氮素調控對機采茶園茶葉品質與土壤理化特性的影響

李 維,向 芬,劉紅艷,周凌云,楊擁軍,丁 玎

(湖南省農業科學院 茶葉研究所,湖南 長沙 410125)

氮素調控對機采茶園茶葉品質與土壤理化特性的影響

李 維,向 芬,劉紅艷,周凌云,楊擁軍*,丁 玎

(湖南省農業科學院 茶葉研究所,湖南 長沙 410125)

研究了不同施氮量處理(施純氮16 kg/667 m2，處理A；施純氮26 kg/667 m2，處理B；施純氮36 kg/667 m2，處理C)對機采茶園茶葉品質與土壤理化性狀的影響。結果表明:隨著施氮量的增加,機采茶葉的完整率和產量均增加；以處理B的茶葉游離氨基酸含量最高,茶葉酚氨比最低，土壤CO2通量最高；經不同處理后茶園土壤養分含量表現為C處理>A處理> B處理。說明適量施氮處理有利于提高茶樹對土壤的養分利用率,增加茶葉生化成分含量,提高茶葉品質。

氮肥;機采;茶葉;品質；土壤;理化特性

2015年,我國茶園面積287.73萬hm2,年產茶227.8萬t,總產值達1500多億元,茶產業在實現我國山區農民脫貧致富、建設社會主義新農村等方面均發揮了非常重要的作用,其經濟效益和社會效益顯著。我國大部分茶區分布在山區,由于勞動力大量向城市轉移,采工荒逐年嚴重,勞動力成本日益增加,因此隨著茶園面積的擴大,茶葉機械化采摘已經成為一種趨勢[1-2]。機械化采摘茶葉能節約用工、降低采摘成本，是提高茶產量、高效低耗的一種生產技術[3-5]。茶葉的機械化采摘不單純是采摘方式的改變,同時對茶園的肥培管理、養分調控提出了更高的要求[6]。本研究對機采茶園進行不同施氮量處理,探討了適合機械化采摘茶園的施氮技術,以期為實現我國名優茶葉機械化采摘奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在湖南省農業科學院茶葉研究所辦公樓后面茶園,地理位置為113°04.512′ E、28°12.397′ N,地勢平坦,試驗地土壤為第四紀紅壤,土層深厚,基礎土壤養分情況見表1。

表1 試驗田基礎土壤養分狀況

1.2 試驗設計

于2013年10月18日～2015年10月18日連續3年對茶園進行不同施氮量的試驗，共設3個施氮量處理：純氮16 kg/667 m2(處理A)、純氮26 kg/667 m2(處理B)、純氮36 kg/667 m2(處理C)。每個處理3次重復，小區面積67 m2。具體施肥時以菜籽餅、硫酸鉀型復合肥為基肥,以尿素為追肥,具體施用方式見表2。茶園連續3年管理水平保持一致,并在每年的3月下旬至5月下旬進行手工采摘或機械采摘,在10月底進行輕修剪。手工采茶園的施肥水平與機采茶園保持一致。樣品采集從第3年開始,以保證試驗數據的穩定性。

表2 試驗茶園的施肥方式

1.3 測定項目及方法

1.3.1 樣品采集 于2016年3月25日(t1)與2016年3月29日(t2)采用桃江縣益林茶葉機械有限公司提供的輕便型單人電動采茶機進行機械采摘,每個處理機采茶行長度10 m,重復3次。隨后對機采各處理組產量與機械組成進行測定；各處理分別取250 g機采鮮葉與250 g手采鮮葉制蒸青樣，用于生化成分測定。

于2016年4月下旬春茶后采用5點取樣法對各處理小區的茶園土壤進行分層取樣,采樣深度分別為0～20 cm與21～40 cm；同時對各處理小區的土壤CO2通量進行測定。

