适宜施氮钾水平提高滴灌秋茶的产量及品质

庞永磊，王凤新，黄泽军，李 斌，胡芳东，夏英三

适宜施氮钾水平提高滴灌秋茶的产量及品质

庞永磊1,4，王凤新1※，黄泽军1，李 斌2，胡芳东3，夏英三3

（1. 中国农业大学中国农业水问题研究中心，北京 100083；2. 山东省日照市岚山区农业农村局，日照 276800；3. 山东万平农业开发有限公司，日照 276800；4. 山东兴水水利科技产业有限公司，济南 250000）

2018年5月至10月在山东省日照市开展田间试验，研究滴灌条件下不同施氮（纯N）水平（0 kg/hm2，N0；45 kg/hm2，N1；75 kg/hm2，N2；105 kg/hm2，N3）和施钾（K2O）水平（0 kg/hm2，K0；27 kg/hm2，K1；54 kg/hm2，K2；81 kg/hm2，K3）对秋季茶叶产量及品质的影响。结果表明：在不同氮水平的对比中，施氮量为75 kg/hm2（N2K2）时取得最高鲜叶产量及茶多酚、儿茶素、水浸出物含量；施氮量105 kg/hm2（N3K2）时氨基酸、咖啡碱含量高于其他处理，且酚氨比最小。在不同钾水平的对比中，施钾量81 kg/hm2（N2K3）时取得最高鲜叶产量且叶绿素、咖啡碱含量最高；施钾量54 kg/hm2（N2K2）时氨基酸、茶多酚、儿茶素、水浸出物含量最高；施钾量为27 kg/hm2（N2K1）时酚氨比最小。综合分析所有施肥处理的产量与品质，施氮量105 kg/hm2、施钾量54 kg/hm2（N3K2）时表现最优。

滴灌；秋茶；氮肥；钾肥；产量；品质

0 引 言

中国是世界上茶叶种植面积和总产量最高的国家，但单产较低，优质茶叶生产规模发展缓慢[1]。秋茶产量占全年茶叶总产量的25%以上，经过春夏两季的采摘茶树内营养成分含量降低，使秋茶产量和品质受到较大影响，肥料施用不合理是制约秋茶增产提质的关键因素之一[2-3]。滴灌技术不仅可以实现精准灌溉，还可以将肥料随水滴直接施于作物根部，实现水肥一体化，提高肥料的利用效率，保证茶叶增产提质，在茶园中的应用越来越广泛[4-5]。

许多学者对传统开沟模式下茶园合理施肥量进行了大量的研究。结果表明，一定范围内茶叶产量和品质会随着施肥量的增加而提高，而过量施肥会产生肥害，一般情况下秋季施氮量50～120 kg/hm2（年施氮量的20%～30%）且氮钾配比为2∶1左右时得到较优的茶叶产量和品质[6-7][9]。由此可见，合理施肥对茶叶的增产提质有关键性作用，但是目前鲜有针对滴灌条件下茶园合理施肥量的研究。因此，本研究通过田间试验研究滴灌施肥模式下不同氮钾水平对秋茶产量和品质的影响，以便选择对茶叶生长有利的氮钾肥施用量，为茶园滴灌水肥一体化技术的推广提供科学依据和技术指导，从而实现茶叶的增产提质。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间试验于2018年5月至10月在山东省日照市中国农业大学研究生实践基地（35°27′N，119°25′E）进行。该地区海拔35 m，属暖温带季风气候，四季分明。多年平均气温13.2 ℃，降水量897 mm，日照时数2 533 h。试验地块0～60 cm深度平均容重1.37 g/cm3，田间持水量24.26%，pH值4.96，有机质20.21 g/kg，全氮1.20 g/kg，全钾9.21 g/kg，全磷0.69 g/kg，速效钾72.94 mg/kg，碱解氮82.34 mg/kg和速效磷11.77 mg/kg。

