冬春季低温期茶园覆盖转光膜的生理生态效应

刘嘉裕，胡海涛，刘晓瑭，陈震东，梁成额，唐颢

（1广东省农业科学院茶叶研究所/广东省茶树资源创新利用重点实验室，广州 510640；2华南农业大学，广州 510640；3佛山安亿纳米材料有限公司，广东佛山 528143）

0 引言

中国农用薄膜使用量位居世界前列，其中转光膜是通过生产工艺改变透过农膜的光质，能把吸收的太阳光转换成植物光合作用所需光的功能性农膜，使之更加符合植物生长发育的需求[1]。同时转光膜能提高温室作物产量、改善作物品质，是现代新型农业发展的重要举措之一[2]。有研究表明，转光膜将太阳光能从高能短波转化为低能长波和介质波，提高大棚室内温度及植物的光合效率，从而缩短植物生长周期并提高作物的品质[3-5]。市场运用各种技术手段争取茶树早发芽、早采摘、早上市，对提高茶叶经济效益和满足市场需求具有较大现实意义[6]。国内开展了茶园覆盖农膜保温，以缩短茶树休眠期，提早春茶萌发和开采，但覆膜后透光率受到影响[7-10]。近年来茶叶种植面积逐年增加，茶叶已经逐步迈向产能过剩状态，但茶产业的产值效益偏弱。为进一步探究茶园覆盖转光膜在茶树使用的特性及效果，以‘英红九号’为试验对象，系统研究转光膜对茶树生长和茶叶品质的综合作用，以及茶树覆盖转光膜后生理特征及变化，以期为在茶园中示范应用转光膜积累试验参数。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

研究田间试验于2021 年在广东省农业科学院茶叶研究所英德基地进行。

1.2 试验材料

成龄茶园面积400 m2，种植品种为‘英红九号’，树龄10年。

普通农用塑料膜（利得膜）由佛山市南海区西樵广兴塑料厂生产，转光塑料膜由佛山安亿纳米材料有限公司生产，二氧化碳气体（钢瓶CO2气体，配置CO2减压阀，标称流量5 m3/h）由英德市广兴氧气厂生产。

1.3 试验方法

试验设3个覆膜处理，T1为转光膜覆盖，T2为转光膜覆盖+CO2补偿，T3为普通膜覆盖+CO2补偿，每处理面积90 m2，大棚长15 m、宽6 m、高2.5 m。覆盖薄膜时间为1—4月。

露天对照(CK)，小区面积90 m2。

1.3.1 转光膜大棚CO2补充装置及补充方法在棚内顶部纵向悬挂一根塑料软管，软管上每隔1.5 m 朝下设一个通气孔。将软管连接到减压阀上，经过软管定时定量释放，设定1300 mg/kg为临界点，利用便携式CO2检测仪设置浓度报警点，释放CO2至报警点后即停止释放，闭棚1 h。

1.3.2 茶鲜叶产量统计试验期间，每轮茶（春、夏、秋茶）按一芽二叶标准采摘，统计各处理的鲜叶产量，将各小区面积产量换算成1 m2面积产量。

1.3.3 茶叶品质分析及评价试验期间，对春、夏茶采摘鲜叶取样，分别制成鲜叶蒸青样和成茶样，用于茶叶品质成分分析。水浸出物含量检测参照GB/T 8305—2002，茶多酚总量检测参照GB/T 8313—2018，氨基酸总量检测参照GB/T 8314—2002，咖啡碱含量检测参照GB/T 8312—2002，可溶性糖含量检测采用蒽酮比色法检测，茶叶香气成分检测采用GC-MS技术鉴定。

1.3.4 棚内外气候因子检测监测大棚内及露天对照处理的土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、CO2浓度，采用温湿光监测仪、土壤温湿度监测仪、CO2监测仪自动连续记录。每天8:00、14:00、18:00等不同时段记录温湿度、光照强度。

