田 甜，趙德恩，梁登雲(yún)，梁偉埃，蔣及年，韋錦堅(jiān)

(1.廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，廣西龍州 532406； 2.廣西民生中檢聯(lián)檢測有限公司，廣西南寧 530000)

茶葉作為桂西南重要的經(jīng)濟(jì)作物，已經(jīng)成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的重要支柱和農(nóng)民收入的主要來源，而茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)受茶樹品種、土壤養(yǎng)分含量、肥料用量和施肥方式等因素的影響，其中施肥對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響較為重要[1-4]。蘇有健等研究了不同氮營養(yǎng)水平對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)施用適量氮肥能明顯提高茶葉產(chǎn)量和游離氨基酸總量，且在同一基礎(chǔ)肥力土壤條件下，茶葉干物質(zhì)產(chǎn)量表現(xiàn)為隨施氮量的加大先增加后降低，呈拋物線趨勢[5]。李靜通過盆栽試驗(yàn)研究氮磷鉀配施對茶葉產(chǎn)量的影響，表明氮磷鉀最優(yōu)組合方案是：N 0.406～0.435 g/kg，P2O50.159～0.170 g/kg，K2O 0.186～0.198 g/kg，即N ∶P2O5∶K2O為1 ∶0.39 ∶0.46時(shí)，茶葉產(chǎn)量最高[6]。王旭等研究了春茶的產(chǎn)量與品質(zhì)對氮磷鉀及有機(jī)肥配施的響應(yīng)，結(jié)果表明，當(dāng)施用N 187.5 kg/hm2+P2O5225 kg/hm2+K2O 56.25 kg/hm2+有機(jī)肥 2 250 kg/hm2時(shí)，與空白對照相比，發(fā)芽密度可提高56.5%，百芽質(zhì)量提高85.7%，增產(chǎn)190.7%，且茶葉茶多酚含量提高68.54%，氨基酸總量提高71.86%，可提升茶葉品質(zhì)[7]。韓文炎等研究表明，茶園土壤氮、磷和鉀等因素與茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)有明顯的相關(guān)性[8-9]。國外也有很多研究表明，氮磷鉀合理配施能顯著提高茶葉產(chǎn)量及游離氨基酸、茶多酚含量[10-12]。目前茶園不科學(xué)用肥的現(xiàn)象還很普遍，本試驗(yàn)通過盆栽方法在廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所茶科苗圃開展氮磷鉀配施對茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)的影響研究，探求茶葉高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氮磷鉀施用量和配比，為茶園合理施肥提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2014年10月至2015年10月在廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所茶科苗圃進(jìn)行。供試茶樹品種為本地區(qū)習(xí)慣種植品種金牡丹；供試土壤類型為紅棕壤，基本理化性狀為：有機(jī)質(zhì)含量10.27 g/kg、全氮含量1.31 g/kg、堿解氮含量76.53 mg/kg、速效磷含量3.59 mg/kg、速效鉀含量 30.85 mg/kg、pH值3.87；供試肥料品種為尿素(含N 46.00%)、過磷酸鈣(含P2O512.00%)、硫酸鉀(含K2O 50.00%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽方法，所用盆缽大小為36 cm×30 cm，每盆裝土10 kg，種植茶樹2株。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)因素，每個(gè)因素4水平，其中氮肥(以純N計(jì))的用量為0～0.75 g/kg、磷肥(以純P2O5計(jì))的用量為0～0.3 g/kg、鉀肥(以純K2O計(jì))的用量為0～0.3 g/kg，試驗(yàn)方案按照二次飽和D-最優(yōu)設(shè)計(jì)(311)進(jìn)行，重復(fù)3次，各處理如表1所示。過磷酸鈣和硫酸鉀均作基肥一次性施入，尿素的60%作基肥，40%作追肥。分別于2015年4、6、9月采集春、夏、秋茶并測產(chǎn)。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤基本理化性狀 有機(jī)質(zhì)含量的測定采用K2Cr2O7容量法；全氮含量的測定采用Se-K2SO4-CuSO4-濃H2SO4消煮法；堿解氮含量的測定采用擴(kuò)散法；速效磷含量的測定采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀含量的測定采用NH4OAC-火焰光度法；pH值的測定采用電位法(水土比2.5 ∶1)。