1.2 试验设计

设4个秋季施氮（纯N）水平：0，45，75，105 kg/hm2；在施氮量75 kg/hm2水平下设4个施钾（K2O）水平：0，27，54，81 kg/hm2（表1）。秋季施肥量占全年施肥的30%，试验地块春、夏季未施肥。每个小区采用宽窄行方式种植10行茶树，宽行1.2 m，窄行0.3 m，小区长5.5 m，宽7.5 m，面积41.25 m2。试验共7个处理，每个处理重复3次，21个小区，按照随机区组布置。

1.3 灌水施肥控制方法

为控制灌水量和均匀度，满足滴灌带操作压力，每个小区配备1套闸阀、水表和压力表。滴灌带采用上海华维公司生产的内镶式滴灌带，滴头流量为2.0 L/h，滴头间距30 cm，铺设于茶行两侧。每个处理的3个重复中随机挑选2个小区埋设负压计（WST-2B，北京奥特斯达科技有限公司），用来控制灌水下限，负压计陶土头的埋设深度为20 cm，每天早8时读取它们读数（恶劣天气下增加负压计读数次数），当两个小区的负压计读数平均值达到或超过-25 kPa，即进行灌水，灌水定额为20 mm。

表1 试验处理设计

氮肥采用尿素（含纯N 46%），钾肥采用硫酸钾（含K2O 51%），所有处理的氮肥和钾肥都以追肥的形式将肥料和水按1∶5的比例混合，完全溶解后通过文丘里施肥器随滴灌系统施入田间。所有肥料平均分3次施完，施肥时间分别为7月31日、8月11日和8月22日。

1.4 农艺措施

试验选择的茶树品种为黄山群体种（），树龄8 a，双行条值，大行距1.2 m，小行距0.3 m，东西向种植，长势齐整。每小区选择茶树10行，长5.5 m，面积41.25 m2。

1.5 观测指标及方法

1.5.1 气象数据观测

在试验田中央安装自动气象站（Uni-WS，北京联创思源测控技术有限公司），自动观测并记录气温、降雨、风速、风向、空气温湿度和太阳辐射等气象要素。并计算有效积温、有效降雨和无霜期等。

1.5.2 土壤理化指标测定

在试验开始前用“五点法”在田间采集0～10、>10～20、>20～40和>40～60 cm深度处的土样，经风干磨碎过筛后送至北京农业质量标准与检测技术研究中心测定各深度土壤pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾和速效磷含量。

1.5.3 茶叶产量测定

分别及时采摘各小区内所有的1芽2叶芽头，称取茶叶鲜质量，统计整个秋季的鲜叶产量并换算单位为kg/hm2，同时统计芽头密度及百芽质量。整个秋季分为3轮采茶，截止时间分别为8月26日、9月8日和9月29日。

1.5.4 茶叶叶片含水率测定

在每个小区选取两行茶树采摘所有1芽2叶芽头进行含水率测定。将鲜叶称质量，置于105 ℃烘箱中杀青，然后温度调至80 ℃，恒温烘干至恒质量，称量叶片干质量，计算获得叶片含水率。

1.5.5 茶叶理化指标测定

将各小区采摘的鲜叶进行烘干磨碎处理，送至农业部茶叶质量监督检验测试中心检测茶叶内游离氨基酸、茶多酚、儿茶素、水浸出物、咖啡碱及叶绿素含量[10]。测定标准分别为GB/T 8314—2013、GB/T 8313—2008、GB/T 8313—2008、GB/T 8305—2013、GB/T 8312—2013和FB/LH011—2010。

1.5.6 数据分析

用Microsoft Excel 2016进行数据的计算处理和制图，用SPSS 20统计软件进行数据分析，用LSD法分析处理间显著性差异。

2 结果与分析

2.1 滴灌条件下氮水平对茶叶产量的影响

由表2可以看出，在施钾量为54 kg/hm2的基础上，秋茶芽头密度和百芽质量均随施氮量的增加先增加后降低，在施氮量75 kg/hm2（N2K2）时达到最高，各施氮处理均显著高于对照（N0K2），但施氮量的影响不显著。各施氮处理间叶片含水率差异不大。各轮鲜叶产量及总产量与芽头密度和百芽质量保持一致的增长趋势，施氮处理较对照（N0K2）增产15.6%～34.8%。在施氮量75～105 kg/hm2（N2K2和N3K2）时取得较优鲜叶产量，且没有显著性差异。

