有機肥替代化肥對茶葉產量及經濟效益的影響

嚴玲玲，李治潮，顏妙珺，舒暢，石楠，龍攀*

1.益陽市農業科學院，湖南 益陽413000；2.湖南農業大學，湖南 長沙410000

茶是我國重要的經濟作物，茶產業的發展對鞏固我國脫貧攻堅成果及促進鄉村振興具有重要作用。茶樹生長和茶葉產量、品質深受施肥影響[1]。據研究，肥料投入對茶葉增產貢獻率高達41%，遠高于其他農藝措施[2]。然而已有的許多研究表明，長期施用化肥以及化肥的不合理施用，會造成土壤板結酸化、供肥保肥能力下降，土壤退化，導致茶葉產量不穩定、品質下降[3-6]，影響茶園的可持續發展。有機肥養分組成全面，在改良土壤、提高土壤肥力的同時可提升茶葉品質，但有機肥養分低，肥效慢，難以滿足作物旺盛生長時對養分的需求[7-8]。前人研究表明，實施有機肥替代化肥技術對提高土壤肥力、提高茶葉產量和品質具有較好效果。但對于茶園具體的有機肥替代比例，不同研究卻得出不同的結論。吳志丹等[9]認為配施25%有機肥有利于茶葉產量的提高，且茶葉品質綜合評分最高，而配施50%以上有機肥則不利于茶葉產量的提高；王子騰等[10]研究表明有機肥/化肥配施比例為20%～50%時，茶葉品質及產量均是最優；而朱旭君等[11]認為75%有機肥+25%化肥可提高茶葉百芽質量和芽葉密度，75%有機肥與100%有機肥處理茶葉氨基酸含量高，酚氨比值低，具有較優品質。

我國茶區分布廣，土壤類型多、肥力差異大，不同區域施肥模式與茶葉采摘模式各具地方特色，導致茶葉產量和品質參差不齊。湖南是傳統的種茶產茶大省，據統計，2021年，全省茶園面積20.33萬hm2，總產量25.90萬t[12]，茶園長期以來重施化肥且施肥量大。倪康等[13]對全國14個省份67個地市茶區進行調查，湖南化肥氮用量最高，達606 kg/hm2，且化肥過量施用比例超50%。為控制化肥用量，因地制宜地利用有機肥，探討合理的施肥方案，本研究以湖南紅壤春茶采摘茶園為研究對象，采用有機肥部分替代化肥的方式，分析不同替代方案對茶葉產量、品質及土壤質量的影響，旨在為茶園化肥減施增效技術提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于湖南省益陽市赫山區新市渡鎮跳石村，地理位置35°28'N，112°16'E，屬亞熱帶季風氣候。2017—2020年4年年均降雨量1 523 mm，年均氣溫18.2℃，年均無霜期311 d，年日照時數1 450.6 h。茶園地勢平坦，排灌良好，土壤為紅壤土，供試茶樹品種為福云6號，茶樹樹齡10年，生長勢一致，生命旺盛，符合作為試驗品種的標準。試驗前茶園土壤0～20 cm基礎養分指標分別為：pH值4.37，有機質含量24.2 g/kg，全氮1.56 g/kg，全磷0.81 g/kg，全鉀17.2 g/kg，有效磷43.9 mg/kg，速效鉀95 mg/kg，堿解氮142 mg/kg。

1.2 試驗設計

田間試驗，設置6個處理，每個處理設3次重復，采用隨機區組設計排列。各處理以等量N、P、K施用為原則，通過采用不同有機無機養分配比設置6個處理，分別是CF：全量化肥養分；M1：25%有機肥+75%化肥處理；M2：50%有機肥+50%化肥處理；M3：75%有機肥+25%化肥處理；M4：100%有機肥處理；CK：不施肥處理。除CK外，各處理按當地習慣施純N 330 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2、K2O 235 kg/hm2。小區面積18 m2（4.0 m×4.5 m），四周留保護行。有機肥N、P、K含量不足部分用無機肥補充。化肥氮肥為尿素（含N 46%）、磷肥為過磷酸鈣（含P2O516%）、鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50%）。商品有機肥由長沙綠豐源生物有機肥料有限公司提供，其養分含量分別為N 4.12%、P2O51.09%、K2O 2.93%，有機質含量>45%。各處理按照施肥總量，有機肥、磷肥以及70%的氮肥和鉀肥于每年11月中下旬作基肥一次性開溝施入，溝深20 cm，剩余30%的氮肥和鉀肥作催芽肥在3月上旬春茶采摘前開溝追施。茶園其他管理措施一致。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 茶樹生長及產量