表1 N、P2O5、K2O 3要素配施試驗(yàn)方案

1.3.2 茶葉產(chǎn)量及主要品質(zhì)指標(biāo) 茶葉產(chǎn)量：每盆茶葉產(chǎn)量按春夏秋3季總產(chǎn)量計(jì)；游離氨基酸總量的測定采用茚三酮比色法；茶多酚含量的測定采用酒石酸鐵比色法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，采用Design-Expert 8.0進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，作圖采用Origin 8.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 三元二次回歸方程的建立與檢驗(yàn)

本試驗(yàn)不同處理下產(chǎn)量的實(shí)際值和期望值如表2所示。根據(jù)表2中氮磷鉀施用量的編碼值x1、x2、x3和實(shí)際值y，建立茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)的回歸模型，設(shè)產(chǎn)量為y1、游離氨基酸總量(%)為y2、茶多酚含量(%)為y3，得出

y1=44.65+3.36x1+2.39x2+1.48x3+1.62x1x2+0.48x1x3+0.58x2x3-5.93x12-2.45x22-1.52x32；

(1)

y2=3.08+0.51x1+0.19x2+0.062x3-0.013x1x2-0.028x1x3+0.035x2x3-0.44x12-0.38x22-0.27x32；

(2)

y3=26.77+2.87x1+1.11x2+0.86x3+1.56x1x2+1.05x1x3-0.12x2x3-3.58x12-1.58x22-1.07x32。

(3)

表2 不同施肥處理對茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

對以上回歸模型及各偏回歸系數(shù)進(jìn)行F檢驗(yàn)，結(jié)果如表3所示，各指標(biāo)模型項(xiàng)P值均小于0.05，表明這3個(gè)回歸模型均能顯著反映氮磷鉀施用量編碼值與各指標(biāo)的關(guān)系，故各模型對相應(yīng)指標(biāo)均有良好的預(yù)測作用。對于茶葉產(chǎn)量y1、x1x3、x2x3、x32偏回歸系數(shù)不顯著，因此，剔除不顯著項(xiàng)后為

y1=44.65+3.36x1+2.39x2+1.48x3+1.62x1x2-5.93x12-2.45x22；

(4)

對于游離氨基酸總量y2，剔除不顯著項(xiàng)后，模型變?yōu)?/p>

y2=3.08+0.51x1+0.19x2+0.062x3-0.028x1x3+0.035x2x3-0.44x12-0.38x22-0.27x32；

(5)

表3 茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的回歸模型及偏回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)

茶多酚含量模型剔除不顯著項(xiàng)后為

y3=26.77+2.87x1+1.11x2+1.56x1x2-3.58x12。

(6)

2.2 模型解析

2.2.1 因素主效應(yīng)分析 由于茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)對氮磷鉀肥施用量的回歸方程已經(jīng)過無量綱編碼代換，故直接比較一次項(xiàng)各偏回歸系數(shù)絕對值的大小，可反映各因素的重要程度。根據(jù)上述3個(gè)方程的一次項(xiàng)偏回歸系數(shù)絕對值大小，可知對于茶葉產(chǎn)量、游離氨基酸含量和茶多酚含量，均為氮肥影響最大，磷肥次之，鉀肥較小。

2.2.2 單因素施肥效應(yīng)分析 為了進(jìn)一步探討各個(gè)因素的單獨(dú)效應(yīng)，將各指標(biāo)回歸模型中3個(gè)自變量中的任意2個(gè)固定在0碼值，可以得到剩余自變量與目標(biāo)函數(shù)的關(guān)系，即氮、磷、鉀施用量與茶葉產(chǎn)量關(guān)系的單因素效應(yīng)方程分別為：

y1=44.65+3.36x1-5.93x12；

(7)

y1=44.65+2.39x2-2.45x22；

(8)

y1=44.65+1.48x3。

(9)

氮、磷、鉀施用量與茶葉游離氨基酸總量關(guān)系的單因素效應(yīng)方程分別為：

y2=3.08+0.51x1-0.44x12；

(10)

y2=3.08+0.19x2-0.38x22；

(11)

y2=3.08+0.062x3-0.27x32。

(12)

氮、磷、鉀施用量與茶多酚含量關(guān)系的單因素效應(yīng)方程分別為：

y3=26.77+2.87x1-3.58x12；

(13)

y3=26.77+1.11x2-1.58x22；

(14)

y3=26.77+0.86x3-1.07x32。

(15)

