茶树养分综合管理与减肥增效技术研究

阮建云，马立锋，伊晓云，石元值，倪康，刘美雅，张群锋

茶树养分综合管理与减肥增效技术研究

阮建云，马立锋，伊晓云，石元值，倪康，刘美雅，张群锋

中国农业科学院茶叶研究所，浙江 杭州 310008

茶叶产业是我国南方具有比较优势的特色农业和农民增收的支柱产业，但是我国当前茶园施肥中存在较多问题，主要表现为过量施肥、茶树专用肥占比少、有机养分替代率较低和表面撒施等落后施用方法，造成养分损失大、生产成本升高、环境风险增大。针对这些问题，本文从精准养分用量、有机肥替代部分化肥、调整肥料结构、改进施肥方法和配套土壤改良等5个方面总结提出了茶园养分综合管理技术策略，建立了茶园氮素总量控制、磷钾基准配比和用量基准，提出有机肥替代部分化肥的适宜比例与技术，研制茶树专用肥基础配方和稳铵缓释功能性肥料，改进优化追肥时期、深施与机械施肥相结合的施肥方法。茶园养分综合管理技术在农民/合作社生产茶园示范应用过程中节本增效效果显著。

茶树；养分综合管理；减肥；氮素总量控制；养分基准配比

茶叶是我国重要的经济作物，也是具有较强优势的传统产业。进入21世纪以来，我国茶产业发展迅猛，面积、产量和产值不断扩大。到2017年我国茶园面积284.87万hm2，2018年茶叶产量达到了261万t（国家统计局，http://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01）。茶园采摘面积和茶叶产量位居世界第一，茶叶产业已成为优势产区的特色产业和农民增收的支柱产业，以及中西部欠发达地区脱贫产业，为实现“两个一百年”奋斗目标做出了切实的贡献。但是，我国茶园主要分布于红黄壤地区，茶园土壤肥力不高，茶园化学肥料投入量大而利用效率偏低，既降低经济效益，也易造成环境危害。如何降低养分特别是化学肥料的投入，提高茶园养分利用效率，促进茶叶绿色发展是一个重大挑战。本文总结了近十年来在茶园施肥方面的工作，针对我国茶园施肥中存在的问题，建立了茶园养分综合管理技术策略，从精准养分用量、有机肥替代部分化肥、调整肥料结构、改进施肥方法和配套土壤改良等5个方面提出了技术措施。

1 我国茶园施肥现状及与国际主要产茶国的比较

根据国家茶产业技术体系对我国主要茶区施肥情况调查[1]，我国茶园的养分投入总量（N+P2O5+K2O）平均为796 kg·hm-2，分省年均氮素投入量280~744 kg·hm-2，平均491 kg·hm-2；磷（P2O5）投入量71~241 kg·hm-2，平均147 kg·hm-2；钾（K2O）投入量75~242 kg·hm-2，平均158 kg·hm-2。按养分总量投入计算，约36%的茶园属于养分高投入（总养分≥750 kg·hm-2）。根据茶叶产量水平和养分含量，估算新梢N、P2O5和K2O的输出/输入比例分别为10.6%、10.2%和19.0%，养分利用效率总体较低。茶园N∶P2O5∶K2O养分使用比例平均为1∶0.32∶0.34，显示磷钾肥用量比例与过去相比有了较大提高，偏施氮的现象有所改善[2]，但是施用的复合肥中等养分比例高浓度复合肥（如15-15-15）约占80%，相比茶树旺盛营养生长对氮素需求较高，磷、钾养分投入过量问题开始凸显。从养分投入组成来看，有机肥养分年用量（纯养分计）35~1 200 kg·hm-2，平均占茶园养分总投入的15%，其中有机肥N、P2O5和K2O投入量分别为49、32 kg·hm-2和40 kg·hm-2，占养分总投入的10%、22%和25%。我国部分省份有机肥施用普及程度很低，茶区推行有机肥替代化肥仍有较大推广空间。在使用方法方面，撒施是普遍采用的施肥方式。撒施的肥料主要落于地表，径流损失大，而且养分也主要分布于表面，由于根系趋肥特性，造成深层根系减少，降低茶树对水分干旱等的抗性。与国际上主要产茶国相比，我国茶园氮素养分用量明显偏高[3-4]（表1）。如以红茶为主的印度、斯里兰卡和肯尼亚，茶叶平均产量约为我国的1.5~2.1倍，氮施肥量一般低于300 kg·hm-2。以绿茶为主的日本，茶园氮肥平均用量（推荐）为540 kg·hm-2，但是日本茶叶平均产量为1 840 kg·hm-2，为我国1.8倍。