2018—2020年春茶采茶期間，在茶葉生長至一芽一葉時，每個小區用30 cm×30 cm方框隨機套取3個區域，調查茶芽密度，計數并取平均值。各小區按照一芽一葉標準采摘鮮葉，隨機稱取100個一芽一葉，重復3次取平均值作百芽質量。在清明節前各小區分多次按一芽一葉標準人工采摘鮮葉稱重，計總重作名優綠茶產量。在5月上旬，用采茶機進行機械采摘，采小區全部鮮葉稱重計機采毛茶產量。

1.3.2 茶葉理化成分

于2020年采回一芽一葉鮮葉經蒸青制樣后用國標法[14-17]檢測其理化成分。

1.3.3 土壤樣采集及理化性質

于每年11月份基肥施用前，在試驗地茶壟滴水線（施肥點）外10 cm處，除去表面枯枝落葉層，采用“W”形5點取樣法用土鉆在各小區采集0～20 cm土層土壤樣品，在室內陰涼處風干后混合磨碎過2 mm篩留樣待檢。參照魯如坤[18]的方法測定土壤中的有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量和pH值。

1.4 數據分析

采用Excel 2010以及SPSS 20數據處理軟件進行數據統計分析，采用鄧肯氏法進行處理間差異的顯著性檢驗，圖表中的數據均采用平均值±標準差（M±SD）表示。

2 結果與分析

2.1 有機肥替代化肥對茶葉產量及產量特性的影響

茶樹的茶芽密度和百芽質量是衡量茶樹產量特性的主要指標。由表1可知，相比CK處理，各施肥處理連續3年茶樹茶芽密度和百芽質量均顯著增加，表明施肥可以促進茶芽萌發并使芽葉更加壯碩。相比常規施肥（CF），有機肥替代化肥處理對百芽質量影響不顯著，但對茶芽密度的影響具有一定作用周期。第一年有機肥替代處理的茶芽密度有所降低，但隨著施用年限的增加，有機肥的效果越來越明顯，第二年M1處理茶芽密度較CF處理增加1.2%；連續施用3年后，M1、M2、M3處理茶芽密度均有所增加，增幅分別為11.27%、22.36%、2.86%，且M1、M2處理較CF處理差異顯著，M4處理有所降低。

表1 有機肥替代化肥對茶樹生長的影響

從圖1可以看出，不同有機肥替代模式對茶葉產量影響顯著。與CK相比，各施肥處理茶葉產量均顯著提高（P<0.05）。對比不同施肥處理，2018年，各有機肥替代處理春茶產量均比CF處理有所降低。2019年，相比CF處理，名優綠茶產量除M4外，M1、M2和M3處理產量均比CF處理有所增加，增幅為0.9%～9.5%，以M1產量最高，較CF差異顯著；機采毛茶產量M1和M2較CF處理顯著增加，M3、M4處理有所降低；各有機肥替代化肥模式下，M1、M2處理春茶總產量較CF處理顯著增加，M4處理差異不顯著，M3處理顯著降低。2020年，名優綠茶產量表現為M2>M1>M3>CF>M4，且M1、M2較CF顯著增加；機采毛茶產量表現為M2>M1>CF>M4>M3，各施肥處理間差異均不顯著；各有機肥替代化肥模式下春茶總產量以M1處理最高，其次為M2處理，較CF處理分別增加5.9%、2.8%，M3、M4較CF處理有所降低，但降幅不顯著。

圖1 有機肥替代化肥對茶葉產量的影響

綜合3年數據來看，與CF相比，M1、M2處理增加名優綠茶及機采毛茶產量，春茶總產量3年平均增幅分別為3.7%和2.8%，且M1與CF處理間差異顯著，但M3、M4較CF處理產量顯著降低。這表明有機肥適量替代化肥可提高茶葉產量，但過高的替代比例對茶葉產量則產生負面影響。

