劉 揚(yáng),孫麗莉,廖 紅
養(yǎng)分管理對(duì)安溪茶園土壤肥力及茶葉品質(zhì)的影響*
劉 揚(yáng),孫麗莉,廖 紅?
(福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院根系生物學(xué)研究中心,福州 350002)
安溪是鐵觀音的主產(chǎn)區(qū),茶園養(yǎng)分管理滯后已成為該地區(qū)茶葉生產(chǎn)的瓶頸,本研究旨在為該地區(qū)茶園的養(yǎng)分管理提供科學(xué)依據(jù)。試驗(yàn)于2015年在安溪縣采集了50個(gè)茶園的茶青與土壤樣品,測(cè)定了土壤5項(xiàng)主要肥力指標(biāo)和茶青中9種主要次生代謝物含量;并根據(jù)茶農(nóng)氮肥用量調(diào)研數(shù)據(jù),初步將茶園養(yǎng)分管理劃分為:少量、中量和過度型等三種方式。限制性主坐標(biāo)軸分析發(fā)現(xiàn),此分類方式可解釋34.4%(<0.001)茶園土壤肥力參數(shù)的總體差異,說明此分類方式能反映出不同茶園養(yǎng)分管理的總體水平;并且,養(yǎng)分管理對(duì)表層土壤有效磷的影響最為顯著。進(jìn)一步分析表明,養(yǎng)分管理對(duì)茶青綜合品質(zhì)的影響可解釋品質(zhì)總差異的7.48%(<0.001);大部分茶青次生代謝物在中量型管理下含量最高。說明養(yǎng)分管理影響安溪茶園土壤的肥力狀況,施肥量過高或過低均不利于高品質(zhì)茶葉的生產(chǎn),該地區(qū)的建議施氮量約為200~400 kg·hm–2·a–1。
土壤肥力;茶青品質(zhì);次生代謝物;養(yǎng)分管理;茶園
鐵觀音,屬青茶類,是中國(guó)十大名茶之一[1]。安溪縣是我國(guó)鐵觀音的主要產(chǎn)區(qū),2009年以來,連續(xù)多年位居全國(guó)重點(diǎn)產(chǎn)茶縣的榜首。目前,安溪全縣茶園面積超過4萬hm2,總產(chǎn)量6.8萬t,涉茶總產(chǎn)值達(dá)148億元,全縣涉茶人口80多萬,農(nóng)民56%的經(jīng)濟(jì)收入來自于茶葉,茶產(chǎn)業(yè)支撐著全縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[2-3]。近年來,茶農(nóng)片面理解施肥對(duì)茶葉增產(chǎn)提質(zhì)的作用,只看重產(chǎn)量而忽視茶青品質(zhì),在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下,過度開墾茶園、大量施用復(fù)合肥追求高產(chǎn),致使茶園土壤問題日趨嚴(yán)重[4]。茶園養(yǎng)分管理呈現(xiàn)兩種極端,一種是野放化管理,完全任由茶樹自然生長(zhǎng),常年采收,導(dǎo)致土壤養(yǎng)分過度消耗,造成茶園土壤肥力退化;另一種是盲目大量施肥造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染,使得茶園土壤酸化[5-6]、水土流失日益嚴(yán)重[7],同時(shí)導(dǎo)致茶葉品質(zhì)下降。因此,研究茶園養(yǎng)分管理與土壤肥力和茶葉品質(zhì)間的關(guān)系,明確養(yǎng)分管理對(duì)茶園土壤肥力和茶葉品質(zhì)的影響,對(duì)合理發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)、防止資源浪費(fèi)和提升茶葉品質(zhì)尤為重要。