从国外经验来看，日本历史上经历了一段过量施肥的时间。上个世纪80年代茶园氮肥用量一度超过1 000 kg·hm-2，造成土壤酸化严重、地下水污染加剧和温室气体排放明显增加等严重环境问题。据一项对70个茶场的调查结果显示[5]，77%的茶园土壤pH低于4.0，pH 3.0以下的茶园占9%，最低pH为2.7。茶园地表和浅层地下水硝酸根的质量浓度达到了15~61 mg·L-1，全部超过允许标准（10 mg·L-1）；随着茶园氮肥用量的增加，茶园附近深层地下水硝酸根浓度不断增加，从1971年的1 mg·L-1增加到1983年的10 mg·L-1，到1988年进一步增加到25 mg·L-1。研究发现，过量施氮肥是茶园地表和地下水硝酸根浓度超标的主要原因[6]。因过量施用化肥或有机肥，日本茶园N2O年排放量折合纯氮达到39~45 kg·hm-2，排放速率达到2.0~8.5 mg·m-2·h-1，超过大田作物的0.054 mg·m-2·h-1[7]。意识到过量施肥带来的严重问题，进入新世纪以来，日本大力推动茶园肥料减施行动[4]。1993年以前日本茶园氮肥超过1 000 kg·hm-2，1998年下降为750 kg·hm-2，2005年减少到约600 kg·hm-2，目前日本茶园氮肥用量基本稳定在540 kg·hm-2左右。

2 实现茶园科学施肥的主要技术措施

为提高茶园施肥效率，促进茶产业绿色发展，实现化肥零增长和减施的目标，参照养分综合管理技术路径[8]，可以从精准养分用量、有机肥替代部分化肥、调整肥料结构、改进施肥方法和配套土壤改良等5个方面着手（图1）。

注：产量为国际粮农组织统计的2010—2014年平均产量

Note: Yield according to FAO Stat and mean of year 2010-2014

图1 茶树养分综合管理与减肥增效技术路线和主要环节

2.1 精准养分用量

实现茶园化肥减施增效，首先要根据茶树养分吸收需求特性，制定合理但不过量的用量限量标准。茶树的养分需求与茶叶产量、土壤条件、茶叶品质形成关系密切，必须处理好它们之间的关系。我国有绿茶、红茶、乌龙茶、白茶、黄茶、黑茶等茶类，品质要求复杂，茶叶采摘标准多样，茶园立地条件多变，难以直接依据产量水平、土壤条件确定养分用量。考虑到土壤氮、磷、钾等主要养分循环特点，茶叶品质形成中碳氮代谢相互关系的重要性[9]，以及我国现阶段生产高度分散的现状，我们提出了氮素总量控制、磷钾基准养分配比、中微量元素因缺补缺的技术路线，确定茶园养分用量（图1）。

对名优绿茶、大宗茶、春茶名优绿茶+夏秋大宗茶等3种不同生产方式茶园研究表明，茶叶产量和氮素吸收量对氮肥的响应可以用线性加平台或二次曲线模型，适宜的氮素用量为280~470 kg·hm-2（图2），其他研究也显示相似反应模式和用量[10]，茶叶产量对钾肥用量也表现出相似的响应模型[11]。

结合其他田间研究，我们提出氮、磷和钾（N、P2O5、K2O）的初步限量标准是450、150 kg·hm-2和150 kg·hm-2，适宜用量范围根据茶类和产量水平进行调整（表2），总体范围为氮200~450 kg·hm-2，磷（P2O5）、钾（K2O）分别为60~90 kg·hm-2和60~120 kg·hm-2。其中磷钾养分的用量可根据土壤测试结果进行调整，充足时低水平维持施肥，缺乏时高水平补充；南方茶园如云南、福建、广西、广东、江西等地茶园适当配施镁肥[12]，微量元素因缺补缺，只在土壤分析显示缺乏时施用。