2.2 有機肥替代化肥對茶葉主要理化成分含量的影響

不同處理的茶葉主要理化成分含量詳見表2、表3。相比CK，各施肥處理茶葉的水浸出物、咖啡堿、游離氨基酸含量有所增加，酚氨比顯著降低，兒茶素品質指數[100×(EGCG+ECG)/EGC]增大，表明施肥可提升茶葉品質。相比CF處理，各有機肥替代化肥處理能提高茶葉水浸出物、游離氨基酸、咖啡堿含量及兒茶素總量，降低酚氨比。其中各有機肥替代處理間水浸出物、游離氨基酸含量及酚氨比差異不顯著，酚氨比隨替代比例增加比值減小，水浸出物及游離氨基酸含量以M3處理最高，較CF處理分別增加2.0%和4.3%；咖啡堿及兒茶素總量隨著替代比例的增加增幅降低，增幅分別為0.6%～8.0%、2.0%～5.1%。此外，有機肥替代化肥處理兒茶素品質指數呈先上升而后下降趨勢，M1和M2處理較CF處理分別提高0.5%和2.6%，M3和M4較CF處理分別降低8.1%和9.3%。

表2 有機肥替代化肥對茶葉主要理化成分含量的影響

表3 有機肥替代化肥對茶葉兒茶素組分的影響

2.3 有機肥替代化肥對土壤主要理化指標的影響

由表4可知，隨著種植年限的增加，CK處理土壤有機質、全氮、速效鉀含量及pH變化緩慢；CF處理有機質含量呈現先上升后下降趨勢，全氮含量變化平緩，有效磷、速效鉀含量和pH總體呈上升趨勢，堿解氮呈先下降后上升趨勢；各有機肥替代化肥處理土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量及pH值均呈大幅增加趨勢。

表4 有機肥替代化肥對土壤主要理化指標的影響

相比CF處理，有機肥替代化肥可以明顯提高茶園土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，提高土壤pH，且整體呈現隨著種植年限增加，差異越來越大。連續替代施肥3年后，土壤有機質、全氮、堿解氮、速效鉀含量分別較CF提高19.5%～36.1%、11.0%～35.1%、12.4%～23.1%、5.2%～9.3%，且均差異顯著，其中以M4處理含量最高；土壤有效磷含量提高2.8%～8.5%，pH值提高0.17～0.25個單位，以M2處理最高。

對比有機肥不同比例替代化肥處理，連續替代施肥3年后，土壤有機質、全氮、堿解氮含量呈現先減少后增加趨勢，均以M4處理最高，而土壤有效磷含量及pH值則呈現先增加后減少趨勢，均以M2處理最高。

2.4 有機肥替代化肥對茶園經濟效益的影響

通過對2020年茶園經濟效益進行分析，各施肥處理茶葉產值均明顯高于CK（表5）。各施肥處理中，M1、M2、M3處理產值均高于CF處理，每公頃分別增加8 747元、11 767元、5 801元；M4處理產值低于CF。與CF處理相比，M1、M2、M3處理增加了肥料、人工及機械成本，每公頃總成本分別提高4 140元、7 226元和7 939元；相比CF處理，每公頃茶園M1、M2處理利潤分別增加4 607元、4 541元，M3、M4處理利潤分別降低2 138元、14 140元。從經濟效益上看，在有機肥價格不變的前提下，有機肥適量替代化肥能夠增加茶園產值，提高茶農經濟效益，當施用比例較大時則增加了成本而不利于提高經濟效益。

表5 有機肥替代化肥對茶園經濟效益的影響 元/hm2

3 小結與討論

3.1 有機肥替代化肥對茶葉產量和品質的影響

施肥是促進茶樹生長，提高茶葉產量及品質的重要農藝措施。有機肥部分替代化肥通過外源有機物的投入，調節土壤C/N，促進土壤養分平衡供給，從而促進茶樹生長，提高茶葉產量，改善茶葉品質[9,19]。本研究結果表明，相比不施肥處理（CK），各施肥處理增產效應顯著，3年平均增幅為35.9%～59.1%。相比常規施肥，有機肥連續替代25%～50%的化肥促進茶芽萌發，提高春茶產量，而有機肥替代比例過高則不利于茶葉產量的提高，這與以往部分研究結果一致[9-10]，這是因為有機肥養分釋放速度慢，在作物生長旺季，養分供給難以保證[20]，有機肥部分替代化肥既體現了化肥肥效的快且集中，又發揮了有機肥養分全面和肥效持久的優勢，從而達到增產目的[21]。

