張峻偉,王志文,季凌飛,郭俊杰,凌寧,郭世偉
(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/江蘇省固體有機廢棄物資源化高技術(shù)研究重點實驗室,江蘇 南京210095)
茶樹(CamelliasinensisL.)是我國重要的經(jīng)濟作物。據(jù)統(tǒng)計,2017年我國茶樹種植面積已經(jīng)達到300萬hm2以上,茶葉產(chǎn)量267萬t,產(chǎn)值2 000多億元[1]。隨著區(qū)域經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整和社會的快速發(fā)展,我國部分地區(qū)茶樹種植已經(jīng)成為農(nóng)民增收的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)[2]。隨著茶葉產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,農(nóng)民過于追求產(chǎn)量,導(dǎo)致我國30%左右茶園存在過量施肥問題[3]。長期過量施肥不僅成本增加,肥料利用率降低,也會導(dǎo)致面源污染等環(huán)境質(zhì)量問題,甚至影響茶葉品質(zhì)[4-7]。
為了進一步促進茶葉產(chǎn)業(yè)綠色增長,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《2020年化肥使用量零增長行動方案》[8]和《開展果菜茶有機肥替代化肥行動方案》[9]。在茶園配施有機肥重點在于通過改善茶園土壤環(huán)境來改善茶樹的生長,達到穩(wěn)產(chǎn)、提質(zhì)、減肥的目標[10-11]。有機肥配施化肥雖然可以保證茶樹持續(xù)的養(yǎng)分供應(yīng),但并不能在采茶前快速補充茶樹所需養(yǎng)分,限制產(chǎn)量提升。葉面肥作為一種強化作物營養(yǎng)的施肥措施,可以通過葉面吸收的方式彌補根系養(yǎng)分吸收的不足,快速補充養(yǎng)分。研究表明,在茶園噴施葉面肥可以增產(chǎn)50%以上,并能在一定程度上提升茶葉品質(zhì)[12]。
目前,關(guān)于在茶園采用有機肥替代化肥及施用葉面肥的研究很多,但是多集中于單個地區(qū)單一生產(chǎn)模式的茶園,忽視了不同地區(qū)不同生產(chǎn)模式下有機肥替代化肥及配施葉面肥對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。本研究針對我國各地不同生產(chǎn)模式茶園的特點,綜合探究生物有機肥替代化肥、商品有機肥替代化肥配施木醋液+氨基酸類葉面肥以及商品有機肥替代化肥配施氨基酸類葉面肥在茶園有機肥替代過程中的可行性,旨在形成具有地區(qū)特色的有機肥替代化肥技術(shù)模式。
試驗于2017年10月在江蘇省句容市(采摘單芽制作名優(yōu)綠茶為主的茶園)、江蘇省溧陽市(葉片白化突變品種茶園)、四川省蒲江縣(手工采摘單芽與機采相結(jié)合制作綠茶為主的茶園)、云南省景洪市大渡崗鄉(xiāng)(機采制作普洱茶為主的茶園)和福建省福安市(機采制作綠茶為主的茶園)5個地點展開,以上茶園均于2012年定植,各個地點土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)和氣候特征見表1。
表1 各試驗點土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)和氣候特征Table 1 Soil physical and chemical properties and climate features of experiment sites
生物有機肥(有機質(zhì)45%,N 3%)、普通商品有機肥(有機碳14.7%,N 1.37%)和氨基酸類葉面肥(氨基酸100 g·L-1,Zn 20 g·L-1)由江蘇省江陰市聯(lián)業(yè)生物科技有限公司提供,木醋液+氨基酸類葉面肥(木醋液35%,氨基酸100 g·L-1,Zn 20 g·L-1)由江蘇省新南洋綠色科技有限公司提供。茶樹品種均選用當?shù)剡m宜的茶種,句容市為‘龍井長葉’,溧陽市為‘白葉1號’,蒲江縣為‘三花1951’,福安市為‘福鼎大白’,大渡崗鄉(xiāng)為‘云抗10號’。
