菜籽饼肥施用深度对茶叶产量、品质和氮素利用的影响

江新凤, 孙永明, 童忠飞*, 王新民,黄尚书, 李阜光, 李琛, 江亮辉

(1.江西省蚕桑茶叶研究所, 江西省茶叶质量与安全控制重点实验室，南昌 330043；2.江西省经济作物研究所，南昌 330046；3.江西省红壤研究所，江西 进贤 331717)

茶产业是江西省重要的传统产业，在江西省农村脱贫攻坚、乡村振兴过程中起着举足轻重的作用[1-2]。该省大部分茶园是以红壤为主的坡地茶园，因此，为追求产量常过量使用化肥。化肥过量易导致氮、磷等营养元素随地表径流迅速流失，加大坡地茶园下游土壤的富营养化[3]。部分茶农为追求高经济效益，还存在单施、偏施化肥或随意撒施等不合理施肥方式[4]，进一步导致茶园土壤肥力退化、茶叶产量和品质下降等[5]，不恰当的施肥已成为制约茶园健康可持续发展的重要因素。为解决茶业种植过程中化肥、农药等无机品的过量使用问题，进一步促进茶产业提质增效，农业部先后发布了《果、菜、茶有机肥替代化肥行动方案》和《2020年化肥使用零增长行动方案》，示范推广茶园多样化的有机替代、化肥减施增效技术，江西省多个茶叶主产县成为国家有机肥替代化肥示范县之一[6-7]。研究表明，施用有机肥或有机、无机配施可有效改良土壤结构、提高土壤肥力、提升茶叶的产量和品质[6-8]，对发展绿色生态农业，实施乡村振兴战略具有十分重要的现实意义。然而，有机肥(诸如菜籽饼肥)具体施肥措施和施肥深度研究较少，大部分只是提出了指导性施肥意见，未涉及施肥深度对茶叶产量、品质及氮素利用的影响[7,9]。也有研究发现，沟施在一定程度上可增加茶叶产量、改善品质，提高茶园土壤的基本肥力状况[10]，但覆膜可能会造成新的污染。施用有机肥的氮素利用研究主要集中于农田[11-13]，而茶园有机肥替代化肥条件下对氮素利用的研究较少。目前，在江西茶园内，茶农习惯使用菜籽饼肥作为茶园基肥之一，传统施肥中为节省成本通常采用一次性地表撒施或者表面开沟的施肥方式，因此，易造成肥料资源的浪费，影响肥料的高效利用和吸收。随着现代茶园机械化的发展，机械开沟一次性施肥势必会替代传统的施肥方式，尤其是全国都在进行茶园有机肥替代的前提下，系统研究菜籽饼肥不同基肥深度下茶叶产量、茶叶品质、土壤养分的差异，分析施肥深度对茶叶产量、品质及氮素利用的影响具有重要意义。本研究探究了菜籽饼肥基肥在江西茶丘陵茶园实现高产、高效、稳产的适宜施肥深度，并进一步明确其高效高产的作用机理，为江西茶叶产区施用菜籽饼肥作为茶园基肥的推广应用、为江西茶园合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地状况

试验地位于江西省蚕桑茶叶研究所茶叶试验基地内(N28°22′20″, E116°0′6″)，地属亚热带季风湿润气候，雨量充沛，四季分明。地形为典型低丘，茶园土壤为红壤，土层深厚、肥力中等。0—30 cm耕层土壤pH 3.88，含有机质22.70 g·kg-1、全氮1.33 g·kg-1、碱解氮132.50 mg·kg-1、速效磷63.52 mg·kg-1、速效钾101.83 mg·kg-1，土壤田间持水量21.1%，土壤容重1.5 g·cm-3。