1.3.5 统计分析采用Microsoft Excel 2021、SAS 8.1分析软件对数据进行处理及差异显著性等分析。

2 结果与分析

2.1 覆膜处理对茶园小气候的影响

由表1 可知，覆盖转光膜的大棚与T3保温效果相当，表明转光膜在保温效果方面与T3无明显差异。在1—4月覆膜期间，覆膜大棚内平均气温分别比对照提高0.42～0.63℃，保温效果显著高于CK。

表1 覆膜处理月平均气温 ℃

由表2 可知，在1—3 月非雨季天气下，T1、T3有明显的增湿作用，平均湿度较CK增加3.35%～5.10%。由于试验地4—8 月为雨季，CK 相对湿度显著高于3 个覆膜处理。

表2 覆膜处理月均空气相对湿度 %

由表3可知，在1—4月覆膜期间，覆膜处理月平均光照强度较CK降低4.71%～10.01%，其中T1、T2处理的透光率比T3略低。

表3 覆膜处理平均光照强度 lx

2.2 覆膜处理的茶叶生长性状及产量比较

从表4 可知，覆盖处理茶树鲜叶的一芽二叶长度比CK有明显增长，其中T2处理的最大增幅为12.62%；覆盖处理茶树鲜叶的百芽重均比CK 有不同程度增加；T3、T2处理茶树的发芽密度均显著高于CK，其中T3处理茶树的发芽密度增幅为25.79%。由此可见，无论使用转光膜还是普通膜覆盖，茶树均能不同程度提高茶叶的生长性状。

表4 覆盖处理茶叶生产性状比较

茶叶生产者素来重视春茶的产量及品质，不少生产者周年只生产春茶。从表5可知，覆膜期间，T2、T3、T1的春茶产量分别比CK增加8.77%、5.26%、0.88%；揭膜后，处理组茶园产量增速提高，T2、T3、T1的夏茶产量分别比CK增加10.78%、7.38%、1.99%；T2、T3、T1的秋茶产量分别比CK 增加24.42%、18.60%、8.14%。转光膜是通过光转换功能提高参与植物光合作用的有效光量，但需要补充足够的光合作用底物CO2和H2O才能保证植物能充分利用转光膜转化的有效光能。T1在缺少CO2补充的情况下，对茶树生长性状及产量效果均不如T3，只通过提高有效光量不补充CO2会使植物光合反应处于底物失衡状态，不利于光合产物形成与积累。

表5 不同处理茶叶产量比较

2.3 覆膜处理的茶叶品质比较

从表6 可见，不同处理样品的营养成分含量存在一定差异，春茶批次T2处理茶叶样品的氨基酸、可溶性糖显著高于其他处理，较CK 分别提高22.44%、14.23%；咖啡碱含量显著低于其他处理，较CK 降低4.97%；T1与T2处理间茶多酚含量无明显差异，但两者茶多酚含量均显著高于T3、T4处理。夏茶批次T2处理茶叶样品的氨基酸、可溶性糖、茶多酚显著高于其他处理，较CK 分别提高17.65%、23.62%、17.68%；咖啡碱含量显著低于其他处理，较CK 降低6.92%。综合来看，茶园覆盖转光膜加CO2补充有利于碳同化作用；可溶性糖、茶多酚、氨基酸含量增加，可促进茶汤的浓厚度、甜度提高；咖啡碱含量降低，可使茶汤的苦味降低。

表6 茶叶品质成分含量比较 %

2.4 茶叶香气成分

2.4.1 醇类香气化合物不同覆膜处理的‘英红九号’制成的红茶样品中均检测出40 种香气成分（表7），其中醇类17 个、醛类11 个、酮类4 个、烯类3 个、酯类2 个、其他3 个。4 个处理检出含量较高的成分有β-芳樟醇(39.56%)、氧化芳樟醇II（呋喃型）(5.58%)、苯甲醛(5.53%)、反-2-己烯醛(5.31%)、2-甲基丁醛(4.35%)。各香气化合物的相对含量由高到低为醇类、醛类、酮类、烯类、酯类。不同覆膜的红茶样品各香气种类的相对含量有较大差异，T1、T2、T3、CK的醇类香气化合物总含量分别为57.64%、61.59%、55.49%、55.78%，其中以β-芳樟醇相对含量在所有醇类化合物中占比最高，而后为氧化芳樟醇II（呋喃型）、氧化芳樟醇I（呋喃型）、反-3-己烯醇，剩余13类物质相对含量占比均较低。T2大部分醇类物质的相对含量均值较高，其中β-芳樟醇、反-3-己烯醇的含量明显高于CK。使用转光膜覆盖茶树处理，可促进主导红茶香气成分的醇类化合物的积累，而普通膜覆盖茶树对醇类化合物的积累无直接影响。