由圖1可以直觀看出，茶葉產(chǎn)量隨氮、磷施用量的增加而增加，達(dá)到最高產(chǎn)量后，又隨施用量的增加而降低，而茶葉產(chǎn)量與鉀施用量呈正相關(guān)，且鉀對產(chǎn)量正效應(yīng)最大，其次為磷施用量，氮施用量最小，而氮施用量的負(fù)效應(yīng)大于磷施用量。茶葉品質(zhì)指標(biāo)均隨氮、磷、鉀施用量的增加而增加，達(dá)到最高值后，又隨施用量的增加而降低，鉀施用量對游離氨基酸、茶多酚的形成正效應(yīng)最大，其次為磷施用量，氮施用量最小，對于游離氨基酸，氮施用量的負(fù)效應(yīng)低于磷和鉀施用量，氮磷鉀施用量對茶多酚的形成負(fù)效應(yīng)相當(dāng)。在本試驗(yàn)的施肥量范圍內(nèi)，對于茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)，各單因素效應(yīng)方程均存在最大值，分別為：

y1，max=45.13，x1=0.283 3，N施用量0.48 g/kg；

(16)

y1，max=45.23，x2=0.487 8，P2O5施用量0.22 g/kg；

(17)

y1，max=46.13，x3=1，K2O施用量0.3 g/kg；

(18)

y2，max= 3.23，x1= 0.581 9，N施用量0.59 g/kg；

(19)

y2，max= 3.11，x2= 0.251 9，P2O5施用量0.19 g/kg；

(20)

y2，max= 3.09，x3= 0.112 8，K2O施用量0.17 g/kg；

(21)

y3，max= 27.34，x1= 0.400 9，N 0.53施用量g/kg；

(22)

y3，max= 26.96，x2= 0.349 3，P2O5施用量0.20 g/kg；

(23)

y3，max= 26.94，x3= 0.400 0，K2O施用量0.21 g/kg。

(24)

2.2.3 雙因素施肥效應(yīng)分析

2.2.3.1 氮磷施用量互作對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 本試驗(yàn)確定的茶葉產(chǎn)量和茶多酚含量回歸模型均存在氮磷施用量的交互項(xiàng)，且其偏回歸系數(shù)達(dá)顯著水平，說明氮磷施用量的交互效應(yīng)對產(chǎn)量和茶多酚含量產(chǎn)生了顯著影響，即在綜合施肥條件下，產(chǎn)量和茶多酚含量的變化不單純是各因素效應(yīng)的線性累加，還存在配合效應(yīng)，即因素間的交互效應(yīng)。將產(chǎn)量回歸模型中的鉀施用量(x3)固定在0碼值，可以得到其交互效應(yīng)方程為：

y1=44.65+3.36x1+2.39x2+1.62x1x2-5.93x12-2.45x22。

(25)

將茶多酚回歸模型中的鉀施用量(x3)固定在0碼值，可以得到其交互效應(yīng)方程為：

y3=26.77+2.87x1+1.11x2+1.56x1x2-3.58x12。

(26)

對氮磷施用量交互效應(yīng)方程繪圖，結(jié)果(圖2)發(fā)現(xiàn)，在編碼值范圍內(nèi)，氮施用量對茶葉產(chǎn)量和茶多酚含量的效應(yīng)均呈拋物線型，二者均先升高后降低，符合報(bào)酬遞減定律，而磷施用量對產(chǎn)量的效應(yīng)呈拋物線型，對茶多酚含量的效應(yīng)卻呈線性，高氮施用量和低氮水平對茶葉產(chǎn)量和茶多酚含量形成均不利，但高磷施用量對二者形成均有較強(qiáng)促進(jìn)作用，所以對于茶葉產(chǎn)量和茶多酚含量，中等氮水平配合高水平磷為較理想的互作區(qū)間。在本試驗(yàn)條件下，茶葉產(chǎn)量在 44.26 g/盆 以上的氮磷施用量互作空間為：x1取0～0.6，x2取0～1.0，即N 0.375～0.60 g/kg，P2O50.15～0.30 g/kg(圖3-a)；茶多酚含量在28.12%以上的氮磷施用量互作空間為：x1取0.2～0.8，x2取0.6～1.0，即N 0.45～0.675 g/kg，P2O50.24～0.30 g/kg(圖3-b)。綜合各指標(biāo)，氮磷施用量適宜的互作空間為：N 0.45～0.60 g/kg，P2O50.24～0.30 g/kg。

