摘" " 要:为了探索不同种类肥料对茶叶产量与品质影响,就当下单施化肥、有机肥、新型肥料、化肥+有机肥等施肥技术对茶园土壤理化性质、茶树根基微生物菌落结构、茶叶产量与品质影响等方面进行综述。通过整理汇总大量文献发现,化肥+有机肥的施肥技术模式不仅可以改善茶园土壤环境,同时对茶叶产量与品质具有显著提升。综上,本文综述了肥料对茶叶产量和品质的影响,为今后茶园施肥方式和肥料选择提供了理论支持。
关键词:肥料;有机肥;土壤微生物;茶叶产量;茶叶品质
中图分类号:S571.1" " " " " 文献标识码:A" " " " " DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2024.11.010
Research Progress on Effects of Fertilizer on Soil and Tea Yield and Quality in Tea Garden
JIANG Shuangfeng1, CHEN Zhiyun1, REN Taiyu1, WANG Xiao2, GAO Fengguang1, LI Jie1
(Xinyang Academy of Agricultural Sciences, Xinyang, Henan 464000, China;2. Xinyang City Wenxin tea Company Limited, Xinyang, Henan 464000, China)
Abstract: In order to explore the effects of different types of fertilizers on the yield and quality of tea, the fertilization technologies such as single application of fertilizer, organic fertilizer, new fertilizer, fertilizer + organic fertilizer were reviewed in terms of the physical and chemical properties of tea garden soil, the structure of root microbial colonies of tea trees, and the effects of tea yield and quality. By summarizing a large number of literatures, it was founded not only the soil environment of tea gardens was improved, but also the yield and quality of tea was improved significantly through fertilization technology model of fertilizer + organic fertilizer. In conclusion, the effects of fertilizer on the yield and quality of tea were reviewed and prospected in this paper, which provided theoretical support for the fertilization methods and fertilizer selection in tea gardens in the future.
Key words: fertilizer; organic fertilizer; soil microorganism; tea yield; tea quality
