氮磷钾配施对茶叶品质的影响

田甜 韦锦坚 赵德恩 梁伟埃 文金华

摘 要 以茶叶品种金牡丹为试验材料，采用二次饱和D-最优设计（311）进行盆栽试验，对茶叶主要品质指标进行2次回归拟合，探求茶叶适宜的氮磷钾施用量和配比。结果表明：氮磷钾配施对茶叶各品质指标均有显著影响，且对于游离氨基酸、茶多酚和咖啡碱含量，氮素影响最大，磷次之，钾最小；对于水浸出物，氮素影响最大，钾次之，磷最小。单因素施肥效应分析表明，茶叶各品质指标均随氮、磷、钾施用量的增加而增加，達到最高值后，又随施用量的增加而降低。氮磷钾双因素施肥效应分析表明，氮钾互作对茶叶水浸出物和游离氨基酸总量有显著影响，磷钾互作对茶叶游离氨基酸总量影响显著，氮磷互作对茶多酚和咖啡碱含量有显著影响。本试验条件下，茶叶优质的氮、磷、钾施肥方案为N 0.55 g/（kg·土），P2O5 0.24 g/（kg·土），K2O 0.22 g/（kg·土），适宜的氮磷钾施用比例约为N ： P2O5 ： K2O=2.75 ： 1.2 ： 1.1。

关键词 氮磷钾配施 ；茶 ；品质

中图分类号 S571.1 ；S606+.2 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.04.008

Abstract Tea cultivar Jinmudan was pot cultured in a quadratic saturation D-optimal design （311） and a quadratic regression fitting of main quality indexes of the tea was made to find optimal application rates of N， P and K and their ratio in pot culture of the tea. The results showed that combined application of N， P and K had significant effect on the quality of tea. N element showed the highest effect on free amino acids， tea polyphenols and caffeine， followed by P and then K. N element also had the highest impact on the water extract， followed by K and then P. Single factor fertilizer experiment showed that the quality of tea increased with the application rate of N， P or K， and then， after reaching the highest value， decreased with an increase in application rate of N， P or K. Double factor fertilizer experiment showed that the N and K interaction， P and N interaction and N and P interaction had significant effects on the water extract and total free amino acid content of the tea， on the total free amino acid content of the tea， and on tea polyphenols and caffeine， respectively. Under the condition of this experiment， it was concluded that the optimal rates of N， P， K fertilizer applied to the tea was N 0.55 g/kg， P2O5 0.24 g/kg， K2O 0.22 g/kg， with an appropriate proportion of N， P and K being N： P2O5 ： K2O=2.75 ： 1.2 ： 1.1.

Key words combined application of N， P， K ； tea ； quality

茶叶作为桂西南重要的经济作物，已经成为当地经济的重要支柱和农民收入的主要来源。随着人们生活水平的提高，茶叶品质越来越受到重视，而茶叶品质成分的含量受茶树品种、土壤养分含量、肥料用量和施肥方式以及加工工艺等因素的影响，其中施肥对茶叶品质的影响较为重要[1-4]。苏有健等[5]研究了不同氮营养水平对茶叶产量和品质的影响，发现施用适量氮肥能明显提高茶叶中的游离氨基酸、咖啡碱和水浸出物含量。陈立杰等[6]通过对15年生福鼎大白茶茶园进行氮磷肥配比试验，综合分析得出在贵州黄壤地区，树势较弱的福鼎大白茶茶园以每年施纯氮14.996 kg/667 m2，N ∶ P2O5=4 ∶ 3时，茶树生理代谢较强。王旭等[7]研究了春茶的产量与品质对氮磷钾及有机肥配施的响应，结果表明：当施用N 187.5 kg/hm2+P2O5 225 kg/hm2+K2O 56.25 kg/hm2+有机肥2 250 kg/hm2时，茶叶茶多酚含量提高68.54%，氨基酸含量提高71.86%，水浸出物含量提高23.68%，可提升茶叶品质。韩文炎等[8-9]研究表明，茶园土壤氮、磷和钾等因素与茶树品质有明显的相关性。国外也有很多研究表明，氮磷钾配施能显著提高茶叶中的游离氨基酸、茶多酚含量[10-12]。