鐵觀音作為閩南烏龍茶的代表,其品質(zhì)主要受環(huán)境因素和人為因素的影響。人為因素主要指加工工藝,包括茶青采摘標(biāo)準(zhǔn)、搖青、殺青、烘焙方式和時(shí)間等[8-10]。環(huán)境因素則包括土壤、水分、氣候和季節(jié)等[11-12]。茶樹的生長(zhǎng)發(fā)育狀況決定了茶青品質(zhì)的優(yōu)劣,而茶樹生長(zhǎng)發(fā)育過程中所需的各種礦質(zhì)養(yǎng)分元素均來自土壤。因此,研究土壤對(duì)茶葉品質(zhì)的影響十分重要。洪翠云等[13]發(fā)現(xiàn),不同供試地鐵觀音鮮葉品質(zhì)成分顯著不同,根本原因在于土壤肥力存在顯著差異。Ruan等[14]研究發(fā)現(xiàn),土壤中氮素養(yǎng)分的空間異質(zhì)性會(huì)顯著影響茶青中氨基酸含量的變化。李倩等[15]認(rèn)為土壤的養(yǎng)分指標(biāo)與綠茶品質(zhì)化學(xué)成分間存在一定的線性關(guān)系,有機(jī)質(zhì)和堿解氮與茶葉品質(zhì)密切相關(guān)。
大量研究報(bào)道,養(yǎng)分管理能夠影響茶園土壤肥力和茶葉品質(zhì)。合理施肥不僅可以增加茶葉產(chǎn)量,還能提升茶青品質(zhì)。毛平生等[16]發(fā)現(xiàn),不同耕作、施肥方式會(huì)顯著影響綠茶鮮葉中茶多酚、氨基酸和咖啡堿含量的變化。程博一[17]認(rèn)為開溝覆膜能提升茶葉的水浸出物、咖啡堿和游離氨基酸含量,同時(shí)降低茶多酚含量,顯著提高土壤養(yǎng)分利用效率。李磊[18]利用6種肥料類型,研究施肥對(duì)茶葉品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)施肥能顯著改善茶葉品質(zhì),其中生物有機(jī)肥效果最佳。Huang等[19]證實(shí)了不同氮源處理會(huì)顯著影響茶葉黃酮類物質(zhì)和茶氨酸的積累。施用復(fù)合肥不僅能夠提高茶葉氨基酸的含量,改善茶葉品質(zhì),還能促進(jìn)土壤養(yǎng)分趨于平衡[20]。雖然大量研究證明了施肥會(huì)影響茶園土壤養(yǎng)分狀況,進(jìn)而影響茶葉品質(zhì),但不同地區(qū)、不同茶樹品種對(duì)養(yǎng)分的需求不盡相同。本研究針對(duì)安溪鐵觀音養(yǎng)分管理的需求,選取代表性茶園,分析了不同養(yǎng)分管理對(duì)土壤肥力及茶青次生代謝物的影響,旨在為該地區(qū)茶園養(yǎng)分管理提供科學(xué)依據(jù)。
2015年7—8月在安溪縣10個(gè)主要產(chǎn)茶鄉(xiāng)鎮(zhèn),采集了50個(gè)茶園的茶青與土壤樣品。具體采樣點(diǎn)(圖1a))包括:1. 參內(nèi)鄉(xiāng)(8個(gè)樣點(diǎn)):參山村、茶學(xué)院、巖前村;2. 感德鎮(zhèn)(6個(gè)):槐植村、槐東村;3. 虎邱鎮(zhèn)(9個(gè)):芳婷村、高村、林東村、雙格村;4. 劍斗鎮(zhèn)(5個(gè)):福斗村、雙洋村;5. 藍(lán)田鄉(xiāng)(2個(gè)):進(jìn)德村;6. 龍涓鄉(xiāng)(4個(gè)):舉源村、長(zhǎng)塔村、珠塔村;7. 桃舟鄉(xiāng)(6個(gè)):達(dá)新村、康隨村、吾培村;8. 西坪鎮(zhèn)(5個(gè)):柏溪村、蓋竹村、西原村、珠洋村;9. 祥華鄉(xiāng)(3個(gè)):新寨村、寨片場(chǎng);10. 長(zhǎng)坑鄉(xiāng)(2個(gè)):珍田村。
a)Distribution map of sampling sites,b)Picture of tea sampling,c)Picture of soil sampling
茶青樣品采集與處理:茶樹品種為鐵觀音。按照傳統(tǒng)1芽3葉的標(biāo)準(zhǔn)采集茶青(圖1b)),相鄰兩株茶樹采集鮮葉50 g左右混合成一個(gè)樣品,每個(gè)茶園隨機(jī)采摘3個(gè)樣品,共計(jì)150個(gè)茶青樣品。樣品采用熱固樣法,24 h之內(nèi)在烘箱加熱105℃殺青30 min,然后降至75℃烘干至恒重。使用研磨機(jī)將茶葉樣品磨成粉末狀,用于主要次生代謝物的測(cè)定。