茶树是我国重要的经济作物之一,作为多年生木本植物,茶树以采摘新稍、嫩芽为目标,不仅对氮、磷、钾等大量元素需求巨大,同时镁、锌、硒、铁等中、微量元素也影响着茶叶品质。单一的施肥模式不能满足茶树正常生长需求,土壤中充足的氮、磷、钾含量及其适当的配比是茶树保持良好生长状态的必要条件[1]。长期不施肥的茶园,不仅会降低茶氨酸合成、升高酚氨比,而且会降低芳香物质合成和茶叶品质[2]。因此,优质茶叶需要充足的土壤肥力来保障,合理的施肥结构对茶园土壤环境与茶叶品质呈正相关。而多种模式的施肥方式,对土壤肥力、土壤菌落丰富度、土壤有机质含量和农产品的品质均有不同程度的改善作用[3-5]。研究表明,导致茶叶品质下降、产量降低等问题都与不合理的施肥、茶园土壤微环境破坏密切相关[6-7]。目前我国茶园施肥仍以化学肥料为主,不仅总量超出了茶树生长正常的需求量,而且氮、磷、钾的配比也不完全符合茶树养分需求,部分茶园土壤还出现不同程度的酸化且伴随土壤肥力下降等问题,在一定程度上制约了茶产业的可持续化发展[8]。为改良茶园土壤施肥现状,调整茶园土壤必需营养元素组成及配比,改善茶园土壤菌落丰富度和茶园生态环境,提高茶叶品质,积极探索多种组合的绿色施肥模式已经成为当下茶叶领域的研究热点之一。本文就茶园单施无机肥、有机肥、新型肥料、无机与有机肥配施等方式对茶园土壤理化性质、茶叶产量、茶叶品质、茶园土壤微生物活性等方面进行综述,以期为今后茶园施肥技术提供借鉴。
1 肥料对茶园土壤pH和营养元素的影响
1.1 肥料对茶园土壤pH的影响
茶树作为喜酸嫌钙植物,其生长环境对土壤酸碱度有一定要求,适宜茶树生长的土壤 pH值范围为4.0~5.5[9]。长期单施氮肥会导致茶园土壤酸化和土壤中钾元素失衡,通过施用磷酸钾肥料,可显著提升酸化茶园土壤pH,增加土壤交换性阳离子 K+ 含量[10]。代依涵等[11]研究表明,茶园土壤碳氮比随着氮肥施入量的增加呈先增后降的趋势,氮素施入量以低肥力茶园 300 kg·hm-2和高肥力茶园 150 kg·hm-2为宜。过磷酸钙对茶园土壤pH具有改善作用,丁园等[12]用 2.5 g·kg-1 过磷酸钙进行实验室土培,结果表明,供试土壤pH值调节至 5.47~5.55,这可能与过磷酸钙增加了酸性磷酸酶活性有关。而过磷酸钙+石灰石的施肥模式可使酸性茶园土壤 pH 值调至 5.12~5.34,增加土壤中有效磷、有机质、脲酶含量[13]。
有机肥对酸化茶园土壤pH改良作用同样显著。Ye等[14]研究表明,长期施用有机肥的茶园,土壤 pH 值稳定在 5.13~5.33,土壤酸性得以改善,茶树生长良好。相比植物源有机肥,动物源有机肥普遍偏碱性,可以提供丰富营养成分,对偏酸性茶园土壤的改善作用显著。Ye等[15]研究表明,当酸性土壤茶园施用6 000~15 000 kg·hm-2羊粪时,土壤中氨化细菌、脲酶、蛋白酶等含量增加,硝酸盐、亚硝酸盐还原酶活性降低,土壤 pH升高。当茶园连续 3 年分别施用4 589.1、6 555.91 kg·hm-2牛粪时,土壤中脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、蛋白酶等活性增加,这可能是增加的土壤有机质为多种酶蛋白发挥作用提供了充足的底物。另外,土壤全氮含量增加,酸性土壤有所改善[16]。当茶园连续3年施用1 500 kg·hm-2鸡粪时,茶园土壤pH值提高8.8%,全氮、全磷、水解氮、全钾等大量元素含量均有所增加[17]。
1.2 肥料对茶园土壤营养元素的影响
包括氮、磷、钾等大量元素在内的单质肥与复合肥,具有溶解性强、肥效快等特征,能够快速被茶树吸收利用,并在茶树不同生育阶段为其提供充足的营养,用来维持茶树正常生命活动。宋春燕等[18]研究表明,0~20 cm土层深度,土壤碱解氮、速效钾、有机质等物质含量与氮素施用量呈正相关,而有效磷含量与之相反。赵晨光等[19]研究表明,菜园连续2年施用复合肥(N-P2O5-K2O为13.5-13.5-13.5),可提升茶园表层土壤有效钾含量,增加有效磷含量,降低氮素淋溶。当N-P2O5-K2O为 16-16-16时,可显著提升茶园土壤铁、锌等元素含量,同时降低锰元素含量[20]。