目前，茶园肥料用量不断上升，但茶叶品质却呈下降趋势，茶园不科学用肥的现象还很普遍。本试验通过盆栽方法在广西南亚热带农业科学研究所茶科苗圃开展氮磷钾配施对茶叶品质的影响研究，探求茶叶适宜的氮磷钾施用量和配比，为茶园合理施肥及茶叶品质的提高提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验于2015年10月至2016年4月在广西南亚热带农业科学研究所茶科苗圃进行。供试茶树品种为本地区常规品种金牡丹；供试土壤类型为红棕壤，基本理化性状为有机质10.27 g/kg、全N 1.31 g/kg、碱解N 76.53 mg/kg、有效P 3.59 mg/kg、速效K 30.85 mg/kg、pH值3.87；供试肥料为尿素（含N 46.00%）、过磷酸钙（含P2O5 12.00%）、硫酸钾（含K2O 50.00%）。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

2014年9月初进行金牡丹茶树扦插育苗，期间正常管理，2015年10月9日移栽茶苗。选取生长良好且长势均匀一致的茶苗，采用盆栽方法，所用盆钵为36 cm×30 cm的米氏钵（渗漏水回浇），每盆装土10 kg，移栽茶树2株，试验区域设有挡雨棚和遮阳网，温湿度均为自然条件，盆栽试验期间浇灌的水均为纯水。试验设置3个因素，每个因素5水平，氮磷钾肥施用量以本地区茶园常规施用量的3倍为依据，即氮肥（以N计）0.5 g/（kg·土），磷肥（以P2O5计）0.2 g/（kg·土），钾肥（以K2O计）0.2 g/（kg·土），以此施用量的1/2为增量，设置N 0～0.75 g/kg、P2O5 0～0.3 g/kg、K2O 0～0.3 g/kg，试验方案按照二次饱和D-最优设计（311）进行，重复3次，各处理见表1。过磷酸钙和硫酸钾均做基肥一次性施入，尿素的60%做基肥，40%追肥于2016年2月19日施入，其中基肥以與土壤混匀的方式施入，追肥溶于纯水后浇施。2016年4月初采集春茶鲜样，置于120 ℃烘箱杀青5 min，于80 ℃烘箱烘干4 h，然后制备样品并进行茶叶品质测定。

1.2.2 项目测定

土壤基本理化性状指标：有机质，K2Cr2O7容量法；全N，Se-K2SO4-CuSO4-浓H2SO4消煮法；碱解N，扩散法；有效P，0.03 mol/L氟化铵-0.025 mol/L盐酸浸提-钼锑抗比色法；速效K，NH4OAC-火焰光度法；pH值，电位法（水土比2.5：1）。

茶叶主要品质指标：水浸出物，GB/T 8305-2013[13]；游离氨基酸总量，茚三酮比色法；茶多酚含量，酒石酸铁比色法；咖啡碱含量，高效液相色谱法。

1.3 数据分析

通过Microsoft Excel 进行数据预处理，采用Design-Expert 8.0进行响应曲面分析，作图采用Origin 8.0。

2 结果与分析

2.1 三元二次回归方程的建立与检验

不同处理各品质指标的实际值和期望值见表 2。根据表 2中氮磷钾的编码值X1、X2、X3和实际值Y，建立茶叶各品质指标的回归模型，设水浸出物（%）为Y1，游离氨基酸总量（%）为Y2，茶多酚含量（%）为Y3，咖啡碱含量（%）为Y4，得出Y1=46.99+4.47X1+2.50X2+2.89X3+1.32X1X2+2.03X1X3+0.57X2X3-9.14X12-1.18X22-3.70X32；Y2=3.08+0.51X1+0.19X2+0.062X3-0.013X1X2-0.028X1X3+0.035X2X3-0.44X12-0.38X22-0.27X32；Y3=26.77+2.87X1+1.11X2+0.86X3+1.56X1X2+1.05X1X3-0.12X2X3-3.58X12-1.58X22-1.07X32；Y4=4.25+0.52X1+0.40X2+0.25X3+0.34X1X2+0.062X1X3+0.018X2X3-0.94X12-0.36X22-0.17X32。

对以上回归模型及各偏回归系数进行F检验，结果见表3。各指标模型（Model）项p值均小于0.05，表明这4个回归模型均能显著反映茶叶各品质指标与氮磷钾编码值的关系，故各模型对相应茶叶品质指标均有良好的预测作用。对于茶叶水浸出物Y1，X1X2 、X2X3、X22偏回归系数不显著，因此剔除不显著项后，模型变为Y1=46.99+4.47X1+2.50X2+2.89X3+2.03X1X3-9.14X12-3.70X32（1）；对于游离氨基酸总量Y2，剔除不显著项后，模型变为Y2=3.08+0.51X1+0.19X2+0.062X3-0.028X1X3+0.035X2X3-0.44X12-0.38X22-0.27X32（2）；对于茶多酚含量Y3，剔除不显著项后，模型变为Y3=26.77+2.87X1+1.11X2+1.56X1X2-3.58X12（3）；咖啡碱含量模型剔除不显著项后为Y4=4.25+0.52X1+0.40X2+0.25X3+0.34X1X2-0.94X12-0.36X22（4）。

