套種大豆對茶園化肥需求量的影響

戶杉杉，高水練，陳倩潔，郭 彬，潘榮藝，張 帥，佐明興，王苗苗，向 萍，魯 靜，林金科,*

(1.福建農林大學園藝學院，福建 福州 350007；2.福建農林大學安溪茶學院，福建 泉州 362406)

【研究意義】豆科作物以其特有的根瘤菌，能夠對空氣中氮氣固定，有效增加土壤中氮素含量，用于自身生長和周邊其他作物生長需求，目前已廣泛應用于小麥、玉米[1]、蘋果、柑橘[2]、楊樹[3]等糧食和經濟作物。相對于化學氮肥施用，生物固氮具有無污染、可持續、高效等優勢[4-5]。氮的循環和高效利用是影響農田生產力的重要因素之一，茶樹作為葉用經濟木本植物，增施氮肥是目前茶區提高茶葉產量的重要途徑。茶園大量化肥的施用，不僅降低了肥料養分的利用率[6]，還對茶園土壤、生物多樣性等造成危害，土壤酸化、板結、病蟲害爆發等問題越發嚴重[7]。因此，將套種大豆作為減少茶園化肥施用和改善茶園微域環境的經濟、綠色方式，研究其對茶園土壤養分、酶活性和茶葉品質的影響以及是否可以有效減少茶園化肥施用量等方面具有重要意義。【前人研究進展】已有研究表明，套種豆科作物可顯著降低土壤中硝態氮含量(P<0.01)[8]，增加土壤結構穩定性[9]，保持大田水肥，平衡土壤溫度[10]，特別是大豆秸稈還田處理對改良土壤具有重要意義[11]；套種豆科作物可有效提高土壤pH 0.19個單位[12]，其腐解后氮、磷、鉀累計腐解率分別為72.3 %～75.5 %、81.2 %～83.5 %、89.3 %～91.1 %[13]，有效提高土壤全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量16.9 %，14.0 %，26.6 %，23.4 %[14]；套種豆科作物可顯著增加土壤微生物和酶活性[15]，其中土壤過氧化氫酶活性提高5.30 %～38.40 %，脲酶活性提高0.15 %～43.66 %[16]，蔗糖酶增加30.0 %左右[17]；套種豆科作物可減少田間化肥施肥量，研究表明，水稻田單純減施10 %～20 %化肥施用量不會顯著降低水稻產量[18]，而翻壓紫云英可降低田間40 %左右施肥量[19]，且未顯著降低水稻產量。施用綠肥7500 kg/hm2可以代替氮肥67.5～90.0 kg/hm2[20]，且長期套種并進行豆科綠肥回田可降低小麥田和甜瓜園15 %～30 %施肥量[21]。【本研究切入點】關于豆科作物套種模式試驗研究已經較為成熟，在土壤改良、生態修復等方面具有良好效果，特別是在改良土壤和減少化肥施用方面效果顯著。但是套種大豆在茶園開展較少，是否影響茶葉品質，是否適合不同土壤類型茶園，以及是否可以減少茶園化肥施用量等問題上還有待進一步研究。通過現有研究結果表明，套種豆科作物能夠降低大田化肥15 %～40 %施用量，故在此基礎上，本試驗假設套種大豆可減少茶園化肥30 %施用量，并以此作為試驗處理進行開展研究。【擬解決的關鍵性問題】本試驗選取湖北、福建、廣東三地茶園開展套種研究，分析各地區套種大豆對其土壤養分、土壤酶活性以及茶葉品質的影響，探究套種大豆在不同土壤環境條件下是否具有類似的化肥減施增效規律，為跨地域推廣“茶—豆”套種技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點情況

