复合肥料对茶叶产量、品质及茶园土壤肥力的影响

赵晨光，牛司耘，陈勋，方丽，李海涛，王佩星，沈镔镔，石元值*

（1.中国农业科学院茶叶研究所，杭州 310008；2.通化师范学院，吉林通化 134000；3.湖北省农业科学院果树茶叶研究所，武汉 430064；4.浙江省嵊州市崇仁镇农业技术综合服务站，浙江绍兴 312000）

茶叶是我国重要的经济作物，据统计，2019年中国茶树种植面积近293.3万hm2，居世界首位，而茶树种植管理是劳动力密集型的过程，劳动力成本占总成本的60%以上[1]。近年来，由于农村人口老龄化严重，茶园管理中存在用工困难、人工成本上升等问题。研究表明，在茶园中推广新型复合肥，可减少施肥次数，节约劳动成本，具有重要的现实意义[2-3]。据联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）调查，肥料投入对茶叶增产的贡献率高达40%[4]，且茶园土壤养分供应对茶叶品质有重要影响[5]。茶园由于密集的采摘，茶树营养会随之逐渐损耗，因此，适时适量地给茶树施用肥料，才能满足茶树对营养的需求，提高茶叶产量与品质。研究发现，不同地区土壤肥力不同，因此，茶叶品质成分也存在明显的差异[6]。分析原因为土壤氮素养分的空间异质性会显著影响茶叶中氨基酸含量，且土壤的养分指标与绿茶品质化学成分间存在一定的线性关系[7-8]。因此，加强茶园土壤管理、合理施肥，已成为茶叶生产中最重要的环节。

复合肥由于含有氮、磷、钾等营养元素，养分含量高，施用方便，受到了广大茶树种植者的青睐。施用复合肥不仅能够提高茶叶中氨基酸的含量，改善茶叶品质，还能促进土壤养分趋于平衡。但由于不同的复合肥功能不同，会导致其在茶叶生产过程中的增产提质效果存在明显差异，如碳基复合肥富含有机质和孔隙结构，在提高土壤肥力、促进作物生长和农业固碳减排方面具有较大的应用潜力；脲甲醛复合肥具有养分释放慢、挥发淋溶少、对环境污染小的特点，可缓释控释，从而减少劳动力成本，在茶园中有广阔的应用前景[9-10]。然而目前市场中流通的肥料种类繁多，质量参差不齐，并且不同地区、茶树品种对养分的需求也存在差异。基于此，本研究旨在分析不同肥料对茶树生长及茶园土壤肥力的影响，以期为茶园肥料选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试茶园概况

茶园位于浙江省嵊州市崇仁镇棉里湾东风茶场（120°40′41.45″W，29°35′46.62″N）。试验茶园地势平坦，采用当地习惯高产茶园管理模式，茶园春、夏、秋季均进行采摘，其中春茶前期人工手采名优茶，春茶后期及夏、秋茶均进行机械化采摘大宗茶（本研究中夏茶和秋茶采摘时间接近，因此统一以夏秋茶进行分析），茶园土壤基础理化性质见表1。

表1 土壤基础理化性质Table 1 Physical and chemical properties of soil foundation

1.2 试验设计

供试品种为龙井43，10龄茶树，每个小区4行茶树，每行长50 m，宽1.5 m，小区间设有隔离行，机采树冠，采用当地习惯高产茶园管理模式。试验于2018年9月3日开始，进行2年，每年均采用“一基两追”施肥方式，基肥时间分别为2018年11月和2019年11月，追肥时间分别为2019年2月和2020年5月，基肥追肥使用肥料均为复合肥，基追比为4∶3∶3，沿茶树树冠滴水线垂直位置开沟施肥，施肥沟约20 cm，施肥后覆土。根据施肥方式不同设置T1（不施肥处理，CK）、T2（控释肥处理）、T3（碳基肥处理）、T4（脲甲醛处理）、T5（茶树专用肥处理）、T6（习惯施肥处理）共6个处理，复合肥养分配方见表2。

