李延升 楊普香 李琛 蔡翔 江新鳳謝小群 彭華 王新民 張賤根 鄧鵬

(江西省蠶桑茶葉研究所 330202)

茶樹施氮效應(yīng)及茶園氮素流失特性、防治措施研究進(jìn)展

李延升 楊普香*李琛 蔡翔 江新鳳謝小群 彭華 王新民 張賤根 鄧鵬

(江西省蠶桑茶葉研究所 330202)

綜述了茶園土壤氮含量及變化規(guī)律、茶樹施氮效應(yīng)、茶園氮素流失特性及茶園氮素流失防治措施等方面的主要研究進(jìn)展。

茶園；施氮效應(yīng)；氮素流失；防治措施

氮是茶樹最重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一，對(duì)茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)具有明顯的影響，施氮肥是增加茶葉產(chǎn)量的重要措施。適宜的施氮量能明顯增加茶葉產(chǎn)量，提高茶葉中的游離氨基酸、咖啡堿、水浸出物和葉綠素的含量，增加茶葉香氣物質(zhì)種類，改善茶葉的鮮爽度。為此，許多茶農(nóng)將提高氮肥施用量作為增產(chǎn)的主要手段來(lái)滿足茶樹對(duì)氮的需求。但是過(guò)量施用氮肥帶來(lái)肥料利用率低下、茶葉品質(zhì)下降、茶樹抵抗病蟲害和不良環(huán)境的能力降低、土壤和地下水污染、土壤酸化加劇等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重影響茶葉可持續(xù)發(fā)展。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)茶園土壤氮含量、茶樹施氮效應(yīng)、茶園氮素流失特性及茶園氮素流失防治措施等方面進(jìn)行了較多的研究，取得了一定的進(jìn)展。

1 茶園土壤氮含量及變化規(guī)律

氮廣泛分布于自然界，土壤全氮含量分布與土壤所處的溫度帶有關(guān)。在全國(guó)自然生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)，不同土壤的同一深度相比較，高寒區(qū)的全氮值比大部分溫帶地區(qū)的要高，并且整體趨勢(shì)是由表層向下層氮素的含量逐漸減少[1～2]。我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤的全氮含量通常在0.05%～0.5%的范圍內(nèi)，一般全氮含量都在0.2%以下，多數(shù)土壤的全氮含量在0.1%以下[3]。宜茶土壤中，高山草甸土和黃壤全氮含量均顯著高于其他土壤類型，紫色土和潮砂土次之，紅壤最低[4]。

近年來(lái)，茶農(nóng)將提高氮肥施用量作為增產(chǎn)的重要手段，導(dǎo)致茶園土壤積累了大量的氮素。從全國(guó)主要產(chǎn)茶區(qū)茶園土壤全氮含量分析結(jié)果(表1)來(lái)看，茶園土壤全氮含量變化范圍0.09～5.6g/kg，平均含量1.3 g/kg?？梢姡鑸@土壤全氮含量基本在農(nóng)業(yè)土壤背景值變化范圍，但土壤全氮含量均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)高產(chǎn)茶園標(biāo)準(zhǔn)。

土壤中的氮素主要以有機(jī)態(tài)存在[3]，通常占全氮量的95%以上，所以有機(jī)氮的含量多少將直接影響土壤全氮的含量及供氮能力。相對(duì)而言，土壤中的無(wú)機(jī)態(tài)氮含量很少，在有機(jī)質(zhì)含量較高的表土中，只占全氮量的1%～2%。土壤氮素礦化是土壤有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)態(tài)氮的過(guò)程，是土壤氮素循環(huán)主要過(guò)程，也是了解土壤供氮能力和擬定合理施氮量的主要依據(jù)。陳玉真等[4]分析了福建省武夷山市的5種主要茶園土壤(黃壤、紅壤、潮砂土、紫色土、高山草甸土)的氮素礦化特征，茶園土壤潛在可礦化氮庫(kù)(N0)為4.15～52.46mg/kg(均值為33.22)，土壤氮礦化常數(shù)k值為0.019～0.343mg/kg.d(均值為0.15)，土壤氮供應(yīng)綜合指標(biāo)(N0*k)為0.32～16.82 mg/kg.d(均值為6.49)，礦化率(Nr)為2.32%～6.00%(均值3.73)，高山草甸土和黃壤氮礦化參數(shù)均顯著高于其他土壤類型，紫色土和潮砂土次之，紅壤最低。

表1 全國(guó)主要產(chǎn)茶區(qū)茶園土壤全氮含量

注：表中數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)[5]。

2 茶樹施氮效應(yīng)