試驗于2017年4月至2018年10月,在廣東英德、福建安溪、湖北大悟試驗地開展。各試驗區基本情況如表1。

1.2 試驗設計

廣東英德試驗地于2017年7月份開始。套種處理：每年3月份進行首輪套種大豆(品種為華夏1號)，在茶行間進行開溝條播，株間距為25 cm，與茶樹行間距為70～75 cm，并于7月采收，后進行第二輪套種，于9月份進行采收；施肥設置：以常規施肥[NPK(15-15-15)225 kg/hm2]為對照(CK)，T1=常規施肥量×70 %[NPK(15-15-15)157.5 kg/hm2]，T2=常規施肥量×70 %+套種大豆[NPK(15-15-15)157.5 kg/hm2]。每個處理小區面積為80 m2，每個處理水平重復3次，并按隨機分布。施肥時間為：按照施肥設置下不同處理施肥量，分別于秋茶前(2017年7月3日)、春茶前(2018年2月1日)和夏茶前(2018年5月25日)進行施用。本論文選取數據為2018年5月25日施肥后的秋茶，采樣時間為2018年9月22日。

福建安溪舉源合作社試驗地于2018年3月開始。套種處理：3月份進行大豆(品種為華夏1號)套種，套種方式同上，并一直生長至秋茶結束；施肥處理：以常規施肥[尿素 375 kg/hm2，NPK復合肥(15-15-15)1125 kg/hm2]作為對照(CK)。T1=常規施肥×70 %[尿素262.5 kg/hm2，NPK復合肥(15-15-15)787.5 kg/hm2]；T2=常規施肥×70 %+大豆[尿素262.5 kg/hm2，NPK復合肥(15-15-15)787.5 kg/hm2]。試驗地取樣共2次，第1次為2018年3月20日，用于前期土壤基本情況測定；第2次為2018年10月3日，用于秋茶測定。每個處理小區面積為100 m2，每個處理水平重復3次，并按隨機分布。施肥時間為2018年3月20日。

表1 各試驗地基本情況

湖北大悟仙峰山茶業有限公司試驗地于2017年4月份開始。套種處理：4月份進行大豆(品種為華夏1號)套種，套種方式同上，并一直生長至暑茶結束；施肥處理：以常規施肥[NPK(15-15-15)750 kg/hm2]為對照(CK)，T1=常規施肥量×70 %[NPK(15-15-15)525 kg/hm2]，T2=常規施肥量×70 %+套種大豆[NPK(15-15-15)525 kg/hm2]。每個處理小區面積為120 m2，每個處理水平重復3次，并按隨機分布。施肥時間為2017年4月26日，采樣時間為2017年8月29日。

1.3 樣品處理與測定

土壤采集：采用五點取樣法，每個小區均勻選取五點，使用取土器直接采取30 cm土層，將五點土樣進行混合、拌勻、撿剔雜物，一部分裝入土樣管并放置-22 ℃冰箱冷凍保存，用于部分酶活性檢測。另一部分則放置陰涼處風干，用于常規養分測定。

土壤養分測定：方法參照鮑士旦《土壤農化分析》第三版[22]；土壤脲酶測定參照苯酚鈉—次氯酸鈉比色法[23]；土壤磷酸酶活性測定參照磷酸苯二鈉比色法[24]；土壤蔗糖酶活性測定參照3,5-二硝基水楊酸比色法[25]；土壤過氧化氫酶活性測定參照高錳酸鉀滴定法[26]。

茶葉采集：使用測產框(0.1 m×0.1 m)采摘一芽二葉茶鮮葉，每個小區采取10框，稱鮮重用于產量測定，并及時進行烘干殺青(120 ℃殺青10 min，80 ℃烘至足干)，用于茶鮮葉品質測定。

茶葉品質測定方法：茶多酚測定參照 GB/T 8313-2008(福林酚比色法)；咖啡堿測定參照 GB/T 8312-2013；水浸出物測定參照 GB/T 8305-2013；茶葉游離氨基酸測定參照 GB/T 8314-2013。