表2 试验用肥料养分配方Table 2 Nutrient formula of test fertilizer

1.3 茶叶产量、机采茶叶组成和茶芽萌发测定方法

茶叶在每年4月进行手采2次，并制作名优茶，之后在每年5月、7月、8月分别机采制大宗茶，以茶叶鲜重计算产量。于第1次采茶前统计百芽重，各小区采集100个单芽，烘干后称重。分别于2019年5月和2019年8月机采春茶和夏秋茶时采用人工分拣挑选的方法统计机采茶叶组成。于2019年3月20日统计发芽密度，在第1次手采茶前，一芽一叶初展时，使用33 cm×33 cm样框统计后换算。茶芽萌发率在一芽二叶展开前统计，共统计4次，计算平均值。茶芽萌发率计算公式如下。

1.4 茶叶营养元素及品质测定方法

茶叶采摘后按照国家标准方法GB/T8303-2013[11]制备干茶样品。茶叶中碳、氮元素采用Elementar公司生产的vario macro cube型元素分析仪测定。样品高温灰化后，使用Thermo scientificd公司生产的ICP-AES型电感耦合等离子体发射光谱法测定其他元素。茶叶品质成分分析采用沸水浸提法制备样液，游离氨基酸采用茚三酮比色法测定[12]，茶多酚采用酒石酸铁比色法测定，并计算酚/氨比[13]。

1.5 土壤理化性质测定方法

于2018年9月采集土壤测定基础理化性质，茶叶土壤养分测定样品于2019年7月和2020年7月连续强降雨后1周采集。土壤采集采用在两茶行间中央随机取样法，以20 cm为土层深度间距，共取4个土层深度。每个小区内选取4个取样点后混匀。采用常规分析方法测定土壤理化性质[14]，其中pH用奥利龙公司生产的320P-01型pH计测定（土液比1∶2.5）；全碳和全氮使用Elementar公司生产的vario macro cube型元素分析仪测定；铵态氮和硝态氮使用2 mol·L-1氯化钾溶液浸提（土液比1∶5），并采用Alliance公司生产的Proxima型号动流动分析仪测定；使用Mehlich 3通用浸提剂（土液比1∶5）和Thermo scientificd公司生产的ICP-AES型电感耦合等离子体发射光谱法测定有效态养分。

1.6 经济效益计算方法

2019年和2020年，对茶园的经济效益进行了计算，并取2年平均值。茶叶价格、人工费用、施肥成本及管理费用均根据两年茶场实际情况计算，茶叶价格均为鲜叶价格。春茶前期手工采摘用于加工龙井名优茶，且采摘时间不同，价格也存在差异，平均鲜叶价格为60元·kg-1；后期机采春茶和夏秋茶用于加工大宗茶，以出口为主，平均鲜叶价格分别为4元·kg-1和2元·kg-1。人工费用主要包括施肥、采茶以及其他茶园管理费用，其中施肥人工费用包括肥料搬运、开沟、覆土、撒施等，施肥人工费用为3 000元·hm-2；采茶费用分为手采费用和机采费用2种，其中鲜叶手采费为20元·kg-1，机采费用为1 000元·hm-2；茶园其他管理费用如除草、病虫害防治等，约8 000元·hm-2。相关计算公式如下。

1.7 统计分析

采用Microsoft Excel 2010软件统计数据，采用SPSS 16.0软件进行方差分析，处理间平均数的比较采用最小显著差数法（least-significant difference，LSD），采用Sigmaplot 12.5绘图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对茶叶产量的影响

由图1可知，与T1相比，施用复合肥的处理茶叶产量均明显提升，且2020年茶叶产量高于2019年，但T1 2020年手采春茶产量显著低于2019年（P＜0.05）；2020年T3和T5手采春茶产量显著高于T1（P＜0.05）；2019年T5机采春茶产量显著高于T1、T2、T3、T4（P＜0.05），但与T6处理差异不显著（P＞0.05）；2020年T5机采夏秋茶产量显著高于其他处理（P＜0.05）。2019年T5机采夏秋茶产量高于其他处理（P＜0.05），但其他施用复合肥处理之间差异不显著（P＞0.05）。2020年4月14日茶园遭遇罕见气候，倒春寒导致T5、T6处理机采夏秋茶产量较其他施用复合肥的处理显著下降（P＜0.05），且T2、T4、T3机采夏秋茶产量显著高于T1。分析原因可能是由于T5和T6 2个处理在4月持嫩度较高，芽叶含水量高，导致受寒潮影响更严重。结果表明，综合全年产量，茶树专业肥处理产量最高，其次是当地习惯施肥处理，而肥料中含氮量较高的控释复合肥和脲甲醛复合肥处理的产量并不理想，当地习惯施肥处理施肥量最高，氮肥利用率最低，产量也不是最高，说明该试验地之前长期大量投入氮肥，土壤中并不缺乏氮素，即氮肥投入量并非是影响该地区茶叶产量最重要的因素，建议在施入氮肥的同时增加其他肥料的投入。