2.2 模型解析

2.2.1 因素主效应分析

由于茶叶品质指标对氮磷钾肥施用量的各回归方程已经过无量纲编码代换，故直接比较一次项各偏回归系数绝对值的大小，即可反映各因素的重要程度。根据上述4个方程的一次项偏回归系数绝对值大小，可知对于游离氨基酸、茶多酚和咖啡碱含量，氮素影响最大，磷次之，钾最小；而对于水浸出物，氮素影响最大，钾次之，磷最小。

2.2.2 单因素施肥效应分析

为了进一步探讨各个因素的单独效应，将茶叶品质各回归模型中3个自变量中的任意2个固定在0码值，可以得到剩余自变量与目标函数的关系，即氮、磷、钾与茶叶水浸出物关系的单因素效应方程分别为：Y1=46.99+4.47X1-9.14X12；Y1=46.99+2.50X2-1.18X22；Y1=46.99+2.89X3-3.70X32。氮、磷、钾与茶叶游离氨基酸总量关系的单因素效应方程分别为：Y2=3.08+0.51X1-0.44X12；Y2=3.08+0.19X2-0.38X22；Y2=3.08+0.062X3-0.27X32。氮、磷、钾与茶多酚含量关系的单因素效应方程分别为：Y3=26.77+2.87X1-3.58X12；Y3=26.77+1.11X2-1.58X22；Y3=26.77+0.86X3-1.07X32。氮、磷、钾与咖啡碱含量关系的单因素效应方程分别为：Y4=4.25+0.52X1-0.94X12；Y4=4.25+0.40X2-0.36X22；Y4=4.25+0.25X3-0.17X32。

将茶叶品质指标各单因素效应方程绘图，由图1可以直观看出，茶叶各品质指标均随氮、磷、钾施用量的增加而增加，达到最高值后，又随施用量的增加而降低。其中磷对水浸出物正效应最大，其次为钾，氮较小，而负效应为氮>钾>磷；钾对游离氨基酸、茶多酚和咖啡碱的形成正效应最大，其次为磷，氮最小，而对于游离氨基酸，氮的负效应低于磷和钾，氮磷钾对茶多酚的形成负效应相当，对于咖啡碱，氮的负效应高于磷和钾。在本试验的施肥量范围内，对于不同的茶叶品质指标，各单因素效应方程均存在最大值，分别为：Y1max=47.54，X1=0.244 6，施N 0.47 g/kg；Y1max=48.31，X2=1，施P2O5 0.3 g/kg；Y1max=47.55，X3=0.389 8，施K2O 0.21 g/kg；Y2max=3.23，X1=0.581 9，施N 0.59 g/kg；Y2max=3.11，X2=0.251 9，施P2O5 0.19 g/kg；Y2max=3.09，X3=0.112 8，施K2O 0.17 g/kg；Y3max=27.34，X1=0.400 9，施N 0.53 g/kg；Y3max=26.96，X2=0.349 3，施P2O5 0.20 g/kg；Y3max=26.94，X3=0.400 0，施K2O 0.21 g/kg；Y4max=4.32，X1=0.275 0，施N 0.48 g/kg；Y4max=4.36，X2=0.552 7，施P2O5 0.23 g/kg；Y4max=4.34，X3=0.719 7，施K2O 0.26 g/kg。

2.2.3 雙因素施肥效应分析

2.2.3.1 氮钾互作对茶叶品质的影响

本试验确定的茶叶水浸出物和游离氨基酸总量回归模型，均存在氮钾的交互项，且其偏回归系数均达显著水平，说明氮钾的交互效应对茶叶水浸出物和游离氨基酸总量产生了显著影响，即在综合施肥条件下，水浸出物和游离氨基酸总量的变化不单纯是各因素效应的线性累加，还存在配合效应，即因素间的交互效应。将水浸出物回归模型中的磷素（X2）固定在0码值，可以得到其交互效应方程为：Y1=46.99+4.47X1+2.89X3+2.03X1X3-9.14X12-3.70X32。

