茶樹養分綜合管理與減肥增效技術研究

阮建云，馬立鋒，伊曉云，石元值，倪康，劉美雅，張群鋒

茶樹養分綜合管理與減肥增效技術研究

阮建云，馬立鋒，伊曉云，石元值，倪康，劉美雅，張群鋒

中國農業科學院茶葉研究所，浙江 杭州 310008

茶葉產業是我國南方具有比較優勢的特色農業和農民增收的支柱產業，但是我國當前茶園施肥中存在較多問題，主要表現為過量施肥、茶樹專用肥占比少、有機養分替代率較低和表面撒施等落后施用方法，造成養分損失大、生產成本升高、環境風險增大。針對這些問題，本文從精準養分用量、有機肥替代部分化肥、調整肥料結構、改進施肥方法和配套土壤改良等5個方面總結提出了茶園養分綜合管理技術策略，建立了茶園氮素總量控制、磷鉀基準配比和用量基準，提出有機肥替代部分化肥的適宜比例與技術，研制茶樹專用肥基礎配方和穩銨緩釋功能性肥料，改進優化追肥時期、深施與機械施肥相結合的施肥方法。茶園養分綜合管理技術在農民/合作社生產茶園示范應用過程中節本增效效果顯著。

茶樹；養分綜合管理；減肥；氮素總量控制；養分基準配比

茶葉是我國重要的經濟作物，也是具有較強優勢的傳統產業。進入21世紀以來，我國茶產業發展迅猛，面積、產量和產值不斷擴大。到2017年我國茶園面積284.87萬hm2，2018年茶葉產量達到了261萬t（國家統計局，http://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01）。茶園采摘面積和茶葉產量位居世界第一，茶葉產業已成為優勢產區的特色產業和農民增收的支柱產業，以及中西部欠發達地區脫貧產業，為實現“兩個一百年”奮斗目標做出了切實的貢獻。但是，我國茶園主要分布于紅黃壤地區，茶園土壤肥力不高，茶園化學肥料投入量大而利用效率偏低，既降低經濟效益，也易造成環境危害。如何降低養分特別是化學肥料的投入，提高茶園養分利用效率，促進茶葉綠色發展是一個重大挑戰。本文總結了近十年來在茶園施肥方面的工作，針對我國茶園施肥中存在的問題，建立了茶園養分綜合管理技術策略，從精準養分用量、有機肥替代部分化肥、調整肥料結構、改進施肥方法和配套土壤改良等5個方面提出了技術措施。

1 我國茶園施肥現狀及與國際主要產茶國的比較

根據國家茶產業技術體系對我國主要茶區施肥情況調查[1]，我國茶園的養分投入總量（N+P2O5+K2O）平均為796?kg·hm-2，分省年均氮素投入量280~744?kg·hm-2，平均491?kg·hm-2；磷（P2O5）投入量71~241?kg·hm-2，平均147?kg·hm-2；鉀（K2O）投入量75~242?kg·hm-2，平均158?kg·hm-2。按養分總量投入計算，約36%的茶園屬于養分高投入（總養分≥750?kg·hm-2）。根據茶葉產量水平和養分含量，估算新梢N、P2O5和K2O的輸出/輸入比例分別為10.6%、10.2%和19.0%，養分利用效率總體較低。茶園N∶P2O5∶K2O養分使用比例平均為1∶0.32∶0.34，顯示磷鉀肥用量比例與過去相比有了較大提高，偏施氮的現象有所改善[2]，但是施用的復合肥中等養分比例高濃度復合肥（如15-15-15）約占80%，相比茶樹旺盛營養生長對氮素需求較高，磷、鉀養分投入過量問題開始凸顯。從養分投入組成來看，有機肥養分年用量（純養分計）35~1?200?kg·hm-2，平均占茶園養分總投入的15%，其中有機肥N、P2O5和K2O投入量分別為49、32?kg·hm-2和40?kg·hm-2，占養分總投入的10%、22%和25%。我國部分省份有機肥施用普及程度很低，茶區推行有機肥替代化肥仍有較大推廣空間。在使用方法方面，撒施是普遍采用的施肥方式。撒施的肥料主要落于地表，徑流損失大，而且養分也主要分布于表面，由于根系趨肥特性，造成深層根系減少，降低茶樹對水分干旱等的抗性。與國際上主要產茶國相比，我國茶園氮素養分用量明顯偏高[3-4]（表1）。如以紅茶為主的印度、斯里蘭卡和肯尼亞，茶葉平均產量約為我國的1.5~2.1倍，氮施肥量一般低于300?kg·hm-2。以綠茶為主的日本，茶園氮肥平均用量（推薦）為540?kg·hm-2，但是日本茶葉平均產量為1?840?kg·hm-2，為我國1.8倍。