图1 2019年和2020年不同施肥处理的茶叶产量Fig.1 Tea yield of different fertilization treatments in 2019 and 2020

2.2 不同施肥处理对机采茶叶组成的影响

由图2可知，T5机采春茶碎叶占比最低，芽叶的完整性最高；各处理机采夏秋茶碎叶占比较高，除T1、T3外，其他处理各碎叶所占比均超过20%，但各处理间差异不显著（P＞0.05）。

图2 2019年不同施肥处理下机采茶叶组成Fig.2 Composition of mechanical-picked tea leaves under different fertilization treatments in 2019

2.3 不同施肥处理对茶树芽梢品质的影响

由表3可知，2020年施用复合肥的5个处理，茶树芽梢中氨基酸和茶多酚含量均高于2019年。2019年不同处理茶树芽梢氨基酸含量差异不显著（P＞0.05），而2020年T6氨基酸含量显著高于其他处理（P＜0.05），且T1氨基酸含量仅为3.24%，显著低于施用复合肥处理（P＜0.05）。2020年T6茶多酚含量高于其他处理，但仅与T5差异显著（P＜0.05）；2019年T6茶多酚含量显著高于其他施用复合肥处理（P＜0.05）。2020年T5酚氨比低于其他处理，但仅与T1、T2、T4差异显著（P＜0.05）；2019年T5酚氨比显著低于其他处理（P＜0.05）。结果表明，酚氨比适当降低可提升绿茶品质，说明茶树专用肥在提升茶叶品种方面优势更明显。

表3 2019年和2020年不同施肥处理的茶树芽梢品质Table 3 Quality of tea bud shoot under different fertilization treatments in 2019 and 2020

2.4 不同施肥处理对春芽生长的影响

2.4.1 不同施肥处理对芽梢密度及百芽重影响对2019年不同处理的芽梢密度及百芽重进行了调查，结果(图3)表明，T4芽梢密度最高，为1 345.83个·m-2，T6最低，为1 145.83个·m-2，但各处理间差异不显著（P＞0.05）。T5百芽重最高，其次为T6，均显著高于其他处理；T1百芽重最低，仅为13.25 g，除T2外，与其他处理差异显著（P＜0.05）。上述结果表明，施肥对春茶茶芽的发芽密度影响不显著，但可以提升春茶的百芽重，从而提高茶叶产量，其中茶树专用肥百芽重高于其他施肥处理。

图3 不同施肥处理下芽梢密度及百芽重Fig.3 Bud shoot density and 100 bud weight under different fertilization treatments

2.4.2 不同施肥处理对茶芽萌发率的影响 在2019年调查了不同处理对茶树芽梢萌动的影响，结果表明，复合肥料处理均能在一定程度上使茶树的开采期和越冬芽萌动时间提早。在3月15日时，T6与T5茶芽萌发率达到了90%以上，而T1仅为71.5%，T1直到3月20日茶芽萌发率才接近90%，表明施用复合肥可使开采期提前1周左右。

2.5 不同施肥处理对茶树新梢中养分元素含量的影响

不同处理对茶树新梢中养分元素含量的影响如表4所示，2019年和2020年同一处理间春茶N、P含量均高于夏秋茶，表明施用复合肥后在一定程度上增加了茶树新梢中的N、P含量，但C含量基本不受影响，2019年各处理春茶C含量均在45%左右，而2020年C含量在55%左右。无论春茶还是夏秋茶，T1处理N含量均低于其他处理，但各施肥处理间N含量差异不显著（P＞0.05）。施肥后春茶中N元素含量第1年明显提升，P含量在第2年表现出一定程度的提高。T6处理N、P、K含量均较高，其中2019年夏秋茶、2020年春茶和2020年夏秋茶P含量显著高于T1，2019年夏秋茶K含量显著高于T1（P＜0.05）。2019年和2020年T1、T2、T3、T4春茶和夏秋茶P、K含量差异均不显著（P＞0.05）。结果表明，所施肥料可以一定程度增加茶树新梢内N、P、K养分元素的含量，但对C含量影响不显著，C含量可能受温度、降水等原因影响，不同肥料直接对茶树新梢养分元素含量影响不明显。