将游离氨基酸总量回归模型中的磷素（X2）固定在0码值，可以得到其交互效应方程为：Y2=3.08+0.51X1+0.062X3-0.028X1X3-0.44X12-0.27X32。

对氮钾交互效应方程绘图，由图2可知，在编码值范围内，氮、钾对茶叶水浸出物和游离氨基酸总量的效应均呈抛物线型。高氮和低氮水平均对茶叶水浸出物形成不利，而高氮水平对茶叶游离氨基酸形成有促进作用；高钾和低钾对游离氨基酸形成不利，但高钾对水浸出物形成均有较强促进作用。所以对于水浸出物，中等氮水平配合高水平钾较理想；而对于游离氨基酸总量，中高氮水平配合中等钾水平为较理想的互作区间。由图3-a分析得出，在本试验条件下，氮钾理想的互作空间为X1取0～0.6，X3取0.4～1.0，即施肥量为N 0.375～

0.60 g/kg，K2O 0.21～0.30 g/kg，此时茶叶水浸出物达到45.95%以上；由图3-b可知，游离氨基酸总量在3.05%以上的氮钾互作空间为X1取0.2～1.0，X3取-0.4～0.6，施肥量为N 0.45～0.75 g/kg，K2O 0.09～0.24 g/kg。综合茶叶各品质指标，氮钾适宜的交互空间为N 0.45～0.60 g/kg，K2O 0.21～0.24 g/kg。

2.2.3.2 磷钾互作对茶叶品质的影响

对于游离氨基酸总量回归模型，磷钾的交互效应显著，将游离氨基酸总量回归模型中的氮素（X1）固定在0码值，可以得到其交互效应方程为：Y2=3.08+0.19X2+0.062X3+0.035X2X3-0.38X22-0.27X32。

对磷钾交互效应方程绘图，由图4可知，在编码值范围内，磷、钾对游离氨基酸总量的效应均呈抛物线型，二者均先升高后降低，符合报酬递减定律，即磷和钾偏高或偏低均不利于茶叶游离氨基酸的形成，而由于交互效应，两者配施则对游离氨基酸形成有较强的促进作用，所以对于游离氨基酸，中等磷水平配合中等水平钾较理想。由图5分析得出，本试验条件下磷钾理想的互作空间为X2取0～0.6，X3取-0.2～0.5，即施肥量为P2O5 0.15～0.24 g/kg，K2O 0.12～0.225 g/kg，此时茶叶游离氨基酸总量达到3.0%以上。综合茶叶各品质指标，磷钾适宜的互作空间为P2O5 0.15～0.24 g/kg，K2O 0.12～0.23 g/kg。

2.2.3.3 氮磷互作对茶叶品质的影响

本试验确定的茶叶茶多酚和咖啡碱含量回归模型，均存在氮磷的交互项，且其偏回归系数均达显著水平，说明氮磷的交互效应对茶多酚和咖啡碱含量产生了显著影响，即在综合施肥条件下，茶多酚和咖啡碱含量的变化不单纯是各因素效应的线性累加，还存在配合效应，即因素间的交互效应。将茶多酚含量回归模型中的钾素（X3）固定在0码值，可以得到其交互效应方程为：Y3=26.77+2.87X1+1.11X2+1.56X1X2-3.58X12。将咖啡碱含量回归模型中的钾素（X3）固定在0码值，可以得到其交互效应方程为：Y4=4.25+0.52X1+0.40X2+0.34X1X2-0.94X12-0.36X22。

对氮磷交互效应方程绘图，由图 6可知，在编码值范围内，氮素对茶叶茶多酚和咖啡碱含量的效应均呈抛物线型，二者均先升高后降低，符合报酬递减定律，而磷对咖啡碱的效应呈抛物线型，对茶多酚的效应却呈线性，高氮和低氮水平对茶多酚和咖啡碱形成均不利，但高磷对二者形成均有较强促进作用，所以对于茶多酚和咖啡碱含量，中等氮水平配合高水平磷为较理想的互作区间。由图7-a分析得出，在本试验条件下，茶多酚含量在28.12%以上的氮磷互作空间为X1取0.2～0.8，X2取0.6～1.0，即施肥量为N 0.45～0.675 g/kg，P2O5 0.24～0.30 g/kg；由图7-b可知，咖啡碱含量在4.24%以上的氮磷互作空间为X1取0.1～0.6，X2取0.5～1.0，施肥量为N 0.41～0.60 g/kg，P2O5 0.23～0.30 g/kg。综合茶叶各品质指标，氮磷适宜的互作空间为N 0.45～0.60 g/kg，P2O5 0.24～0.30 g/kg。