表2 不同氮处理产量及构成因子比较

注：不同小写字母表示有显著性差异（＜0.05），NS表示处理间无显著差异（＞0.05），下同。

Note: Different lowercase letters showed significant differences (<0.05), and NS indicated no significant difference (>0.05), the same below.

2.2 滴灌条件下氮水平对茶叶芽稍叶绿素含量的影响

由表3，在施钾量为54 kg/hm2的基础上，各施氮处理均能显著提高秋茶叶绿素a含量，施氮处理较对照（N0K2）高12.5%～31.3%。叶绿素b含量各处理间差异不显著。叶绿素总量的变化趋势与叶绿素a含量的变化趋势一致，施氮处理较对照（N0K2）高8.7%～26.1%。叶绿素a/b的值表明本试验秋茶叶绿素的整体组成比例上相对稳定。因此，氮肥的施用有利于提高芽稍叶绿素含量。

表3 不同氮处理叶绿素含量比较

2.3 氮水平对茶叶品质成分的影响

在施钾量为54 kg/hm2的基础上，不同氮水平下秋茶主要品质成分的测定表明（表4），施氮处理的游离氨基酸及咖啡碱含量较对照（N0K2）有显著提升，在施氮量105 kg/hm2（N3K2）时达到最高且显著高于其他处理；茶多酚、儿茶素含量均随施氮量的增加先增加后下降，在施氮量75 kg/hm2（N2K2）时取得最大值，且施氮对茶多酚、儿茶素含量有显著影响；水浸出物含量变化不大，未达到显著水平。酚氨比随着施氮量的增加而降低（图 1），施氮量为105 kg/hm2（N3K2）时显著低于其他处理，且比最高的N0K2处理低12.1%，说明提高施氮量能相应地降低酚氨比。

表4 不同氮处理品质成分比较

图1 酚氨比随氮水平变化

2.4 滴灌条件下钾水平对茶叶产量的影响

由表5，在施氮量为75 kg/hm2的基础上，芽头密度随施钾量的增加呈上升趋势，在施钾量81 kg/hm2（N2K3）时最高，且各处理间没有显著性差异。施钾对秋茶百芽重有显著影响，施钾量在54～81 kg/hm2（N2K3、N2K2）时较对照（N2K0）高11.8%～12.1%。施钾对叶片含水率的影响不显著。经统计分析，施钾对各轮茶叶产量及总产量有显著影响，较对照（N2K0）增产15.8%～23.6%，在施钾量81 kg/hm2（N2K3）时达到最高产量，但各施钾处理之间产量差异不显著。

表5 不同钾处理产量及构成因子比较

2.5 滴灌条件下钾水平对茶叶芽稍叶绿素含量的影响

由表6可知，在施氮量为75 kg/hm2的基础上，叶绿素a含量随施钾量的增加而增加，施钾量81 kg/hm2时（N2K3）显著高于其他处理，且比对照（N2K0）高29.4%。同样施钾量81 kg/hm2时（N2K3）的叶绿素b含量显著高于其他处理。钾对叶绿素总量的影响趋势同叶绿素a含量一致，施钾量81 kg/hm2时（N2K3）显著高于其他处理，且比对照（N2K0）高34.8%，其他施钾处理对叶绿素总量影响不显著。而各处理之间的叶绿素a/b均没有显著性差异。