2.1 茶樹對(duì)氮的吸收特點(diǎn)及氮素對(duì)茶樹的影響

氮素是影響茶樹生長(zhǎng)的重要元素之一，茶樹能同時(shí)吸收銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，但茶樹對(duì)銨態(tài)氮的吸收量高于對(duì)硝態(tài)氮的吸收量，同時(shí)茶樹根系對(duì)銨態(tài)氮吸收的最大速率(Vmax)要明顯高于硝態(tài)氮[6]。許多研究也發(fā)現(xiàn)，茶樹對(duì)NH4+的 吸收代謝速度明顯高于NO3-，供應(yīng)NH4+-N比供應(yīng)NO3--N 能合成更多的谷氨酰胺(Gln)，茶樹對(duì)NH4+-N的吸收量大大高于NO3--N，茶樹在NH4+-N源下生長(zhǎng)良好[6～8]。各項(xiàng)研究表明，氮素吸收效率和運(yùn)輸能力在不同茶樹品種間存在顯著差異，茶樹根系吸氮能力的差異是茶樹品種間氮素利用效率存在差異的重要原因[9]。

茶樹為葉用植物，氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)茶樹生長(zhǎng)和產(chǎn)量尤為重要，且葉片中的氮含量與茶葉品質(zhì)密切相關(guān)[10]。林鄭和等對(duì)四個(gè)不同品種茶樹研究發(fā)現(xiàn)，缺氮脅迫下，除鐵觀音品種根系干重沒(méi)有發(fā)生顯著降低外，其余各品種根系、莖葉干重都顯著下降；黃觀音、毛蟹品種葉片的CO2同化速率、氣孔導(dǎo)度都顯著下降，胞間CO2濃度顯著增加；黃觀音、毛蟹品種葉片的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)顯著下降[11]。多項(xiàng)研究表明，適宜的施氮量能提高茶葉中的游離氨基酸、咖啡堿、水浸出物和葉綠素的含量，增加茶葉香氣物質(zhì)種類，提高 β-葡萄糖苷酶活性，明顯提高 β-葡萄糖苷酶及 β-櫻草糖苷酶基因的相對(duì)表達(dá)量，促進(jìn)AM 真菌的侵染和菌根發(fā)育，進(jìn)而促進(jìn)茶樹對(duì) N、P、K 的吸收，增加茶葉中可溶性糖和可溶性蛋白含量，降低酚氨比。過(guò)量施氮肥不利于產(chǎn)量、品質(zhì)的形成并影響菌根發(fā)育[12～15]。

2.2 施氮的環(huán)境效應(yīng)

早在2001年，Tokuda 報(bào)道了日本大量施用氮肥的茶園土壤中通過(guò)反硝化作用釋放大量的N2O，而在未施用大量氮肥的茶園，沒(méi)有觀測(cè)到顯著的N2O產(chǎn)生[16]。2009年林衣東等報(bào)道了我國(guó)高產(chǎn)茶園N2O平均日排放量為11.26 mg/kg.d[17]，最近有關(guān)茶園施氮引起的N2O排放導(dǎo)致負(fù)面環(huán)境效應(yīng)報(bào)道也很多[18～19]。各項(xiàng)研究表明，氮肥的大量施用促進(jìn)了酸性茶園土壤N2O的釋放，并且隨著施氮量的增加而顯著增加[20]。因此，茶園大量N2O的排放與茶園氮肥的大量施用直接有關(guān)。

3 茶園氮素流失特性

3.1 淋洗損失和徑流損失

土壤氮素在降雨條件下淋失到深層土壤甚至進(jìn)入地下水，不僅導(dǎo)致土壤肥力下降，同時(shí)還會(huì)造成地下水污染。王艷丹等[21]研究不同樹齡茶園土壤層TN、NO3--N、NH4+-N和可溶性土壤有機(jī)氮(DON)的遷移變化，結(jié)果表明：0～20cm、20～40cm土層的茶園土壤，TN遷移通量均隨植茶年限的增加顯著增加(P<0.05)，茶園年齡每延長(zhǎng)一年，通過(guò)20cm深的土層向下遷移下滲的TN通量將增加235.13mg/m2，而通過(guò)40cm深的土層TN遷移通量則增加151.24 mg/m2，20～40cm土層的NO3--N、0～20 cm土層的DON遷移通量與茶園植茶年限顯著正相關(guān)(P<0.05)，而NH4+-N遷移量不隨植茶年齡變化而變化，茶園40cm土層內(nèi)的TN、DON和NH4+-N下滲遷移主要發(fā)生在0～20cm,而NO3--N的遷移則主要發(fā)生在20～40cm，40cm土層的茶園土壤氮素以DON損失最多，其次為NO3--N，NH4+-N損失量最少。許曉光[22]研究表明，施肥土壤(稻田、菜地、茶園)要比不施肥的林地、稻田等顯著增加土壤N的淋失，其中菜地 N淋失程度最高，觀測(cè)期內(nèi)土壤溶液總氮(TN)濃度最高可達(dá)92mg/L，其次是施肥茶園，但稻草覆蓋較常規(guī)施肥土壤溶液TN濃度略有降低，說(shuō)明茶園覆蓋稻草也可以在一定程度上對(duì)氮淋失有所緩解。黃河仙等[23]對(duì)我國(guó)南方紅壤坡地農(nóng)作區(qū)、茶園、柑橘園、退化區(qū)和恢復(fù)區(qū) 5 種不同利用方式產(chǎn)生的地表徑流進(jìn)行了全年連續(xù)監(jiān)測(cè)和分析，結(jié)果表明，無(wú)論是徑流量還是氮磷流失量，茶園都僅次于農(nóng)作區(qū)。王京文等[24]對(duì)西湖風(fēng)景名勝區(qū)代表性茶園氮磷流失的研究表明，自然降雨條件下常規(guī)施肥茶園地表徑流總氮平均濃度為5.5mg/L，地表徑流流入水體存在水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)，可溶性氮是茶園土壤氮素流失的主要形態(tài)，氮流失量、徑流量與降雨量均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