表4 不同施肥处理茶树新梢中的养分元素含量Table 4 Nutrient elements content in tea shoot of different fertilization treatments

2.6 不同施肥处理对茶园土壤环境的影响

2.6.1 不同施肥处理对茶园土壤中铵态氮和硝态氮含量的影响 氮素营养是茶叶生长发育最重要的养分，铵态氮、硝态氮作为速效氮肥，可以直接被茶树吸收利用，是表征土壤肥力的重要指标。如图4所示，施肥后，茶园土壤中铵态氮、硝态氮含量均显著提高（P＜0.05），且表层土壤（0—20 cm）的铵态氮含量高于下层土壤（＞20 cm），而硝态氮含量不同土层无明显差异，表明硝态氮肥更易被水淋溶。除T1外，T2和T3深层土壤（60 cm以下）铵态氮含量均低于其他处理；T3、T4、T5硝态氮淋溶较低，20 cm以下的土壤，T3处理两年平均含氮量最低，说明碳基肥可以有效地防止氮素淋溶，从而提高肥料利用率，减少对环境的污染。

图4 不同施肥处理下不同土层土壤铵态氮和硝态氮含量Fig.4 The content of ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in different soil layers under different fertilization treatments

2.6.2 不同施肥处理对茶园土壤中有效磷、速效钾及pH的影响 因20 cm以下的土壤检测出的有效磷含量极低，即磷元素在土壤中不易移动，因此，本试验仅分析表层土壤（0—20 cm）有效磷含量，如图5所示，施肥后茶园表层土壤中有效磷含量显著提高（P＜0.05），其中2019年T6有效磷含量显著高于其他处理（P＜0.05），2020年T6有效磷含量明显下降，且T3有效磷含量显著高于其他处理（P＜0.05）。分析原因为碳基复合肥处理和当地习惯施肥处理的磷元素占肥料比例较大，其土壤有效磷含量也显著高于其他处理。如图6所示，土壤速效钾含量随着土层的加深而下降。施肥后表层土壤的速效钾含量明显提高，其中T3、T5、T6表层土壤速效钾含量较高。在下层土壤中，各处理间速效钾含量差异均不显著（P＞0.05）。

图5 不同施肥处理下表层土壤有效磷含量Fig.5 Soil available phosphorus content in topsoil layers under different fertilization treatments

图6 不同施肥处理下不同土层速效钾含量Fig.6 The content of available potassium in different soil layers under different fertilization treatments

短时间内，施入不同肥料对土壤pH影响不明显，各施肥处理间无显著差异（P＞0.05），但与T1相比，施肥各处理pH均有所下降，但不同土层间pH差异也不显著（P＞0.05）。

2.7 不同施肥处理对茶园经济效益的影响

本试验对2019年和2020年茶园经济效益进行分析，如表5所示。T5利润最高，达10.01万元·hm-2；其次是T4，利润接近10万元·hm-2；T1利润仅为7.66万元·hm-2，并且随着试验的进行，之后的年份由于土壤养分供应不足等原因T1利润将继续下降；T3肥料价格较高且含氮量较低，虽然对土壤养分及环境保护有较好的效果，但利润明显低于其他处理。

表5 茶园周年经济效益Table 5 Tea garden annual economic benefits

3 讨论

茶树生长所需要的矿质营养均来自于土壤，因此，施肥对茶叶的产量和品质均有重要的意义[15]。由于茶农相关知识的欠缺，易导致茶园施肥过剩，不但影响了茶树的自身生长，还会对环境造成危害[16]。本研究发现，450与700 kg·hm-2的施氮量对茶叶的产量和品质水平无明显差异，因此，应合理调整该地区施氮量。我国大部分茶园可减施50%以上的化肥用量。除施氮量外，肥料选择也是园茶管理的重要内容，与施单质肥料相比，复合肥可以满足茶树对多种营养元素的需求，并且施用更方便，可节约人工成本[17]。与水稻、小麦等田间作物不同，茶树作为多年生叶用作物，有其独特的养分需求，在复合肥选择上应着重考虑茶树的营养生长，选择合适的肥料[18]。本研究中，茶树专业肥处理对后期茶树养分的供给充分，获得了最高周年产量，控释复合肥相比其他几种复合肥料产量略有下降，考虑可能与复合肥中钾肥占比较低有关。供试茶园土壤氮含量充足，而速效钾含量较低，因此施用钾元素占比较多的几种复合肥料，均能获得较高的产量，建议当地适当降低氮肥施用量，增加钾肥施用比例。施肥后茶树芽梢萌发时间可以提早1周左右，提升了经济效益，其中高氮的习惯施肥处理提升最为明显，其次是茶树专用肥，控释复合肥以及碳基复合肥处理的茶树芽梢氨基酸含量较高，茶树对这两种肥料利用效率较高。另外，茶树专用肥处理和碳基肥处理氨酚比最高，最适合制作绿茶[19]。