2014—2015年，选择浙江、湖北、四川、江苏、湖南、云南、安徽等省15个典型茶园，以当地习惯施肥为对照，对上述指标进行了试验验证。2年的连续试验结果显示，实施精准养分用量施肥养分投入降低39%，产量略有增加（3.6%）（<0.05），养分利用效率（偏生产力PFP）有较大幅度提升（表3）。

注：以不施氮肥处理为100%。名优茶生产方式：只采春茶，采摘标准一芽一叶初展新梢；大宗茶生产方式：全年采摘，采摘标准一芽三叶新梢；名优茶大宗茶混合生产方式：春茶名优茶、夏秋茶大宗茶

表2 总氮控制、磷钾基准养分配比施肥技术茶园养分适宜用量和限量

表3 总氮控制与磷钾基准养分配比施肥技术应用效果（n=16）

注：PFP (kg·kg-1)为产量/养分投入量。*表示<0.05；ns表示无显著差异

Note: PFP (kg·kg-1), yield/nutrient input.* ,<0.05. ns, not significant

2.2 有机肥部分替代化肥

有机肥是重要的养分资源，中国有几千年的有机肥施用历史。在广西桂林、广东清远、贵州铜仁、云南普洱等主要茶区进行的有机肥替代化肥试验显示，以有机肥替代化肥氮的30%，显著提高了茶叶产量、氮素吸收和利用效率（图3），同时降低化学氮肥的使用。但是，有机肥总养分低，氮素有效性不高，氮/磷、氮/钾比例与茶树养分需求不匹配，体积大、运输和施用成本高等。从养分有效性、施用便利性、经济性等角度考虑，综合各地试验，有机肥氮的替代比例以25%~50%较合适，一般不超过50%[13]。有机废弃物、畜禽粪肥等经过微生物制剂发酵处理制成商品有机肥，与化肥等配合可进一步制成有机无机复混肥，或者与明确功能的微生物与腐熟有机堆肥再进行二次固体发酵，制成微生物有机肥。施用微生物有机肥后，肥料效果得到提升[14-18]（表4）。加强适宜茶树养分需求特征的有机肥开发，重视有机肥的标准化生产，提高产品质量，消除农民对商品有机肥肥效不高的疑虑。

2.3 调整化肥产品使用结构

随着化肥工业的发展，新型高效肥料品种不断出现。如茶树专用肥、缓控释长效肥料（包膜肥料、合成缓溶性有机氮肥、合成缓溶性无机氮肥等）、生物炭基复混肥（含有生物质碳）、石灰性肥料。针对茶园普遍使用等比例复合肥的不利情况，根据茶树养分的需求特性，配置养分配比合理的茶树专用肥，是提升施肥效率的重要技术措施。针对我国茶区范围大、茶园土壤肥力变化复杂的情况，可以采用大配方、小调整的策略，我们提出了基础配方为18-8-12-2（N∶P2O5∶K2O∶MgO）的茶树专用肥，在全国各地茶园76个试验点、连续2年试验，平均减施养分投入18%，茶叶产量增产13%，平均每公顷节本增效6 585元（表5），证明该配方具有较好的通用性[20]。在此基础上，可根据土壤状况和茶类特点，进行适当调整。

茶树具有明显的偏铵特性，以铵态氮为主时茶叶生长、产量和游离氨基酸含量明显高于硝态氮营养（图4）[20]。缓控释肥料由于改变了养分的释放特性，许多试验证明特别适合于茶树等多年生作物。将硝化抑制剂与缓释技术相结合，创制具有稳铵、长效的新型肥料，具有显著增产和提升茶叶品质的效果。但是，缓控释肥料价格比较高，而且养分释放特性也发生了明显的变化，需要根据各地土壤和气候条件，提出适宜的施用技术。研究发现，单独使用缓释尿素效果不明显，但与普通尿素结合使用，调节好速效养分和缓释养分之间的关系，土壤氮素养分供应更加平稳，明显提高茶叶产量和氮素利用效率（图5）[21]。

