長期不同施肥對茶園土壤pH、茶葉產量可持續性和品質的影響

王金林，聞 祿，陳 平，張德全，田 永，曾 婕，楊 崢

（1普洱市土壤肥料工作站，云南普洱665000；2思茅區茶葉和特色生物產業局，云南普洱665000）

0 引言

2013年普洱市被國家發改委列為首個國家綠色經濟試驗示范區[1]。茶葉作為當地主要特色經濟作物之一，對推動普洱綠色經濟發展起到重要作用。2018年，全市茶葉種植面積10.99萬hm2，毛茶產量11.65萬t，綜合產值255億元，產值、產量均位居全省首位[2]，但由于大部分茶園分散在農戶手中，受傳統粗放種植習慣影響，不合理施肥、施肥結構不合理和施肥方式落后現象仍層出不窮[3-4]。施肥是土壤養分歸還的一種方式，是作物高產、穩產的主要措施，對恢復和維持土壤肥力有積極意義[5]。如何尋求合理的施肥方式，在綜合考慮土壤供肥能力、作物需肥特點、肥料特性、氣候條件和栽培措施等因素的基礎上，實現培肥地力、增加產量、改善品質、提高效益與保護環境相統一，是我們長期探尋的重要方向[6]。目前，國內外學者報道了許多關于長期不同施肥對土壤肥力、氮素或磷素利用、酶活性和微生物以及對作物產量和品質的影響等方面的文章，但大多數都圍繞糧食作物，關于茶葉方面的研究還相對較少，特別是系統性的研究長期不同施肥對茶園土壤pH、茶葉產量可持續性和品質的影響方面還有待進一步補充[7-11]。本研究以普洱市茶葉監測點長期定位試驗為平臺，探究長期不同施肥對茶園土壤pH、茶葉產量可持續性和品質的影響，以期為普洱市茶葉生產發展提供指導，助力農業綠色發展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

普洱市茶葉監測點位于普洱市思茅區南屏鎮柏枝寺村普洱市茶葉科學研究所試驗地，22°44.586'N，100°57.929'E，海拔1347 m，地形坡度10°～45°，具有低緯、季風和垂直氣候三大特點，屬于南亞熱帶為主的山地季風氣候地區，年均氣溫15～20.3℃，年無霜期在315 d以上，年降雨量1299～1700 mm，負氧離子含量在七級以上。試驗始于2006年，土壤類型為赤紅壤-紅色赤紅壤-紅砂頁巖-紅末香土。茶園土壤pH 4.69、有機質20.8 g/kg、全氮0.92 g/kg、全磷0.53 g/kg、全鉀5.6 g/kg、堿解氮90 mg/kg、有效磷36.1 mg/kg、速效鉀104 mg/kg，肥力中等。

1.2 試驗設計

監測點共設CK（空白）、M（單施有機肥）、NPK（單施化肥）、NPKM（化肥+有機肥）4個大區處理，不設重復，各試驗區面積100 m2左右。2006—2012年有機肥以農家肥作為肥源，2013年至今為當地商品有機肥（有機質≥45%，總養分≥5%，水分≤30%，pH 5.5～8.5），化肥為尿素(N 46%)、普鈣(P2O516%)、硫酸鉀(K2O 50%)。有機肥、普鈣和硫酸鉀做越冬肥一次性施入，尿素40%做越冬肥、30%做5月份春夏茶追肥、30%做8月份秋茶追肥，基肥和追肥均作溝施。不同處理的施肥量見表1，2006—2007年施肥量為常規施肥量；2008—2012年，由于試驗區產量偏低，NPK和NPKM處理的尿素均在常規施肥的基礎上增加了25%，M處理的有機肥增加6 t/hm2，其他不變；2013—2017年，全國開展化肥零增長行動，尿素在最初常規施肥基礎上降低了25%，其他不變；2017年至今，化肥+有機肥處理的N、P2O5和K2O在2017年的基礎上分別降低15%、35%和25%，其他管理措施一致。供試作物為茶葉，品種為‘云抗10號’（綠茶大葉種），茶葉1988年移植，茶齡為32年。

表1 2006—2019年各處理施肥量

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤指標 2006年在試驗地塊以“S”型分層取0～15(A)、15～30(B)、30～45(C)cm層次做試驗前基礎土樣。2011和2016年10月前后，在各小區內選3個點取0～15(A)、15～30(B)、30～45(C)cm層次土樣，風干，磨碎過篩后分別用pH計法測定土壤pH，用100 cm3的環刀在各小區取3個點容重樣。

1.3.2 品質指標 2018年5月和10月分別采摘各小區茶葉（一芽一葉），殺青，委托云南省德宏熱帶農業科學研究所檢測中心測定茶葉水分、茶多酚、兒茶素、總灰分、咖啡堿和各類氨基酸。