表6 不同钾处理叶绿素含量比较

2.6 滴灌条件下钾水平对茶叶品质成分的影响

由表7，在施氮量为75 kg/hm2的基础上，游离氨基酸含量随着施钾量的增加先增加后趋于稳定，在施钾量54～81 kg/hm2（N2K2和N2K3）范围内变化不大，各施钾处理显著高于对照且增加7.3%～9.9%；茶多酚含量随着施钾量的增加先增加后降低，各处理之间均无显著性差异；咖啡碱及含量随施钾量的增加而增加，其中施钾量81 kg/hm2（N2K3）时显著高于其他处理，较对照（N2K0）增加8.7 %；儿茶素含量随施钾量的增加先增加后降低，在施钾量54 kg/hm2（N2K2）时显著高于其他处理，较对照增加15.7%；水浸出物含量随施钾量的增加先增加后降低，各处理之间无显著性差异；酚氨比并没有随着施钾量的增加表现出一致的变化趋势，在施钾量27 kg/hm2时取得最小值，但各处理间差异不显著（图2）。

图2 酚氨比随钾水平变化

表7 不同钾处理品质成分比较

3 讨 论

施氮对茶叶芽头密度、百芽重及鲜叶产量的提高有显著地促进作用，但随着施氮量的继续增加茶叶产量基本不再增加甚至会下降[11-12]。出现这种现象的原因可能是过量施氮使茶树产生肥害，制约了芽叶的生长，使芽叶形成能力不变甚至下降[13]。本研究表明滴灌条件下秋季施氮量75～105 kg/hm2时取得较高产量。这一结果略低于普通开沟施肥模式下的施氮量，与唐颢等[3]得到的滴灌条件下最佳施氮量基本一致，并且滴灌施肥较传统开沟施肥增产3.4%～9.3%，达到了节肥增产的效果。

本研究结果表明施氮可以提高叶绿素a含量，对叶绿素b含量没有显著影响，滴灌条件下施氮量为105 kg/hm2时叶绿素总量最高。这一结果与苏有健等[14]得到的结果相似，氮水平对茶叶叶绿素a的影响程度高于叶绿素b且叶绿素a含量会随施氮量的增加不断增加。氮肥的施用有利于提高芽稍叶绿素含量，进而促进茶树的光合作用和营养物质的积累，提高茶叶的产量与品质。

合理的施氮量会对茶叶品质产生积极影响，显著提高茶叶氨基酸、咖啡碱、儿茶素及水浸出物含量，但施氮量超过一定范围会对茶叶品质产生消极影响[12]。而针对茶多酚含量随施氮量的变化关系至今仍有很大争议，有学者[15]认为施氮促进茶多酚含量的增加，也有部分学者[16-17]认为施氮会减少茶叶中茶多酚的含量。造成这种结果的原因主要是施氮导致生长加快而造成的稀释效应，如果考虑到生长效应，在施氮量增加时，茶多酚含量仍然增加[18]。普遍认为合理施氮可以降低茶叶酚氨比，提高茶叶品质。唐颢等[3]试验结果表明秋季施氮量为135 kg/hm2时茶多酚、氨基酸含量取得最大值，咖啡碱、水浸出物含量在施氮量90 kg/hm2时取得最大值。本研究发现滴灌条件下在施钾量为54 kg/hm2的基础上，秋季施氮量为105 kg/hm2时游离氨基酸、咖啡碱含量最高，酚氨比最小；施氮量为75 kg/hm2时茶多酚、水浸出物含量最高。结果表明，茶叶品质不仅受施氮量的影响，但合理施氮可以显著提高茶叶品质。

钾可以参与茶叶的各种生化过程，不仅能够加强光合作用，累积营养；还能调节根部吸水，提高抗旱能力；钾还是茶叶中多种酶的活化剂，提高茶叶抗逆性，保护茶叶健康，提高茶叶产量[19]。本试验在滴灌施氮量75 kg/hm2的基础上，鲜叶产量随秋季施钾量的增加而增加，在施钾量为81 kg/hm2时达到最大产量1 711.37 kg/hm2，比不施钾处理增产23.58%，这一结果略高于其他学者得到的实验结果[20]。究其原因：一方面与土壤速效钾含量低有关，试验地土壤速效钾含量为72.94 mg/kg，依据有关茶叶生产土壤肥力标准，该地块速效钾含量为III级（较差），远达不到优质高产茶园速效钾肥力标准[21-22]。另一方面，本试验地块土壤pH值为4.96，有研究表明，钾肥的施用效果受土壤pH值影响，随着pH值的降低而降低，如pH值为5.5时的茶叶产量为100%，则施同样的钾肥pH值为5.2时产量降至80%，pH值为5.2、4.8和4.5时分别为70%、60%和50 %[22]。

