有机肥对茶园土壤性状及茶叶品质的影响

赵晓楠， 李玉红， 芦阿虔， 王 岩

(郑州大学化工与能源学院，河南郑州 450001)

河南省信阳市浉河区浉河港是信阳毛尖的主要产地，随着集约化生产水平的提高，人们大量施用化肥以期获得高产和高效益，势必会对茶园土壤的理化性状、生物学性状和生产性状产生不利影响，也不可避免地影响到信阳市茶叶生产的生态可持续发展。土壤肥力是土壤的核心，是农业可持续发展的基础，培肥是维持农业土壤肥力水平最重要的措施之一[1]。相关研究表明，长期施用有机肥能够提高土壤养分[2]。蒋仁成等研究表明，施用有机肥能够提高土壤中全效养分的含量[3]。张鹏等通过连续4年试验表明，随着施肥量的增加，各施肥处理土壤全量和速效养分的含量较对照处理均有显著提高[4]。田小明等通过连续3年的温室盆栽试验表明，随着有机肥施用量的增加和施肥年限的延长，土样速效养分和微生物数量均随之增加，原始土壤有机质含量越低，施肥较不施肥的增加幅度越大[5]。以往的研究侧重于不同的施肥方法、肥料种类及栽培措施对茶园土壤进行改善等方面，但在改良茶园土壤的同时，鲜有对茶叶品质和产量影响的相关研究，而且前人对茶园土壤微生物区系的研究，大多仅限于实验室内可培养的微生物， 而在基因水平上的研究尚未可见。

为此本试验选取信阳市浉河港3个不同生态环境的茶园为研究对象，通过增施不同量有机肥来调节土壤理化性状和微生物区系，进一步探究施用有机肥对茶叶品质和产量的影响，以期为该地茶园构建科学合理的施肥制度，实现信阳市茶叶生产健康可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验从2012年开始，在河南省信阳市浉河区浉河港进行，选取不同生态条件的3个茶园作为试验田：试验田A为白庙村白庙组茶园；试验田B为林场村八里坡茶园；试验田C为黑龙潭南风岈茶园。3个供试茶园的生境状况见表1，茶园土壤原始养分状况见表2。每块试验田分别设置3个处理：不施肥(CK)、有机肥1 500 kg/hm2(T1)和有机肥 3 000 kg/hm2(T2)。试验用有机肥的有机质及养分含量：有机质含量>45%，N+P2O5+K2O含量>7%，分别于2012年12月、2013年12月和2014年12月进行表面撒施，茶园按当地习惯进行田间管理。

表1 供试茶园生境状况

1.2 样品采集

样品采集分别于2013年、2014年、2015年和2016年清明节前后进行，此时茶树刚刚冒出嫩芽，生长速度较为缓慢，是春茶品质最好的时期。

表2 供试茶园原始土壤养分含量

土壤样品采集：采用五点取样法取0～20 cm土层的土样，将编号的土壤样品在托盘上依次摊开，先剔除土样中较大的根和石子等杂物，再将土样中较大的土块捏碎，混合均匀后每个土壤样品取出100 g左右放入4 ℃冰箱贮存，用于测定可培养土壤微生物数量，并取适量土壤装于15 mL离心管中在-80 ℃条件下保存，用于土壤微生物测序。剩余的土样于托盘中自然风干后磨细，分别过不同粒径筛子后备用，以测定土壤理化性状等指标。

新鲜茶叶样品采集：土壤样品采集的同时，对各处理茶园鲜叶一并采摘，采取标准为一芽两叶，采摘当天对所采鲜叶于135 ℃，杀青5 min，然后置80 ℃直至烘干，以测定茶叶品质。由于2015年所采茶叶样品因雨天导致腐烂，故缺少该年度茶叶品质测定结果。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤理化性状测定方法 土壤pH值测定采用 SPM-10数字式pH计测定，土壤有机质含量测定采用重铬酸钾-油浴法，土壤全氮量测定采用凯氏定氮法，碱解氮含量测定采用碱解扩散法，土壤速效钾含量测定采用乙酸铵提取-火焰光度法[6]。