1.4 數據處理

用Microsoft Office Excel 2003和SPSS21.0進行整理和分析。作物產量的可持續性程度用SYI表示，公式如式(1)所示。

式中：Y為平均產量，σn-1為標準差，Ymax為最高產量。

2 結果與分析

2.1 長期不同施肥對茶園土壤pH的影響

長期不同施肥對茶葉土壤pH影響各不相同。2006—2016年，處理CK的A和B層土壤pH升高了0.26、0.10個單位，C層降低了0.08個單位；處理M的A、B和C層土壤pH升高了1.54、0.83、0.29個單位；處理NPKM的A和B層土壤pH升高了0.40、0.12個單位，C層降低了0.08個單位；處理NPKA、B和C層土壤pH降低了0.30、0.09、0.06個單位（表2）。

表2 不同施肥方式的產量可持續性指數

2.2 長期不同施肥對茶葉產量可持續性的影響

由圖1可見，各處理茶葉產量隨著施肥年份的起伏波動較大。CK處理在2006—2010年期間產量相對穩定，平均產量為837.2 kg/hm2，從2011年開始產量逐年下降，到2019年產量僅為99.6 kg/hm2。M處理在2007年出現大幅度減產，到2009年產量回升，但2016年又逐年下降。M處理的產量在前5年期間與CK處理相差不多，2011—2019年顯著高于CK。NPK和NPKM處理的產量變化趨勢一致，差異不大，均顯著高于CK處理。

圖1 2006—2019年產量和降雨量的變化

長期不同施肥處理的產量可持續性指數(SYI)呈現差異（表3），SYI表現為NPKM＞NPK＞M＞CK，其中NPKM最高，為0.68，CK最低，僅為0.09。NPK的平均產量最高，其次是NPKM，它們較M分別高出55.2%和48.8%，較CK高出297.2%和280.8%。處理CK、M、NPK和NPKM的變異系數分別是0.78%、0.32%、0.18%和0.16%。

表3 不同施肥方式的產量可持續性指數

2.3 長期不同施肥對茶葉茶品質的影響

不同施肥方式下茶葉的品質因素如表4所示。春茶的茶多酚、總灰分、咖啡堿和總氨基酸高于秋茶，兒茶素則表現為秋茶高于春茶。各處理的春茶和秋茶在茶多酚方面都表現為M＞NPKM＞CK＞NPK；處理NPKM的春茶兒茶素最高，較其他處理差異不顯著，CK、NPKM和M處理的秋茶兒茶素顯著高于NPK；各處理春茶和秋茶的總灰分差異不大；NPKM和NPK處理春茶的咖啡堿顯著高于M和CK，NPK處理秋茶的咖啡堿顯著高于其他處理；NPKM處理春茶和秋茶的總氨基酸最高，其次是NPK，顯著高于M和CK。

表4 不同施肥方式的品質指標 %

3 結論

普洱市茶園監測點，長期不施肥和單施有機肥的產量較低，不能滿足當前的生產需求；單施化肥的產量較高，但容易引土壤酸化問題；化肥配施有機肥的施肥方式，穩定了茶園土壤的pH，提供了土壤養分，保證了產量的可持續性，提高了茶葉的兒茶素、咖啡堿和總氨基酸含量，是普洱地區茶葉綠色發展值得推薦的施肥模式。

4 討論

4.1 不同施肥對土壤pH的影響

茶樹是喜歡酸性土壤的植物，耕作層厚度為20～30 cm，適宜種植茶的最適土壤pH 4.0～5.5[12]，以中國西南茶區來說，茶葉生長最適pH 4.40～5.50之間[13]。本研究中，長期施用化肥A層土壤降為pH 4.30，降低了0.30個單位，超出了茶樹生長的最適范圍。主要是因為長期施用化肥，特別是氮肥，導致土壤pH降低，由于銨態氮肥進入土壤，在硝化細菌的作用下發生消化作用，產生H+；酰胺態氮肥轉化為硝態氮時產生H+；NH4的揮發也產生H+[5]。張永春的研究發現，施用化肥30年后耕層土壤pH下降明顯，降幅達0.40～0.70個單位[14]。

本研究表明，長期單施有機肥A、B層土壤分別為pH 6.14和pH 5.52，升高了1.54、0.83個單位，超出了茶樹生長的最適范圍。有機質通過腐殖化過程轉化為腐殖質，腐殖酸和其鹽類可構成緩沖體系，使土壤具有較強的酸堿緩沖性能[5]。土壤溶液處于酸性時，溶液中的H+可與土壤腐殖質膠體上所吸附的鹽基離子進行交換，從而提高了土壤的pH[5,12]。長期化肥配施有機肥A、B層土壤分別為pH 5.00和pH 4.81，升高了0.40、0.12個單位，在最適范圍內。這與蔡澤紅等[15]、孟紅旗等[16]研究結果類似。有機肥與化肥配施，可提高土壤的氮積累速率，降低氮循環，從而緩解土壤酸化進程[5,16]。