注：CK、N300、N450、N300(OM 30%)分别表示不施氮肥、化肥氮300 kg·hm-2、化肥氮450 kg·hm-2、化肥氮300 kg·hm-2（化肥、有机肥氮各占70%、30%）等4个处理，图中数据为4个田间试验的平均值，以相对于N450处理的百分比表示。REN=(NF-N0)/FN´100，AEN=(YF-Y0)/FN，其中，NF、N0分别为施肥和不施肥处理新梢氮素吸收量，YF、Y0分别为施肥和不施肥处理新梢产量，FN为化肥氮用量

表4 有机无机复混肥和微生物有机肥施用效果

表5 茶树专用肥施用效果[19]

注：养分配比（N-P2O5-K2O-MgO）为18-8-12-2。*表示<0.05，ns表示无显著差异

Note: Nutrient formula (N-P2O5-K2O-MgO): 18-8-12-2. *,<0.05; ns, not significant

2.4 改进施肥方法

根据我国的气候特点，多数茶区茶树新梢的生长期为3—9月，生长周期长达7~8个月。为了保证养分持续稳定的供应，根据茶树年生长规律，需要基肥与追肥结合施用。基肥在采摘停止后施入，目的是补充茶树养分储备，增强茶树在秋冬季的光合作用，提升越冬抗寒能力，追肥在茶树生长期间施用，起到及时补充养分、满足新稍迅速生长的需要。过去的研究表明，分次追肥有利于提高效果，但是过多次数又增加生产成本和劳动力需求，降低生产效益。氮、磷、钾等不同养分在土壤中的变化差异明显，其中氮素转化主要依赖于土壤微生物作用，变化路径和损失途径多而复杂，因此，氮肥需要分次使用以提高效率。在磷、钾等养分转化中化学或物理化学过程起主导作用，损失途径相对较少，研究[11]发现，钾、镁肥作基肥一次性施用与分次追肥没有明显差别。为了平衡成本与效率的关系，我们提出只对氮肥按基肥和追肥实行分次施用，而磷、钾肥一次性施用。氮肥全年用量的30%~40%作为基肥，其余的作为追肥在春茶、夏茶和秋茶前施用。有机肥、复合肥主要用作基肥，速效氮肥主要用作追肥。

图4 氮素形态（铵态氮和硝态氮）对茶树新梢游离氨基酸含量的影响

田间微区15N试验表明，在1月中旬至2月茶树根系生长停止和地上部深度休眠的情况下，茶树根系依然具有较强的氮素吸收、并向地上部转运的能力，吸收的氮素储存于茶树的根系、枝条和成熟叶中，为春季茶树新梢生长重新分配和利用[22]。春茶前追肥时期对春茶期间氮素吸收有重要影响（图6），二者可以二次曲线方程给予表述。由于多数地区茶叶品质以春茶最优，为了促进春茶芽叶早萌发、发得多且整齐，春茶前的追肥时期以采茶前40~60 d为宜。由于茶树叶片具有快速吸收氮素等养分的能力，可以根据需要进行叶面施肥，从而减少土壤施用[23]。

施肥位置显著影响茶树养分的吸收，茶树的根系主要分布在10~30 cm的土层中，研究表明，基肥深施15~20 cm效果最好，表面撒施效果最差（图7）。而对于各季节氮素追肥，由于降水比较充沛，氮素的移动性比较强，研究表明施肥深度的影响比较弱，可以开浅沟施肥或撒施+浅旋耕效果较好。

注：CK为不施肥处理，尿素（Urea）、树脂包膜缓释氮肥（SRF）、缓释氮肥+尿素（SRF60%+Urea40%）等3个处理氮素用量均为300 kg·hm-2，树脂包膜缓释氮肥含硝化抑制剂DCD。不同字母表示显著差异。REN=(NF-N0)/FN´100，AEN= (YF-Y0)/FN，其中，NF、N0分别为施肥和不施肥处理新梢氮素吸收量，YF、Y0分别为施肥和不施肥处理新梢产量，FN为化肥氮用量