1.3.2 土壤微生物培养与计数[7-8]土样经梯度稀释，采用固体平板混匀浇筑法进行计数。细菌培养采用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌培养采用孟加拉红培养基，放线菌培养采用高氏号合成培养基。

1.3.3 土壤微生物区系测定 土壤微生物区系采用高通量测序技术，细菌用16S rDNA为标记基因，测定委托生工生物工程(上海)股份有限公司进行。

1.3.4 茶叶品质测定方法 茶叶水浸出物含量测定采用沸水回流提取茶叶中可溶性物质的方法[9]，茶叶中咖啡碱含量测定采用紫外分光光度法[10]，茶多酚含量测定采用分光光度法[11]，游离氨基酸含量测定采用茚三酮比色法[12]。

1.4 数据分析与处理

试验数据用Excel 2016与SPSS 17.0软件进行处理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤理化性状的影响

2.1.1 不同处理对土壤pH值的影响 从图1可以看出，pH值整体偏低，施用有机肥未对土壤pH值造成太大影响。因此可通过施用碱性肥料或碱性物质如石灰、白云石粉或生物质碳等，逐步调节茶园土壤pH值，创造一个茶树生长适宜的pH范围，对于提高茶叶品质具有重要意义。

2.1.2 不同处理对土壤有机质含量的影响 从图2可以看出，增施有机肥有助于提高土壤中有机质含量，而且随施肥量和施肥年限的增加，有机质含量总体有所增加，特别是施肥量为3 000 kg/hm2的处理有机质含量增幅更为明显。

2.1.3 不同处理对土壤全氮含量和碱解氮含量的影响 从图3可以看出，增施有机肥有利于提高土壤中全氮含量，其中T2处理土壤全氮含量增加幅度最大。由图4可知，施用有机肥同样有利于土壤中碱解氮含量的提高，而且随着施肥量的增加，土壤中碱解氮含量增加更为明显。对于A茶园，与对照相比，T1处理连续4年土壤碱解氮含量分别增加108.6%、33.2%、57.6%和88.7%，平均增加72.0%；T2处理土壤碱解氮量含量分别增加120.4%、86.7%、68.7%和69.2%，平均增加86.3%。对B茶园，与对照相比，T1处理土壤碱解氮量含量平均增加8.2%；T2处理比对照平均增加25.1%。C茶园T1处理土壤碱解氮量含量比对照平均增加36.9%；T2处理比对照平均增加70.9%。3个供试茶园中A茶园的原始碱解氮量是最低的，含量为116.78 mg/kg，而A茶园的增加量最多，T1处理比对照平均增加72.0%，T2处理比对照平均增加86.3%。说明土壤中碱解氮含量越低，施用有机肥对提高土壤碱解氮的效果越明显。

2.1.4 不同处理对土壤速效磷含量的影响 由图5可以看出，对于茶园A，试验开始当年土壤速效磷含量的平均值已达到354.48 mg/kg，处于极高水平。说明本茶园在近年施用过大量的磷肥，并且由于磷在土壤中的迁移性差，因而蓄积在土壤的表层，施用有机肥除第1年和第2年T2处理土壤速效磷含量有少量提高以外，后2年土壤速效磷含量均有所降低。对于茶园B和C来讲，试验开始当年土壤速效磷含量分别为7.9 mg/kg和14.6 mg/kg，远低于茶园A，施用有机肥3年后，土壤速效磷含量明显提高。2015年和2016年茶园B中T1处理分别较对照增加77.4%和84.4%；T2处理分别较对照增加71.5%和209.5%；2015年和2016年茶园C中T1处理分别较对照增加160.4%和24.1%；T2处理分别较对照增加 51.4%、42.7%。这表明有机肥对土壤速效磷含量具有明显的蓄积和调控作用。