钾能提高叶绿素含量，保持叶绿体的片层结构，促进茶叶对光能的吸收以及光合磷酸化作用和光合作用中CO2的固定过程[23]。吕梅等[24]通过试验得出氮：钾为1.5∶1时茶叶叶绿素含量最高。本研究表明，滴灌条件下在施氮量为75 kg/hm2的基础上，叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量均随施钾量的增加而增加，在秋季施钾量为81 kg/hm2时最高，该结论与前人的研究结果基本一致，低钾胁迫会降低茶叶叶绿素含量，影响光合作用进程。

钾对茶叶品质的影响表现在提升茶叶的生理功能上，能够协同氮起到促进蛋白质、氨基酸合成的作用，同时还有利于碳水化合物的合成和运输，促进单糖的转化和运移。研究表明，钾对茶叶中氨基酸水浸出物含量的提高有促进作用[25]。钟秋生等[26]研究表明咖啡碱含量随施钾量的增加而增加，而茶多酚含量和酚氨比随施钾量的增加而降低。Ruan等[27]认为黑茶游离氨基酸、咖啡碱茶多酚含量随施钾量的增加而增加。田甜等[15]认为氮：钾为2.67∶1时茶叶品质最优。本研究表明，滴灌条件下在施氮量为75 kg/hm2的基础上，秋季施钾量54 kg/hm2时游离氨基酸总量、茶多酚、水浸出物含量最高，施钾量为81 kg/hm2时咖啡碱含量最高，施钾量为90 kg/hm2时酚氨比最小。

施肥对茶叶产量和品质的影响是复杂的，综合性的。本文仅从不同氮钾肥施用量的角度出发，探究其对茶叶产量及品质的影响。单一元素不能满足茶叶增产提质的需求，合理的肥料配施对茶叶产量与品质的提升有更积极地促进作用。另外茶叶品种[13]、树龄[28]、地域[29]等因素也会对肥料施用量产生影响。

4 结 论

综合所有施肥处理，滴灌条件下在施氮量75～105 kg/hm2，施钾量54～81 kg/hm2时取得最高秋茶产量（N2K2、N3K2和N2K3）、最高叶绿素总量（N3K2和N2K3）和最高儿茶素含量（N2K2）；在施氮量105 kg/hm2，施钾量54 kg/hm2（N3K2）时取得最高咖啡碱含量和最小酚氨比；各处理对秋茶水浸出物含量均无显著影响。因此，本试验中施氮量105 kg/hm2、施钾量54 kg/hm2（N3K2）对秋茶增产提质的促进作用最显著。

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Improving yield and quality of autumn tea with drip irrigation under appropriate nitrogen and potassium fertilization

Pang Yonglei1,4, Wang Fengxin1※, Huang Zejun1, Li Bin2, Hu Fangdong3, Xia Yingsan3

(1.,,100083,; 2.,276800,; 3..,,276800,; 4..,,250000,.)