4.2 不同施肥對茶葉物產量的影響

茶葉的生長發育有其自身規律，但其過程受到所處環境的影響，特別是水和肥，合理調控茶葉的水肥條件對產量的提高有積極作用[8]。本試驗中，施肥量調整過3次，每次調整后茶葉的產量較上一年都發生了明顯的浮動，增施化肥或有機肥都能提高茶葉的產量，化肥配施有機肥茶葉的產量可持續性高于單施化肥、單施有機肥和空白處理。茶樹新葉中的氮、磷和鉀含量高于根、莖和老葉，在雨水充沛的情況下，氮磷鉀充足時，能促進新葉細胞分裂、伸長，葉綠素含量提高，光合作用增強，營養生長旺盛，增進茶芽萌發，從而有效的提高茶葉的產量[12,17-20]。本研究2011年，CK處理產量急劇下降，是由于2010和2011年普洱市思茅區出現干旱，降雨量較往年平均低7.5%，加上CK處理連續不施肥5年，而茶樹是多年生植物，對養分的需求量大，如果茶樹從土壤中的吸取的養分遠小于采茶帶走的養分，并且茶樹的新梢輪次也會隨著修剪逐年減少，最終導致茶樹矮小、分支少、長勢弱，產量低[12]。郝小雨等[18]的研究表明長期不施肥，玉米茬不斷攜帶出養分，土壤養分不斷耗竭，玉米產量表現出下降趨勢，降幅為42.61%。2008—2016年單施19.5 kg/hm2的有機肥，茶葉產量穩中有增，2017年之后茶葉產量逐年下降。研究表明施用有機肥可持續增加有機C、N庫，活化土壤養分，促進茶葉生長發育，提高產量[12]。茶葉對無機養分比較敏感，長期單施有機肥不能滿足茶葉對礦質養分的需求[21]。許多長期定位試驗結果表明，以有機肥替代部分化肥，能維持較高的產量和產量的穩定性和可持續性，是當前合理施肥的有效措施之一[22-23]，本試驗產量表現最佳的也是化肥配施有機肥處理。由次可知，在全國推行化肥減量增效的背景下，長期不施肥和單施有機肥的產量較低，單施化肥與中國化肥零增長行動相悖，故可采用化肥配施有機肥的施肥方式以保證茶葉產量的可持續性。普洱地區不同品種、不同茶齡、不同地力的茶園，化肥減量多少、配施多少有機肥？還需進一步有針對性的開展田間肥料試驗研究。

4.3 不同施肥對茶葉品質的影響

茶園中不施肥會造成土壤肥力不足，單施有機肥茶葉樹養分供應不及時，影響茶葉品質和產量，只有進行科學施肥和增施有機肥才能改善土壤環境、提高茶葉品質[24-25]。顏明娟等[26]試驗表明，減氮20%配施有機肥茶葉的茶多酚、氨基酸、水浸提物較習慣施肥提高14.1%、15.0%、4.7%。李俊強[27]的研究發現，化肥配施有機肥模式下水浸出物、茶多酚、咖啡堿和游離氨基酸較CK分別提高19.52%、26.88%、43.56%和136.36%。本試驗結果表明，NPKM春茶和秋茶的氨基酸含量均為最高，且顯著高于M和CK，NPKM春茶的兒茶素最高，較NPK、M和CK分別高2.2%、1.8%、32.%。NPK秋茶的咖啡堿含量顯著高于其他處理，春茶的咖啡堿含量顯著高于M和CK處理。增施氮肥能提高茶葉的游離氨基酸含量，研究表明[15]，施氮量每公頃200 kg時，茶葉產量增加31.6%，但品質明顯下降，其中茶黃素含量降低6.1%感官評審得分降低12.4%；磷是核酸、磷脂、植素、高能鍵磷酸化合物及各種酶等物質的重要成分，對細胞間物質的交流、細胞內物質的積累、能量的貯存和傳遞都有重大的影響[5]，施用磷肥能提高綠茶的氨基酸和水浸出物等的含量[12]；鉀在茶樹體內起著維持細胞膨壓、促進蛋白質的合成和糖的運輸，增強茶樹抗旱、抗寒和抗病能力[5,27-29]。施用鉀肥能明顯提高茶葉中氨基酸、茶多酚和咖啡堿的含量，并在一定范圍內隨著鉀肥用量的增加而提高[30]。普洱市因茶得名，普洱茶聞名全國，隨著化肥不合理施用、配施有機肥意識淡薄、茶農的粗獷管理，普洱茶的品質參差不齊，需要先進的施肥技術模式、科學的肥效試驗數據來保證普洱茶品質的穩定性。