2.2.3.2 氮鉀施用量互作對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 對于游離氨基酸總量回歸模型，氮鉀施用量交互效應(yīng)顯著。將游離氨基酸總量回歸模型中的磷施用量(x2)固定在0碼值，可以得到其交互效應(yīng)方程為：

y2=3.08+0.51x1+0.062x3-0.028x1x3-0.44x12-0.27x32。

(27)

研究發(fā)現(xiàn)，在編碼值范圍內(nèi)，氮、鉀對茶葉游離氨基酸總量的效應(yīng)呈拋物線型，高氮水平對茶葉游離氨基酸形成有促進(jìn)作用，高鉀和低鉀對游離氨基酸形成不利，所以對于游離氨基酸總量，中高氮水平配合中等鉀水平為較理想的互作區(qū)間(圖4)。在本試驗(yàn)條件下，氮鉀理想的互作空間為：x1取 0.2-1.0，x3取-0.4～0.6，即N 0.45～0.75 g/kg，K2O 0.09～0.24 g/kg，此時(shí)游離氨基酸總量達(dá)到3.05%以上(圖5)。綜合茶葉各指標(biāo)，氮鉀適宜的交互空間為：N 0.45～0.75 g/kg，K2O 0.09～0.24 g/kg。

2.2.3.3 磷鉀施用量互作對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 對于游離氨基酸總量回歸模型，磷鉀施用量的交互效應(yīng)顯著，將游離氨基酸總量回歸模型中的氮施用量(x1)固定在0碼值，可以得到其交互效應(yīng)方程為：

y2=3.08+0.19x2+0.062x3+0.035x2x3-0.38x22-0.27x32。

(28)

研究發(fā)現(xiàn)，在編碼值范圍內(nèi)，磷、鉀對游離氨基酸總量的效應(yīng)均呈拋物線型，二者均先升高后降低，符合報(bào)酬遞減定律，即磷和鉀偏高或偏低均不利于茶葉游離氨基酸的形成，而由于交互效應(yīng)，兩者配施則對游離氨基酸形成有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，所以對于游離氨基酸，中等磷水平配合中等水平鉀較理想(圖6)。本試驗(yàn)條件下磷鉀理想的互作空間為：x2取0～0.6，x3取-0.2～0.5，即P2O50.15～0.24 g/kg，K2O 0.12～0.225 g/kg，此時(shí)茶葉游離氨基酸總量達(dá)到3.0%以上(圖7)。綜合各指標(biāo)，磷鉀適宜的互作空間為：P2O50.15～0.24 g/kg，K2O 0.12～0.23 g/kg。

2.3 茶葉高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氮、磷、鉀施用量和配比的確定

通過Design-Expert 8.0進(jìn)行分析，本試驗(yàn)條件下，綜合茶葉產(chǎn)量、游離氨基酸總量和茶多酚含量，茶葉高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氮、磷、鉀施肥方案為：N 0.56 g/kg土，P2O50.22 g/kg土，K2O 0.21 g/kg土，適宜的氮磷鉀施用比例N ∶P2O5∶K2O約為2.67 ∶1.05 ∶1，此時(shí)茶葉各指標(biāo)均較高，茶葉產(chǎn)量達(dá)到 46.42 g/盆，游離氨基酸總量達(dá)到3.21%，茶多酚含量達(dá)到28.21%。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)氮磷鉀施用量的編碼值x1、x2、x3和實(shí)際值y，建立茶葉各品質(zhì)指標(biāo)的回歸模型，本試驗(yàn)結(jié)果表明，氮磷鉀配施對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)均有顯著影響，且對于產(chǎn)量、游離氨基酸和茶多酚含量的影響均為：氮肥最大，磷肥次之，鉀肥較小。氮磷鉀雙因素施肥效應(yīng)分析表明，氮磷施用量互作對茶葉產(chǎn)量和茶多酚含量均有顯著影響，對于茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)，本試驗(yàn)適宜的氮磷施用量互作空間為：N 0.45～0.60 g/kg，P2O50.24～0.30 g/kg，氮、磷的邊際效應(yīng)均隨著施用量的增加而不斷減小，當(dāng)?shù)?、磷施用量分別達(dá)0.48、0.22 g/kg時(shí)，茶葉產(chǎn)量邊際效應(yīng)值降至0，當(dāng)?shù)⒘追视昧糠謩e達(dá)0.53、0.20 g/kg時(shí)，茶多酚含量邊際效應(yīng)值降至0；氮鉀施用量互作和磷鉀施用量互作對游離氨基酸總量均有顯著影響，本試驗(yàn)適宜的氮鉀施用量互作空間為：N 0.45～0.75 g/kg，K2O 0.09～0.24 g/kg，適宜的磷鉀施用量互作空間為P2O50.15～0.24 g/kg，K2O 0.12～0.23 g/kg，氮、鉀和磷、鉀的邊際效應(yīng)均隨著投入量的增加而不斷減小，當(dāng)?shù)?、鉀肥用量分別達(dá)0.59、0.17 g/kg時(shí)，游離氨基酸總量邊際效應(yīng)值降至0，當(dāng)磷、鉀肥用量分別達(dá)0.19、0.17 g/kg時(shí)，游離氨基酸總量邊際效應(yīng)值降至0；本試驗(yàn)條件下，綜合茶葉產(chǎn)量、游離氨基酸總量和茶多酚含量，茶葉高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氮、磷、鉀施肥方案為：N 0.56 g/kg，P2O50.22 g/kg，K2O 0.21 g/kg，適宜的氮磷鉀施用比例 N ∶P2O5∶K2O 約為2.67 ∶1.05 ∶1，此時(shí)茶葉各指標(biāo)均較高。