1.4 統計分析

數據處理使用 Excel 2016和SPSS 21統計分析軟件對所得數據進行差異顯著性分析和圖表制作。

2 結果與分析

2.1 套種大豆對茶園土壤養分影響

如表2所示，3個試驗地土壤養分變化趨勢相類似，其中土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質含量均表現為以T2處理最高，土壤中全磷和全鉀含量以CK處理最高。不同試驗區，不同處理下土壤有效磷和速效鉀含量均表現為極顯著差異水平，湖北、福建、廣東三地T2處理較CK處理分別增加27.05 %，20.15 %，18.89 %和19.30 %，25.28 %，13.72 %。湖北、福建、廣東三地試驗區T2處理下土壤堿解氮和有機質含量較CK處理分別增加10.90 %，25.62 %，14.19 %和7.00 %，34.93 %，47.54 %。土壤全氮含量數據表明，湖北、安溪兩地土壤全氮含量表現為CK>T2>T1，廣東表現為T2>CK>T1，說明套種大豆短期內不會增加土壤全氮含量，大豆生長會消耗土壤中部分磷鉀養分，但是可以增加土壤中有效態養分和有機質含量。對比不同試驗區土壤全氮數據表明，廣東不同處理下土壤全氮含量呈極顯著差異水平，T2較CK和T1處理分別增長28.27 % 和60.00 %，說明通過隨著套種次數的增加，可以提高土壤氮含量。

表2 不同試驗區套種大豆對茶園土壤養分影響

注：表中數據為均值±標準差；不同字母表示同一試驗區的不同處理間差異性，其中小寫字母表示P<0.05，大寫字母表示P<0.01。

Note: The data in the table is the average ± standard deviation; Different letters represent significant difference among different treatments in the same test area, in which lowercase letters indicate thatP< 0.05, uppercase letters indicate thatP< 0.01.

圖1 不同試驗區套種大豆對茶園土壤酶活性影響Fig.1 Effect of interplanting soybean in different test areas on soil enzyme activity in tea garden

2.2 套種大豆對茶園土壤酶活性影響

土壤酶活性數據表明，不同試驗區不同處理下土壤酶活性變化趨勢一致，脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶均表現為T2>CK>T1，硝酸還原酶均表現為T2>T1>CK，過氧化氫酶表現不一致。對比不同試驗區土壤酶活性發現，湖北、福建兩地不同處理間差異不明顯，特別是蔗糖酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶，顯著性均未達到顯著或極顯著差異水平，而廣東地區除脲酶和過氧化氫酶外，均達到極顯著差異水平(P< 0.01)。其中廣東試驗區T2處理下蔗糖酶、硝酸還原酶和酸性磷酸酶較CK處理分別增長49.75 %、169.96 %和17.75 %。說明廣東試驗區在連續套種3季大豆基礎上，較湖北和福建套種1季效果更為顯著，多次套種土壤受大豆生長代謝等物質影響較大(圖1)。

對比不同試驗區土壤硝酸還原酶和過氧化氫酶發現，除福建試驗區過氧化氫酶活性外，不同處理間均表現為T2>T1>CK，其中湖北、廣東試驗區T2處理下土壤過氧化氫酶活性較CK處理分別增長4.38 %和67.62 %，湖北、福建、廣東三地試驗區T2處理下土壤硝酸還原酶活性較CK處理分別增長34.71 %、32.55 %和169.96 %。說明減施化肥有助于增加土壤中硝酸還原酶和過氧化氫酶活性，并且以減施化肥+套種大豆處理最為顯著。因此，通過套種大豆可以起到增加土壤酶活性的效果，且隨著套種次數的增加，土壤酶活性增長顯著。

表3 不同試驗區套種大豆對茶樹生長的影響

注：表中數據為均值±標準差；不同字母表示同一測定指標的不同處理間差異性，其中小寫字母表示P<0.05，大寫字母表示P< 0.01。

Note: The data in the table is the average ± standard deviation; Different letters represented significant difference among different treatments in the same measurement index, in which lowercase letters indicate thatP< 0.05, uppercase letters indicate thatP< 0.01.

