復合肥料對茶葉產量、品質及茶園土壤肥力的影響

趙晨光，牛司耘，陳勛，方麗，李海濤，王佩星，沈鑌鑌，石元值*

（1.中國農業科學院茶葉研究所，杭州 310008；2.通化師范學院，吉林通化 134000；3.湖北省農業科學院果樹茶葉研究所，武漢 430064；4.浙江省嵊州市崇仁鎮農業技術綜合服務站，浙江紹興 312000）

茶葉是我國重要的經濟作物，據統計，2019年中國茶樹種植面積近293.3萬hm2，居世界首位，而茶樹種植管理是勞動力密集型的過程，勞動力成本占總成本的60%以上[1]。近年來，由于農村人口老齡化嚴重，茶園管理中存在用工困難、人工成本上升等問題。研究表明，在茶園中推廣新型復合肥，可減少施肥次數，節約勞動成本，具有重要的現實意義[2-3]。據聯合國糧食及農業組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）調查，肥料投入對茶葉增產的貢獻率高達40%[4]，且茶園土壤養分供應對茶葉品質有重要影響[5]。茶園由于密集的采摘，茶樹營養會隨之逐漸損耗，因此，適時適量地給茶樹施用肥料，才能滿足茶樹對營養的需求，提高茶葉產量與品質。研究發現，不同地區土壤肥力不同，因此，茶葉品質成分也存在明顯的差異[6]。分析原因為土壤氮素養分的空間異質性會顯著影響茶葉中氨基酸含量，且土壤的養分指標與綠茶品質化學成分間存在一定的線性關系[7-8]。因此，加強茶園土壤管理、合理施肥，已成為茶葉生產中最重要的環節。

復合肥由于含有氮、磷、鉀等營養元素，養分含量高，施用方便，受到了廣大茶樹種植者的青睞。施用復合肥不僅能夠提高茶葉中氨基酸的含量，改善茶葉品質，還能促進土壤養分趨于平衡。但由于不同的復合肥功能不同，會導致其在茶葉生產過程中的增產提質效果存在明顯差異，如碳基復合肥富含有機質和孔隙結構，在提高土壤肥力、促進作物生長和農業固碳減排方面具有較大的應用潛力；脲甲醛復合肥具有養分釋放慢、揮發淋溶少、對環境污染小的特點，可緩釋控釋，從而減少勞動力成本，在茶園中有廣闊的應用前景[9-10]。然而目前市場中流通的肥料種類繁多，質量參差不齊，并且不同地區、茶樹品種對養分的需求也存在差異。基于此，本研究旨在分析不同肥料對茶樹生長及茶園土壤肥力的影響，以期為茶園肥料選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試茶園概況

茶園位于浙江省嵊州市崇仁鎮棉里灣東風茶場（120°40′41.45″W，29°35′46.62″N）。試驗茶園地勢平坦，采用當地習慣高產茶園管理模式，茶園春、夏、秋季均進行采摘，其中春茶前期人工手采名優茶，春茶后期及夏、秋茶均進行機械化采摘大宗茶（本研究中夏茶和秋茶采摘時間接近，因此統一以夏秋茶進行分析），茶園土壤基礎理化性質見表1。

表1 土壤基礎理化性質Table 1 Physical and chemical properties of soil foundation

1.2 試驗設計

供試品種為龍井43，10齡茶樹，每個小區4行茶樹，每行長50 m，寬1.5 m，小區間設有隔離行，機采樹冠，采用當地習慣高產茶園管理模式。試驗于2018年9月3日開始，進行2年，每年均采用“一基兩追”施肥方式，基肥時間分別為2018年11月和2019年11月，追肥時間分別為2019年2月和2020年5月，基肥追肥使用肥料均為復合肥，基追比為4∶3∶3，沿茶樹樹冠滴水線垂直位置開溝施肥，施肥溝約20 cm，施肥后覆土。根據施肥方式不同設置T1（不施肥處理，CK）、T2（控釋肥處理）、T3（碳基肥處理）、T4（脲甲醛處理）、T5（茶樹專用肥處理）、T6（習慣施肥處理）共6個處理，復合肥養分配方見表2。