試驗設(shè)5個處理(其中蒲江4個處理,缺少T2處理),每個處理均設(shè)置3個重復(fù)(其中句容4個重復(fù)),隨機區(qū)組排列。1)CK為不施肥對照處理;2)CF為常規(guī)施肥處理(各地常規(guī)施肥處理施肥量由全國茶園施肥現(xiàn)狀調(diào)查確定,見表2);3)T1為生物有機肥替代處理,即在常規(guī)施肥處理減量20%化學(xué)氮肥的基礎(chǔ)上進行生物有機肥替代;4)T2為商品有機肥替代配施木醋液+氨基酸類葉面肥處理,即在常規(guī)施肥處理減量20%化學(xué)氮肥的基礎(chǔ)上進行商品有機肥替代,同時配施木醋液+氨基酸類葉面肥;5)T3為商品有機肥替代配施氨基酸類葉面肥處理,即在常規(guī)施肥處理減量20%化學(xué)氮肥的基礎(chǔ)上進行商品有機肥替代,同時配施氨基酸類葉面肥。句容和溧陽試驗點小區(qū)面積為37.5 m2,福安試驗點小區(qū)面積為30 m2,蒲江試驗點小區(qū)面積為36 m2,大渡崗試驗點小區(qū)面積為24 m2。
表2 常規(guī)施肥處理施肥量[5]Table 2 Fertilizer application rate[5] kg·hm-2
試驗中氮肥、鉀肥按照40%基肥(10—11月)+40%春追肥(3—4月)+20%夏追肥(6—7月)施入,磷肥一次性基施,有機肥按照80%基肥(10—11月)+20%夏追肥(6—7月)施入。試驗中所用氮、磷、鉀肥分別為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512.5%)和硫酸鉀(K2O 52%)。試驗中葉面肥于春追肥(3—4月)結(jié)束以后稀釋3 000倍噴施,共噴施5~6次,于采茶前10 d結(jié)束噴施,用量均為75 g·hm-2。
1.4.1 茶青產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成相關(guān)指標在2019年茶葉采摘期間(句容和溧陽為3—4月采摘半個月;福安、大渡崗和蒲江為3—10月,持續(xù)采摘)統(tǒng)計各個試驗小區(qū)產(chǎn)量、發(fā)芽密度和百芽重。根據(jù)當?shù)夭烧獦藴?句容采摘單芽,溧陽采摘一芽一葉,蒲江采摘單芽-機采嫩葉,福安和大渡崗均采摘嫩葉),收獲各小區(qū)鮮葉,稱量并計產(chǎn)(計產(chǎn)是以茶青產(chǎn)量為準)。使用0.3 m×0.3 m的方框在試驗小區(qū)內(nèi)隨機選取3個區(qū)域統(tǒng)計芽葉密度,并取其平均值。百芽重為隨機在試驗小區(qū)內(nèi)摘取100個芽葉稱量所得。由于福安和大渡崗試驗點為機采茶園,所有芽頭在采摘期間均已完全展開,故百芽重和發(fā)芽密度未能統(tǒng)計。相關(guān)參數(shù)計算方式:化學(xué)氮肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施氮區(qū)茶青產(chǎn)量(干重)/化肥氮用量;氮肥農(nóng)學(xué)利用效率(kg·kg-1)=[施氮區(qū)茶青產(chǎn)量(干重)-不施氮區(qū)茶青產(chǎn)量(干重)]/化肥氮用量。
1.4.2 茶葉品質(zhì)指標將采摘的鮮葉烘干制成干茶樣,并充分研磨粉碎。按照《酒石酸鐵比色法:GB 8313—1987》測定茶多酚,參照《茚三酮比色法:GB 8314—1987》測定氨基酸總量。酚氨比=茶多酚含量/氨基酸含量。
1.4.3 茶葉增收效益評估各地茶園采茶期鮮葉價格由茶廠技術(shù)員現(xiàn)場評估。句容:320元·kg-1;溧陽:清明前為250元·kg-1,自4月5日至4月10日每日下降24元·kg-1,由250元·kg-1逐日降至130元·kg-1(葉面肥處理的茶葉為130元·kg-1);福安:清明前后為20元·kg-1,隨后6月中旬、8月初及10月初價格均為2元·kg-1;大渡崗:3.5元·kg-1;蒲江:單芽為136元·kg-1,一芽二三葉4月價格為16.4元·kg-1,5月底價格為8.6元·kg-1,6月底價格為5.2元·kg-1,8月初價格為3.2元·kg-1,9月底價格為2元·kg-1。各地茶園所需成本包括人工成本和肥料成本。采摘人工成本:句容、溧陽和蒲江為80元·kg-1;福安和大渡崗為0.5元·kg-1。施肥人工成本:單施化肥試驗區(qū)需4人·d-1·hm-2,有機無機配施試驗區(qū)需8人·d-1·hm-2。人工單價:句容、溧陽均為70 元·人-1·d-1,福安為160 元·人-1·d-1,蒲江為130 元·人-1·d-1,大渡崗為130元·人-1·d-1。肥料成本:尿素2 200元·t-1,過磷酸鈣750元·t-1,硫酸鉀2 850元·t-1,生物有機肥1 900元·t-1,商品有機肥500元·t-1,2種葉面肥均價100元·kg-1。相關(guān)參數(shù)計算方式:施肥增收效益(萬元·hm-2)=施肥增加的產(chǎn)值-成本。
試驗數(shù)據(jù)用Excel 2016軟件進行處理,采用SPSS 20.0和Origin 2018軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。用LSD法檢驗處理間的差異顯著性(P<0.05)。
