生物有机肥替代化肥对茶叶生长、品质及土壤肥力的影响

常珺枫，刘佩诗，周晓天，郭 龙，李 陈，祝尊友，翁亚伟，马友华*

（1．农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室，安徽农业大学资源与环境学院，安徽 合肥 230036；2．金寨县农业技术推广服务中心，安徽 六安 237000）

近年来，通过有机肥替代不同比例的化肥，在作物产量不降低甚至增加的前提下降低化肥的施用，是我国深入开展化肥零增长行动，加快推进绿色农业发展的重要措施［1］。2017年农业部发布了《开展果蔬茶有机肥替代化肥行动方案》，旨在以有机肥替代化肥促进资源的持续循环利用，缓解经济生产与生态环保之间的矛盾，促进农业发展［2］。通过有机肥和化肥的配合施用有缓释控释的效果，可以改善土壤的理化性质，增加土壤肥力，缓解目前茶园环境污染问题，同时能够有效提升茶叶产量与品质［3-4］。目前研究比较多的有机肥料是有机肥（尤其是畜禽粪便）与生物有机肥，他们在提升土壤肥力方面有各自的优势［5］。生物有机肥能够有效地改良因化肥施用导致的土壤板结，是一种新型、高效、安全的兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料，生物有机肥改善作物根际微生物群，提高植物的抗病虫能力，在茶园土壤改良中得到应用［6-7］。周陈等［8］研究了生物有机肥的施入能够改善土壤环境，增加土壤微生物的数量，对维持微生物的活性和生态稳定性都具有重要的作用，同时也促使作物增产。施用有机肥可以有效地改善茶园土壤微生物多样性，改变微生物群落结构，从而支持更多的土壤生态系统功能［9］；李庆康等［10］、李巨［11］、俞燎远等［12］、韦静峰等［13］的研究表明，生物有机肥在一定程度上能够减少土壤板结，促进茶树根系发育，为茶树提供较好的生长环境，最终对茶叶起到增产提质增效的良好效果。六安瓜片是中国十大名茶之一，其品种优良、口感纯正。六安瓜片产自中国著名茶乡安徽省六安市，是六安市最重要的经济作物，也是支撑六安市经济发展的重要资源［14］。本试验研究不同比例生物有机肥的施用对茶树的芽茶密度、百芽质量、茶叶的内含物质和感官品质、茶园土壤理化性质的影响，为明确生物有机肥替代化肥比例对六安瓜片产量、品质及茶园土壤肥力影响、促进茶农增产增收提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本研究区域位于安徽省六安市金寨县油坊店乡面冲村蒋湾组，地处大别山主脉北坡。该区域属于北亚热带湿润季风气候，特点是季风明显、四季分明、气候温和、雨量充沛。海拔133.35 m，属于缓坡平地类型，土壤类型是黄棕壤土，扁石泥土种，土壤质地为重壤。土壤的基本理化性质为：pH 5.11、碱解氮124.7 mg/kg、全氮0.25 g/kg、速效钾60 mg/kg、有机质16.45 g/kg、有效磷9.34 mg/kg。

1.2 试验设计

生物有机肥替代不同比例的化肥处理如下：

处理一（CK）：不施任何肥料；

处理二（CF）：全部化肥，其中化肥氮磷钾量分别为0.73、0.40、0.53 kg/hm2；

处理三（30%F）：30%生物有机肥+70%化肥，生物有机肥用量为8.26 kg/hm2；

处理四（50%F）：50%生物有机肥+50%化肥，生物有机肥用量为13.77 kg/hm2；

处理五（70%F）：70%生物有机肥+30%化肥，其中生物有机肥用量为19.28 kg/hm2；

处理六（100%F）：100%生物有机肥，生物有机肥用量为27.55 kg/hm2。

本试验于2019～2020年连续两年进行，试验小区面积为20 m2，各处理随机排列，3次重复。有机肥和磷肥、钾肥2018年11月中旬作基肥一次性施入，化肥中氮肥的70%与基肥一起施入，30%氮肥于2019年1月中旬施入。试验小区茶园管理按当地优质栽培技术进行，两年的施肥量一致。

试验所用的茶树品种为小绿茶。生物有机肥总养分（N+P2O5+K2O）大于等于5%、有效活菌数大于等于3亿/g、有机质大于等于45%。所施的化肥种类有尿素、磷酸一铵、硫酸钾，当地市场购买。

1.3 观测指标与方法

1.3.1 茶叶生长指标的测定

百芽质量：各处理区内分别随机取3个点采摘100个一芽一叶或一芽二叶，称量计算平均值。

茶芽密度：各小区随机采摘1 m2内的芽头，记录芽头个数［15］。

1.3.2 茶叶品质指标的测定

茶叶化学成分测定：在采茶期采摘一芽一叶鲜叶，经100 ℃蒸汽杀青固样，80 ℃干燥后磨细，供茶叶内含物的测定使用。

茶多酚：参照GB/T 8313-2008酒石酸亚铁比色法测定。水浸出物：参照GB/T 8305—2002差重法测定。咖啡碱：参照GB/T 8312—2002紫外分光光度法测定。