表2 試驗用肥料養分配方Table 2 Nutrient formula of test fertilizer

1.3 茶葉產量、機采茶葉組成和茶芽萌發測定方法

茶葉在每年4月進行手采2次，并制作名優茶，之后在每年5月、7月、8月分別機采制大宗茶，以茶葉鮮重計算產量。于第1次采茶前統計百芽重，各小區采集100個單芽，烘干后稱重。分別于2019年5月和2019年8月機采春茶和夏秋茶時采用人工分揀挑選的方法統計機采茶葉組成。于2019年3月20日統計發芽密度，在第1次手采茶前，一芽一葉初展時，使用33 cm×33 cm樣框統計后換算。茶芽萌發率在一芽二葉展開前統計，共統計4次，計算平均值。茶芽萌發率計算公式如下。

1.4 茶葉營養元素及品質測定方法

茶葉采摘后按照國家標準方法GB/T8303-2013[11]制備干茶樣品。茶葉中碳、氮元素采用Elementar公司生產的vario macro cube型元素分析儀測定。樣品高溫灰化后，使用Thermo scientificd公司生產的ICP-AES型電感耦合等離子體發射光譜法測定其他元素。茶葉品質成分分析采用沸水浸提法制備樣液，游離氨基酸采用茚三酮比色法測定[12]，茶多酚采用酒石酸鐵比色法測定，并計算酚/氨比[13]。

1.5 土壤理化性質測定方法

于2018年9月采集土壤測定基礎理化性質，茶葉土壤養分測定樣品于2019年7月和2020年7月連續強降雨后1周采集。土壤采集采用在兩茶行間中央隨機取樣法，以20 cm為土層深度間距，共取4個土層深度。每個小區內選取4個取樣點后混勻。采用常規分析方法測定土壤理化性質[14]，其中pH用奧利龍公司生產的320P-01型pH計測定（土液比1∶2.5）；全碳和全氮使用Elementar公司生產的vario macro cube型元素分析儀測定；銨態氮和硝態氮使用2 mol·L-1氯化鉀溶液浸提（土液比1∶5），并采用Alliance公司生產的Proxima型號動流動分析儀測定；使用Mehlich 3通用浸提劑（土液比1∶5）和Thermo scientificd公司生產的ICP-AES型電感耦合等離子體發射光譜法測定有效態養分。

1.6 經濟效益計算方法

2019年和2020年，對茶園的經濟效益進行了計算，并取2年平均值。茶葉價格、人工費用、施肥成本及管理費用均根據兩年茶場實際情況計算，茶葉價格均為鮮葉價格。春茶前期手工采摘用于加工龍井名優茶，且采摘時間不同，價格也存在差異，平均鮮葉價格為60元·kg-1；后期機采春茶和夏秋茶用于加工大宗茶，以出口為主，平均鮮葉價格分別為4元·kg-1和2元·kg-1。人工費用主要包括施肥、采茶以及其他茶園管理費用，其中施肥人工費用包括肥料搬運、開溝、覆土、撒施等，施肥人工費用為3 000元·hm-2；采茶費用分為手采費用和機采費用2種，其中鮮葉手采費為20元·kg-1，機采費用為1 000元·hm-2；茶園其他管理費用如除草、病蟲害防治等，約8 000元·hm-2。相關計算公式如下。

1.7 統計分析

采用Microsoft Excel 2010軟件統計數據，采用SPSS 16.0軟件進行方差分析，處理間平均數的比較采用最小顯著差數法（least-significant difference，LSD），采用Sigmaplot 12.5繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對茶葉產量的影響

由圖1可知，與T1相比，施用復合肥的處理茶葉產量均明顯提升，且2020年茶葉產量高于2019年，但T1 2020年手采春茶產量顯著低于2019年（P＜0.05）；2020年T3和T5手采春茶產量顯著高于T1（P＜0.05）；2019年T5機采春茶產量顯著高于T1、T2、T3、T4（P＜0.05），但與T6處理差異不顯著（P＞0.05）；2020年T5機采夏秋茶產量顯著高于其他處理（P＜0.05）。2019年T5機采夏秋茶產量高于其他處理（P＜0.05），但其他施用復合肥處理之間差異不顯著（P＞0.05）。2020年4月14日茶園遭遇罕見氣候，倒春寒導致T5、T6處理機采夏秋茶產量較其他施用復合肥的處理顯著下降（P＜0.05），且T2、T4、T3機采夏秋茶產量顯著高于T1。分析原因可能是由于T5和T6 2個處理在4月持嫩度較高，芽葉含水量高，導致受寒潮影響更嚴重。結果表明，綜合全年產量，茶樹專業肥處理產量最高，其次是當地習慣施肥處理，而肥料中含氮量較高的控釋復合肥和脲甲醛復合肥處理的產量并不理想，當地習慣施肥處理施肥量最高，氮肥利用率最低，產量也不是最高，說明該試驗地之前長期大量投入氮肥，土壤中并不缺乏氮素，即氮肥投入量并非是影響該地區茶葉產量最重要的因素，建議在施入氮肥的同時增加其他肥料的投入。