表7 茶叶香气成分 %

2.4.2 醛类香气化合物T1、T2、T3、CK的醛类香气化合物总含量分别为25.13%、23.77%、29.41%、29.35%。其中以反-2-己烯醛相对含量在所有醛类化合物中占比最高，而后为苯甲醛、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、β-环柠檬醛，剩余6类物质相对含量占比均较低。T2、T1处理均会影响芳樟醇类物质及反-2-己烯醛含量的增加，芳樟醇类物质与反-2-己烯醛的比值分别为8.26%、8.58%，均小于CK 比值10.21%，该比值与红茶香气品质呈负相关，转光膜对红茶香气成分有提升作用。此外，T1、T2处理的2-甲基丁醛和3-甲基丁醛的含量较CK降低38%以上，达到显著降低程度，两者感官特征均为水果香型，能使‘英红九号’红茶的香气呈现甜醇，与茶叶感官审评的结果相符，符合‘英红九号’红茶风味特征。

2.4.3 酮类香气化合物4个酮类香气化合物以β-紫罗酮相对含量最高，其次为2,2,6-三甲基环己烷酮。覆膜处理仅有2,2,6-三甲基环己烷酮的含量比CK 有略微提高，其他化合物质没有明显变化。

2.4.4 烯酯类香气化合物β-月桂烯是占比最高的烯类香气化合物，其中T1的β-月桂烯显著高于其他3 个处理，T1比T2高62.04%。从总量上看，烯类的含量T1＞T3＞CK＞T2。

水杨酸甲酯在酯类香气化合物中占比最高，其中转光膜覆盖茶树的含量比T3高40.37%，但含量略微低于CK。

2.4.5 其他香气化合物将1-乙基-2-甲酰吡咯、2-正戊基呋喃、萘归为一类，其中1-乙基-2-甲酰吡咯相对含量最高，其次为2-正戊基呋喃。T3处理的2-正戊基呋喃比CK高34.52%。其余化合物在不同覆膜条件下变化不明显。

2.5 茶叶感官审评

由表8可知，由于4个处理的采摘标准及茶叶加工工艺相同，处理间的主要得分差异源于汤色、香气与滋味项目。从不同评价因子来看，T2的汤色、香气及滋味均优于其他处理。T2处理成茶样品综合得分最高为90.70 分、品质最优，其次是T1、T3，T4 的得分最低。主要得分差异源于汤色、香气与滋味项目。

表8 茶叶感官审评结果

3 结论

转光膜具有较好的增湿作用，能有效降低棚内的光照强度，但透光率与普通膜差异不明显，转光膜的光转换功能提高了参与光合作用的有效光量，弥补了覆膜导致的光合辐射的下降，进而促进茶树的光合作用。转光膜大棚对茶树鲜叶的一芽二叶长度、百芽重、春茶产量有不同程度增加。转光膜大棚需补充光合作用底物CO2气体，使光转换与CO2产生协同作用，有效增强植物光合作用，以实现增产。结果表明，茶园覆盖转光膜促进全年茶叶增产，其中茶园覆盖转光膜加CO2补充有利于碳同化作用，可溶性糖、茶多酚、氨基酸含量增加，可促进茶汤的浓厚度、甜度；咖啡碱含量降低，可使茶汤的苦味降低。使用转光膜覆盖茶树处理，可促进主导红茶香气成分的醇类化合物的积累，有效降低2-甲基丁醛和3-甲基丁醛的含量，使‘英红九号’的香气呈现甜醇，符合红茶风味特征。