土壤樣品采集與處理:與采摘茶青相對(duì)應(yīng),沿茶樹“滴水緣”垂直投影,清除地表枯枝落葉,用土鉆采集0~20 cm土壤(圖1c)),同一茶園與茶青樣品對(duì)應(yīng),采3點(diǎn)混合形成1個(gè)土樣,用于測(cè)定表層土壤肥力指標(biāo)。同時(shí),每個(gè)茶園分0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm三層,分別采集一個(gè)剖面土壤樣品。除少數(shù)茶園因土層較淺,未采集剖面樣品外,共計(jì)50個(gè)表層土樣、46個(gè)剖面土樣。土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干,研磨土樣分別過2 mm和0.149 mm篩用于測(cè)定土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀。
根據(jù)在50個(gè)茶園調(diào)研的茶農(nóng)施肥習(xí)慣(特別是氮肥的投入量),同時(shí)參考表層土壤養(yǎng)分的測(cè)定狀況,將茶園養(yǎng)分管理初步分為三種類型:少量型(施氮量小于200 kg·hm–2·a–1)、中量型(施氮量200~400 kg·hm–2·a–1)和過度型(施氮量大于400 kg·hm–2·a–1)。按照此方法,采樣的茶園包括少量型16個(gè)、中量型14個(gè)和過度型20個(gè)。
茶青品質(zhì)成分測(cè)定:參照國(guó)標(biāo)GB/T 8303-2013和GB/T 8313-2018,稱取50 mg烘干的茶葉樣品粉末,加入1 mL 70%甲醇溶液,渦旋混勻1 min,超聲破碎20 min,12 000 r·min–1離心10 min,吸取上清液500 μL,稀釋200倍后,利用超高效液相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜(Xevo TQ-S,Waters公司,美國(guó))測(cè)定。定量測(cè)定了9種與茶葉品質(zhì)相關(guān)的主要次生代謝物,包括茶氨酸(Theanine)、咖啡堿(Caffeine)、蘆?。≧utin)、表兒茶素(EC)、沒食子兒茶素(GC)、表沒食子兒茶素(EGC)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)和表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)及總兒茶素(Total catechin)。
土壤養(yǎng)分指標(biāo)參考鮑士旦《土壤農(nóng)化分析(第三版)》[21]進(jìn)行測(cè)定,具體方法如下:pH采用電位法測(cè)定(水土比2.5︰1);有機(jī)質(zhì)(Organic matter,OM)采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化—容量法測(cè)定;堿解氮(Alkaline nitrogen,AN)采用1 mmol·L–1NaOH 堿解擴(kuò)散法測(cè)定;有效磷(Available phosphorus,AP)采用Bray ?法0.03 mol·L–1NH4F+ 0.025 mol·L–1HCl提取,鉬銻抗比色法測(cè)定;速效鉀(Available potassium,AK)采用乙酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定。
通過SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件,對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)、TStudent’stest單因素方差分析(One-way ANOVA)、雙因素方差分析(Two-way ANOVA)和鄧肯多重比較(Duncan)法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。在考慮外界環(huán)境因素的條件下,人為將樣本進(jìn)行分組,綜合考慮多個(gè)因素,進(jìn)行限制性主坐標(biāo)軸分析CPCoA(Constrained principal coordinate analysis),觀察分組間是否存在顯著差異[22]。并運(yùn)用R語言包ggplot2、SigmaPlot12.5軟件,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖。
