喷施不同浓度海藻叶面肥对茶叶产量和品质的影响

2024-04-19 11:01王利民陈诗平黄东风
茶叶科学 2024年1期
关键词:品质

王利民 陈诗平 黄东风

收稿日期:2023-10-26             修訂日期:2023-12-11

基金项目:福建省农业科学院对外合作项目(DWHZ-2022-20)、福建省科技计划项目—省属公益类科研院所基本科研专项(2022R1025001)、福建省农业科学院英才项目(YC2019006)、福建省农业科学院项目(CXTD2021012-2)

作者简介:王利民,男,助理研究员,主要从事土壤改良和生态恢复研究,gb898@126.com。*通信作者:273544989@qq.com

摘要:研究不同浓度的海藻叶面肥(Organic-based biostimulant formulas,OBFs)喷施下茶青产量和品质的变化,为红壤区茶树高产优质栽培提供理论指导。在常规施肥的基础上,以不喷施OBFs为对照(T0),在茶园设置5个OBFs叶面肥喷施体积分数0.33%、0.66%、0.99%、1.32%、1.65%,分别记为T1、T2、T3、T4、T5,研究喷施不同浓度OBFs对茶树嫩叶吸收养分、以及茶产量与品质的影响。结果表明,喷施OBFs可以改善茶树农艺性状、促进嫩叶吸收养分和增产提质。与T0相比,T1、T2、T3、T4、T5处理茶青产量分别增加1.4、1.4、1.3、2.1、2.4倍(P<0.05)。随着OBFs喷施浓度增加,茶青总生物碱、咖啡碱和氨基酸的含量先升后降。与T0相比,T1和T2处理茶青总生物碱分别增加9.6%和9.3%,咖啡碱分别增加9.3%和11.4%,氨基酸含量分别增加5.0%和12.4%(P<0.05)。此外,T1和T2处理下茶青氮含量分别增加5.5%和6.1%,磷含量分别增加19.9%和13.3%,钾含量分别增加20.9%和10.0%;T1处理下茶青硅含量增加14.8%(P<0.05)。茶青产量与芽头密度、百芽重、节间长、叶面积、叶绿素含量均显著正相关;茶青咖啡碱、总生物碱与茶青氮、磷、钾和硅含量呈显著正相关,茶青非必需氨基酸、必需氨基酸含量与茶青氮、磷、钾含量均有显著的正相关关系。综上所述,喷施OBFs可以提高茶青产量,其中以喷施1.65% OBFs茶青产量较高,喷施0.33%、0.66% OBFs可以提高茶树嫩叶氮、磷、钾和硅元素的含量,改善茶树农艺性状,实现茶青产量和品质的双提升。

关键词:海藻叶面肥;茶叶产量;品质;养分吸收

中图分类号:S571.1;S146             文献标识码:A              文章编号:1000-369X(2024)01-053-09

Effects of Foliar Application of Different Concentrations of Organic-based Biostimulant Formulas on Yield and Quality of Tea (Camellia sinensis L.) in Red Soil Regions

WANG Limin, CHEN Shiping, HUANG Dongfeng*

Institute of Resources, Environment and Soil Fertilizer, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013, China