4 讨论

转光膜是现代农业科技发展的重要手段，有新型“物理肥料”的称号，未来发展潜力巨大、应用前景广阔。转光膜的转光剂分为有机染料类、无机盐类或稀土配合物类，其中有机染料类转光剂在长时间光照后容易分解，使用寿命短，光转化率低[11]。有研究表明，转光膜可提高温室内空气温度，保温效果优于普通膜[7]，转光膜的透光率较高[12]，但本研究只有T1的透光率较低，这可能与不同材质转光膜的透光率相关。

转光膜在茶树上应用的研究较少，但因其具备光转换的特性，可改善普通农用膜光合效率低的缺点，在茶园有一定应用的潜力。转光膜的功能是通过光转换提高参与光合作用的有效光量，在光合反应底物充足的条件下，促进作物的光合作用。光是植物进行光合作用的源动力和生长发育最重要的环境因素[13-14]。王玉霞[15]研究表明，转光膜下作物的株高、叶数、茎粗和产品器官鲜质量等生长指标均高于普通膜，这与本研究茶树生长性状结果相似，转光膜处理茶树的一芽二叶长、百芽重均高于普通膜。在茶树覆盖纳米转光膜可有效提高茶叶品质和产量，且效果优于普通膜。有研究将纳米转光膜应用于各类蔬菜等进行试验，结果表明日光温室覆盖纳米转光膜后，研究对象的品质和产量都明显优于传统农膜[16-18]，但本研究仅有T2处理产量优于普通膜，这与T2处理加入CO2气体产生协同作用有关，由于处理内CO2浓度低于露天茶园，转光膜大棚需补充光合作用底物CO2气体，使光转换与CO2产生协同作用，才能更有效地增强植物光合作用以实现提质增产。本研究中，覆膜处理组的春茶产量均高于露天茶园，但唐颢等[7]的研究结果显示普通膜处理的春茶产量低于露天茶园，本试验中T3处理中有CO2的补偿，因此本试验中T3处理组（普通膜+CO2）能有效提高植物光合作用，对比露天茶园产量有一定增长。

茶叶中的功能性生化成分氨基酸、咖啡碱、可溶性糖、茶多酚、水浸出物含量是衡量茶叶品质的重要鉴定指标[19]。覆膜对茶叶品质的影响是生产者较为关注的问题。本研究中茶园覆盖转光膜并补充CO2对茶叶的氨基酸、可溶性糖、茶多酚含量均显著增加，但有研究结果显示覆膜处理的茶叶氨基酸含量均低于露天茶园[7]，可能与本试验覆膜期间的气象因子相关，本研究覆膜处理棚内光照强度高，导致植物光合作用增强，碳同化反应增强而导致氮同化受到抑制。有研究表明，覆盖转光膜使甜椒果实的可溶性糖、游离氨基酸含量明显增加[20-22]，与本研究结果相符。

红茶香气是茶叶中含量不同挥发性化学成分综合作用的结果。‘英红九号’红茶香气物质中醇类化合物含量最高，芳樟醇及其氧化物、反-2-己烯醛、苯甲醛等为样品香气的主体特征成分，与王秋霜等[23]、苏敏等[24]、李家贤[25]的观点一致。芳樟醇及其氧化物呈现花香、甜花香，是‘英红九号’红茶甜花香特征香气的主要成分。王润贤等[26]利用HS-SPME/GC-MS技术比较分析了夏季不同设施条件对茶鲜叶芳香物质成分及含量的影响，结果显示50%遮阳网设施有利于茶鲜叶中花、果香的酯类及香叶醇类芳香物质含量的提高，与本研究结果相符，使‘英红九号’制成红茶的香气更加甜醇。

本试验深入探究冬春季茶园覆盖转光膜及揭膜后茶树生长性状、茶叶生化成分及香气组成的变化。结果显示，覆盖转光膜的茶树茶叶生化成分、香气物质组分和特征香气成分的组成与露天茶园存在一定差异，芳香族化合物和萜烯类物质的存在更为丰富和广泛，香气成分的显著差异和丰富度，可能是由于在冬春季的生长过程中，棚内外的温湿度、光照度、昼夜温差等环境因子不同，但具体成因及其对香气组分的合成仍待更深入的分析及研究。