利用養(yǎng)分管理作為限制因素,土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀等五項(xiàng)指標(biāo)作為土壤肥力參數(shù),進(jìn)行土壤肥力的限制性主坐標(biāo)軸分析(圖2)。結(jié)果表明,坐標(biāo)軸1(CPCoA1)是造成樣本間差異性的最大主坐標(biāo)成分,可以解釋86.4%的差異,其次為主坐標(biāo)2(CPCoA2),解釋度為13.6%;三種管理方式下的樣本在CPCoA1維度上可以顯著地分開。證實(shí)通過農(nóng)戶調(diào)查的施氮水平,確實(shí)可以反映不同茶園的養(yǎng)分管理水平。并且,不同養(yǎng)分管理對(duì)表層土壤肥力影響極為顯著(<0.001,圖2),三種管理方式可解釋34.4%不同茶園土壤肥力的總體差異??梢姡煌B(yǎng)分管理顯著改變了安溪茶園表層土壤的肥力狀況。其中,中量型茶園土壤肥力與少量和過度型茶園顯著不同。
對(duì)茶園表層土壤分析結(jié)果表明,目前安溪茶園土壤酸化嚴(yán)重,并且土壤酸化程度受養(yǎng)分管理影響顯著(圖3a))。三種管理方式下,土壤pH分別為4.6、4.3和4.2,均在5.0以下。過度型管理下土壤pH最低,酸化最為嚴(yán)重。
隨著施肥量的增加,土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量均顯著提升(圖3b)~圖3e)),其中過度管理的茶園土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量最高,中量型次之,少量型最低。在所測(cè)定的土壤肥力指標(biāo)中,養(yǎng)分管理對(duì)土壤有效磷的影響最為顯著,其次為土壤速效鉀含量。與少量型管理的茶園相比,中量和過度型管理的茶園土壤有效磷含量分別增加了3.5倍和14.7倍,土壤速效鉀含量分別提升了26.6%和73.2%。少量型和中量型管理的茶園土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量差異不顯著。
雙因素方差分析結(jié)果(表1)表明,養(yǎng)分管理和土層深度對(duì)大部分土壤肥力指標(biāo)影響極為顯著。其中,養(yǎng)分管理顯著影響了全部5個(gè)指標(biāo),土層深度則影響了有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷等3個(gè)指標(biāo);并且養(yǎng)分管理和土層深度對(duì)土壤有效磷存在交互作用。
養(yǎng)分管理對(duì)中上層土壤肥力影響極為顯著,對(duì)下層土壤(40~60 cm)肥力影響不明顯(表1)。雖然不同養(yǎng)分管理下,不同剖面土壤pH的差異不顯著,但整體上呈現(xiàn)出少量型高于中量型和過度型的趨勢(shì)。在有機(jī)質(zhì)方面,過度型管理顯著提升了表層土壤有機(jī)質(zhì)的含量,與少量型和中量型相比,分別提升了64.06%和30.85%;養(yǎng)分管理對(duì)中下層(20~40 cm和40~60 cm)土壤有機(jī)質(zhì)影響不顯著。過度型管理顯著提升了中上層堿解氮含量,但少量型和中量型兩種管理下,三個(gè)土層間差異不顯著。
圖2 不同管理方式土壤肥力的限制性主坐標(biāo)軸分析(CPCoA)
注:圖中數(shù)據(jù)為0~20 cm土壤各指標(biāo)的平均值與標(biāo)準(zhǔn)誤差,L:少量型(n=16),M:中量型(n=14),E:過度型(n=20)。OM、AN、AP、AK分別為有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷,速效鉀;不同字母表示不同管理方式間差異顯著(P<0.05)。ns:差異不顯著;*:0.01
養(yǎng)分管理對(duì)不同土層有效磷影響最為明顯,表現(xiàn)出過度型、中量型、少量型依次減小的趨勢(shì)。與少量型相比,過度管理下三個(gè)土層有效磷分別提升了14.50倍、9.22倍和3.89倍;中量型管理顯著提升了中上層土壤有效磷含量。速效鉀的變化與有效磷類似,過度型管理與少量型相比,整個(gè)土壤剖面速效鉀含量均顯著提升,分別提升了64.79%、93.60%和52.74%,中量型管理與少量型相比,各土層速效鉀含量有所提升,但差異不顯著。