3.2 氣態(tài)損失

氧化亞氮(N2O)是地球上重要的溫室氣體之一，一方面參與各種光化學(xué)反應(yīng)、破壞臭氧層使全球氣候變暖，對(duì)人類的居住環(huán)境構(gòu)成很大威脅；另一方面，使全球氮沉降持續(xù)升高，加劇土壤酸化作用等環(huán)境問(wèn)題。在眾多N2O產(chǎn)生源中，土壤是N2O排放的最主要來(lái)源，占大氣N2O總排放量的65%[25]。土壤中的N2O主要由硝化作用和反硝化作用產(chǎn)生[26]。林衣東等[17]、Han WY等[20]認(rèn)為，添加氮肥顯著增加了N2O的排放量。最近有關(guān)茶園N2O排放量的國(guó)內(nèi)外報(bào)道也很多，如我國(guó)學(xué)者X.Q.FU等在2012年報(bào)道了亞熱帶丘陵茶園土壤N2O的年排放量為7.1～16.7kg/hm2。各項(xiàng)研究表明，較高的土溫和氣溫能明顯促進(jìn)N2O排放，施氮量、環(huán)境溫度、降水是影響N2O 排放的主要因素[19～20,27]。

4 茶園氮素流失防治措施

茶樹系多年生常綠葉用作物，需氮量高，但茶區(qū)雨水多，一般氮肥溶解快，氮素淋失率高、利用率低，環(huán)境污染嚴(yán)重[28]。林瓊等[29]研究表明，單施無(wú)機(jī)肥處理茶園土壤 NH4+-N和 NO3--N 的淋溶損失的幾率顯著增加，土壤氮流失風(fēng)險(xiǎn)也增加，減氮的同時(shí)配合有機(jī)肥的施用，對(duì)土壤氮素流失改善有良好效果。相關(guān)研究也證實(shí)了，增施有機(jī)肥料可促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體含量增加，提高茶園土壤的保肥和供肥能力[30]。早期有研究報(bào)道，茶園免耕法平均流失氮相對(duì)于傳統(tǒng)耕作法減少34%～44%[31]。吳玉瓊等[32]研究表明，地表秸稈覆蓋不僅可降低地表徑流量，還可顯著地增加土壤養(yǎng)分，改善土壤性狀。茶園內(nèi)套種綠肥，套種后的土壤有機(jī)質(zhì)較凈耕茶園的土層有機(jī)質(zhì)含量增加21%～40%，同時(shí)減少了氮素流失[33]。馬立鋒等[34]研究了控釋氮肥對(duì)茶園氮素利用效率和茶葉中氮磷等主要礦質(zhì)元素吸收的影響，結(jié)果表明，與普通氮肥相比，控釋氮肥能促進(jìn)茶樹對(duì)氮、磷等主要礦質(zhì)元素的吸收，提高茶樹新梢氮素利用率。從以上研究結(jié)果來(lái)看，茶園土壤氮素流失防控主要是通過(guò)提高氮素利用利率以及減少地表流失量。

因此，對(duì)茶園土壤氮素流失防治，首先要確定茶園宜施氮量，這也是從源頭控制氮素流失的有效手段，在適當(dāng)減氮的基礎(chǔ)上配施微肥、 有機(jī)肥、 菌肥及改變水肥管理模式，提高肥料利用率。同時(shí)，有效地利用同位素示蹤，建立完善的氮素模型，對(duì)于指導(dǎo)茶園生產(chǎn)、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)土壤氮素流失風(fēng)險(xiǎn)都具有重要的意義。

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國(guó)家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(CARS-23)；江西省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(JXARS-02)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFD0200900)。

*通訊作者