有机肥营养元素更丰富,作用效果更持久,能为土壤提供有机质,改善土壤理化性质,并且为土壤微生物提供良好的生存环境。Li等[21]研究发现,相比单施无机肥,增加有机肥,茶园土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、交换性阳离子等指标浓度均增加。Xie等[22]研究表明,菜籽饼肥可保持土壤碳、氮库,并使其径流减少,使茶园土壤养分最大程度得以保留。王子腾等[23]研究表明,在菜籽饼肥+化肥的施肥模式下,减施化肥可降低土壤中碳氮径流,同时增加土壤有机质含量,一定程度上增强茶园土壤保水保肥能力。
腐殖酸类、微生物类、氨基酸类、水溶性类和土壤调理剂类等新型肥料在茶园应用越来越广泛。张亚莲等[24]研究表明,添加解磷、解钾菌株的土壤,有效磷含量增加61.32倍,速效钾含量增加 26.01%,并且土壤有机质及各营养成分均显著增加。苏群等[25]研究表明,腐殖酸通过提升土壤有机质、氮、磷、钾等成分含量,进而改善土壤营养状况。
2 肥料对茶园土壤微生物的影响
土壤微生物在提高土壤肥力、改善植物养分吸收、增强植物抗逆性和抵抗土传病原体等方面发挥着重要作用[26]。作为土壤养分的调节者,土壤微生物的代谢功能直接参与土壤硝化、固氮与分解三大功能[27]。而土壤微生物菌落多样性及丰度与土壤pH、有机质、硝态氮、速效钾等养分含量有关[28-29]。Peng等[30]研究表明,茶园土壤真菌群落多样性与表层土壤(0~20 cm)肥力呈正相关,与中下层土壤(20~60 cm)肥力呈负相关。短时间内施用化肥可适当增加土壤微生物菌落丰富度,但随着施用时间的增长,土壤易板结,导致土壤微生物生长发育受到抑制[31]。王峰等[29]研究表明,长期施用化肥会降低土壤中有机质含量和真菌群落多样性。随着氮肥施入量的减少,根际土壤中细菌群落多样性逐渐增加,并且氮代谢相关菌类丰度增加,氮肥施入量为390 kg·hm-2时,细菌群落种类与丰度达到最大值[32]。
酸化土壤中致病微生物和参与硝化作用微生物的数量显著增加,并且硝化过程中产生的硝态氮在土壤中移动性很强且极易淋溶,会导致土壤供氮能力下降,茶树生长受抑制[33-34]。王海斌等[35]研究表明,酸化土壤中微生物通过下调代谢途径中蛋白质表达来降低微生物能量代谢能力和微生物数量。有机肥具有改善茶园土壤微生物菌落结构和提升有益微生物多样性的功能[36]。Han等[37]研究表明,施用有机肥后,酸化土壤可显著增加茶园土壤微生物多样性,尤其是使细菌α多样性增加,这可能与有机肥使茶园土壤pH升高有关。研究表明,在有机肥与无机肥混施模式下,茶园土壤细菌群落丰度增加,这与混合施肥使土壤中有机质含量增加有关[38]。颜明娟等[39]研究证明,有机肥配施无机肥可显著增加茶园土壤功能菌落的相对丰度和多样性,这与土壤中有效磷含量和pH变化有关。与施用无机肥处理组相比,菜籽饼肥配合种植绿肥模式下,茶园土壤中细菌群落丰度明显增加,而酸杆菌门丰度无明显变化[40]。Zhang等[41]研究表明,发酵大豆可有效增加茶园土壤中细菌属和真菌属菌落丰度。除此之外,有机肥导致微生物在土壤中聚集还与土层深度有关。研究表明,用花生壳覆盖茶园土壤表层 10 cm厚,当花生壳被分解后,0~20 cm土层真菌群落多样性增加,20~40 cm土层土壤细菌群落多样性增加[42]。除此之外,土壤中微生物多样性随季节而变化,当施用20 000 kg·hm-2牛粪时,夏季土壤细菌多样性最高,同时黄杆菌群落丰度增加,土壤中有机大分子降解、硝化和反硝化能力提升[43]。
腐殖酸、微生物菌剂、土壤调节剂等新型肥料在茶园土壤微生物动态调控中均发挥着重要作用[44]。在炭基肥改良酸化土壤研究中,随着炭基肥用量的增加,茶园土壤中细菌和真菌群落多样性与相对丰度随之增大[45]。
3 肥料对茶叶产量和品质的影响
3.1 肥料对茶叶产量的影响