1.3.2 測定方法 茶葉生化成分測定:茶多酚含量按照GB/T 8313─2002、游離氨基酸含量按照GB/T 8314─2002、咖啡含量按照GB/T 8312─2002、水浸出物含量按照GB/T 8305─2002采用紫外分光光度計進行測定。

土壤碳通量測定:采用Soilbox-343便攜式土壤呼吸系統(VAISALA,芬蘭)進行測定。將待測區域內植被地上部全部剪除,并揀去較多的枯枝落葉。將呼吸室罩在待測區域,呼吸室與土壤的接觸邊緣用干土密封。每小區隨機選取3個點進行測定,每次連續測定15 min,每隔30 s自動記錄1次。根據單位時間箱內CO2濃度的變化計算土壤呼吸速率[7]。

利用Excel軟件計算CO2濃度的變化率,選取通量箱閉合后40 s的CO2濃度作為試驗數據，以減小偶然誤差。計算公式為N=PV(P2-P1)/RTSt,其中：P為壓強；V為呼吸室體積；P1為計算起始點的CO2濃度讀數；P2為計算終點的CO2濃度讀數；R為理想氣體常數；T為熱力學溫度；S為呼吸室底面積；t為實驗時間。

土壤堿解氮含量按照LYT 1229─1999采用滴定法測定;全氮含量采用流動注射儀測定[8];全鉀、速效鉀含量分別按照LYT 1234─1999、LYT 1236─1999采用原子吸收分光光度計測定;全磷、速效磷含量分別按照LYT 1232─1999、LYT 1233─1999采用紫外分光光度計測定。

1.3.3 數據分析 利用Excel 2010、Origin 9.0等軟件對試驗數據進行處理,利用DPS 14.5軟件進行數據統計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同施氮量處理對機采茶園產量的影響

從圖1可知,總體上看,隨著施氮水平的提高,兩個時期機采茶葉的產量均有所增加。在t1時,A處理小區產量為0.47 kg,B、C處理的機采茶葉產量較A處理分別提高了12.1%、18.7%,但各處理間無顯著差異;在t2時,A處理小區產量為0.92 kg,B、C處理的機采茶葉產量較A處理分別提高了42.0%和47.4%,且B、C處理與A處理間的產量差異均達到了極顯著水平,但B、C處理間無顯著差異。此外,在相同施氮量處理條件下,t2時的產量較t1時提高1倍以上。

2.2 不同施氮量處理對機采茶葉的機械組成的影響

由圖2可知,t1、t2時的機采鮮葉的完整率隨著施氮水平的提高而增加。在t1時，C處理的機采鮮葉完整率最高,為76.50%;B處理次之,為74.91%;A處理的完整率最低,為73.75%;A、B處理間以及B、C處理間無顯著差異,但C與A間的差異達顯著水平。在t2時，完整率變化趨勢與t1時基本一致,C處理的完整率最高,達80.40%;B處理次之,為78.00%;A處理最低,為76.90%;B、C處理的完整率較A處理顯著提高,但B、C處理間完整率差異不顯著。

此外，在兩個時間點的機采鮮葉破碎率均隨施氮水平的提高而逐漸下降,趨勢與完整率相反。

同時期不同處理間英文小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05);英文大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)。下同。

圖2 施氮處理對機采茶葉機械組成的影響

2.3 不同施氮量處理對茶葉生化成分的影響

由表3可知,在t1時,機采茶葉中游離氨基酸含量以B處理最高,為4.3%，C處理次之,A處理最低,且B處理與A處理間差異顯著,但與C處理間差異不顯著;茶多酚含量的變化趨勢與游離氨基酸含量相反,以A處理最高,達17.8%,C處理次之,B處理最低,各處理間無顯著差異;酚氨比的趨勢與茶多酚含量一致,以B處理最低,A處理最高,A、B間差異達顯著水平,A、C間及B、C間無顯著差異；水浸出物含量以C處理最高,達到47%,B處理次之,A處理最低;咖啡堿含量的變化趨勢與酚氨比一致,以A處理最高,A、B間差異達顯著水平,A、C間及B、C間無顯著差異。