從國外經驗來看，日本歷史上經歷了一段過量施肥的時間。上個世紀80年代茶園氮肥用量一度超過1?000?kg·hm-2，造成土壤酸化嚴重、地下水污染加劇和溫室氣體排放明顯增加等嚴重環境問題。據一項對70個茶場的調查結果顯示[5]，77%的茶園土壤pH低于4.0，pH 3.0以下的茶園占9%，最低pH為2.7。茶園地表和淺層地下水硝酸根的質量濃度達到了15~61?mg·L-1，全部超過允許標準（10?mg·L-1）；隨著茶園氮肥用量的增加，茶園附近深層地下水硝酸根濃度不斷增加，從1971年的1?mg·L-1增加到1983年的10?mg·L-1，到1988年進一步增加到25?mg·L-1。研究發現，過量施氮肥是茶園地表和地下水硝酸根濃度超標的主要原因[6]。因過量施用化肥或有機肥，日本茶園N2O年排放量折合純氮達到39~45?kg·hm-2，排放速率達到2.0~8.5?mg·m-2·h-1，超過大田作物的0.054?mg·m-2·h-1[7]。意識到過量施肥帶來的嚴重問題，進入新世紀以來，日本大力推動茶園肥料減施行動[4]。1993年以前日本茶園氮肥超過1?000?kg·hm-2，1998年下降為750?kg·hm-2，2005年減少到約600?kg·hm-2，目前日本茶園氮肥用量基本穩定在540?kg·hm-2左右。

2 實現茶園科學施肥的主要技術措施

為提高茶園施肥效率，促進茶產業綠色發展，實現化肥零增長和減施的目標，參照養分綜合管理技術路徑[8]，可以從精準養分用量、有機肥替代部分化肥、調整肥料結構、改進施肥方法和配套土壤改良等5個方面著手（圖1）。

注：產量為國際糧農組織統計的2010—2014年平均產量

Note: Yield according to FAO Stat and mean of year 2010-2014

圖1 茶樹養分綜合管理與減肥增效技術路線和主要環節

2.1 精準養分用量

實現茶園化肥減施增效，首先要根據茶樹養分吸收需求特性，制定合理但不過量的用量限量標準。茶樹的養分需求與茶葉產量、土壤條件、茶葉品質形成關系密切，必須處理好它們之間的關系。我國有綠茶、紅茶、烏龍茶、白茶、黃茶、黑茶等茶類，品質要求復雜，茶葉采摘標準多樣，茶園立地條件多變，難以直接依據產量水平、土壤條件確定養分用量。考慮到土壤氮、磷、鉀等主要養分循環特點，茶葉品質形成中碳氮代謝相互關系的重要性[9]，以及我國現階段生產高度分散的現狀，我們提出了氮素總量控制、磷鉀基準養分配比、中微量元素因缺補缺的技術路線，確定茶園養分用量（圖1）。

對名優綠茶、大宗茶、春茶名優綠茶+夏秋大宗茶等3種不同生產方式茶園研究表明，茶葉產量和氮素吸收量對氮肥的響應可以用線性加平臺或二次曲線模型，適宜的氮素用量為280~470?kg·hm-2（圖2），其他研究也顯示相似反應模式和用量[10]，茶葉產量對鉀肥用量也表現出相似的響應模型[11]。

結合其他田間研究，我們提出氮、磷和鉀（N、P2O5、K2O）的初步限量標準是450、150?kg·hm-2和150?kg·hm-2，適宜用量范圍根據茶類和產量水平進行調整（表2），總體范圍為氮200~450?kg·hm-2，磷（P2O5）、鉀（K2O）分別為60~90?kg·hm-2和60~120?kg·hm-2。其中磷鉀養分的用量可根據土壤測試結果進行調整，充足時低水平維持施肥，缺乏時高水平補充；南方茶園如云南、福建、廣西、廣東、江西等地茶園適當配施鎂肥[12]，微量元素因缺補缺，只在土壤分析顯示缺乏時施用。