安溪茶園土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀等4個(gè)指標(biāo)變異幅度較大,不同土層間普遍以有效磷含量變異最大,并且隨著土層的深度增加,變異系數(shù)隨之變大,例如少量型管理下,上、中、下三層土壤,有效磷變異系數(shù)分別為66.19%、88.54%和152.21%(表2)。
利用養(yǎng)分管理作為限制因素,9種茶青主要次生代謝物作為品質(zhì)參數(shù),進(jìn)行限制性主坐標(biāo)軸分析(圖4)。結(jié)果表明,養(yǎng)分管理顯著影響茶青品質(zhì)。不同養(yǎng)分管理下,茶青次生代謝物存在顯著差異;該差異可解釋7.48%茶青品質(zhì)成分的總體差異,達(dá)到極顯著水平(<0.001)。其中CPCoA1占主導(dǎo),可以解釋87.02%的差異;并且,按照測(cè)定的9種品質(zhì)成分,中量型管理下的茶青次生代謝物與其他兩種管理顯著分離,說明中量型管理的茶園,其茶青品質(zhì)顯著不同。
表1 土壤剖面肥力變化
續(xù)表
注:NM:養(yǎng)分管理,SP:土壤剖面,同一性狀不同小寫字母表示同一管理方式下不同土層間差異顯著(<0.05);不同大寫字母表示同一土層不同管理方式間差異顯著(<0.05)。Note:NM:nutrient management,SP:soil profile. Different low-case letters the same column of trait indicate significant differences between soil layers in the same profile. Different upper-case letters indicate significant differences between fertilization modes at the same soil layer(<0.05).
表2 土壤剖面理化性質(zhì)統(tǒng)計(jì)特征
注:Min:最小值;Max:最大值;CV:變異系數(shù)。Note:Min:minimum value;Max:maximum value;CV:coefficient of variation.
圖4 不同管理方式茶青次生代謝物的限制性主坐標(biāo)軸分析(CPCoA)
從圖5可見,養(yǎng)分管理顯著影響了9種茶青次生代謝物的濃度(圖5)。除蘆丁外,大部分茶青次生代謝物在中量型濃度最高,說明過高或過低施肥均影響茶青大部分次生代謝物的合成,從而降低茶葉品質(zhì)。就整體茶青次生代謝物濃度而言,中量型養(yǎng)分管理下茶青品質(zhì)最好。
注:EGC:表沒食子兒茶素;EC:表兒茶素;GC:沒食子兒茶素;EGCG:表沒食子兒茶素沒食子酸酯;ECG:表兒茶素沒食子酸酯;TC:總兒茶素;Thea:茶氨酸;Rut:蘆?。籆af:咖啡堿。圖中數(shù)據(jù)為茶葉代謝物濃度的平均值與標(biāo)準(zhǔn)誤差。不同字母表示不同管理方式間差異顯著(P<0.05)。Note:EGC:epigallocatechol;EC:epicatechin;GC:gallocatechin;EGCG:epigallocatechin gallate;ECG:epicatechin gallate;TC:total catechin;Thea:theanine;Rut:rutin;Caf:caffeine. The data in the figure are the mean and standard error of the concentration of secondary metabolites in tea leaves. Different letter(s)in the figure indicated significant differences between nutrient management mode at 0.05 level.