隨著施氮水平的提高,手采茶葉的水浸出物、游離氨基酸、茶多酚含量以及酚氨比的變化趨勢均與機采茶葉一致,但各處理間的差異都不顯著;咖啡堿含量隨施氮水平的提高而增加,且各處理間有顯著差異。在相同處理條件下,手采茶葉在水浸出物、游離氨基酸、咖啡堿含量方面較機采茶葉高,茶多酚則較低,總體上來看以手采茶葉的品質略好。

表3 施氮處理對t1時茶葉內在生化成分的影響

注：在同一采摘方式下,同列不同處理間英文小寫字母不同表示差異顯著(P< 0.05);英文大寫字母不同表示差異極顯著(P< 0.01)。下同。

在t2時不同施氮量處理對茶葉生化成分的影響如表4所示,機采茶葉的氨基酸含量以B、C處理最高,均為3.8%;茶多酚含量以C處理最低,為17.3%,顯著低于A處理的;酚氨比以A處理最高,顯著高于B、C處理的;咖啡堿含量以B處理最低,顯著低于A、C處理的;水浸出物、游離氨基酸總量在各處理間均無顯著差異。

手采茶葉除水浸出物含量在B、C處理間存在顯著差異外,其余各項指標在各處理間差異均不顯著。

總的來看,隨著施氮水平的增加,機采茶葉的品質有顯著提升,但過量施氮并不能持續顯著增加茶葉的品質。隨著施氮水平的增加,手采茶葉的品質亦有所提升,但處理間差異不顯著。在t2時手采茶葉與機采茶葉間的品質差異與在t1時的基本一致。

表4 施氮處理對t2時茶葉內在生化成分的影響

2.4 不同施氮量處理對土壤養分的影響

連續3年不同施氮量處理對茶園土壤養分含量的影響如表5、表6所示。從表5可知：在0～20 cm的土層中,全氮、堿解氮含量以B處理最低，其中全氮含量為0.211%,顯著低于C處理的，堿解氮含量為238 mg/kg,極顯著低于C處理的;速效鉀含量的變化趨勢與堿解氮含量一致,以處理B最低,且顯著低于C、A處理的；全碳、全磷含量在各處理間差異不顯著。

表5 不同施氮處理條件下0～20 cm土層養分含量

由表6可知：在21～40 cm的土層中,除全鉀含量以C處理最低外,其它土壤養分指標均以B處理最低,其中B處理的全碳、速效磷、速效鉀含量均極顯著低于A和C處理的；B處理的土壤全氮與堿解氮含量較C處理極顯著減少,但與A處理無顯著差異; B處理的全磷含量較C處理顯著減少,但與A處理無顯著差異。

總的來看,經過連續3年不同施氮量處理后,茶園土壤養分含量發生了變化,0～20 cm、21～40 cm土層除全鉀含量以B處理最高外,其余的養分含量皆以C處理最高,A處理次之,B處理最低；而C/N值表現為A處理>B處理>C處理。

表6 不同施氮量處理條件下21～40 cm土層養分含量

2.5 不同施氮量處理對土壤碳通量的影響

對不同施氮量處理后的茶園的土壤碳通量進行了測定,結果如圖3所示,以B處理的土壤碳通量最高,為2.25 μmol/(m2·s);C處理次之,為2.12 μmol/(m2·s);A處理最低,為1.96 μmol/(m2·s);各處理間差異不顯著。