Abstract: The purpose of this study was to evaluate the effect of different concentrations of organic-based biostimulant formulas (OBFs) on the yield and quality of tea (Camellia sinensis L.) in red soil regions. A field experiment was therefore conducted to investigate the nutrient uptake, yield, and quality of tea under different fertilization treatments. On the basis of conventional fertilization, foliar applications with the volume percentage concentration of OBFs including 0 (T0), 0.33% (T1), 0.66% (T2), 0.99% (T3), 1.32% (T4), and 1.65% (T5) were set up. The results show that foliar application of OBFs improved agronomic characteristics, enhanced nutrient uptake of tea plants and improved the tea yield and quality. Compared with the T0 treatment, tea yield in the T1, T2, T3, T4 and T5 treatments increased by 1.4, 1.4, 1.3, 2.1 and 2.4 times, respectively (P<0.05). In addition, as the concentrations of OBFs increased, the contents of total alkaloid, caffeine, and amino acids were first increased and then decreased. The contents of total alkaloid in the T1 and T2 treatments increased by 9.6% and 9.3%, caffeine increased by 9.3% and 11.4%, and amino acids increased by 5.0% and 12.4% in comparison with the T0 treatment, respectively (P<0.05). Meanwhile, under T1 and T2 treatments, nitrogen (N) uptake of tea leaves increased by 5.5% and 6.1%, phosphorus (P) increased by 19.9% and 13.3% and potassium (K) increased by 20.9% and 10.0%, respectively (P<0.05). Under T1 treatment, silicon (Si) increased by 14.8%. Furthermore, tea yield was positively correlated with bud density, 100-bud weight, leaf area and chlorophyll content. Meanwhile, the contents of total alkaloid and caffeine were positively related to N, P, K and Si contents in tea leaves, respectively. Similarly, there was a significant and positive relationship between N, P and K contents in tea leaves and the contents of amino acids and essential amino acids. Overall, foliar application with 1.65% OBFs could increase tea yield, while foliar application with 0.33% and 0.66% OBFs could promote N, P, K and Si uptake in tea leaves, improve agronomic characteristics, which is beneficial for tea yield and quality.

Keywords: organic-based biostimulant formulas, tea yield, quality, nutrient uptake

红壤是我国重要的土壤资源,面积约为218万km2,约占我国国土面积的22.7%[1]。该区域水热资源丰富,雨热同期,生产潜力巨大,是重要的茶叶产地[2]。但是,红壤区茶园土壤存在很强的脱硅富铝化作用,造成土壤部分营养元素易淋失,限制了农作物产量和品质的提升[3]。近年来,有关红壤区农作物施肥的研究已成为各国学者关注的热点[4-5]。

叶面肥具有用量少、吸收快、能够避免与土壤直接接触等特点,环境负作用小,且相对于土壤施肥更加便利,因此叶面喷施是一种较佳的肥料施用方式[6-8]。研究发现,施用叶面肥能显著增加茶树关键生育期植株氮、磷、钾和硅的吸收量,并增强叶片光合生产力,提高茶叶产量[4]。杨淑清等[5]研究显示,喷施500 mg?L-1的叶面肥(硅酸钠,Na2SiO3·9H2O)可以显著提高北方棕壤区春、夏、秋茶的百芽重和芽头密度,春茶、夏茶、秋茶中游离氨基酸含量分别显著提高17.5%、94.5%、15.1%,可溶性糖含量分别显著提高2.7%、91.7%、3.3%;茶树植株内硅含量分布遵循末端分布规律,即从根到茎叶逐渐增加。林珊等[9]研究表明,喷施1次茶叶多效肥后,南方红黄壤区春茶芽头密度增加8.6%~15.2%,百芽重增加10.0%~18.9%,鲜叶产量增加12.6%~18.5%,茶叶中的水浸出物、茶多酚、咖啡碱及游离氨基酸含量也显著提高。综上可知,喷施叶面肥对茶叶产量和品质的影响与土壤类型和肥料品种具有密切的关系。

本研究供试海藻叶面肥(Organic-based biostimulant formulas,OBFs)是国内首次从印度尼西亚引进的富含天然海藻硅的高端叶面肥。海藻提取物具有生物刺激素的功效,可以通过调节农作物的生理功能,促进农作物根系生长,并增强农作物的抗逆性,进而提升农作物的产量和品质[10-12]。目前,有关喷施OBFs对红壤区主要农作物茶树的茶叶产量和品质的影响及其机制尚不清楚。因此,本研究探讨喷施不同浓度的OBFs對茶树嫩梢吸收养分、以及茶青产量和品质的影响,旨在探寻茶树上喷施OBFs适宜的浓度,为中国南方红壤区茶园增产提质提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