由于常年采摘,茶園土壤肥力耗竭嚴(yán)重[20],為提高茶葉產(chǎn)量,茶園普遍通過施肥來提升土壤肥力,從而滿足茶樹對(duì)養(yǎng)分的需求。然而,我國(guó)茶園施肥缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),不同地區(qū)和不同茶園養(yǎng)分管理,即施肥習(xí)慣和施肥量,均差異較大[23-24]。因此,研究茶園養(yǎng)分管理及其對(duì)茶葉品質(zhì)的影響日趨重要。
本研究發(fā)現(xiàn),養(yǎng)分管理對(duì)安溪茶園中上層土壤肥力影響較大(圖2~圖3,表1)。施肥過多或過少,均會(huì)導(dǎo)致土壤肥力下降(圖2)。在所測(cè)的5個(gè)土壤肥力指標(biāo)中,養(yǎng)分管理對(duì)表層土壤有效磷的影響最為顯著,其次為速效鉀、堿解氮和有機(jī)質(zhì),對(duì)土壤pH也存在顯著的影響。究其原因,可能是茶樹作為一種亞熱帶多年生常綠作物,具有喜酸及喜銨的偏好性[17,25],過度的茶葉采摘與養(yǎng)分管理,特別是氮肥的過量施用,促使茶樹根系釋放更多的質(zhì)子,從而加劇土壤的酸化過程[26-27]。茶樹能正常生長(zhǎng)的土壤pH范圍在4.0~5.5之間[28],pH過低或過高均會(huì)抑制根系的生長(zhǎng)發(fā)育,不利于茶樹對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用;同時(shí),土壤過度酸化,還會(huì)減少土壤的有益微生物菌群[29]。本研究中各茶園施氮水平差異極大(分別為小于200,200~400 和大于400 kg·hm–2·a–1),茶園表層土壤pH表現(xiàn)出少量型、中量型、過度型遞減的趨勢(shì),過度型管理土壤酸化最為嚴(yán)重。這與前人[30]報(bào)道安溪茶園土壤整體酸化嚴(yán)重的結(jié)論相一致。
茶樹作為一種葉用經(jīng)濟(jì)作物,全年的養(yǎng)分需求氮、鉀、磷依次遞減。據(jù)Sun等[31]報(bào)道,烏龍茶茶青(包括安溪鐵觀音)N︰P︰K的比例為10︰1︰5。因此,本研究發(fā)現(xiàn)過量施肥,并未大幅度提高茶園有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量(圖3,表1)。常年多次采摘,造成土壤氮素耗竭嚴(yán)重,施肥不足則會(huì)造成有機(jī)質(zhì)含量下降。楊如興等[32]調(diào)查了安溪8個(gè)主要產(chǎn)茶鄉(xiāng)鎮(zhèn)鐵觀音茶園的土壤肥力狀況,發(fā)現(xiàn)安溪茶園面臨養(yǎng)分失衡,土壤堿解氮嚴(yán)重缺乏,土壤鉀素養(yǎng)分相對(duì)匱乏等問題。早期研究普遍提出安溪茶園速效鉀含量匱乏,與本文有所出入,這可能與安溪茶農(nóng)施肥存在盲目性和跟風(fēng)性有關(guān)[33]。隨著當(dāng)?shù)赝练收究蒲袌?bào)告的公布,茶園管理中迅速增大了鉀肥的施用量。同時(shí)因?qū)λ嵝酝寥懒追世寐实汀⒂行Я讌T乏的誤解,茶園管理中往往會(huì)選用高配比的復(fù)合肥,最終造成土壤有效磷和速效鉀含量冗余,與本文研究結(jié)果一致。因此,過度型養(yǎng)分管理造成土壤有效磷和速效鉀的大幅度上升,可能與近年來大量使用復(fù)合肥,特別是15︰15︰15等高濃度、高配比復(fù)合肥有關(guān)。
養(yǎng)分管理除影響土壤肥力外,還直接影響茶葉品質(zhì)。茶氨酸、咖啡堿、蘆丁、ECG、EGCG等9種理化指標(biāo)是茶葉中重要的品質(zhì)成分,每種次生代謝物對(duì)茶葉品質(zhì)均有獨(dú)特的貢獻(xiàn),其含量的多少直接決定茶葉品質(zhì)的好壞[34-35]。在綠茶生產(chǎn)中往往通過配方施肥,提高茶青中氨基酸含量,降低酚氨比,達(dá)到提升綠茶品質(zhì)的目的[20]。李磊[18]對(duì)北方茶園的研究發(fā)現(xiàn),不同種類的肥料施用均會(huì)顯著影響茶青中茶多酚和氨基酸含量的變化,其中生物有機(jī)肥顯著提高茶葉氨基酸含量,降低茶多酚含量,對(duì)咖啡堿影響不顯著。