3 討論

茶樹為多年生的葉用植物,在生長過程中需要從土壤吸收大量的養分。有效的肥培管理有利于提高茶葉的產量和品質,但茶園過量施入肥料,極易造成水體及環境污染、土壤酸化加劇、質量下降[9-11],從而造成茶園生態的惡性循環。因此,因地制宜地合理施氮對茶園的管理顯得尤為重要。機械采收從茶園帶走的茶葉量較傳統的手工采收有顯著差異,因此機采茶園的肥培管理有其特殊性,且隨著施肥量的增加,茶葉產量增加[2,12]。本研究發現：經過連續3年不同施氮量處理之后,機采茶園的茶葉產量、鮮葉完整率隨著施氮量的增加而增加,但茶葉產量施氮最多的C處理(施純氮36 kg/667 m2)較B處理(施純氮26 kg/667 m2)增加不顯著,這可能是由于肥料利用率隨著施氮量的增加而降低。不同施氮量處理的茶葉生化成分顯示,以B處理的游離氨基酸含量最高,酚氨比最低,品質較好,且與A處理間差異顯著,但與C處理間無顯著差異,這說明機采茶園的茶葉品質與產量一樣,并不是氮肥施用越多越好。

圖3 不同施氮量處理對茶園土壤碳通量的影響

本研究亦發現不同施氮量處理后的茶園土壤養分含量以施氮量適中的B處理最低,這可能是由于在該處理條件下茶樹的養分利用率較高。此外,本研究結果表明，土壤的全碳含量隨著施氮量的增加而減少,這從反面部分驗證了葛樂等[13]的研究發現,即在一定的施肥量范圍內,植物年凈碳儲量隨著施肥量的增加而增加。在本研究中，土壤CO2通量隨著施氮量的增加呈先上升后下降的趨勢。這與吳華靜等[14]、陳書濤等[15]有關土壤呼吸速率的研究結果基本一致。施氮處理后土壤CO2通量的變化趨勢與茶葉品質、產量基本保持一致,說明茶園土壤CO2通量與茶樹的生長狀況密切相關[16]。

此外,本研究還發現21～40 cm土層中B處理的各養分含量與A、C間的差異達極顯著水平,而在0～20 cm土層中B處理與另外兩組處理間的養分含量差異只達到顯著水平。這可能是由于茶園施肥方式決定了21～40 cm土層中養分進入量較少,茶樹對不同土層養分的差異性吸收導致了處理間的養分含量差異加劇。不同施氮量處理對機采茶園的碳氮平衡的影響有待下一步研究。

因此,在確定最佳氮肥施用量時,應綜合考慮茶葉產量、品質以及對土壤的影響。對于機采名優茶

園，每667 m2施用純氮26 kg較為合理；而對于采摘量較大的一般優質茶機采茶園,可以酌量增加氮肥的施用量,以保證產量和品質。

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(責任編輯:黃榮華)

Impacts of Nitrogen Regulation on Tea Quality and Soil Physical and Chemical Properties in Mechanically-picked Tea Garden

LI Wei, XIANG Fen, LIU Hong-yan, ZHOU Ling-yun, YANG Yong-jun*, DING Ding

(Tea Research Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China)

The impacts of different nitrogen (N) application rate treatments (applying pure N 16 kg/667 m2, treatment A; applying pure N 26 kg/667 m2, treatment B; applying pure N 36 kg/667 m2, treatment C) on the tea quality and the soil physical and chemical properties in mechanically-picked tea garden were studied. The results showed that both the yield and the complete rate of mechanically-picked fresh tea leaves were increased as the application rate of nitrogen increased. In treatment B, the tea leaves had the highest free amino acid content and the lowest phenol-ammonia ratio, and the CO2flux in soil was the highest. After being treated with N fertilizer, the soil nutrient content in tea garden revealed the following order: treatment C> treatment A> treatment B. The above results indicate that applying proper N fertilizer can enhance the soil nutrient utilization efficiency of tea tree, increase the content of biochemical compositions in tea leaf, and improve the quality of tea leaf.

Nitrogen fertilizer; Mechanically picking; Tea leaf; Quality; Soil; Physical and chemical property

2017-05-31

公益性行業(農業)科研專項(201303012)。

李維(1983─),男,湖南岳陽人,助理研究員,主要從事茶樹栽培學與生理生化研究。*通訊作者:楊擁軍。

S571.1

A

1001-8581(2017)09-0051-05