茶园试验位于福建省福州市晋安区宦溪镇创新村(119°39′E,26°03′N)福建省堂香茶业股份有限公司北峰茶叶基地,土壤类型为山地红壤。试验前基础土壤性状:pH为4.58,有机质含量28.83 g?kg-1,全氮1.24 g?kg-1,全磷1.14 g?kg-1,全钾19.51 g?kg-1,碱解氮143.18 mg?kg-1,有效磷68.79 mg?kg-1,速效钾144.99 mg?kg-1,有效硅23.83 mg?kg-1。试验区气候类型属于南亚热带季风湿润气候,平均海拔500 m,年均气温14.6~18.6 ℃,年均降雨量1 200~1 740 mm,年均日照时数约1 800 h,具有发展山区生态茶园得天独厚的地域优势。

1.2 试验设计

供试OBFs从印度尼西亚生物技术和生物工业研究所引进,主要原料为天然海藻,pH为4.7、有机质含量82.4 g·L-1、全氮2.12 g·L-1、全磷0.73 g·L-1、全钾0.77 g·L-1、全钙0.07 g·L-1、全镁0.14 g·L-1和二氧化硅187.50 g·L-1。试验始于2022年12月,采用随机区组设计,以当地常规施肥为基础,叶面喷施液态OBFs的稀释倍液,设置6个处理,分别为T0(喷施清水)、T1(喷施0.33% OBFs)、T2(喷施0.66% OBFs)、T3(喷施0.99% OBFs)、T4(喷施1.32% OBFs)、T5(喷施1.65% OBFs),每公顷喷施用量均为300 L。每个处理重复3次。在2022年12月沟施复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)525 kg?hm-2,2023年3月2日喷施海藻叶面肥1次。各小区面积为20 m2,供试茶树品种为梅占,树龄17 a。

1.3 样品采集与处理

试验前,在供试茶园通过五点采样法,采集0~30 cm土层样品约1.5 kg,剔除动植物残体和石块,混匀,风干后磨碎、过筛,用于分析基础土壤化学性质。2023年4月14日,进行小区茶青测产,同时随机称取500 g茶青样品,杀青、烘干、称重、磨碎,密封保存,用于测定茶青品质。

1.4 测定项目与方法

土壤化学性质采用常规分析方法测定。土壤pH采用电位法测定,有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定,全氮采用半微量凯氏法测定,水解氮采用碱解-扩散法测定,全磷采用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法测定,有效磷采用0.03 mol·L-1氟化铵-0.025 mol·L-1盐酸浸提法测定,全钾采用氢氧化钠碱熔-火焰光度法测定,速效钾采用1 mol·L-1乙酸铵浸提-火焰光度法测定,有效硅采用硅钼蓝比色法测定[13-14]。

叶绿素、茶叶产量及产量性状测定:春茶采摘期,每个小区选择新梢顶端倒数第二片真叶,利用SPAD-502型手持便携式叶绿素仪测定叶绿素相对含量(SPAD)。同时,测定新梢顶端倒数第二片真叶的长度和宽度,并通过椭圆公式计算叶片面积。随机选取新梢顶端倒数第一片和第二片真叶,测量节间长度并记录。每小区随机选取3个样方(0.12 m2),调查样方内茶芽数,计算芽密度。每小区随机采摘100个一芽二叶新梢,并称重,测得百芽重。按一芽二叶标准采摘,记录各处理小区茶青产量,计算得出每公顷茶青产量(kg?hm-2)。

茶青中矿质元素测定:茶青全氮采用凯氏法测定,全磷和全钾利用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定,全硅采用硅钼蓝比色法测定[13-14]。

茶青品质成分检测:茶青灰分参照GB/T 5009.4—2016质量法测定,水浸出物含量参照GB/T 8305—2013水浴浸提烘干法测定,粗纤维参照GB/T 5009.10—2003范式洗涤法测定,单宁参照NY/T 1600—2008磷钼酸-磷钨酸比色法测定,多糖参照NY/T 1676—2023苯酚-硫酸比色法测定,水解氨基酸采用高效液相色谱-串联质谱法测定,茶多酚参照GB/T 8313—2018福林酚比色法测定,咖啡碱参照GB/T 8312—2013紫外分光光度法测定,总生物碱参照酸性染料比色法测定[15]。