顏明娟等[36]研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥和無機(jī)肥配施,顯著提升了鐵觀音茶青中茶多酚和氨基酸的含量,從而提升茶青品質(zhì)。葉江華等[37]研究發(fā)現(xiàn),鐵觀音根際土壤肥力顯著影響茶葉中茶氨酸和咖啡堿的變化,對(duì)茶多酚影響不顯著。在不施肥的情況下,隨著茶樹種植年限的增加,鐵觀音鮮葉中茶氨酸和咖啡堿的含量顯著降低。不同品種的烏龍茶隨著不施肥年限的增加,茶青中茶多酚、茶氨酸和咖啡堿的含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),茶多酚中以EGCG、ECG和EGC的含量下降最為顯著[38]。與上述研究結(jié)果一致,本研究也發(fā)現(xiàn)養(yǎng)分管理確實(shí)顯著影響了茶青品質(zhì)成分,中量型養(yǎng)分管理下茶青品質(zhì)最好(圖4,圖5)。在長(zhǎng)期施肥不足的情況下,茶樹的生長(zhǎng)發(fā)育受到顯著抑制,游離氨基酸含量明顯降低[14],茶氨酸作為茶樹主要氮源供給茶樹新芽萌發(fā)生長(zhǎng)[39],進(jìn)而使得茶氨酸、咖啡堿和EGCG、ECG等兒茶素含量顯著降低,導(dǎo)致茶青品質(zhì)下降(圖5)。隨著施肥量的增加,在中量型管理下,各類兒茶素含量及茶氨酸含量均顯著提升,達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)(圖5)。氮素是茶氨酸、兒茶素、咖啡堿等含氮代謝物的重要組分,這幾類化合物的累積呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的特性[40],過度管理,大量施用高配比、高濃度復(fù)合肥,導(dǎo)致茶青中EGCG、ECG等兒茶素及茶氨酸含量顯著降低,咖啡堿顯著提升(圖5),在降低茶葉滋味的同時(shí)提高了茶葉的苦味,茶青品質(zhì)急劇下降??梢姡┓蔬^多或過少均影響茶葉品質(zhì),合理施肥是高品質(zhì)茶葉生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。
前人研究表明,土壤肥力變化會(huì)顯著影響茶青中次生代謝物含量的變化,從而影響茶葉品質(zhì)。例如,李倩等[15]在對(duì)嶗山地區(qū)土壤養(yǎng)分與茶葉品質(zhì)研究中,提出茶青中的茶多酚、氨基酸和咖啡堿含量與土壤養(yǎng)分之間存在一定的線性關(guān)系。周志等[41]發(fā)現(xiàn),土壤養(yǎng)分狀況顯著影響茶葉品質(zhì)成分,并且不同土壤養(yǎng)分指標(biāo)對(duì)不同品質(zhì)成分的影響有所不同。通過邊際效應(yīng)分析,發(fā)現(xiàn)各次生代謝物的最高含量均有其對(duì)應(yīng)的土壤養(yǎng)分范圍。土壤養(yǎng)分含量過高或過低均影響茶葉品質(zhì)。本研究也發(fā)現(xiàn),中量型管理的茶園,不僅其土壤肥力狀況顯著有別于其他兩種管理類型,其茶青品質(zhì)也優(yōu)于其他類型。說明合理的養(yǎng)分管理,不僅有利于生產(chǎn)高品質(zhì)茶葉,而且有助于提高土壤肥力,從而提升茶葉產(chǎn)量。
養(yǎng)分管理顯著影響安溪茶園中上層土壤肥力,對(duì)下層土壤影響不明顯。在所測(cè)的5個(gè)土壤肥力指標(biāo)中,養(yǎng)分管理對(duì)表層土壤有效磷的影響最為顯著,其次為速效鉀、堿解氮和有機(jī)質(zhì),隨著施肥量的增加,土壤pH顯著降低。中量型(施氮量200~400 kg·hm–2·a–1)管理方式下,安溪茶園土壤肥力較高。同時(shí),不同的養(yǎng)分管理下,茶青次生代謝物含量也存在顯著差異,中量型養(yǎng)分管理下茶青品質(zhì)最優(yōu)。綜上所述,合理的養(yǎng)分管理,不僅有利于提升茶葉品質(zhì),而且有助于提高茶園土壤肥力,維持茶園的可持續(xù)生產(chǎn)。
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Effects of Nutrient Management on Soil Fertility and Tea Quality in Anxi Tea Plantation
LIU Yang, SUN Lili, LIAO Hong?