從圖1可知:在句容試驗點,與CF處理相比,T1處理和2種葉面肥處理(T2、T3處理)茶青增產(chǎn)9%~13%(P>0.05)。在溧陽試驗點,與CF處理相比,T1、T2、T3處理分別增產(chǎn)9.3%、31.8%和52.1%(P<0.05)。在福安和大渡崗試驗點,與CF處理相比,T2、T3處理增產(chǎn)8%~24%;而T1處理在福安和大渡崗試驗點增產(chǎn)效果均不顯著。在蒲江試驗點,與CF處理相比,T1和T3處理茶青產(chǎn)量下降,但均未達到顯著水平。
圖1 不同有機肥替代化肥處理對茶青產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different organic fertilizers instead of chemical fertilizers on tea yieldCK:不施肥對照處理;CF:常規(guī)施肥處理;T1:生物有機肥替代處理;T2:商品有機肥替代配施木醋液+氨基酸類葉面肥處理;T3:商品有機肥替代配施氨基酸類葉面肥處理。句容:以采摘單芽制作名優(yōu)綠茶為主的茶園;溧陽:葉片白化突變品種的茶園;福安和大渡崗:以機器采摘制作大宗茶為主的茶園;蒲江:以手采和機采相結(jié)合的方式制作名優(yōu)綠茶和大宗茶為主的茶園。誤差線均由標準誤表示。不同小寫字母表示不同處理在0.05水平差異顯著。下同。CK:Unfertilized control;CF:Denotes farmers’ practice fertilization;T1:Treatment substituted with bio-organic fertilizer;T2:Treatment substitution of chemical fertilizer with organic manure combined wood vinegar and amino acid foliar fertilizer;T3:Treatment substitution of chemical fertilizer with organic manure combined amino acid foliar fertilizer. Jurong:A tea garden focusing on picking single buds to make famous green tea;Liyang:A tea garden of leaf albino mutant;Fu’an and Dadugang:Tea gardens with machine picking and making ordinary tea;Pujiang:A tea garden based on the combination of hand-picked and machine-picked green tea and ordinary tea. Whiskers represent standard errors. Small letters indicated significant difference among treatments at 0.05 level. The same as follows.
如圖2所示:在句容試驗點,與CF處理相比,T2處理發(fā)芽密度顯著提高12%,T1和T3處理則無顯著差異;與CF處理相比,T1處理百芽重顯著下降12%。在溧陽和蒲江試驗點,與CF處理相比,T1、T2和T3處理發(fā)芽密度和百芽重均無顯著差異。綜合產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成分析,與CF處理相比,除蒲江試驗點外,T1、T2和T3處理均能在一定程度上提高茶青產(chǎn)量。
圖2 不同有機肥替代化肥處理對茶青產(chǎn)量構(gòu)成的影響Fig.2 Effects of different organic fertilizers instead of chemical fertilizers on the yield composition of tea
如表3所示:與CF處理相比,T1、T2和T3處理均在一定程度上提高了茶葉氮肥利用率。在句容試驗點,與CF處理相比,T1、T2和T3處理氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高60%,氮肥農(nóng)學(xué)利用效率顯著提高200%。在溧陽試驗點,與CF處理相比,T1、T2和T3處理氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率分別顯著提高67%和100%以上。在福安和大渡崗試驗點,與CF處理相比,T1、T2和T3處理氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高51%~103%,氮肥農(nóng)學(xué)利用效率顯著提高47%以上,且效果從大到小的處理依次為T2、T3、T1。在蒲江試驗點,T1和T3處理在提高氮肥利用率效果上與CF處理相比未達到顯著水平。綜合各個試驗點分析,與CF處理相比,3種有機肥替代模式均能在一定程度上提高氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率。在溧陽、福安和大渡崗試驗點2種葉面肥處理要顯著優(yōu)于生物有機肥替代處理。