1.5 数据分析

数据采用SAS 8.02软件进行单因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncans新复极差法多重比较,并进行相关性分析。其他统计分析采用Excel 2003软件处理数据和作图。图表中数据为平均值±标准差(±SD)。

2 结果与分析

2.1 茶青产量和茶树农艺性状分析

不同用量OBFs喷施下茶青产量和茶树农艺性状的变化如图1和表1所示。与T0相比,T1、T2、T3、T4和T5处理均表现出对茶树农艺性状指标(芽头密度、百芽重、节间长和叶面积)有一定的改善效果,并提高茶青产量;其中,芽头密度增幅为62.9%~98.2%、叶面积增幅为54.2%~79.8%,春季鲜茶青产量增幅为1.4~2.4倍,尤其是T5处理对茶树农艺性状指标的改善和增产效果最佳。综上表明,喷施OBFs有利于改善茶树农艺性状,增加茶青产量。

2.2 茶青品质成分分析

不同用量OBFs喷施下茶青品质成分的变化如图2和表2所示。随着OBFs用量增加,茶青总生物碱和咖啡碱的含量先增加后降低,在T1和T2处理下较高;茶青的总生物碱和咖

啡碱含量分别增加2.6%~9.6%和2.5%~11.4%。另外,茶青非必需氨基酸和必需氨基酸含量也随着OBFs用量增加呈先升高后降低的趋势,且以T2处理较高。与T0相比,T2处理茶青非必需氨基酸和必需氨基酸含量分别显著增加6.6%和21.8%(P<0.05)。表明喷施较低浓度的OBFs更有利于春茶中咖啡碱、总生物碱和氨基酸的积累,特别是苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、赖氨酸、脯氨酸、谷氨酸、天冬氨酸及精氨酸在T2处理茶青中增加量较显著。然而,茶多酚含量在T1处理中最低,此时其氨基酸含量有所升高,这有助于茶叶呈现更加鲜爽的滋味。综上可知,喷施较低浓度的OBFs可以使茶青品质更佳。

2.3 茶青养分吸收量分析

不同用量OBFs喷施下茶青养分吸收结果如图3所示,茶树嫩叶对氮素需求较多,其次是磷和钾,而硅较少。T1和T2处理茶青中的氮和磷含量较高,与T0组相比,氮含量分别显著增加5.5%和6.1%(P<0.05),磷含量分別显著增加19.9%和13.3%(P<0.05)。T1处理茶青中的钾和硅含量较高,其中钾含量比T0显著增加20.9%(P<0.05),硅含量显著增加14.8%(P<0.05)。综上表明,喷施较低浓度的OBFs有助于茶青氮、磷、钾和硅的吸收。

2.4 茶树嫩叶叶绿素含量分析

叶绿素是高等植物进行光合作用的一类绿色色素,其是光合作用的必要条件。不同用量OBFs喷施下茶树嫩叶叶绿素含量的变化如图4所示。随着OBFs用量的增加,叶绿素含量总体呈上升趋势,T5处理组茶树嫩叶叶绿素含量比T0处理显著提高131.5%(P<0.05),表明较高浓度的OBFs喷施有利于增加茶树嫩叶叶绿素含量,进而增强茶树光合作用。

2.5 茶青产量、品质与茶树农艺性状等相关性分析

不同用量OBFs喷施下茶青产量、品质与影响因素的皮尔逊相关系数如表3所示,茶青产量与芽头密度、百芽重、节间长、叶面积、叶绿素含量均呈极显著正相关(R0.01=0.589 7,n=18),表明茶树农艺性状改善和叶绿素含量增加有利于茶青增产。此外,茶青灰分含量与茶青氮、钾、硅含量呈极显著正相关,而与百