圖1 2019年和2020年不同施肥處理的茶葉產量Fig.1 Tea yield of different fertilization treatments in 2019 and 2020

2.2 不同施肥處理對機采茶葉組成的影響

由圖2可知，T5機采春茶碎葉占比最低，芽葉的完整性最高；各處理機采夏秋茶碎葉占比較高，除T1、T3外，其他處理各碎葉所占比均超過20%，但各處理間差異不顯著（P＞0.05）。

圖2 2019年不同施肥處理下機采茶葉組成Fig.2 Composition of mechanical-picked tea leaves under different fertilization treatments in 2019

2.3 不同施肥處理對茶樹芽梢品質的影響

由表3可知，2020年施用復合肥的5個處理，茶樹芽梢中氨基酸和茶多酚含量均高于2019年。2019年不同處理茶樹芽梢氨基酸含量差異不顯著（P＞0.05），而2020年T6氨基酸含量顯著高于其他處理（P＜0.05），且T1氨基酸含量僅為3.24%，顯著低于施用復合肥處理（P＜0.05）。2020年T6茶多酚含量高于其他處理，但僅與T5差異顯著（P＜0.05）；2019年T6茶多酚含量顯著高于其他施用復合肥處理（P＜0.05）。2020年T5酚氨比低于其他處理，但僅與T1、T2、T4差異顯著（P＜0.05）；2019年T5酚氨比顯著低于其他處理（P＜0.05）。結果表明，酚氨比適當降低可提升綠茶品質，說明茶樹專用肥在提升茶葉品種方面優勢更明顯。

表3 2019年和2020年不同施肥處理的茶樹芽梢品質Table 3 Quality of tea bud shoot under different fertilization treatments in 2019 and 2020

2.4 不同施肥處理對春芽生長的影響

2.4.1 不同施肥處理對芽梢密度及百芽重影響對2019年不同處理的芽梢密度及百芽重進行了調查，結果(圖3)表明，T4芽梢密度最高，為1 345.83個·m-2，T6最低，為1 145.83個·m-2，但各處理間差異不顯著（P＞0.05）。T5百芽重最高，其次為T6，均顯著高于其他處理；T1百芽重最低，僅為13.25 g，除T2外，與其他處理差異顯著（P＜0.05）。上述結果表明，施肥對春茶茶芽的發芽密度影響不顯著，但可以提升春茶的百芽重，從而提高茶葉產量，其中茶樹專用肥百芽重高于其他施肥處理。

圖3 不同施肥處理下芽梢密度及百芽重Fig.3 Bud shoot density and 100 bud weight under different fertilization treatments

2.4.2 不同施肥處理對茶芽萌發率的影響 在2019年調查了不同處理對茶樹芽梢萌動的影響，結果表明，復合肥料處理均能在一定程度上使茶樹的開采期和越冬芽萌動時間提早。在3月15日時，T6與T5茶芽萌發率達到了90%以上，而T1僅為71.5%，T1直到3月20日茶芽萌發率才接近90%，表明施用復合肥可使開采期提前1周左右。

2.5 不同施肥處理對茶樹新梢中養分元素含量的影響

不同處理對茶樹新梢中養分元素含量的影響如表4所示，2019年和2020年同一處理間春茶N、P含量均高于夏秋茶，表明施用復合肥后在一定程度上增加了茶樹新梢中的N、P含量，但C含量基本不受影響，2019年各處理春茶C含量均在45%左右，而2020年C含量在55%左右。無論春茶還是夏秋茶，T1處理N含量均低于其他處理，但各施肥處理間N含量差異不顯著（P＞0.05）。施肥后春茶中N元素含量第1年明顯提升，P含量在第2年表現出一定程度的提高。T6處理N、P、K含量均較高，其中2019年夏秋茶、2020年春茶和2020年夏秋茶P含量顯著高于T1，2019年夏秋茶K含量顯著高于T1（P＜0.05）。2019年和2020年T1、T2、T3、T4春茶和夏秋茶P、K含量差異均不顯著（P＞0.05）。結果表明，所施肥料可以一定程度增加茶樹新梢內N、P、K養分元素的含量，但對C含量影響不顯著，C含量可能受溫度、降水等原因影響，不同肥料直接對茶樹新梢養分元素含量影響不明顯。