(Root Biology Center, College of Resources and Environment, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China)
【】Tea is the most important non-alcoholic beverage crop in the world. To meet increasing demand of the market, tea production is intensified through nutrient management. Anxi County in China is one of the main regions producing famous oolong tea—Tieguanyin, where lagging nutrient management is the bottleneck of tea production. This study aims to provide a scientific basis for nutrient management in Anxi tea plantations, through comprehensive analysis of effects of nutrient management modes on plantation soil fertility and tea leaf quality. 【】 In 2015, tea and soil samples were collected from 50 representative tea plantations in the ten major tea production towns of Anxi County, including 150 fresh tea leaf samples, 50 surface soil samples (0–20 cm) and 46 profile soil samples (top: 0–20, mid: 20–40, sub: 40–60 cm). The soil samples were air-dried and ground for determination of soil pH, organic matter (OM), alkali nitrogen (AN), available phosphorus (AP) and available potassium (AK), the five indices set as soil fertility parameters in this study, and the tea leaf samples were analyzed on UPLC-MS (ultra-high performance liquid chromatography coupled with triple quadruple mass spectrometry) for determination of contents of nine main tea-quality-related secondary metabolites. By N fertilization rate, the 50 tea plantations were tentatively divided into three groups: low, moderate and excess. 【】 Based on the division, restricted principal axis analysis shows that nutrient management significantly explained 34.4% of the overall differences in topsoil fertility between the tea plantations (<0.001), which further confirmed that the classification by N fertilization rate could represent the comprehensive level of nutrient management of a tea garden. The tea plantations of the moderate group significantly differed from those of the low and excess groups in soil fertility in the top and mid soil layers, but did not so obviously in the sub soil layer. Nutrient management had the most significant effect on AP among the five soil fertility indices in the topsoil, which was followed by AK, AN and OM, and excess fertilization resulted in severe soil acidification. Further analysis shows that nutrient management significantly affected tea quality and explained 7.48% of the differences in the comprehensive tea quality between the groups (<0.001). The tea leaves from the plantations of the moderate group were the high in content of secondary metabolites, and so the best in tea quality. 【】 On the whole, nutrient management does not only affect soil fertility in the tea plantations in Anxi, but also influence quality of the Tieguanyin produced therein. Either excess or less fertilization is not suitable for production of high quality tea leaves. A proper N fertilizer application rate for high-quality tea production in Anxi tea region is recommended to be 200–400 kg·hm–2·a–1.
Soil fertility; Tea leaf quality; Secondary metabolites; Nutrient management; Tea plantation
S571.1
A
10.11766/trxb201904300148
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LIU Yang,SUN Lili,LIAO Hong. Effects of Nutrient Management on Soil Fertility and Tea Quality in Anxi Tea Plantation [J]. Acta Pedologica Sinica,2020,57(4):917–927.
* 福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2017J01602)、農(nóng)業(yè)部“茶樹根系養(yǎng)分高效改良及應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31701989)共同資助Supported by the Natural Science Foundation of Fujian Province in China(No. 2017J01602),MOA Modern Agricultural Talents Support Project and the National Natural Science Foundation of China(No. 31701989)
,E-mail:hliao@fafu.edu.cn
劉 揚(yáng)(1993—),男,山東濱州人,碩士研究生,研究方向:植物營(yíng)養(yǎng)。E-mail:329129309@qq.com
2019–04–30;
2019–11–07;
2019–12–06
(責(zé)任編輯:陳榮府)