機械施肥對茶葉產量、品質和養分吸收的影響及經濟效益分析

馬立鋒，呂閏強，黃海濤，丁 勇，周靜峰，鄭生宏，袁程曉，阮建云*

(1.中國農業科學院茶葉研究所 農業部茶樹生物學與資源利用重點實驗室，浙江 杭州 310008；2.紹興御茶村茶業有限公司，浙江 紹興 312037； 3.杭州市茶葉科學研究所，浙江 余杭 310000；4.安徽省農業科學院 茶葉研究所，安徽 黃山 245600； 5.無錫市茶葉品種研究所，江蘇 無錫 214063；6.麗水市農業科學研究院 茶葉研究所，浙江 麗水 323000； 7.恩施州農業科學院 茶葉研究所，湖北 恩施 445000)

機械施肥對茶葉產量、品質和養分吸收的影響及經濟效益分析

馬立鋒1，呂閏強2，黃海濤3，丁 勇4，周靜峰5，鄭生宏6，袁程曉7，阮建云1*

(1.中國農業科學院茶葉研究所 農業部茶樹生物學與資源利用重點實驗室，浙江 杭州 310008；2.紹興御茶村茶業有限公司，浙江 紹興 312037； 3.杭州市茶葉科學研究所，浙江 余杭 310000；4.安徽省農業科學院 茶葉研究所，安徽 黃山 245600； 5.無錫市茶葉品種研究所，江蘇 無錫 214063；6.麗水市農業科學研究院 茶葉研究所，浙江 麗水 323000； 7.恩施州農業科學院 茶葉研究所，湖北 恩施 445000)

利用農用耕作機械，在湖北恩施、浙江余杭、浙江紹興、浙江麗水、安徽宣城、江蘇無錫生產茶園，開展機械施肥對茶葉產量、品質成分、養分吸收和經濟效益研究，評價機械施肥在茶園中的適用性。根據機械與人工進行不同施肥方式的組合設立4個處理，即人工開溝施肥(基肥、追肥，對照)、機械施基肥+人工開溝施追肥、機械施肥(基肥、追肥)、機械施基肥+人工撒施追肥。結果表明，人工開溝施肥、機械施肥、機械施基肥+人工開溝施追肥之間茶葉產量、品質成分(游離氨基酸總量、茶多酚含量、酚氨比)、營養元素吸收無顯著差異，但人工撒施追肥會降低茶葉產量，影響茶樹對營養元素的吸收。相比人工開溝施肥，機械施肥每年667 m2可增加純收入350元，機械施基肥+人工開溝施追肥可增加純收入137元。因此，茶園實施機械施肥，明顯減少施肥的成本投入，增加茶農收入，適宜在茶園中推廣使用。

茶園； 機械施肥； 人工施肥； 新梢產量； 品質成分； 養分吸收； 經濟效益

茶葉是我國的重要經濟作物之一，2015年我國茶園面積287.7萬hm2(其中采摘面積225.8萬hm2)，干毛茶227.8萬t，產值1 519.2億元[1]，而2015年我國農業生產總值為60 863億元[2]，茶葉產值占我國農業生產總值的2.5%，可見茶葉在我國農業中具有重要作用。然而茶葉生產是一項勞動密集型產業，其中茶園施肥是保證茶葉高產、增加茶農收入的重要環節，茶園的高施肥、高投入顯著增加了經濟效益[3- 5]。但是隨著農村勞動力的短缺現象越來越嚴重，施肥成本也隨之越來越高，不合理的施肥方式隨之產生，制約了我國茶產業健康發展，茶園機械化施肥在此背景下應運而生。在其他作物上，我國施肥機械化發展迅速，也日趨成熟[6]，甚至已經實現了較為先進的變量施肥機械及技術[7]；而茶樹大都生長于山區或半山區，生長環境的特殊性決定了機械施肥的難度，仍明顯落后于其他作物。