China is a country with the highest tea production and planting area in the world, but the average yield per unit area is low and the production scale of high-quality tea develops very slowly. Unreasonable fertilization is one of the key factors restricting the improvement of yield and quality of tea. Field experiment was conducted to study the effect of different nitrogen (pure N) fertilization levels (0 kg/hm2, N0; 45 kg/hm2, N1; 75 kg/hm2, N2; 105 kg/hm2, N3) and potassium (K2O) fertilization levels (0 kg/hm2, K0; 27 kg/hm2, K1; 54 kg/hm2, K2; 81 kg/hm2, K3) on autumn tea yield and quality under drip irrigation in Rizhao, Shandong Province from May to October in 2018. The results showed that the yield of autumn tea increased with the increase of nitrogen fertilization in the range of 0-75 kg/hm2, then reached the maximum value in the range of 75-105 kg/hm2(N3K2 and N2K2). Nitrogen fertilization could significantly increase the content of chlorophyll a and total chlorophyll but had no significant effect on chlorophyll b, the chlorophyll content was the highest at a nitrogen fertilization rate of 105 kg/hm2(N3K2). The content of amino acid, caffeine and water extract of each nitrogen treatment increased with the increase of nitrogen fertilization rate, and the maximum value was obtained at the nitrogen fertilization rate of 105 kg/hm2(N3K2). The ratio of phenol to amino acid was applied to nitrogen reached a minimum value of 10.97 at the nitrogen fertilization of 105 kg/hm2(N3K2) which was significantly lower than other treatments. The maximum content of tea polyphenols was obtained at the nitrogen fertilization amount of 75 kg/hm2(N2K2). The yield of autumn tea increased with the increase of potassium fertilization and reached the maximum yield of 1 711.37 kg/hm2(N2K3) when the potassium fertilization amount was 81 kg/hm2, which was 23.58% higher than that the treatment without potassium fertilization. All the treatments with potassium fertilization had a significantly higher yield of autumn tea than the N2K0 treatment, however, there was no significant difference between the potassium fertilization treatments. Potassium fertilization promoted the content of chlorophyll a, chlorophyll b and total chlorophyll, and when potassium fertilization rate was 81 kg/hm2(N2K3), chlorophyll content was the highest. The content of caffeine reached the maximum at the potassium fertilization rate of 81 kg/hm2(N2K3). The content of amino acids, tea polyphenol, and water extracts respectively reached a maximum at the potassium fertilization amount of 54 kg/hm2(N2K2). The ratio of phenol to amino acid reached a minimum value kg/hm2of 11.49 when potassium was applied at 27 kg/hm2(N2K1). Comprehensively thinking of yield and quality of all fertilization treatments, the highest autumn tea yield (N2K2, N3K2 and N2K3) and chlorophyll content (N3K2 and N2K3) were obtained at the nitrogen fertilization rate of 75-105 kg/hm2and potassium fertilization rate of 54-81 kg/hm2, while the nitrogen fertilization rate of 105 kg/hm2and potassium fertilization rate of 54 kg/hm2(N3K2) obtained the maximum content of caffeine and minimum ratio of phenol to amino acid. All treatments had no significant effect on the content of autumn tea water extracts. Therefore, the nitrogen fertilization amount of 105 kg/hm2and potassium fertilization amount of 54 kg/hm2(N3K2) had the most significant promoting effect on the yield and quality of autumn tea and was recommended as an optimal combination for fertilization management.

drip irrigation; autumn tea; nitrogen fertilization; potassium fertilization; yield; quality

庞永磊，王凤新，黄泽军，李 斌，胡芳东，夏英三. 适宜施氮钾水平提高滴灌秋茶的产量及品质[J]. 农业工程学报，2019，35(24)：98－103. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.012 http://www.tcsae.org

Pang Yonglei, Wang Fengxin, Huang Zejun, Li Bin, Hu Fangdong, Xia Yingsan. Improving yield and quality of autumn tea with drip irrigation under appropriate nitrogen and potassium fertilization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 98－103. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.012 http://www.tcsae.org

2019-05-05

2019-10-10

水利部公益性行业科研专项基金项目（201501017）

庞永磊，主要从事灌溉排水理论与新技术方面研究。Email：ylei_pang@163.com

王凤新，教授，博士，博士生导师，主要从事农业水土工程方面的研究。Email：fxinwang@cau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.012

S275.6；S571.1

A

1002-6819(2019)-24-0098-06