2014—2015年，選擇浙江、湖北、四川、江蘇、湖南、云南、安徽等省15個典型茶園，以當地習慣施肥為對照，對上述指標進行了試驗驗證。2年的連續試驗結果顯示，實施精準養分用量施肥養分投入降低39%，產量略有增加（3.6%）（<0.05），養分利用效率（偏生產力PFP）有較大幅度提升（表3）。

注：以不施氮肥處理為100%。名優茶生產方式：只采春茶，采摘標準一芽一葉初展新梢；大宗茶生產方式：全年采摘，采摘標準一芽三葉新梢；名優茶大宗茶混合生產方式：春茶名優茶、夏秋茶大宗茶

表2 總氮控制、磷鉀基準養分配比施肥技術茶園養分適宜用量和限量

表3 總氮控制與磷鉀基準養分配比施肥技術應用效果（n=16）

注：PFP (kg·kg-1)為產量/養分投入量。*表示<0.05；ns表示無顯著差異

Note: PFP (kg·kg-1), yield/nutrient input.* ,<0.05. ns, not significant

2.2 有機肥部分替代化肥

有機肥是重要的養分資源，中國有幾千年的有機肥施用歷史。在廣西桂林、廣東清遠、貴州銅仁、云南普洱等主要茶區進行的有機肥替代化肥試驗顯示，以有機肥替代化肥氮的30%，顯著提高了茶葉產量、氮素吸收和利用效率（圖3），同時降低化學氮肥的使用。但是，有機肥總養分低，氮素有效性不高，氮/磷、氮/鉀比例與茶樹養分需求不匹配，體積大、運輸和施用成本高等。從養分有效性、施用便利性、經濟性等角度考慮，綜合各地試驗，有機肥氮的替代比例以25%~50%較合適，一般不超過50%[13]。有機廢棄物、畜禽糞肥等經過微生物制劑發酵處理制成商品有機肥，與化肥等配合可進一步制成有機無機復混肥，或者與明確功能的微生物與腐熟有機堆肥再進行二次固體發酵，制成微生物有機肥。施用微生物有機肥后，肥料效果得到提升[14-18]（表4）。加強適宜茶樹養分需求特征的有機肥開發，重視有機肥的標準化生產，提高產品質量，消除農民對商品有機肥肥效不高的疑慮。

2.3 調整化肥產品使用結構

隨著化肥工業的發展，新型高效肥料品種不斷出現。如茶樹專用肥、緩控釋長效肥料（包膜肥料、合成緩溶性有機氮肥、合成緩溶性無機氮肥等）、生物炭基復混肥（含有生物質碳）、石灰性肥料。針對茶園普遍使用等比例復合肥的不利情況，根據茶樹養分的需求特性，配置養分配比合理的茶樹專用肥，是提升施肥效率的重要技術措施。針對我國茶區范圍大、茶園土壤肥力變化復雜的情況，可以采用大配方、小調整的策略，我們提出了基礎配方為18-8-12-2（N∶P2O5∶K2O∶MgO）的茶樹專用肥，在全國各地茶園76個試驗點、連續2年試驗，平均減施養分投入18%，茶葉產量增產13%，平均每公頃節本增效6?585元（表5），證明該配方具有較好的通用性[20]。在此基礎上，可根據土壤狀況和茶類特點，進行適當調整。

茶樹具有明顯的偏銨特性，以銨態氮為主時茶葉生長、產量和游離氨基酸含量明顯高于硝態氮營養（圖4）[20]。緩控釋肥料由于改變了養分的釋放特性，許多試驗證明特別適合于茶樹等多年生作物。將硝化抑制劑與緩釋技術相結合，創制具有穩銨、長效的新型肥料，具有顯著增產和提升茶葉品質的效果。但是，緩控釋肥料價格比較高，而且養分釋放特性也發生了明顯的變化，需要根據各地土壤和氣候條件，提出適宜的施用技術。研究發現，單獨使用緩釋尿素效果不明顯，但與普通尿素結合使用，調節好速效養分和緩釋養分之間的關系，土壤氮素養分供應更加平穩，明顯提高茶葉產量和氮素利用效率（圖5）[21]。