1.2 试验设计

供试茶树品种树为福鼎大白，于2018年选择自然生态环境和茶树生长状态基本一致的成龄茶园(树龄7 a)作为试验地块，施肥深度试验以当地习惯性施肥深度30 cm为对照(CK)，按照由表向里分别设置施肥深度为0(FD1)、10(FD2)、20(FD3)、40(FD4)和50(FD5)cm，同时设置不施肥处理(CK0)。施肥方式除FD1表施外其余处理采用沟施，施用量均为6 t·hm-2菜籽饼肥(购自江西省绿田农业科技有限公司)，总养分10.45%、pH 5.88、N 6.23%、P2O52.82%、K2O 1.40%，所有肥料于每年11月下旬一次性施入。

1.3 测定项目与方法

1.3.1茶叶产量及产量性状 于2020年春茶采摘期(3月27日)，各小区随机选取3个样方，样方面积0.108 9 m2(33 cm×33 cm)，调查样方内茶芽数，计算芽密度(个·m-2)；同时每小区样方内采摘一芽二叶茶芽，随机选择100个称重，记录百芽重(g)；采集样方内的鲜叶称重，记作鲜叶重(kg·m-2)；并记录春茶采摘期每小区各批次鲜叶重量之和，计算产量(kg·hm-2)。

1.3.2茶叶品质指标 2020年3月27日采摘不同处理鲜叶(一芽二叶)按制样的要求制作蒸青样品待测。水浸出物参照《GB/T 8305—2013 茶水浸出物测定》进行测定；游离氨基酸参照《GB/T 8314—2013 茶游离氨基酸总量的测定》进行测定；茶多酚参照《GB/T 8313—2018 茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》进行测定；咖啡碱参照《GB/T 8312—2013 茶咖啡碱测定》进行测定。

1.3.3土壤养分指标 于2020年6月上旬采集0—30 cm土层土壤样品，每个小区随机选取3个样点，每个样点按茶行中间(距茶树0.5 m左右)、茶行附近(距茶树0.1 m左右)各采集0—30 cm土样，然后将同一小区不同样点的土样混匀、风干、过筛，测定有机质及速效养分含量[14]。其中，土壤pH采用复合电极法测定(土水比：1∶2.5)；土壤有机质(organic matter，OM)含量采用重铬酸钾氧化还原滴定法测定；碱解氮(available nitrogen，AN)含量采用碱解扩散法测定；有效磷(available phosphorus，AP)含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾(available kalium，AK)含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定。

1.3.4氮肥偏生产量 参照以下公式计算氮肥偏生产力(partial productivity of nitrogen fertilizer，NPFP)、氮肥农学效率(nitrogen agronomic efficiency，NAE)和氮肥利用效率(nitrogen use efficiency，NUE)[15-16]。

NPFP(kg·kg-1)=施氮后的茶叶产量/施氮量

(1)

NAE(kg·kg-1)=(施氮后茶叶产量-不施氮茶叶产量)/施氮量

(2)

NUE=[(施氮处理茶树鲜叶氮含量-不施氮处理茶树鲜叶氮含量)/施氮量]×100%

(3)

经测试后计算，除CK0处理外，本试验各处理施氮量为373.8 kg·hm-2。

1.4 数据处理

数据处理采用SPSS 26.0统计软件，进行显著性检验(单因素方差分析-LSD，P<0.05)。采用Microsoft Excel 2010软件对数据进行前期处理及图片绘制。