无机肥可快速提供茶树生长所需要的多种营养元素,其中氮是影响茶叶产量的首要因素,茶树在生育期内对氮素需求极高。Tang等[46]研究表明,氮肥可显著增加茶园产量,当 N、P2O5、K2O施入量分别为 320、80、100 kg·hm-2时,茶叶产量达到最高。李果等[47]研究表明,当 N、P2O5、K2O 施入量分别为 360、150、120 kg·hm-2时,新梢一芽一叶百芽质量、发芽密度和鲜叶产量较常规施肥分别提高 12.74%、10.84%、15.71%。赵晨光等[19]研究表明,增施茶园复合肥不仅可以增加茶叶产量,而且在一定程度上可以促进茶树更早萌发,比未施肥的茶树早萌发1周。
有机肥中各营养元素丰富,能为茶树提供持久的肥力,对茶叶产量提高具有显著影响。疏再发等[48]研究表明,使用30%有机肥替代化肥,可使茶叶年均增产27.28%。Ye 等[15]通研究发现,当茶园全部施用发酵后的羊粪,茶叶年产量最高,这可能与动物有机肥提高了土壤 pH和改善了茶树生长环境有关。丁力等[49]研究表明,经过腐熟发酵后的动物源有机肥,茶树光合效率、产量均显著提高,其中以发酵过的猪粪对茶叶产量的促进作用最大。Manzoor等[50]研究表明,50%氮、磷、钾+ 50%菜籽饼肥综合施肥模式可显著降低土壤容重,增加土壤孔隙度,促进茶树根尖数量与根长的生长,进而使茶树从土壤中吸收更多的养分,以提高茶树茎叶生物量的积累。
研究表明,与单施复合肥模式相比,施用生物菌肥可使白叶1号的百芽质量、发芽密度、茶叶产量分别增加 12%、8.8%、18.3%[51]。刘丹等[52]研究表明,腐殖酸叶面肥对春茶发芽密度、新梢百芽质量和产量分别增加 6.67%、11.94%、19.41%,并且腐殖酸稀释至 1∶400 时,增产效果最佳。Huang等[53]研究发现,硅溶性微生物水溶肥和有机生物刺激素叶面肥可使茶树发芽密度分别提升 14.4%、24%,百芽质量分别增加 17%、33.9%,新梢叶面积分别增加 6.9%、23.1%,鲜叶产量分别提高 7.1%、14.5%。Mg2+是叶绿素合成的关键元素,对茶树光合作用至关重要。在酸性土壤茶园中,通过施用中高量炭基肥,可以改善土壤酸性,促进茶树氮、磷、钾、钙、镁等元素的吸收,并提高茶树光合作用,促进茶树叶片物质的积累,同时显著增加茶树的发芽密度、百芽质量、鲜叶产量[54]。而Yang等[55]研究表明,生物炭基肥可能是通过增加土壤中细菌和真菌群落的丰度,改善茶树根际土壤微环境,增加吸收根对营养元素的吸收,从而提高茶叶产量。
肥料对茶叶产量的影响如表1所示。
3.2 肥料对茶叶品质的影响
茶园土壤中大、中、微量元素不仅参与茶树生长发育的各个阶段,而且与茶叶品质的形成密不可分。在多种无机营养元素中,氮是决定茶叶品质形成的关键元素。研究表明,氮不仅可以提高新梢鲜叶产量,而且可以增加鲜叶中氨基酸、水浸出物含量,进而改善茶叶品质[61]。其中,铵态氮肥作为茶树最易吸收的氮形态,对茶树总游离氨基酸的积累有显著影响[62]。然而,茶园土壤 pH 值与氮肥施用量呈负相关,并且随着茶园土壤酸性的加剧,土壤中 K+、P+、Mg2+ 等离子含量有不同程度降低,茶叶中多酚、黄酮、水浸出物总量和维生素 B1、B2、C等与茶叶品质相关成分含量也有所降低[63]。Wei等[64]研究表明,高磷、高钾的施肥模式能够显著降低茶树叶绿素、游离氨基酸含量,而黄酮类物质的积累与磷、钾元素比例呈正相关。Gao等[65]研究表明,茶园适当减量施用化肥,不仅可以提高土壤中钾、有机质含量,而且可使茶叶中茶多酚、水浸出物含量显著增加,降低茶叶中咖啡碱含量,增加茶汤浓度。