游离氨基酸：参照GB/T 8314—2002茚三酮比色法测定。

酚氨比：为茶多酚含量与氨基酸含量的比值。

炒茶后记录茶叶香气品质等感官性状，委托安徽农业大学茶叶专家，按规范要求干样感官评审。

1.3.3 土壤理化指标测定

pH使用pH仪直接测定［16］，有机质采用重铬酸钾容量法［16］测定。全氮参照GB 7173—87半微量开式法测定。有效磷参照LY/T 1233—1999钼蓝比色法测定。速效钾参照LY/T 1236—1999乙酸铵浸提-火焰光度法测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2016对数据进行归类，试验数据采用SPSS 26.0进行数理统计分析，计算每处理3个重复小区测定值的平均值及标准差，并对测定值进行多重比较（LSD法）及显著性检验［15］。

2 结果与分析

2.1 生物有机肥替代化肥施用对茶树生长的影响

茶树的发芽密度和百芽重量是构成茶叶产量的基本因素，不同施肥处理对茶园土壤环境和茶树生长产生了不同的影响，从而影响茶树的产量［17］。生物有机肥不同替代比例对百芽量和芽茶密度的影响见表1。由表1可知，与2019年相比，各施肥处理的百芽重量和百芽密度均略有降低（2020年该试验地降雨比2019年多，采茶时间推迟是导致各因素比去年低的主要原因。6种处理茶叶百芽重量 的 排 列 顺 序 为50%F＞70%F＞CF＞100%F=30%F＞CK（2020年），50%F＞CF＞70%F＞100%F＞30%F＞CK（2019年）。百芽重量的大体趋势为先升后降，50%F处理百芽重量最大。芽茶密度表现为70%F＞50%F＞100%F＞CF＞CK＞30%F（2020年），70%F＞30%F＞CF＞50%F＞100%F＞CK（2019年）。芽茶密度的大体趋势为先升后降，70%F处理芽茶密度最高。由此表明，每年各施肥处理大体上比同年不施肥处理高，70%F处理显著高于CK和CF，50%F与CF处理效果相当，其他生物有机肥处理略低于化肥处理。

表1 生物有机肥替代化肥不同比例对茶叶百芽重量和芽茶密度的影响

2.2 生物有机肥替代化肥施用对茶园茶叶品质的影响

2.2.1 生物有机肥替代化肥施用对茶叶内含成分的影响

生物有机肥不同替代比例对茶叶内含成分的影响见表2和表3。由表2和表3可知，不同处理下茶叶水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡碱含量和酚氨比值影响存在显著差异。茶多酚是茶叶中多羟基酚类化合物的复合物，由30种以上的酚类物质组成，是决定茶叶色、香、味和功效的主要成分，在感官上为苦涩味［18］。综合来看，茶多酚呈现先降低后升高的趋势，50%F处理最为稳定，不同比例的生物有机肥处理下100%F处理茶多酚的含量最高。茶叶中的游离氨基酸具有焦糖香和类似味精的鲜爽味，游离氨基酸的含量与茶叶品质具有正相关性［19］。在不同比例的生物有机肥替代化肥处理中，随着生物有机肥含量的增加，游离氨基酸的含量呈现先升高后下降的趋势，50%F处理游离氨基酸含量最高，其次是30%F处理，50%F和30%F处理均比CF和CK处理高。茶叶中的酚氨比一般用来衡量茶叶的适制性，在茶叶的感官评审中，酚氨比表现为茶汤中滋味的苦涩与鲜爽比例特征，酚氨比含量越低鲜爽度越高［20］。在不同比例的生物有机肥替代化肥处理中，随着生物有机肥含量的增加，酚氨比呈现先降低后升高的趋势，其中以50%F处理下酚氨比最低，其次是30%F和70%F处理。咖啡碱是一种苦味物质，能兴奋中枢神经，增强大脑皮质的兴奋过程，从而振奋精神、增进思维，提高效率［21］。与CK相比，2019年生物有机肥处理的咖啡碱含量有所降低，30%F处理的咖啡碱含量比CF高。2020年生物有机肥处理的咖啡碱含量均比CK和CF高，且呈现依次升高的趋势，各处理间显著性较高，综合来看，30%F处理的咖啡碱含量较稳定，其含量比CF处理高。茶叶水浸出物是茶叶中可溶于水的各种物质的总称，是反映茶叶品质的综合性指标［18］。综合两年数据，在不同生物有机肥替代化肥处理中，随着生物有机肥施用含量的增加水浸出物大体呈先升高后降低的趋势，其中以50%F处理的水浸出物含量最高，其次是70%F处理。