2 结果和分析

2.1 施肥深度对茶叶产量的影响

由表1可知，与常规施肥深度(CK)相比，施肥深度变浅或加深均会使茶树发芽密度有所降低，其中，FD5处理的降幅最大，为26.72%，FD1、FD2、FD3和 FD4处理的降幅分别为9.46%、5.75%、2.78%和15.03%；与不施肥处理(CK0)相比，除FD5处理外，FD1、FD2、FD3、CK、FD4处理的发芽密度增加，增幅分别为18.74%、23.60%、27.49%、31.14%、11.44%；CK和FD1、FD2、FD3处理的发芽密度显著高于CK0和FD5处理。由此表明，当施肥深度小于30 cm，茶树发芽密度随施肥深度增加有增加的趋势；而施肥深度大于30 cm则逐渐降低，即施肥能明显改善茶树的发芽密度，但施肥深度不宜过深。FD1、FD2、FD3处理百芽重显著高于两个对照处理(CK和CK0)及FD4、FD5处理；FD1、FD2、FD3、CK、FD4、FD5处理较CK0处理分别增加21.91%、48.59%、54.23%、40.63%、16.20%和9.98%。由此表明，施肥显著提高了茶树的百芽重，能明显增加茶树的鲜叶重量。对不同处理的鲜叶重进行比较，结果(表1)表明，FD3处理的鲜叶重最高，较CK增加10.81%，但两者间差异不显著；FD1、FD2、FD3处理显著高于CK0，较CK0显著增加33.93%、46.43%、32.14%。

表1 不同处理下茶叶的产量

2.2 施肥深度对茶叶品质的影响

对不同施肥深度处理的茶叶品质进行分析，结果(表2)表明，施肥深度对茶叶水浸出物及氨基酸含量有显著影响，对咖啡碱和茶多酚含量无影响。其中，FD3处理茶叶水浸出物显著高于其他处理，较CK显著增加5.27%，较CK0显著增加7.74%；其余处理间差异不显著，水浸出物含量42%～46%。不同施肥深度处理茶叶的氨基酸含量为3.2%～3.6%；施肥处理均显著高于不施肥处理(CK0)，FD1、FD2、FD3、CK、FD4、FD5处理茶叶氨基酸含量较CK0分别显著增加8.33%、10.26%、14.10%、8.65%、5.77%、2.89%，即施肥能有效提高茶叶中氨基酸含量，但不同施肥深度处理间差异不显著。计算不同处理茶叶的酚氨比，结果表明，FD1、FD2、FD3、CK、FD4、FD5处理的酚氨比分别为6.68、6.69、6.63、6.72、6.73和6.71，说明不同深度施菜籽饼肥对茶树鲜叶酚氨比无显著影响。

表2 不同处理下茶叶的品质

2.3 施肥深度对土壤有机质及速效养分的影响

对不同处理下土壤养分进行比较，结果(表3)表明，施肥对土壤pH和有机质含量有显著影响，对土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量无显著影响。除FD5处理外，不同施肥深度处理土壤pH均高于CK0(2017年测得混合土壤样品pH 3.88)，其中，FD3和CK处理土壤pH均大于4。且施肥处理土壤有机质含量为7.66～17.13 g·kg-1，FD1、FD2、FD3、CK、FD4、FD5处理较CK0处理分别显著增加43.44%、68.81%、75.46%、67.62%、36.56%、33.74%；不同施肥深度处理间土壤有机质含量差异不显著。

表3 不同处理下0—30 cm土层的土壤养分

2.4 施肥深度对氮素利用效率的影响

施肥深度对氮素吸收利用有显著影响(表4)，氮肥偏生产率、氮肥农学效率、氮肥利用率均呈现随施肥深度增加先升高后降低的趋势。FD2和FD3处理氮肥偏生产力较CK分别提高了10.86%、1.39%；FD1、FD4、FD5处理较CK分别降低了2.21%、10.80%、22.49%；FD3、FD2、FD1和CK处理的氮肥偏生产力显著高于FD4和FD5处理。FD3和FD1处理氮肥农学效率较CK增加9.49%、5.50%；FD2、FD4、FD5处理较CK分别降低1.14%、26.76%、62.24%；其中，FD5处理的氮肥农学效率最低，为1.99 kg·kg-1，显著低于其他处理。FD3处理的氮肥利用率最高，为35.48%；其次为FD2(34.23%)和FD1处理(24.96)；FD4、FD5处理氮肥利用率显著低于FD3、FD2处理。氮素表观平衡表现为:FD5>FD4>FD1>CK>FD2>FD3。