2.1.5 不同处理对土壤中速效钾含量的影响 从图6可以看出，茶园A中2013年对照土壤速效钾含量为64.8 mg/kg，施用有机肥后土壤有效钾含量有所增加，并且前3年土壤速效钾含量随施肥量和施肥年限而增加，2015年达到最高。2015年T1处理土壤速效钾含量相比对照增加21.3%，T2处理相比对照增加74.4%；2016年T2处理速效钾含量有所下降，但降幅不大，其含量仍高于高产优质茶园要求的速效钾含量。茶园B中，T1处理对土壤有效钾含量影响不大，T2处理与对照相比速效钾平均增加14.8%。施用有机肥显著提高了茶园C中土壤速效钾含量，与对照相比，T1处理较对照平均增加17.8%，T2处理较对照平均增加14.6%。由此可见，施用有机肥在一定程度上也增加了土壤中速效钾含量，并且土壤肥力越低，增加效果越显著。

2.2 不同处理对土壤微生物数量及区系的影响

2.2.1 不同处理对茶园土壤可培养微生物数量的影响 各处理不同年份土壤细菌和真菌的测定结果如图7、图8所示。施用有机肥在一定程度上增加了土壤细菌和真菌的数量，且随着施肥年限的增加，土壤中细菌、真菌的数量也随之增加。2016年土壤中的微生物数量与对照相比均有显著提高，对于茶园A来讲， 连续4年试验后，T1处理细菌数量相比于对照增加55.3%，真菌数量增加148.3%；T2处理细菌数量增加0.9%，真菌数量增加85%。从表3可以看出，施用有机肥对土壤中放线菌的数量无明显影响。

表3 不同处理对茶园土壤可培养放线菌数量的影响

2.2.2 不同处理对茶园土壤微生物区系的影响 环境中的微生物只有1%可用传统的平板计数法分离培养[13]，这样往往会低估土壤微生物的群落结构组成，并且无法详细描述出土壤微生物群落结构组成的差异，所以这种方法并不适合微生物群落结构的分析。高通量测序解决了不可培养这个问题，能够准确地反映土壤中微生物群落的组成。

不同处理茶园土壤细菌属水平上的群落结构组分如图9所示，结果表明，不同处理的茶园土壤所含优势细菌属的种类和数量都有所差异，且不同细菌属所占的比例也各不相同。以茶园B来讲，对照土壤样品所测细菌属中排行前5的优势细菌属的种类及其所含的数量分别为未命名(unclassified)共2 385个，占总个数的15.96%；Gp1共1 021个，占总个数的6.83%；鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)共740个，所占比例为4.95%；Gp3共402个，所占比例为2.69%；Gp6共388个，所占比例为2.6%；芽单胞菌属(Gemmatimonas)共384个，所占比例为2.57%。T1处理土壤中排前5的优势细菌属的种类及其所含数量分别为未命名(unclassified)共1 238个，占总个数的14.52%；沙雷氏菌属(Serratia)共357个，所占比例为4.19%；黄色杆菌属(Xanthobacter)共298个，所占比例为 3.49%；杆菌属(Bacillus)共282个，所占比例为3.31%；食酸菌属(Acidovorax)共278个，所占比例为3.26%；绿脓杆菌属(Pseudomonas)共237个，所占比例为2.78%。T2处理土壤中排前5的优势细菌属的种类及其所含数量分别为未命名(unclassified)共1615个，占总个数的16.7%；绿脓杆菌属(Pseudomonas)共284个，所占比例为2.94%；Gp4共269个，所占比例为2.78%；Gp1共236个，所占比例为2.44%；乳酸杆菌属(Lactobacillus)共234个，所占比例为2.42%；黄色杆菌属(Xanthobacter)共226个，所占比例为2.34%。

2.3 不同处理对茶叶产量和品质的影响

2.3.1 不同处理对茶叶产量的影响 为明确连续施肥4年对茶叶产量的影响，2016年对不同处理茶园的茶叶百芽头质量和茶叶产量进行了统计，C茶园因茶农未计算产量，故缺少该茶园产量数据。茶叶百芽头质量能反应茶树长势、茶叶饱满度和茶叶产量等，从表4以看出，施肥增加了茶叶的百芽头质量和茶叶产量，但是百芽头质量的增加效果不如产量的增加效果明显。如茶园A，与对照产量相比，T1增加了44.1%，T2增加了193.5%；而与对照百芽头质量相比，T1和T2平均增加了6.5%。