表2 2020年生物有机肥替代化肥不同比例对茶叶内含成分的影响 （%）

表3 2019年生物有机肥替代化肥不同比例对茶叶内含成分的影响 （%）

2.2.2 生物有机肥替代化肥施用对茶叶感官品质的影响

茶叶品质是茶叶中众多化合物尤其是能溶于茶汤的物质对人体感官刺激的综合效应。茶叶感官品质由汤色、外形、香气、滋味四大要素构成［22］。2019～2020年生物有机肥不同替代比例对茶叶感官品质的影响见表4。由表4可知，2019年CK处理感官品质较CF、30%F和50%F处理略高，70%F和100%F处理比CK处理高。不同施肥处理中70%F和100%F处理得分最高；汤色无明显差异，其中30%F处理得分最高；70%F和100%F处理茶叶的香气比CK处理高，其他处理均低于CK处理；100%F处理茶叶滋味得分最高，其次是CK、CF、70%F处理；在30%F和70%F处理下茶叶叶底得分最高。因2020年降雨原因采茶时间有所推迟，2020年茶叶感官品质整体偏低，但其特征趋势与2019年相似。

表4 2019～2020年生物有机肥替代化肥不同比例对茶叶感官品质的影响

2.3 生物有机肥替代化肥施用对茶园土壤养分的影响

有机肥料施用为土壤提供了有机碳源增加微生物活性，促进土壤有机碳和养分的转化，提高土壤养分含量［23］。生物有机肥不同替代比例对茶园土壤基本性状的影响见表5、6。从表5可以看出，与CK相比，施用生物有机肥可以有效提高土壤全氮、速效钾、有机质、有效磷含量，土壤pH基本稳定。随着生物有机肥施用含量的增加，2020年pH及有机质、速效钾、有效磷含量大体呈现依次升高的趋势。全氮呈先升高后降低的趋势，70%F处理最高。从表6可以看出，与CK相比，除70%F处理外其他生物有机肥处理均提高了土壤pH；30%F、50%F、70%F 处理均提高了速效钾的含量；30%F和50%F处理均提高了土壤中有效磷和全氮的含量。施用生物有机肥整体上可以提高土壤肥力，但2019年整体规律性不大。因连续施用生物有机肥的叠加效应，2020年茶园土壤基本理化性质呈规律性变化。

表5 2020年生物有机肥替代化肥不同比例对茶园土壤养分的影响

表6 2019年生物有机肥替代化肥不同比例对茶园土壤养分的影响

3 讨论

本试验研究结果表明，50%F和70%F处理能够有效地提高茶叶的产量和品质及土壤肥力。施用有机肥是快速改善土壤肥力和微生物群落结构的最有效措施［24］。有机肥与化肥配施的方式能够有效地稳定茶园土壤，为土壤提供养分，同时提高了茶叶的品质和产量［25-26］。有机肥的施用可以减缓肥力释放，从而延长肥效时间，减少肥力流失［27-28］。本研究中生物有机肥替代化肥总体上能够有效地提高茶叶的芽茶密度和百芽重量，促进茶叶增产，同时提高土壤肥力。吴杰［29］、韦静峰等［13］、徐福乐等［30］的研究表明，生物有机肥能够改善土壤环境、提高肥料利用率、促进茶树生长。朱旭君等［31］研究发现，在茶园中施氮能显著提高春茶的产量和品质，有机肥含量为50%以上时效果更好，以75%最佳。本研究中生物有机肥也符合有机肥使茶叶增产提质的效果，同时可以提高土壤养分含量，以50%生物有机肥替代化肥为最佳，其次是70%生物有机肥替代化肥。生物有机肥作为有机肥的一种，对茶叶同样具有增产提质的作用，可获得较好的经济效益，也可作为一种优质肥料在金寨县茶园推广应用［32］。

另外，生物有机肥的施用时间以及基肥和追肥的施用比例均会对茶叶产量品质和茶园经济效益以及茶园土壤肥力产生影响，这些问题也有待进一步研究。

4 结论

（1）茶园施用生物有机肥与不施肥的CK处理相比，在50%F和70%F处理下茶树的芽茶密度和百芽重量均有所提高，且效果最佳，与化肥施用相近。

（2）茶园生物有机肥施用中50%F处理对茶叶内含物质的影响效果最佳。随着生物有机肥替代化肥不同比例的增加，游离氨基酸和水浸出物含量呈先升高后降低的趋势，且以50%F处理最高；咖啡碱含量随着生物有机肥施入量的增加依次增加；茶多酚含量和酚氨比随着生物有机肥施入量的增加呈先降低后升高的趋势。综合得出，70%F处理茶多酚含量最低，50%F处理茶多酚含量有所提升但提升效果较小，50%F处理酚氨比最低，70%F和100%F处理下感官品质最佳。

（3）本试验结果表明，随着生物有机肥施用量的增加，土壤pH、有机质、速效钾、有效磷整体呈依次升高的趋势，土壤全氮呈先升高后降低的趋势，以70%F处理土壤全氮含量最高。

（4）50%F处理提高茶树的生长指标从而提高茶叶的产量；其内含物质是最优的，茶叶的感官品质没有下降，同时土壤中各营养元素的含量均有所提高，其次是70%F处理。