2.5 配套改良土壤

茶叶产量和品质并不单单取决于施肥，土壤物理性状也十分重要，疏松、结构良好的土壤对茶叶品质影响巨大。耕作是一种有效的技术手段，可以提升土壤pH、降低土壤容重改善通透性，改变土壤的水热状况，促进土壤微生物的生长和繁衍，提高土壤无机氮等养分供应，改善养分的空间移动特性，促进茶树对氮素等养分的吸收利用，提高茶叶产量和氨基酸含量，改善茶叶品质（表6）。

图6 春茶氮素吸收利用与早春追肥和采摘间隔天数的关系

注：施用部位：表面撒施、开沟5 cm和15 cm深施肥、表面撒施+浅旋耕混匀

注：*表示<0.05，ns表示无显著差异

Note: Different letters following data of the same line indicate insignificant difference between no tillage and tillage

3 结论

我国当前茶园施肥存在主要问题为，区域或农户养分用量变异大，约36%的茶园过量施肥，养分利用效率低；通用复合肥是磷钾养分的主要来源，茶树专用肥占比低；有机肥施用普及性不足，有机养分替代率较低；表面撒施占有相当比例，施用方法落后，造成养分损失高。针对这些问题，总结提出了茶园养分综合管理技术策略，以氮素总量控制、磷钾基准配比、中微量元素因缺补缺精准茶园养分用量，以茶树专用肥、新型功能性肥料调整通用复合肥和速效肥为主的肥料结构，以适宜比例推动有机肥替代部分化肥，把握分次施肥时期，深施肥料与机械施肥，改进施肥方法。在9个农民/合作社生产茶园示范应用显示，应用综合养分管理技术平均减少养分投入42%、产量增加9%，茶叶品质成分氨基酸、茶多酚含量略有增加，每公顷茶园节本增效4 410元。

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Integrated Nutrient Management in Tea Plantation to Reduce Chemical Fertilizer and Increase Nutrient Use Efficiency

RUAN Jianyun, MA Lifeng, YI Xiaoyun, SHI Yuanzhi, NI Kang, LIU Meiya, ZHANG Qunfeng

Tea Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310008, China

Tea is an important agricultural industry with great comparative advantage in southern China. However, there are some problems in tea fertilization inducing large nutrient loss, higher production cost and environmental risks. These problems are mainly excessive nutrient input, low proportion of specialized compound fertilizer for tea, low substitution rate of organic nutrients and low efficient application methods such as surface broadcasting. This paper summarized previous results and formulated a technical strategy of integrated nutrient management in tea plantation (INMT) including optimizing nutrient input amounts, properly replacing part of chemical fertilizer with organic fertilizers, choosing right fertilizer products, improving fertilization methods and ameliorating soil properties. Optimization of nutrient input amounts was achieved by controlling whole annual N input on the basis of tea type and yield level, and P and K on their relevant ratio to N and soil test if available. Limits of top input for these nutrients were suggested. Reasonable replacement ratio of organic fertilizer was recommended at 25%-50% of the total N input. A compound fertilizer with specialized formula for tea was developed and tested in more than 70 plantations across the main tea producing areas, efficiently increasing yield and quality while saving nutrient input. Fertilizer application was improved through changing topdressing period and adopting deep and mechanical application.Integrated nutrient management of tea was evaluated in 9 farmers’ and cooperative tea plantations. The average yield was increased by 9% in contrast with 42% reduction of average nutrient input. The tea quality was maintained or improved as indicated by slightly increased contents of amino acids and tea polyphenols.

, integrated nutrient management, reduction of chemical fertilizer, total nitrogen supply strategy, NPK relevant ratio

S571.1；S154.1

A

1000-369X（2020）01-085-11

2019-07-17

2019-08-26

国家重点研发项目（2016YFD0200900）、中国农业科学院农业科技创新工程（CAAS-ASTIP-2018-TRICAAS）、国家茶叶产业技术体系（CARS23）

阮建云，男，博士，研究员，主要从事茶树栽培与养分管理方面的研究，jruan@mail.tricaas.com