表4 不同处理对茶叶产量的影响

2.3.2 不同处理对茶叶品质的影响 由表5可以看出，水溶物含量、茶多酚含量和咖啡碱含量处理间并无明显变化规律。总体而言，施肥处理氨基酸含量与不施肥处理相比有所增加。 茶叶中咖啡碱最适含量一般在2%～4%，2013年3个茶园测定结果中茶叶咖啡碱的含量均大于4%，而含量过高会造成茶汤偏涩，2014年测定结果有所降低，2016年咖啡碱含量均已在2%～4%。高品质茶叶中氨基酸含量大于3%，从表中可以看出，2013年氨基酸含量除茶园A的T2处理以外，其余均小于3%，增施有机肥后，2014年和2016年测定结果均大于3%，以T2处理增加略高一些。茶叶中茶多酚的含量一般在20%～25%，而试验中茶园茶多酚含量均小于20%，但随着有机肥的施入，茶叶中茶多酚含量均有不同程度的提高。

3 讨论与结论

3.1 不同处理对土壤理化性状的影响

茶树是喜酸性作物，能在pH值3.2～6.8的土壤中生长，但其最适宜pH值范围是4.5～5.5[14]。当pH值小于4.0时，将影响茶树的正常生长和茶叶品质。大量研究表明，信阳市茶园土壤存在酸化的趋势[15-17]。本研究结果表明，施用有机肥对茶园土壤pH值没有明显的影响，供试土壤pH值普遍偏低。

土壤有机质含量和质量是土壤肥力的重要指标。茶园土壤有机质的含量水平不仅直接关系到土壤的理化性质，也关系到茶树生长、茶叶产量和品质。氮元素是茶树生长所需的主要营养元素，氮素过低时，茶树体内蛋白质、叶绿素及核酸的合成受到影响，新梢伸长缓慢，大面积出现对夹叶，萌发轮次减少，单位面积上的芽头数量减少，因此直接影响茶叶的产量和品质[18]。土壤中速效钾含量相对丰富，对于提高茶叶产量和品质具有显著作用，通常情况下高产优质茶园土壤速效钾含量应大于100 mg/kg[19]。施用有机肥对茶园土壤有机质含量、全氮含量、碱解氮含量和速效钾含量的影响和前人的研究结果[3-4]相同，随着施肥量和施肥年限的增加，土壤中这几种养分的含量也随之增加。

3.2 不同处理对土壤微生物数量的影响

土壤微生物是土壤生命活体的主要组成部分，是土壤生态系统的重要组成成分[20-21]。土壤微生物在促进土壤有机质的分解、土壤矿质营养循环、维持和提高土壤肥力等方面发挥关键作用[22]。本研究结果表明，施用有机肥与不施肥相比，土壤中细菌和真菌的数量都有一定的增加，微生物群落结构也有一定的改变。

3.3 不同处理对茶叶产量和品质的影响

国内外的很多研究均表明施用有机肥可以提高茶叶产量和品质。日本施肥试验表明，增施有机肥能改善茶叶的汤色、香气、滋润和增加水浸出物[23]。国内研究也证实了施用有机肥能够明显提高茶鲜叶内含物，改善茶叶品质[24]。本研究结果与前人研究结果类似，连续施用有机肥可以提高茶叶产量和品质。

总之，本研究连续4年的有机肥田间试验可以说明，施用有机肥对茶园土壤pH值无明显影响。随着施肥量和施肥年限的增加，不同施肥量处理的土壤养分均有不同程度的提高，尤其是有机质和全氮含量增幅较大，且茶园土壤养分含量越低，施用有机肥后该养分的增加幅度越大。施肥使微生物数量增加，增加了土壤生态系统的稳定性。施用有机肥可增加茶叶产量和茶叶水溶物含量、氨基酸含量和茶多酚含量，降低咖啡碱含量，提高茶叶品质。

表5 不同处理对茶叶品质的影响