注：CK、N300、N450、N300(OM 30%)分別表示不施氮肥、化肥氮300?kg·hm-2、化肥氮450?kg·hm-2、化肥氮300?kg·hm-2（化肥、有機肥氮各占70%、30%）等4個處理，圖中數據為4個田間試驗的平均值，以相對于N450處理的百分比表示。REN=(NF-N0)/FN′100，AEN=(YF-Y0)/FN，其中，NF、N0分別為施肥和不施肥處理新梢氮素吸收量，YF、Y0分別為施肥和不施肥處理新梢產量，FN為化肥氮用量

表4 有機無機復混肥和微生物有機肥施用效果

表5 茶樹專用肥施用效果[19]

注：養分配比（N-P2O5-K2O-MgO）為18-8-12-2。*表示<0.05，ns表示無顯著差異

Note: Nutrient formula (N-P2O5-K2O-MgO): 18-8-12-2. *,<0.05; ns, not significant

2.4 改進施肥方法

根據我國的氣候特點，多數茶區茶樹新梢的生長期為3—9月，生長周期長達7~8個月。為了保證養分持續穩定的供應，根據茶樹年生長規律，需要基肥與追肥結合施用。基肥在采摘停止后施入，目的是補充茶樹養分儲備，增強茶樹在秋冬季的光合作用，提升越冬抗寒能力，追肥在茶樹生長期間施用，起到及時補充養分、滿足新稍迅速生長的需要。過去的研究表明，分次追肥有利于提高效果，但是過多次數又增加生產成本和勞動力需求，降低生產效益。氮、磷、鉀等不同養分在土壤中的變化差異明顯，其中氮素轉化主要依賴于土壤微生物作用，變化路徑和損失途徑多而復雜，因此，氮肥需要分次使用以提高效率。在磷、鉀等養分轉化中化學或物理化學過程起主導作用，損失途徑相對較少，研究[11]發現，鉀、鎂肥作基肥一次性施用與分次追肥沒有明顯差別。為了平衡成本與效率的關系，我們提出只對氮肥按基肥和追肥實行分次施用，而磷、鉀肥一次性施用。氮肥全年用量的30%~40%作為基肥，其余的作為追肥在春茶、夏茶和秋茶前施用。有機肥、復合肥主要用作基肥，速效氮肥主要用作追肥。

圖4 氮素形態（銨態氮和硝態氮）對茶樹新梢游離氨基酸含量的影響

田間微區15N試驗表明，在1月中旬至2月茶樹根系生長停止和地上部深度休眠的情況下，茶樹根系依然具有較強的氮素吸收、并向地上部轉運的能力，吸收的氮素儲存于茶樹的根系、枝條和成熟葉中，為春季茶樹新梢生長重新分配和利用[22]。春茶前追肥時期對春茶期間氮素吸收有重要影響（圖6），二者可以二次曲線方程給予表述。由于多數地區茶葉品質以春茶最優，為了促進春茶芽葉早萌發、發得多且整齊，春茶前的追肥時期以采茶前40~60?d為宜。由于茶樹葉片具有快速吸收氮素等養分的能力，可以根據需要進行葉面施肥，從而減少土壤施用[23]。

施肥位置顯著影響茶樹養分的吸收，茶樹的根系主要分布在10~30?cm的土層中，研究表明，基肥深施15~20?cm效果最好，表面撒施效果最差（圖7）。而對于各季節氮素追肥，由于降水比較充沛，氮素的移動性比較強，研究表明施肥深度的影響比較弱，可以開淺溝施肥或撒施+淺旋耕效果較好。

注：CK為不施肥處理，尿素（Urea）、樹脂包膜緩釋氮肥（SRF）、緩釋氮肥+尿素（SRF60%+Urea40%）等3個處理氮素用量均為300?kg·hm-2，樹脂包膜緩釋氮肥含硝化抑制劑DCD。不同字母表示顯著差異。REN=(NF-N0)/FN′100，AEN= (YF-Y0)/FN，其中，NF、N0分別為施肥和不施肥處理新梢氮素吸收量，YF、Y0分別為施肥和不施肥處理新梢產量，FN為化肥氮用量