日本是茶園生產機械化程度較高的國家，實現了茶葉生產全程機械化[8]，即便是印度、斯里蘭卡、肯尼亞、越南等國就茶園耕作機械發展也較早、日趨成熟[9]，而我國茶園耕作機械發展相對滯后[9]，這制約了機械施肥的研究開展。因此，從僅有的幾篇文獻可見，與人工施肥相比，機械施肥使茶葉新梢發芽密度和鮮葉產量下降，但對鮮葉品質成分影響不明顯[10]。機械施肥方式對茶葉成熟葉的葉綠素、主要礦質元素含量影響不明顯，人工撒施對新梢品質成分含量較其他處理都低[11]；機械雙側旋耕施肥顯著增加茶樹行間15～35 cm土壤的無機氮含量，機械旋耕使深層土壤無機氮含量明顯增加[12]。

由于我國茶園耕作機械的滯后，機械化施肥尚處于起步階段，這種新型施肥方式是否適用于茶園，會對茶葉產量、品質、養分吸收產生怎樣的影響，缺少相關的數據，或從經濟效益評價其適用性。

本研究通過機械施肥及其與人工施肥相結合的施肥方式與人工施肥進行比較，就施肥方式對茶葉產量、品質成分、養分吸收的影響及經濟效益進行了分析，試圖探明機械施肥替代人工施肥的可行性，為推行茶園機械施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 處理設計

試驗于2011年10月至2013年10月分別在湖北恩施、浙江余杭、浙江紹興、浙江麗水、安徽宣城、江蘇無錫等6個試驗點同時開展。設4個處理，分別為人工開溝施肥(基肥、追肥)、機械施基肥+人工開溝施追肥、機械施肥(基肥、追肥)、機械施基肥+人工撒施追肥。

人工開溝施肥是在茶樹行中間開溝施肥，基肥開溝15～20 cm深度施肥，追肥5～10 cm深度施肥，施肥后進行土壤覆蓋；人工撒施是在茶樹行表面撒施，撒施后不進行土壤覆蓋；機械施基肥是將肥料在茶樹行間撒施后進行15～20 cm犁耕，機械施追肥從茶樹行間表面撒施后進行5～10 cm旋耕。

年施氮肥用量(純N計)300 kg·hm-2，其中基肥占30%(茶季結束，一般在10月中旬至11月中旬進行)，春茶催芽肥占30%(春茶開采前30～40 d，一般在2月初至中旬進行)，夏茶追肥占20%(春茶結束，一般在4月底至5月中旬進行)，秋茶追肥占20%(夏茶結束，一般在7月底至8月初進行)。每處理重復4次，小區面積120 m2，小區之間設立隔離行，防止處理之間相互干擾。同時配施磷肥(P2O5)70 kg·hm-2，鉀肥(K2O)150 kg·hm-2，鎂肥(MgO)30 kg·hm-2，基肥時一次性施入。

1.2 樣品采集與處理

按當地采摘標準進行新梢采摘，每次采摘記錄產量。考慮到試驗第1年新梢品質成分在處理間可能不能體現差異，因此在試驗第2年(2013年)開始，每個茶季取新梢，微波殺青，70 ℃烘箱干燥36 h，粉碎后測定品質成分以及氮、磷、鉀等養分含量。每個茶季結束后取褐色莖上第1片成熟葉，微波殺青，70 ℃烘箱干燥36 h，粉碎后測定全氮含量。

1.3 分析方法

1.3.1 茶葉中游離氨基酸總量、茶多酚含量測定

參照文獻[13]方法對茶葉新梢中游離氨基酸總量(茚三酮顯色法)，茶多酚含量(酒石酸鐵顯色法)進行測定。

1.3.2 茶葉樣品全氮含量測定

利用vario MAX CN元素分析儀(德國Elementar公司)進行茶葉樣品固體直接進樣分析。

1.3.3 茶葉中磷、鉀、鈣、鎂含量測定

采用干灰化法，用電感藕合等離子體發射光譜儀(ICP，美國Thermo Fisher Scientific公司)測定。

1.3.4 效益計算方法

肥料投入按照每667 m2實際施用肥料價格計算；施肥投入按照施肥時使用的機械工作效率與人工施肥效率計算；茶葉收入按照鮮葉產量換算成干茶價格進行計算；凈收入按照茶葉收入- 肥料投入- 勞動力投入計算(本文不考慮其他投入支出)；節本增效以人工施肥(基肥、追肥)為對照進行差減法計算。