茶树是喜酸作物，适合在pH 4.5～5.5土壤中生长[20]，本研究中供试茶园pH偏低，施肥后，土壤的pH短时间内均有小幅度下降，各处理差异不显著，这可能是土壤中氮素形态转化造成的，并且长期来看，施肥对茶园土壤pH有负面作用[21]。试验期间遭遇连续强降雨天气，导致土壤中氮素淋溶严重，从而造成下层土壤无机氮（铵态氮和硝态氮）含量高于表层土壤，且本研究中氮素利用率除专用肥处理外均低于全国平均水平，氮素损失程度严重，茶园氮素损失以无机氮淋洗和氨挥发为主，而淋溶作用是导致肥料浪费的重要原因。有研究表明，淋溶的氮素中硝态氮占总量的63%以上，因此，控制铵态氮向硝态氮转化，通过添加新型肥料添加剂，如脲甲醛、3，4-二甲基吡唑磷酸盐（3，4-dimethyl-phosphate，DMPP）等硝化抑制剂，或碳颗粒均可有效减少氮素淋溶[22]。无论是否施肥，20 cm以下土壤中测定得到的有效磷的含量均远低于表层土壤，表面磷元素在土壤中不易移动[23]。若以80 mg·kg-1土壤有效钾含量作为临界值，该供试茶园为缺钾茶园[24]。钾元素能提高茶树的光合作用以及抗逆能力，从而提高茶叶产量和品质，建议该地增加钾肥施用量[25-26]。研究表明，我国肥料利用率较低，氮肥利用率不足50%，磷肥利用率在20%左右，钾肥利用率在30%左右[27-28]。脲甲醛肥料、硫包膜肥料、碳基肥、硝化抑制剂肥料等新型肥料可以提高肥料利用率，降低人工施肥成本，减少环境污染[29]。研究表明，脲甲醛肥料可以降低田间氨挥发达50%以上，碳基肥、硝化抑制剂等肥料可以有效减少氮素径流与淋溶，提高肥料利用率[30-31]。本研究中，与普通复合肥相比，碳基肥复合肥可以减少茶园土壤种硝态氮的淋溶；碳基肥复合肥和茶树专用肥处理可以减少茶园铵态氮的淋溶；控释复合肥、脲甲醛肥以及茶树专用肥可以减少钾肥的淋溶，降低土壤以及水体污染。整体来看，碳基肥复合肥在减少淋溶方面优于其他肥料。

在当前的茶行业中，名优茶的效益显著高于大宗茶，手采名优茶价格是大宗茶的10倍以上，占茶叶经济效益绝大部分，通常名优茶重质量，大宗茶则重产量。而茶树作为高产出、高投入的经济作物，有较高经济收益的同时也承担着比较大的风险，因此应在加强地理优势、品种优势和市场优势的同时，加强品牌效应以及工艺创新，从而提升茶叶的附加价值，提高茶园经济效益[32]；同时应发展生态茶园，通过绿色防控、化肥减量的手段确保茶叶质量安全，做到可持续发展，将质量安全作为茶园管理的重点。茶树专用肥、碳基肥等新型功能性肥料可明显提升茶叶产量和品质，并且可以提早开采，提前上市，在提高茶农收益的同时，还可减少环境污染、提高肥料利用率，优势明显。

综上所述，施用复合肥可以增加茶叶的产量、品质以及茶园土壤肥力，本文试验地区茶园最适宜施用茶树专用肥。但本试验时间较短，未来还需要通过长期试验进一步验证结论。