2.5 配套改良土壤

茶葉產量和品質并不單單取決于施肥，土壤物理性狀也十分重要，疏松、結構良好的土壤對茶葉品質影響巨大。耕作是一種有效的技術手段，可以提升土壤pH、降低土壤容重改善通透性，改變土壤的水熱狀況，促進土壤微生物的生長和繁衍，提高土壤無機氮等養分供應，改善養分的空間移動特性，促進茶樹對氮素等養分的吸收利用，提高茶葉產量和氨基酸含量，改善茶葉品質（表6）。

圖6 春茶氮素吸收利用與早春追肥和采摘間隔天數的關系

注：施用部位：表面撒施、開溝5?cm和15?cm深施肥、表面撒施+淺旋耕混勻

注：*表示<0.05，ns表示無顯著差異

Note: Different letters following data of the same line indicate insignificant difference between no tillage and tillage

3 結論

我國當前茶園施肥存在主要問題為，區域或農戶養分用量變異大，約36%的茶園過量施肥，養分利用效率低；通用復合肥是磷鉀養分的主要來源，茶樹專用肥占比低；有機肥施用普及性不足，有機養分替代率較低；表面撒施占有相當比例，施用方法落后，造成養分損失高。針對這些問題，總結提出了茶園養分綜合管理技術策略，以氮素總量控制、磷鉀基準配比、中微量元素因缺補缺精準茶園養分用量，以茶樹專用肥、新型功能性肥料調整通用復合肥和速效肥為主的肥料結構，以適宜比例推動有機肥替代部分化肥，把握分次施肥時期，深施肥料與機械施肥，改進施肥方法。在9個農民/合作社生產茶園示范應用顯示，應用綜合養分管理技術平均減少養分投入42%、產量增加9%，茶葉品質成分氨基酸、茶多酚含量略有增加，每公頃茶園節本增效4?410元。

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Integrated Nutrient Management in Tea Plantation to Reduce Chemical Fertilizer and Increase Nutrient Use Efficiency

RUAN Jianyun, MA Lifeng, YI Xiaoyun, SHI Yuanzhi, NI Kang, LIU Meiya, ZHANG Qunfeng

Tea Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310008, China

Tea is an important agricultural industry with great comparative advantage in southern China. However, there are some problems in tea fertilization inducing large nutrient loss, higher production cost and environmental risks. These problems are mainly excessive nutrient input, low proportion of specialized compound fertilizer for tea, low substitution rate of organic nutrients and low efficient application methods such as surface broadcasting. This paper summarized previous results and formulated a technical strategy of integrated nutrient management in tea plantation (INMT) including optimizing nutrient input amounts, properly replacing part of chemical fertilizer with organic fertilizers, choosing right fertilizer products, improving fertilization methods and ameliorating soil properties. Optimization of nutrient input amounts was achieved by controlling whole annual N input on the basis of tea type and yield level, and P and K on their relevant ratio to N and soil test if available. Limits of top input for these nutrients were suggested. Reasonable replacement ratio of organic fertilizer was recommended at 25%-50% of the total N input. A compound fertilizer with specialized formula for tea was developed and tested in more than 70 plantations across the main tea producing areas, efficiently increasing yield and quality while saving nutrient input. Fertilizer application was improved through changing topdressing period and adopting deep and mechanical application.Integrated nutrient management of tea was evaluated in 9 farmers’ and cooperative tea plantations. The average yield was increased by 9% in contrast with 42% reduction of average nutrient input. The tea quality was maintained or improved as indicated by slightly increased contents of amino acids and tea polyphenols.

, integrated nutrient management, reduction of chemical fertilizer, total nitrogen supply strategy, NPK relevant ratio

S571.1；S154.1

A

1000-369X（2020）01-085-11

2019-07-17

2019-08-26

國家重點研發項目（2016YFD0200900）、中國農業科學院農業科技創新工程（CAAS-ASTIP-2018-TRICAAS）、國家茶葉產業技術體系（CARS23）

阮建云，男，博士，研究員，主要從事茶樹栽培與養分管理方面的研究，jruan@mail.tricaas.com