本試驗(yàn)結(jié)論與前人對茶園最優(yōu)施肥量和施肥配比的研究結(jié)果不盡相同，這與氣候、土壤基礎(chǔ)肥力和試驗(yàn)品種等不同有密切關(guān)系[13]。李相楹等發(fā)現(xiàn)，茶園按氮磷比2 ∶1或3 ∶1配施，增產(chǎn)效果顯著，且能夠提高茶多酚和水浸出物含量[14]。董水平等使用不同氮、磷、鉀配比對茶樹進(jìn)行試驗(yàn)處理，發(fā)現(xiàn)氮磷鉀配比為4 ∶1 ∶1與3 ∶1 ∶1時(shí)，茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)均較高[15]。唐勁馳等研究發(fā)現(xiàn)，初投產(chǎn)茶園的最優(yōu)氮磷鉀施用量為年均施用純氮150 kg/hm2、磷肥150 kg/hm2、鉀肥 75 kg/hm2(氮 ∶磷 ∶鉀=2 ∶2 ∶1)[16]。張亞蓮等針對湖南省茶園土壤4種土類提出了氮、磷、鉀施肥比例，花崗巖紅壤與石灰?guī)r紅壤土類為1 ∶1 ∶1，板頁巖紅壤與第四紀(jì)紅壤土類為2 ∶1 ∶1[17]。吳利榮等研究表明，紅壤茶園中配施氮磷鉀肥2 ∶2 ∶1的比例時(shí)，茶樹生長良好，樹冠寬闊，芽多葉重，茶葉內(nèi)含物質(zhì)成分含量較高且相對協(xié)調(diào)，成茶鮮爽，品質(zhì)優(yōu)良[18]。吳建繁等研究表明，不同土壤肥力條件下番茄的最佳施肥量不同[19]，程季珍等也證實(shí)菜田土壤養(yǎng)分狀況不同，不同蔬菜的平衡施肥方案也不同[20]。本試驗(yàn)土壤基礎(chǔ)肥力較低，堿解氮、速效磷、速效鉀含量偏低，所以本試驗(yàn)土壤中氮、磷、鉀施用量已經(jīng)成為茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的限制因素，對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響效應(yīng)較大，所以中高氮水平配合中高磷水平和中高鉀水平為適宜的施肥配比。另外，本試驗(yàn)結(jié)論均是通過盆栽試驗(yàn)得出的，在田間實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用前應(yīng)通過大田試驗(yàn)驗(yàn)證，因此該試驗(yàn)研究結(jié)果僅提供理論上的參考；本試驗(yàn)僅對春茶品質(zhì)做了研究，且僅有1次試驗(yàn)，所以在今后研究中須要重復(fù)試驗(yàn)；該試驗(yàn)僅選取了桂西南地區(qū)1個(gè)茶葉主推品種，因此所提出的施肥方案有一定局限性，還應(yīng)再選取幾個(gè)主推品種進(jìn)行對比試驗(yàn)；在茶葉品質(zhì)的評定中，僅以茶葉中幾個(gè)主要化學(xué)成分作為茶葉品質(zhì)的衡量標(biāo)準(zhǔn)，在今后的研究中應(yīng)再測定一些品質(zhì)指標(biāo)，為進(jìn)一步探討茶園最優(yōu)施肥方案提供理論依據(jù)。