茶葉氨基酸、咖啡堿含量與酚氨比，但對茶多酚與水浸出物影響不顯著。隨著替代比例上升，氨基酸與咖啡堿先上升后下降，酚氨比先下降后升高，均在25%～75%間取得最高與最低值，該條件下茶葉氨基酸與咖啡堿含量分別提高9.89%與12.66%，酚氨比降低14.90%。以上結果表明有機替代比例在＜50%時對茶葉產(chǎn)量提升較好，在25%～75%時對茶葉品質提升較好。

2.1.3 土壤養(yǎng)分含量與替代時間對茶園有機替代效果的影響

替代年限與土壤養(yǎng)分含量影響有機替代效果（圖3）。在不同替代年限條件下，1年以上有機替代效果均優(yōu)于1年有機替代，表現(xiàn)在1年以上有機替代對產(chǎn)量、氨基酸與水浸出物含量提升效果均高于1年有機替代，其中1年有機替代產(chǎn)量甚至降低了2.85%。以上結果表明有機替代在第1年增產(chǎn)提質效果較差，但隨著替代時間增加，增產(chǎn)提質效果逐漸增強。

在不同土壤條件下，有機替代在土壤有機質＜20 g·kg^-1、堿解氮＜100 mg·kg^-1、有效磷＜5 mg·kg^-1與pH＞4.5時增產(chǎn)較好，隨著土壤基礎養(yǎng)分含量增加與pH降低，增產(chǎn)效果逐漸下降。表明在弱酸性和低肥力水平土壤條件下有機替代增產(chǎn)效果較好，強酸性和高肥力水平土壤條件下有機替代增產(chǎn)效果較差。氨基酸與咖啡堿在有機質＞20 g·kg^-1、堿解氮＞100 mg·kg^-1、有效磷＞20 mg·kg^-1、速效鉀＞100 mg·kg^-1與pH＜5.5時取得較大值，表明在酸性較強且高肥力水平土壤上有機替代對氨基酸與咖啡堿提升效果較好，對茶葉品質提升效果較好。

2.1.4 不同替代年限與土壤pH條件下適宜有機替代比例

進一步分析不同替代年限與土壤pH條件下替代比例對茶葉產(chǎn)量的影響。結果表明（圖4），當pH＜4.5時，僅在替代比例＜25%的顯著增產(chǎn)，超過50%則會降低產(chǎn)量；當pH＞4.5時，在有機替代0～100%時均有增產(chǎn)效果，其中替代比例＜50%時效果較好；1年有機替代

僅在＜25%時有增產(chǎn)效果，＞25%則降低產(chǎn)量，而1年以上有機替代在替代比例＜50%時均有增產(chǎn)效果，＞50%則有減產(chǎn)風險。以上結果表明，第1年有機替代或土壤pH＜4.5時，有機替代比例應低于25%，1年以上或pH＞4.5時，可適當提高替代比例但不應高于50%。

2.2 有機替代對土壤理化性質的影響

2.2.1 有機替代對土壤理化性質的綜合影響

由圖5可知，與不施肥相比，單施化肥顯著提高土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷與速效鉀含量，分別提高9.65%、15.95%、26.31%、56.71%與51.06%，但顯著降低土壤pH（2.91%）；在施用化肥基礎上進行有機替代不僅進一步提高土壤土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷與速效鉀含量（分別提高16.59%、17.86%、8.85%、18.18%和11.22%），還提高土壤pH（4.93%）。以上結果表明，有機替代較單施化肥對土壤具有更強培肥作用。

2.2.2 有機替代比例對土壤理化性質的影響

隨著替代比例增加（圖6），土壤pH、有機質、全氮、速效氮、有效磷與速效鉀均逐漸增加，并且均在替代比例＞75%時取得最高值。表明在有機替代能提高土壤養(yǎng)分，替代比例＞75%時對土壤培肥效果最好。