1.4 數據分析

所有數據以算術平均值±標準差表示，各數據的平均值、標準差用Excel 2003軟件及SPSS 21.0軟件進行分析，采用LSD法對數據進行差異顯著性檢驗，Sigmaplot 12.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 施肥方式對茶葉產量的影響

圖1中每個箱體的變化顯示不同試驗點的差異程度，說明不同試驗點的機械施肥方式對產量的影響有所差異。2012年，4種施肥方式之間的春、夏、秋茶及全年產量都沒有產生顯著差異，但2013年機械施基肥、人工撒施追肥的茶葉產量開始下降，且全年產量出現顯著性下降。

從2012—2013年的茶葉平均產量來看，機械施肥(基肥、追肥)，機械施基肥+人工開溝施追肥，人工開溝施肥(基肥、追肥)之間無顯著性差異，而機械施基肥+人工撒施追肥的茶葉產量明顯下降。

以上結果可見，機械施肥(基肥、追肥)或者機械施基肥+人工開溝施追肥對茶葉產量不會產生明顯的影響，但是機械施基肥+人工撒施追肥的方式會降低茶葉產量。

2.2 施肥方式對茶葉品質成分的影響

2013年對茶葉新梢進行品質成分測定。圖2中每個箱體的變化顯示了不同試驗點的差異程度，說明不同試驗點的機械施肥方式對新梢游離氨基酸含量、茶多酚含量、酚氨比會產生差異。但4種施肥方式的新梢中游離氨基酸含量、茶多酚含量、酚氨比并無顯著性差異，可見，機械施肥(基肥、追肥)或者機械施基肥、人工施追肥對茶葉品質成分不會產生明顯影響。

處理間無相同小寫字母表示0.05水平顯著差異，NS表示處理間無顯著差異，圖2～4同

圖2 施肥方式對新梢品質成分的影響

2.3 施肥方式對茶樹營養元素吸收的影響

由圖3～4可知，機械施基肥、人工撒施追肥的成熟葉全氮含量有下降趨勢，但未達顯著性差異；對2012、2013年新梢中氮、鉀、磷、鈣、鎂的吸收情況分析表明，機械施肥(基肥、追肥)、人工開溝施肥(基肥、追肥)、機械施基肥+人工開溝施追肥對氮、鉀、磷、鈣、鎂等的吸收無明顯差異，但機械施基肥+人工撒施追肥的新梢對這些元素吸收量有降低趨勢，雖然沒有達到顯著差異，但這種施肥方式具有影響茶樹對營養元素吸收的可能性。

2.4 施肥方式的經濟效益分析

對2013年的667 m2經濟效益進行分析(表1)表明，同等養分投入情況下，施肥勞動力成本投入以人工開溝施肥(基肥、追肥)最高，其次為機械施基肥+人工開溝施追肥，機械施肥(基肥、追肥)處理最低，機械施肥與人工施肥之間產生顯著差異，667 m2每年平均最大差值為426元。茶葉銷售收入以機械施基肥+人工開溝施追肥最高，其次為人工開溝施肥(基肥、追肥)，機械施基肥+人工撒施追肥最低，667 m2每年平均最大差值為232元。因此，從全年凈收入來看，機械施肥(基肥、追肥)最高，其次為機械施基肥+人工開溝施追肥和機械基肥+人工撒施追肥，最低為人工開溝施肥(基肥、追肥)。由此可見，與人工開溝施肥(基肥、追肥)相比，機械施肥(基肥、追肥)每年可增加純收入350元，機械施基肥+人工開溝施追肥每年可增加純收入137元；機械施基肥+人工撒施追肥每年可增加純收入131元。茶園中實行施肥機械化可帶來明顯的經濟效益。