表4 不同处理下茶树的氮肥利用效率

2.5 施肥深度与鲜叶产量和氮素利用的关系

施肥深度与鲜叶重、氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥利用率显著相关，随着施肥深度的增加呈现单峰曲线(图1)。对茶叶鲜叶重(预测产量)与施肥深度间关系进行模拟符合二次曲线关系(图1)：y=-2.083 3x2+72.738x+7 202.4(R2=0.931 6)，由方程计算可知，2020年茶树鲜叶最优产量为7 838.86 kg·hm-2，最佳施肥深度是17.46 cm。氮肥偏生产力与施肥深度的曲线方程为：y=-0.004 5x2+0.155 4x+15.415 0(R2=0.931 1)，即施肥深度为17.27 cm时氮肥偏生产力达到峰值；氮肥农学效率与施肥深度的曲线方程为：y=-0.028 0x2+0.074 2x+5.288 6(R2=0.957 0)，即施肥深度为13.25 cm时氮肥农学效率达到峰值；氮肥利用率和施肥深度的曲线方程为：y=-0.014 1x2+0.338 2x+28.487 0(R2=0.710 0)，即施肥深度为11.99 cm时，氮肥农学效率最好。综合菜籽饼肥不同施用深度与鲜叶重、氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥利用率曲线模拟的结果，施用深度11～18 cm时更利于菜籽饼肥氮素释放及茶树的吸收和利用。

注：*表示相关在P<0.05水平显著。

3 讨论

江西是传统的产茶省，茶园管理趋于经验化。倪康等[3]研究表明有机肥在我国茶园施用的普及率约为46%，各省间存在较大差异，江西省有机肥施用比例仅为32%，远低于全国平均水平，在调查省份中居第13位(共调查14个省份)，而化肥投入量是全国平均水平的1.5倍。施用有机肥有利于提高茶叶品质，但有机肥来源广泛且施用比例存在差异，对茶叶品质的影响存在差异[17-19]。基于此，结合江西省茶园施肥的实际情况，本研究选用菜籽饼肥(设置施氮量为373.8 kg·hm-2)研究了不同施肥深度对茶树产量、品质和氮素利用效率的影响。江西省茶园管理中施肥主要为开沟施和撒施。撒施是众多茶农习惯的施肥方式，可以节省劳动成本，但研究表明，化肥撒施短期内对茶叶产量无明显影响，但会显著增加氨的挥发，施肥后10 d氨挥发率达25.9%，推荐茶园秋季施基肥以15 cm左右深度较好，春季施催芽肥以撒施后拌土较好[20]。程博一等[10]研究表明，沟施能增加茶叶产量并改善品质，提高茶园土壤肥力。本研究表明，施菜籽饼肥能有效提高茶叶产量和品质，改善茶园土壤有效成分，但随着施肥深度的增加产量呈下降趋势。施肥深度≤30 cm时，茶叶中水浸出物、咖啡碱、氨基酸、茶多酚会随深度增加而增加；施肥深度≥30 cm时则随深度的增加逐渐降低。开沟施用菜籽饼肥提高了茶园土壤pH和有机质含量，但效果与施肥深度有关，即随施肥深度的增加呈先升高后降低趋势。通过对施肥深度与氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮肥利用率拟合发现，施肥深度为17.27 cm时，氮肥偏生产力最高；施肥深度为11.99 cm时，氮肥农学效率最好；施肥深度为13.25 cm时，氮肥利用率最为高效。综合菜籽饼肥不同深度条件下茶叶产量、品质以及与氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥利用率曲线模拟的结果表明，茶园中菜籽饼肥的施肥深度在11～18 cm更利于菜籽饼肥释放氮素及茶树吸收和利用，能最大限度地发挥施肥功效，从而取得优质、高产、高效的茶园施肥技术。