3 討論

3.1"適宜比例的有機替代能提高茶葉產(chǎn)量品質

相較單施化肥，有機替代總體上顯著提高茶葉產(chǎn)量以及茶葉中氨基酸、水浸出物與咖啡堿含量，具有明顯的增產(chǎn)提質效果。有機肥不

僅富含N、P、K，還含有Ca、Mg、Cu、Zn等中微量元素，能有效補充茶葉收獲帶走的中微量元素^[23，27]，同時提高土壤微生物豐富度與多樣性，改善作物根系環(huán)境，促進根系養(yǎng)分吸收并增強茶樹抗逆能力^[28-30]。本研究結果顯示，有機替代比例低于75%時均能提質增產(chǎn)，其中替代比例＜25%時對產(chǎn)量提升較好，替代比例為25%～75%對品質提升較好。

有機替代對茶葉增產(chǎn)提質效果受土壤肥力水平與替代年限影響，導致不同土壤肥力水平與替代年限條件下適宜有機替代比例不一致^[14，22]。本研究結果顯示，當pH＜4.5或1年有機替代時，當替代比例＞25%時有減產(chǎn)的風險，其原因可能與有機肥養(yǎng)分釋放依賴微生物分解相關，當pH較低或有機替代年限較短時，微生物活性較低，養(yǎng)分釋放速率較慢^[31-32]。因此在pH＜4.5的酸性土壤或第1年有機替代時，有機替代比例應低于25%，之后可適當提高替代比例，但不應超過50%。

3.2"有機替代能實現(xiàn)茶園可持續(xù)生產(chǎn)

肥沃的土壤是茶園高產(chǎn)優(yōu)質的前提，為提高茶葉產(chǎn)量與品質，茶園普遍通過施肥提高土壤養(yǎng)分含量，化肥顯著提高土壤養(yǎng)分含量、茶葉產(chǎn)量與內(nèi)含物質，增產(chǎn)提質效果顯著^[2，33-34]。但過量施用化肥會導致土壤酸化、板結、加劇養(yǎng)分淋失，影響周邊環(huán)境與茶樹正常生長^[35-36]。本研究結果也顯示，化肥的使用顯著降低土壤pH值（﹣2.91%），會導致土壤酸化。當前我國茶園養(yǎng)分投入以化肥為主，有30%茶園存在過量施用化肥問題^[5]?；蔬^量施用導致我國52%茶園土壤pH值低于4.5，處于嚴重酸化狀態(tài)，隨著植茶年限增加易出現(xiàn)連作障礙，嚴重影響茶葉產(chǎn)量與品質^[37-39]；此外化肥施用過量造成的養(yǎng)分淋失等環(huán)境問題也愈發(fā)凸顯^[40-41]。

有機肥自身具備較高pH（7.5～8.7），其部分官能團能絡合Al³⁺、K⁺、Ca²⁺等金屬離子，對土壤pH值具有顯著提高效果^[7，42]。通過適宜比例有機替代能在增產(chǎn)提質基礎上提高土壤pH與保肥能力，降低土壤酸化、養(yǎng)分淋失與連作障礙風險。因此，有機替代是在兼顧增產(chǎn)提質與改善土壤質量條件下能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施。

4 結論

相較單施化肥，有機肥替代化肥能夠顯著提高茶葉產(chǎn)量（3.48%）、氨基酸（6.52%）、水浸出物（2.70%）與咖啡堿（6.79%）含量并顯著降低酚氨比（10.90%），對產(chǎn)量及品質形成具有促進作用；顯著提高茶園土壤pH（4.93%）、有機質（16.59%）、全氮（17.86%）、堿解氮（8.85%）、有效磷（18.18%）與速效鉀（11.22%）含量，對土壤具有培肥作用。

有機替代效果受土壤肥力水平與替代年限影響。在土壤有機質＜20 g·kg^-1、堿解氮＜100 mg·kg^-1、有效磷＜5 mg·kg^-1與pH＞4.5時，有機替代對茶葉產(chǎn)量增加效果較好；在土壤有機質＞20 g·kg^-1、堿解氮＞100 mg·kg^-1、有效磷＞20 mg·kg^-1、速效鉀＞100 mg·kg^-1與pH＜5.5時，有機替代提升茶葉品質效果較好；多年有機替代增產(chǎn)提質效果優(yōu)于1年有機替代。

有機替代比例＜50%時茶葉增產(chǎn)效果較好，比例為25%～75%時茶葉提質效果較好；當土壤pH＜4.5或第1年有機替代時，適宜有機替代比例應低于25%，之后可適當提高替代比例，但不應超過50%。

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