研究表明,有机肥可通过改善茶叶中氨基酸、糖、脂肪酸等相关途径的富集,进而对绿茶品质的提升具有一定的积极意义[48,66]。Ye等[15]研究表明,当茶园施用6 000~15 000 kg·hm-2 羊粪时,茶多酚、茶氨酸、氨基酸等决定茶叶品质的相关指标含量均呈上升趋势。尽管有机肥中各种营养元素更为全面,但是含量较低,因此有机肥部分替代化肥模式在农业生产中较为常见。有机肥部分替代化肥模式不仅能够改善土壤环境,还对茶叶品质具有显著提升作用[67-68]。Huang等[69]研究表明,茶树专用肥+尿素+有机肥施肥模式可显著提高决定茶叶香气风味品质的挥发性物质成分种类与含量,其中以烯烃类物质占比最高,其次为醇类、酯类物质。杨浩瑜等[70]研究表明,与全部施用复合肥相比,施用30%有机肥替代复合肥,茶叶中茶多酚、氨基酸含量分别提升 14.34% 和 36.41%。
新型肥料不仅在增加茶叶产量、增强茶树抗逆性等方面作用显著,在提高茶叶品质方面效果也同样明显。王梧镇等[59]研究表明,茶园施用15 000 kg·hm-2 腐殖酸,不仅能使全年茶叶增产8.9%,而且水浸出物、茶多酚、游离氨基酸、叶绿素等物质含量显著增加,其中茶多酚、叶绿素含量较常规施肥的茶叶分别提升4.6%、15.8%。杨静云等[71]在常规施肥的基础上,按 4.5 kg·hm-2浓度喷施腐殖酸,结果表明,水浸出物、茶多酚含量分别增加 2.56%、1.27%,在一定程度上改变了茶叶的生化成分。硒元素人体必需微量元素,而人体对硒元素的吸收利用主要来源于植物。李晓嫚等[72]通过 50 mg·L-1 硒酸钠叶面肥对萌芽前夏季茶园进行试验,结果表明,茶叶中总硒和有机硒分别增加 5.97 mg·kg-1、5.17 mg·kg-1,同时没食子酸、儿茶素、咖啡碱等物质含量降低,有效提升了夏茶品质。
肥料对茶叶品质影响如表2所示。
当下部分地区茶农施肥存在过量现象,导致部分茶园出现烧苗等状况,不仅不能起到增产效果,而且对茶叶品质造成一定的负面影响。因此,应根据茶园实际状况,选择合理的肥料搭配,并采取合适的施肥模式。施基肥时,茶树处于休眠期,应以有机肥为主磷钾肥为辅,同时减少氮素施用。春茶开采前追肥时,茶树地上部分较为活跃,为了提升茶叶品质,应适当增大氮素含量。
4 研究展望
当前茶园施肥方式主要有沟施、撒施、叶面喷施等,肥料种类主要有化肥、有机肥、茶树专用肥、氨基酸水溶肥等。不同的施肥方式结合多样的肥料种类不仅为茶树在不同的生育期提供更加丰富的营养,而且极大地促进茶园产量与茶叶品质的提升。但是,茶园施肥仍然有一些问题值得注意:
(1)尽管化肥在短期内能迅速提升茶园土壤肥力,但长期施用则会导致茶园土壤酸化、微生物菌落丰度降低。有机肥营养丰富且含有大量有机质,不仅在改善土壤酸性方面具有良好作用,而且能为茶树根基微生物提供良好的生存环境,然而有机肥中大量元素含量较低。因此,有机肥配施化肥的模式,既能保证茶园持久肥力,又能在茶树生育期的关键节点迅速为其提供充足的养分。
(2)肥料配比与用量问题。当前茶园施肥普遍存在过量问题,长期施用过量无机肥容易导致茶园土壤孔隙度降低、板结、酸化等诸多问题,同时肥料中氮、磷、钾等元素随雨水及地表径流进入河流与湖泊,不仅浪费肥料,而且还会导致河流、湖泊营养富集,对环境造成一定影响。
(3)施用有机肥时,应注意重金属防控问题。如果茶园土壤重金属富集,则容易被茶树根部吸收,再通过极性运输到达茶树新梢,茶叶是以采摘茶树新梢幼嫩芽叶经过加工而成的一种饮品。因此,施用有机肥时,应对其进行检测并加以防控。
(4)改进施肥方式,增加肥料利用率。相比撒施,沟施更能促进茶树对肥料养分的吸收。但是,大部分茶园都位于山地、丘陵地带,机械化作业存在不便,而当前农村劳动力不足现象普遍,人工开沟费用较为昂贵。因此,在山地、丘陵等不方便机械作业的茶园施肥时,如何能节约人工且增加肥料利用率将是未来研究的方向。
因此,本研究开展无机肥+有机肥、茶树专用肥+有机肥等技术模式研究,在一定程度上解决了茶园土壤板结、酸化、养分利用率等问题。而对于茶园土壤重金属风险方面研究,则要加强茶园土壤重金属快速检测仪器的研发,既要方便携带,又能确保检测快速准确。针对山地丘陵地区茶园施肥不便的问题,则要加强适应山地丘陵作业机械的研发;同时,这些地区进行追肥时,使用无人机喷施叶面肥的方式或许是未来的研究趋势。
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