2.3 茶叶优质的氮、磷、钾施用量和配比的确定

通过采用Design-Expert 8.0进行分析可知，本试验条件下，综合茶叶水浸出物、游离氨基酸、茶多酚和咖啡碱含量，茶叶优质的氮、磷、钾施肥方案为N 0.55 g/（kg·土），P2O5 0.24g/（kg·土），K2O 0.22 g/（kg·土），适宜的氮磷钾施用比例约为N ∶ P2O5 ∶K2O=2.75∶1.2∶1.1，此时茶叶各品质指标均较高，水浸出物为49.69%，游离氨基酸总量达到3.17%，茶多酚达到28.22%，咖啡碱含量为4.59%。

3 讨论与结论

根据氮磷钾的编码值X1、X2、X3和实际值Y，建立茶叶各品质指标的回归模型。本试验结果表明，氮磷钾配施对茶叶各品质指标均有显著影响，且对于游离氨基酸、茶多酚和咖啡碱含量，氮素影响最大，磷次之，钾最小，而对于水浸出物，氮素影响最大，钾次之，磷最小。通过分析氮磷钾单因素施肥对茶叶品质影响，得出茶叶各品质指标均随氮、磷、钾施用量的增加而增加，达到最高值后，又随施用量的增加而降低。氮磷钾双因素施肥效应分析表明，氮钾互作对茶叶水浸出物和游离氨基酸总量有显著影响，磷钾互作对茶叶游离氨基酸总量影响显著，氮磷互作对茶多酚和咖啡碱含量有显著影响。本试验条件下，综合茶叶水浸出物、游离氨基酸、茶多酚和咖啡碱含量，茶叶优质的氮、磷、钾施肥方案为N 0.55 g/（kg·土），P2O5 0.24 g/（kg·土），K2O 0.22 g/（kg·土），即适宜的氮磷钾施用比例约为N ∶ P2O5∶ K2O=2.75∶1.2∶1.1，此时茶叶各品质指标均较高。

本试验结论与前人对茶园最优施肥量和施肥配比的研究结果不尽相同，这与气候、土壤基础肥力和试验品种等不同有密切关系[14]。李相楹等[15]研究表明，茶园按氮磷比2∶1或3∶1配施，可在一定程度内显著增产，且能够提高茶多酚和水浸出物的含量。董水平等[16]使用不同氮、磷、钾配比对茶树进行试验处理，发现氮磷钾配比为4∶1∶1与3∶1∶1时，茶叶产量和品质均较高。唐劲驰等[17]研究发现初投产茶园的最优氮磷钾施用量为年均施用纯氮150 kg/hm2、磷肥150 kg/hm2、钾肥75 kg/hm2（氮∶磷∶钾= 2∶2 ∶1）。张亚莲等[18]针对湖南省茶园土壤的4种土类提出了氮、磷、钾施肥比例，花岗岩红壤与石灰岩红壤土类为1∶1∶1，板页岩红壤与第四纪红壤土类为2∶1∶1。吴利荣等[19]研究表明，红壤茶园中配施氮磷钾肥比例为2∶2∶1时，茶树生长良好，树冠宽阔，芽多叶重，茶叶内含物质成分含量较高且相对协调，成茶鲜爽，品质优良。吴建繁等[20]和程季珍等[21]证实，不同土壤肥力条件下同一蔬菜的最佳施肥量不同，同一土壤养分状况下，不同蔬菜的平衡施肥方案也不同。本试验土壤有效P、速效K含量偏低，因此导致了P、K对茶叶品质的影响效应较大，所以中等N水平配合中高P水平和中高K水平为适宜的施肥配比。另外，本试验结论均是通过盆栽试验得出的，在田间实际生产中使用前应通过大田试验验证，因此该试验研究结果仅提供理论上的参考；本试验仅对春茶品质做了研究，且仅有一个茶叶品种和一次试验，所以在今后研究中需要再选取几个桂西南地区主推品种进行对比，并进行重复试验；在茶叶品质的评定中，仅以茶叶中几个主要化学成分作为茶叶品质的衡量标准，在今后的研究中应再测定一些品质指标，为进一步探讨茶园最优施肥方案提供依据。

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