水浸出物、氨基酸、咖啡堿、茶多酚等是茶葉主要品質成分，水浸出物是茶湯滋味的綜合體現，氨基酸含量高，茶葉鮮爽度好，對于綠茶，酚氨比越低，茶葉品質越高[22]；兒茶素品質指數越大，則鮮葉嫩度和品質越好，綠茶質量越高[23]。在本研究中，有機肥替代化肥能提高茶葉水浸出物、游離氨基酸、咖啡堿含量及兒茶素總量，降低酚氨比，提高名優綠茶品質，這與王子騰等[10]、朱旭君等[11]研究結論一致，施用有機肥可提高茶樹鮮葉中內含物質含量，改善茶葉品質。

3.2 有機肥替代化肥對茶園土壤肥力的影響

土壤肥力是農業可持續發展的基礎保障，有機肥與無機肥配施對提高土壤有機質含量，改善土壤性狀、培肥土壤作用明顯[24-27]。王子騰等[10]研究指出，有機肥替代20%～50%化肥，能提高土壤有機質、氮素、有效磷、速效鉀等含量，改善土壤結構，有助于提高土壤保水保肥能力，提高肥料利用效率。本研究結果表明，連續3年有機肥替代化肥茶園土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量明顯提高，且整體呈現隨著種植年限增加，提升幅度越大，與李萍萍等[28]研究結果一致。這表明連續實施有機肥替代化肥是培肥茶園土壤的重要途徑。

茶園土壤pH影響茶樹的生長及茶葉品質，茶園適宜土壤pH為4.0～6.5，最適為4.5～5.5[29]。單施化肥土壤pH顯著下降，且起著明顯酸化土壤的作用[30-31]，有機肥與化肥合理配施可減緩土壤酸化，提高土壤pH[9,19,27]。本研究結果表明，連續3年有機肥替代化肥，茶園土壤pH較純化肥施用茶園（CF）增加0.17～0.25個單位，以50%有機肥替代化肥增幅最大，這表明有機肥合理替代化肥可有效阻控土壤酸化。

3.3 有機肥替代化肥對茶園經濟效益的影響

經濟效益是茶農或茶企最關心的問題，也是衡量一項技術能否推廣的重要因素，在本研究中，實施有機肥替代化肥，雖然增加了肥料投入成本及施肥人工成本，但有機肥替代25%～75%化肥提高了茶葉產量，增加了茶葉產值，扣除各項成本，相比施用化肥，有機肥替代25%、50%化肥利潤分別增加4 607 kg/hm2、4 541 kg/hm2，若計算茶葉品質提升效益，則經濟效益增加更為明顯。

通過連續3年開展有機肥替代化肥試驗，結果表明，隨著有機肥施用年限的增加，對茶葉產量和品質提升效果更好。有機肥替代化肥能提高茶葉水浸出物含量、游離氨基酸含量、咖啡堿含量、兒茶素總量，降低酚氨比，提高名優綠茶品質；在不同的替代方案中25%～75%的有機肥替代化肥比例連續施用3年可促進茶葉萌發，提高茶芽密度；25%～50%的比例增加春茶產量。有機肥替代化肥可不同程度增加土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等養分含量，且整體呈現出隨著種植年限增加，增幅越大的趨勢。有機肥替代化肥可提高土壤pH值，減緩土壤酸化，其中以50%有機肥替代化肥增幅最大。25%和50%的有機肥替代比例可提高茶園經濟效益，與單施化肥相比，25%、50%的有機肥替代比例分別使茶園凈收益增加4 607元/hm2、4 541元/hm2。綜合分析有機肥替代化肥對茶園產量、品質、土壤肥力及經濟效益的影響，初步認為25%～50%的有機肥替代化肥比例是湖南茶園最優的有機肥替代方案。