圖2 不同試驗區套種大豆對茶葉品質的影響Fig.2 Effects of interplanting soybeans on tea quality in different test areas

2.3 套種大豆對茶葉產量的影響

芽葉密度和百芽重是測定茶樹新梢生長態勢的兩項重要指標。由表3表明，不同試驗區不同處理下鮮葉產量均表現為CK>T2>T1，CK和T2間差異不顯著，與T1處理間均呈顯著性差異(P<0.05)。湖北、福建、廣東三地T1和T2處理茶鮮葉產量較CK處理分別降低16.20 %，12.96 %，15.03 %和1.12 %，2.35 %，5.43 %，T2處理茶鮮葉產量降低不明顯。不同處理間茶葉發芽密度和百芽重差異不顯著，整體表現為CK≈T2>T1，說明單純減施化肥會降低茶葉產量，影響茶樹生長態勢，通過套種大豆可以降低減施化肥帶來的不利影響。相比于湖北和福建兩地，廣東試驗地茶葉百芽重較CK有部分提高，說明隨著套種時間的增加，會改善茶葉肥碩度。

2.4 套種大豆對茶葉品質的影響

如圖2所示，不同試驗區不同處理下茶葉品質變化不一致。茶多酚數據表明，湖北、福建兩地表現為T1>CK>T2，且達到極顯著性差異水平(P<0.01)，T2處理較CK和T1分別降低10.13 %，12.71 %和23.08 %，22.41 %。廣東為CK>T2>T1，差異不顯著。除廣東試驗區水浸出物含量外，不同試驗區不同處理下茶葉氨基酸、咖啡堿、水浸出物含量均表現為T2>CK>T1。其中對氨基酸含量影響分析中，湖北和安溪均達到顯著性差異水平(P<0.05)，T2處理下氨基酸含量較CK處理分別增加15.00 % 和8.66 %。廣東試驗區處理間未達到顯著水平。酚氨比數據表明，湖北、福建、廣東試驗區T2處理較CK處理分別降低21.74 %、19.48 %和11.52 %，其中湖北和福建均達到極顯著差異水平(P<0.01)，廣東差異不顯著。不同試驗區咖啡堿和水浸出物含量影響分析數據表明，CK與T2處理差異不顯著，與T1均達到顯著或極顯著性差異水平。說明，單純減施化肥會稍有降低茶葉品質，但是通過套種大豆可以降低因減施化肥所帶來的不利影響，相對于常規施肥處理，套種大豆還會顯著降低茶多酚含量，增加茶葉氨基酸含量，有效降低酚氨比，對成茶鮮爽度、醇厚感等滋味品質具有改善作用。

3 討 論

3.1 套種大豆可以改善土壤養分和酶活性

綜合湖北、福建、廣東三地茶園土壤數據結果，長期套種大豆可以起到增加茶園土壤氮素和有機質含量的作用，但是對土壤全磷和全鉀含量增加效果不顯著；較常規施肥處理，套種大豆可增加土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀等有效態養分含量，達顯著或極顯著差異水平；套種大豆有效增加土壤酶活性，其中脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和硝酸還原酶活性較CK處理增加達到顯著水平，對土壤中化合物分解轉化有重要意義[27]。土壤酶作為催化土壤有機物質分解與轉化的關鍵因素[28]，影響著土壤中養分的循環。楊瑞等[29]研究表明土壤酶活性與土壤養分呈顯著或極顯著正相關關系，在一定程度上可用來表征土壤質量水平，與本文研究結果相一致。對比不同試驗區數據表明，不同處理下土壤有效態養分差異顯著性以及土壤酶活性均已廣東試驗區處理最為顯著，說明土壤改良是長期作用的結果，短期套種并不會對其產生決定性影響。大豆的生長增加了茶園土壤中代謝物質含量，為茶園土壤酶的生存提供更多的基質。大豆枝葉回田，土壤中有機質增加，為土壤養分轉化和有效利用提供了可能。