表4 不同施肥處理茶樹新梢中的養分元素含量Table 4 Nutrient elements content in tea shoot of different fertilization treatments

2.6 不同施肥處理對茶園土壤環境的影響

2.6.1 不同施肥處理對茶園土壤中銨態氮和硝態氮含量的影響 氮素營養是茶葉生長發育最重要的養分，銨態氮、硝態氮作為速效氮肥，可以直接被茶樹吸收利用，是表征土壤肥力的重要指標。如圖4所示，施肥后，茶園土壤中銨態氮、硝態氮含量均顯著提高（P＜0.05），且表層土壤（0—20 cm）的銨態氮含量高于下層土壤（＞20 cm），而硝態氮含量不同土層無明顯差異，表明硝態氮肥更易被水淋溶。除T1外，T2和T3深層土壤（60 cm以下）銨態氮含量均低于其他處理；T3、T4、T5硝態氮淋溶較低，20 cm以下的土壤，T3處理兩年平均含氮量最低，說明碳基肥可以有效地防止氮素淋溶，從而提高肥料利用率，減少對環境的污染。

圖4 不同施肥處理下不同土層土壤銨態氮和硝態氮含量Fig.4 The content of ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in different soil layers under different fertilization treatments

2.6.2 不同施肥處理對茶園土壤中有效磷、速效鉀及pH的影響 因20 cm以下的土壤檢測出的有效磷含量極低，即磷元素在土壤中不易移動，因此，本試驗僅分析表層土壤（0—20 cm）有效磷含量，如圖5所示，施肥后茶園表層土壤中有效磷含量顯著提高（P＜0.05），其中2019年T6有效磷含量顯著高于其他處理（P＜0.05），2020年T6有效磷含量明顯下降，且T3有效磷含量顯著高于其他處理（P＜0.05）。分析原因為碳基復合肥處理和當地習慣施肥處理的磷元素占肥料比例較大，其土壤有效磷含量也顯著高于其他處理。如圖6所示，土壤速效鉀含量隨著土層的加深而下降。施肥后表層土壤的速效鉀含量明顯提高，其中T3、T5、T6表層土壤速效鉀含量較高。在下層土壤中，各處理間速效鉀含量差異均不顯著（P＞0.05）。

圖5 不同施肥處理下表層土壤有效磷含量Fig.5 Soil available phosphorus content in topsoil layers under different fertilization treatments

圖6 不同施肥處理下不同土層速效鉀含量Fig.6 The content of available potassium in different soil layers under different fertilization treatments

短時間內，施入不同肥料對土壤pH影響不明顯，各施肥處理間無顯著差異（P＞0.05），但與T1相比，施肥各處理pH均有所下降，但不同土層間pH差異也不顯著（P＞0.05）。

2.7 不同施肥處理對茶園經濟效益的影響

本試驗對2019年和2020年茶園經濟效益進行分析，如表5所示。T5利潤最高，達10.01萬元·hm-2；其次是T4，利潤接近10萬元·hm-2；T1利潤僅為7.66萬元·hm-2，并且隨著試驗的進行，之后的年份由于土壤養分供應不足等原因T1利潤將繼續下降；T3肥料價格較高且含氮量較低，雖然對土壤養分及環境保護有較好的效果，但利潤明顯低于其他處理。

表5 茶園周年經濟效益Table 5 Tea garden annual economic benefits

3 討論

茶樹生長所需要的礦質營養均來自于土壤，因此，施肥對茶葉的產量和品質均有重要的意義[15]。由于茶農相關知識的欠缺，易導致茶園施肥過剩，不但影響了茶樹的自身生長，還會對環境造成危害[16]。本研究發現，450與700 kg·hm-2的施氮量對茶葉的產量和品質水平無明顯差異，因此，應合理調整該地區施氮量。我國大部分茶園可減施50%以上的化肥用量。除施氮量外，肥料選擇也是園茶管理的重要內容，與施單質肥料相比，復合肥可以滿足茶樹對多種營養元素的需求，并且施用更方便，可節約人工成本[17]。與水稻、小麥等田間作物不同，茶樹作為多年生葉用作物，有其獨特的養分需求，在復合肥選擇上應著重考慮茶樹的營養生長，選擇合適的肥料[18]。本研究中，茶樹專業肥處理對后期茶樹養分的供給充分，獲得了最高周年產量，控釋復合肥相比其他幾種復合肥料產量略有下降，考慮可能與復合肥中鉀肥占比較低有關。供試茶園土壤氮含量充足，而速效鉀含量較低，因此施用鉀元素占比較多的幾種復合肥料，均能獲得較高的產量，建議當地適當降低氮肥施用量，增加鉀肥施用比例。施肥后茶樹芽梢萌發時間可以提早1周左右，提升了經濟效益，其中高氮的習慣施肥處理提升最為明顯，其次是茶樹專用肥，控釋復合肥以及碳基復合肥處理的茶樹芽梢氨基酸含量較高，茶樹對這兩種肥料利用效率較高。另外，茶樹專用肥處理和碳基肥處理氨酚比最高，最適合制作綠茶[19]。