圖3 不同施肥方式對茶樹成熟葉全氮含量和新梢氮素吸收的影響

圖4 不同施肥方式對新梢營養吸收的影響

表1 不同施肥方式對2013年667 m2經濟效益的影響

注：同列無相同字母表示處理間0.05水平差異顯著。

3 小結與討論

從6個試驗點的數據結果可以看到，不同試驗點對機械施肥的響應存在一定差異，這主要由氣候、生產條件等因素造成。而本研究主要就不同處理之間的比較，在綜合比較過程中這種差異就會消除，因此試驗點之間的這種差異并不會對研究結果產生明顯影響。

機械施肥兼有良好的耕作效果。研究表明，耕作有助于茶葉產量的增加和干物質的累積[14]。一方面耕作改變了土壤的物理性狀，降低土壤容重，增加土壤孔隙度等[15]；另一方面耕作過程中會造成較大范圍的斷根現象，而斷根有利于根系的再生[16]，在一定程度上有利于茶樹對養分的吸收。75%的茶樹根系分布在0～30 cm土層中，而0～20 cm土層占到50%以上[17]。但在大田試驗結果中，機械施肥(基肥、追肥)或者機械施基肥、人工施追肥對茶葉產量、品質、營養元素的吸收并沒有表現出顯著促進作用，這可能與本研究評估指標的選擇不夠全面或者研究對象主要是新梢有關，新梢產量在整個茶樹生物量中只占很小部分[18]，或許機械施肥可能更多地對茶樹自身的生長產生影響，或者過度的斷根影響了茶樹生長[19]，這都需要進一步研究證實。然而在茶園中機械施肥+人工撒施的施肥方式使茶葉產量下降明顯，成熟葉全氮含量、新梢營養元素吸收具有下降趨勢，這與其他研究認為茶園撒施的施肥方式效果較差相一致[20]，這可能與茶園撒施方式有關，易造成營養元素的損失[21- 22]。

機械施肥與人工施肥差異在于機械施肥具有更高的工作效率。機械施肥(基肥、追肥)人工成本投入只占人工開溝施肥(基肥、追肥)的1/3，而茶葉的銷售收入差異不明顯，可見機械施肥主要優勢在施肥過程中的成本投入明顯減少，因此與人工開溝施肥(基肥、追肥)相比，機械施肥(基肥、追肥)每年667 m2可增加純收入350元，機械施肥結合人工開溝施肥可增加純收入137元。然而也看到，機械施肥+人工撒施的施肥方式也可增加純收入131元，但人工撒施的施肥方式由于肥料的損失較大，會對環境造成污染；同時結果也表明，這種施肥方式下的茶葉產量出現明顯下降，對營養元素的吸收也有降低，因此在茶園中不推薦使用。由此可見，在我國茶園中如果能夠實現施肥機械化，這將會為明顯緩解農村勞動力短缺的現狀，給茶葉生產者帶來巨大經濟收益。

綜上所述，茶園實施施肥機械化，不會對茶葉產量、品質、營養元素的吸收產生負面影響，但明顯減少施肥的勞動力成本投入，增加茶葉生產者收入，適宜在茶園中推廣使用。

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(責任編輯：張瑞麟)

2016- 10- 09

公益性行業(農業)科研專項(201303012)；現代農業產業技術體系建設專項(CARS- 23)；浙江省自然科學基金(LY13C150002)

馬立鋒(1972—)，男，浙江余姚人，副研究員，博士，從事茶樹營養和茶園施肥研究，E- mail：malf- 111@163.com。

阮建云，E- mail: jruan@mail.tricaas.com。

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170309

S571

A

0528- 9017(2017)03- 0391- 05

文獻著錄格式：馬立鋒，呂閏強，黃海濤，等. 機械施肥對茶葉產量、品質和養分吸收的影響及經濟效益分析[J].浙江農業科學，2017，58(3)：391- 395，402.