3.2 套種大豆可能通過改良茶園土壤進而提高茶葉品質

茶葉品質的提高取決于土壤中養分的供給。不同試驗區均表明套種大豆可以降低茶多酚含量，增加茶葉氨基酸和咖啡堿含量。其中湖北、福建、廣東試驗區T2處理下茶葉酚氨比較CK處理分別降低21.74 %、19.48 % 和11.52 %，說明，套種大豆可提高茶葉品質，增加成茶鮮爽度和醇厚感。大豆的套種為茶園提供了額外的氮源，提高了土壤有效磷和速效鉀等有效性養分含量，對改善茶樹有效光合作用有促進作用。長期以來的高量施肥影響了茶園整體的土壤微域環境[30]，化肥養分得不到及時分解與轉化，影響土壤理化性狀，進而影響茶樹根系生長，降低根系代謝吸收作用。通過減施化肥可以增加土壤中放線菌和真菌數量[31]，促進固氮菌、氨化菌等功能菌的繁殖[32]，改善土壤氮素循環，進而提高土壤中碳源和氮源利用率[33]。土壤中脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶的活性的增加，加速土壤中動植物殘體分解，催化化學肥料轉化[34]，利于茶樹吸收，從而提高茶葉品質。同時套種大豆可以降低因大量施肥所造成的土壤酶活性與土壤養分間以及土壤養分與茶葉品質間的拮抗作用[35-36]，提高茶樹對肥料的響應，增強茶樹根系代謝、吸收作用，促進茶葉品質成分形成。

茶葉品質的提高除了土壤肥力外，還取決于茶園氣候。套種大豆可以有效改善茶園小氣候，增加茶園空氣濕度，降低微域溫度，有效降低了茶多酚的形成。大豆的生長可以對茶樹起到適當的遮蔭作用，研究表明夏季遮蔭可降低氨基酸的分解，增加谷氨酸的合成，從而加速茶氨酸合成[37-38]。空氣濕度的增加可有效延長茶樹生長周期，促進茶葉中滋味香氣前體物的累積[39]，有利于成品茶品質風味的形成。

3.3 套種大豆可以減少30 %茶園土壤施肥量

綜合3個試驗地套種大豆對茶園土壤因子和茶葉品質影響得出，單純減少化肥30 %施用量(T1)會降低茶園土壤養分，除硝酸還原酶和過氧化氫酶外，土壤酶活性均表現為下降趨勢。茶葉品質除茶多酚含量外，均低于CK處理。而通過在減施化肥30 %基礎上套種大豆(T2)，其土壤養分與土壤酶活性較CK處理均有顯著提高，特別是土壤中堿解氮、有效磷和速效鉀含量和土壤中脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶含量提高最為顯著。對茶葉產量和品質分析得出，T2處理能顯著提高茶葉品質成分含量，降低酚氨比，降低因化肥減施造成的茶產量下降等負面效應。從長期發展來看，套種大豆可以起到穩定茶葉產量，增加茶葉百芽重的效果。在“產大于銷”的全國茶葉大背景[40]下，提高茶葉品質應該是目前工作重心。綜合茶園土壤、茶葉品質以及目前國家茶產業大環境，減施化肥并套種大豆，能夠在不影響茶樹正常生長發育的前提下，有效增加茶園土壤有效養分以及茶葉品質。因此，從茶葉品質和土壤養分看，通過套種大豆可以減少茶園30 %施肥量，本研究的假設成立。

4 結 論

本文通過在不同試驗區不同土壤類型茶園進行減施化肥、套種大豆試驗研究，結果表明與茶園常規施肥處理，套種大豆處理在各試驗區均能夠提高茶園土壤酶活性，增加土壤中有效態養分含量，改善茶葉品質，在不影響茶樹正常生長的前提下，套種大豆可減少茶園化肥30 %施肥量。因此，在湖北、福建以及廣東三地開展和推廣“茶—豆”套種技術是可行的。