芽重、节间长呈极显著负相关(R0.01=0.589 7,n=18)。茶青咖啡碱、总生物碱含量均与茶青氮、磷、钾含量呈极显著正相关(R0.01=0.589 7,n=18),与茶青硅含量呈显著正相关(R0.05=0.468 3,n=18)。茶青非必需氨基酸、必需氨基酸含量均与茶青氮、磷、钾含量有显著的正相关关系(R0.05=0.468 3或R0.01=0.589 7,n=18)。综上可知,红壤区茶青氮、磷、钾和硅含量与茶青咖啡碱和总生物碱含量均存在显著正相关关系,而茶青氮、磷和钾含量与水解氨基酸含量均存在显著正相关关系。

3 讨论

通过在红壤区茶园喷施不同浓度的OBFs试验表明,与T0相比,喷施不同浓度的OBFs处理均表现出对茶树芽头密度、百芽重、节间长和叶面积有一定的改良效果,并提高茶青产量。其中,T5处理茶树农艺性状改善和茶青增产的效果相对较佳。林珊等[9]研究表明,喷施1次叶面肥后,春茶发芽密度增加8.58%~15.24%,百芽重增加10.02%~18.86%,茶青产量增加12.59%~18.46%,与本研究结果相类似。作物中90%~95%的干物质来自于光合作用,其中光能的吸收、传递和转化与叶绿素含量密切相关[16]。本研究表明,茶树嫩叶叶绿素含量与茶青产量极显著正相关。

光合作用对茶叶品质也具有重要的作用。叶面肥喷施一方面可以增加叶片叶绿素含量,另一方面也可以使植物体表面参与光合作用的细胞变成硅化细胞,从而增强光合作用,合成更多的有机物[5]。氨基酸是茶叶鲜爽滋味的主要来源,咖啡碱是茶叶中含量最高的一种生物碱,也是茶叶重要的滋味物质[17]。本研究显示,与T0相比,T2处理能够提高茶青内含生化成分的含量,其中咖啡碱、总生物碱和氨基酸含量的增加较为显著。茶多酚在茶汤中主要呈现苦涩味,而氨基酸则是影响茶汤的鲜味,酚氨比是体现茶汤鲜爽度的重要指标[18]。本研究表明,喷施较低浓度OBFs的T1和T2处理可使茶青氨基酸含量升高,茶多酚含量降低,可使茶叶的鲜爽度提升。此外,喷施较低浓度的OBFs可以增加茶树嫩叶营养元素吸收,有利于茶青内含生化成分的合成,进而提升茶青品质。茶树吸收氮有利于促进其体内生物合成和次生代谢活动,增加氨基酸等物质的含量;磷几乎参与植物所有的生命活动,磷的吸收会增加茶叶中氨基酸和水浸出物等的含量;钾的吸收则有利于促进茶树光合电子传递能力,提高茶叶中氨基酸、咖啡碱和水浸出物的含量[19-20];硅不仅能够促进光合作用,还能改善作物根系生长,促进植物吸收氮素,为茶叶中氨基酸的合成提供充足的氮源[5,21]。本研究也证实,茶青氨基酸、总生物碱和咖啡碱含量与茶青氮、磷、钾和/或硅含量具有显著的正相关关系。杨淑清等[5]通过室内盆栽与田间试验也得出相似的结论。夏建国等[22]研究发现,叶面肥喷施可使茶叶氨基酸和咖啡碱含量比对照分别提高33.47%和28.96%。上述研究表明,茶树喷施适宜浓度的叶面肥后,叶片叶绿素含量增加,光合作用速率上升,茶叶氮、磷、钾和硅含量提高,茶叶中的初生与次生代谢产物(氨基酸、咖啡碱和总生物碱)含量也随之增加,茶叶品质有所提升。在红壤区茶园,喷施高浓度OBFs有利于茶青增产,主要是由于促进茶树新梢的生长,扩大嫩叶的伸展面积,增加嫩叶叶绿素的含量,从而有利于茶叶的光合产物合成,茶园蓬面的芽头密度和茶芽重量增加。随着OBFs喷施浓度的提高,茶青产量增加同时会对茶青内含生化成分产生“稀释效应”,反而导致茶青品质出现下降。因此,喷施1.65% OBFs可以显著增加茶青产量,而喷施0.33%~0.66% OBFs在维持茶青较高产量的同时,也有利于提升茶青品质。

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