茶樹是喜酸作物，適合在pH 4.5～5.5土壤中生長[20]，本研究中供試茶園pH偏低，施肥后，土壤的pH短時間內均有小幅度下降，各處理差異不顯著，這可能是土壤中氮素形態轉化造成的，并且長期來看，施肥對茶園土壤pH有負面作用[21]。試驗期間遭遇連續強降雨天氣，導致土壤中氮素淋溶嚴重，從而造成下層土壤無機氮（銨態氮和硝態氮）含量高于表層土壤，且本研究中氮素利用率除專用肥處理外均低于全國平均水平，氮素損失程度嚴重，茶園氮素損失以無機氮淋洗和氨揮發為主，而淋溶作用是導致肥料浪費的重要原因。有研究表明，淋溶的氮素中硝態氮占總量的63%以上，因此，控制銨態氮向硝態氮轉化，通過添加新型肥料添加劑，如脲甲醛、3，4-二甲基吡唑磷酸鹽（3，4-dimethyl-phosphate，DMPP）等硝化抑制劑，或碳顆粒均可有效減少氮素淋溶[22]。無論是否施肥，20 cm以下土壤中測定得到的有效磷的含量均遠低于表層土壤，表面磷元素在土壤中不易移動[23]。若以80 mg·kg-1土壤有效鉀含量作為臨界值，該供試茶園為缺鉀茶園[24]。鉀元素能提高茶樹的光合作用以及抗逆能力，從而提高茶葉產量和品質，建議該地增加鉀肥施用量[25-26]。研究表明，我國肥料利用率較低，氮肥利用率不足50%，磷肥利用率在20%左右，鉀肥利用率在30%左右[27-28]。脲甲醛肥料、硫包膜肥料、碳基肥、硝化抑制劑肥料等新型肥料可以提高肥料利用率，降低人工施肥成本，減少環境污染[29]。研究表明，脲甲醛肥料可以降低田間氨揮發達50%以上，碳基肥、硝化抑制劑等肥料可以有效減少氮素徑流與淋溶，提高肥料利用率[30-31]。本研究中，與普通復合肥相比，碳基肥復合肥可以減少茶園土壤種硝態氮的淋溶；碳基肥復合肥和茶樹專用肥處理可以減少茶園銨態氮的淋溶；控釋復合肥、脲甲醛肥以及茶樹專用肥可以減少鉀肥的淋溶，降低土壤以及水體污染。整體來看，碳基肥復合肥在減少淋溶方面優于其他肥料。

在當前的茶行業中，名優茶的效益顯著高于大宗茶，手采名優茶價格是大宗茶的10倍以上，占茶葉經濟效益絕大部分，通常名優茶重質量，大宗茶則重產量。而茶樹作為高產出、高投入的經濟作物，有較高經濟收益的同時也承擔著比較大的風險，因此應在加強地理優勢、品種優勢和市場優勢的同時，加強品牌效應以及工藝創新，從而提升茶葉的附加價值，提高茶園經濟效益[32]；同時應發展生態茶園，通過綠色防控、化肥減量的手段確保茶葉質量安全，做到可持續發展，將質量安全作為茶園管理的重點。茶樹專用肥、碳基肥等新型功能性肥料可明顯提升茶葉產量和品質，并且可以提早開采，提前上市，在提高茶農收益的同時，還可減少環境污染、提高肥料利用率，優勢明顯。

綜上所述，施用復合肥可以增加茶葉的產量、品質以及茶園土壤肥力，本文試驗地區茶園最適宜施用茶樹專用肥。但本試驗時間較短，未來還需要通過長期試驗進一步驗證結論。