表3 不同有機肥替代化肥對茶葉氮肥利用率的影響Table 3 Effects of different organic fertilizers instead of chemical fertilizers on nitrogen utilization efficiency of tea kg·kg-1
從圖3可知:在句容試驗點,與CF處理相比,3種有機肥替代模式(T1、T2、T3處理)在茶多酚和氨基酸含量上并無顯著變化。在溧陽試驗點,與CF處理相比,T3處理茶葉中氨基酸含量顯著降低10%,同時2種葉面肥處理(T2、T3處理)茶葉酚氨比提高了6%和8%,但未達到顯著水平。在福安和大渡崗試驗點,與CF處理相比,T1和T2處理并未顯著改變茶葉中酚氨比。在福安試驗點,與CF處理相比,T3處理茶葉中酚氨比顯著提高了44%;在大渡崗試驗點,與CF處理相比,T3處理茶葉中酚氨比顯著降低了25%。在蒲江試驗點T3與CF處理相比茶葉中氨基酸含量顯著提高了26%,但2種有機肥替代模式(T1和T3處理)與CF處理相比酚氨比無顯著變化。綜合各個地點分析發(fā)現(xiàn),與CF處理相比,除福安T3處理,3種有機肥替代模式均在一定程度上保證了茶葉品質(zhì)。
圖3 不同有機肥替代化肥處理對茶葉中氨基酸、茶多酚含量及酚氨比的影響Fig.3 Effects of different organic fertilizers instead of chemical fertilizers on amino acids content,tea polyphenol content and phenol-ammonia ratio in tea
從表4可知:在句容試驗點,與CF處理相比,T2和T3處理經(jīng)濟效益分別提高了1%和5%,但未達到顯著差異。在溧陽試驗點,與CF處理相比,T2和T3處理經(jīng)濟效益分別降低67%和59%。在福安和大渡崗試驗點,與CF處理相比,T1處理經(jīng)濟效益分別降低7%和33%(P<0.05)。T2處理在福安和大渡崗試驗點經(jīng)濟效益分別提高23%和3%,而T3處理在福安試驗點經(jīng)濟效益顯著提高21%。在蒲江試驗點,T3處理與CF處理相比經(jīng)濟效益無顯著變化,但T1處理經(jīng)濟效益降低36%。綜合分析發(fā)現(xiàn),在以制作綠茶為主的茶園,葉面肥處理增收效果優(yōu)于生物有機肥替代處理;在葉片白化突變品種茶園生物有機肥替代處理增收效果最佳。
表4 不同有機肥替代化肥處理茶葉增收效益評估Table 4 Evaluation of the benefit of different organic fertilizers instead of chemical fertilizers in tea 萬元·hm-2
有機肥的施入不僅可以協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分的平衡供應(yīng),還可以在一定程度上活化土壤中的難溶性養(yǎng)分,改善作物營養(yǎng),提高養(yǎng)分利用率和作物產(chǎn)量,減少化肥用量[13-15]。本研究結(jié)果顯示,與常規(guī)施肥相比除蒲江和大渡崗試驗點生物有機肥替代處理外,其他地點3種有機肥替代模式下茶葉均增產(chǎn)5%以上。且在試驗茶園(蒲江除外)3種有機肥替代模式與常規(guī)施肥相比可以使氮肥偏生產(chǎn)力提高50%以上,同時可使氮肥農(nóng)學(xué)利用效率提高47%以上。研究表明在茶園施用有機肥可以改良土壤的物理化學(xué)結(jié)構(gòu),改善作物的根系生長環(huán)境并促進根系生長,提升作物對養(yǎng)分的吸收及提高土壤微生物對養(yǎng)分循環(huán)的貢獻,進而提高作物產(chǎn)量及養(yǎng)分利用率[10,16-17]。然而,有機肥中養(yǎng)分釋放緩慢,難以快速補充茶樹春季新梢形成和萌發(fā)生長所需的養(yǎng)分。通過葉面追肥的方式既可以快速補充春季茶樹所需的養(yǎng)分,又可以避免養(yǎng)分損失。噴施葉面肥可以增加發(fā)芽密度,提高百芽重和產(chǎn)量[18]。本研究中,配施葉面肥處理與不噴施葉面肥處理相比,在各個地點(除蒲江)均增產(chǎn)2%~39%。其中2種葉面肥在手工采摘制作名優(yōu)茶的茶園(句容、溧陽)與機采茶園(福安、大渡崗)效果不同。在句容和溧陽茶園,與T2處理相比,T3處理分別增產(chǎn)2%和16%。在福安和大渡崗茶園,與T3處理相比,T2處理分別增產(chǎn)2%和4%。豐明曉等[19]研究表明木醋液具有類似IAA調(diào)節(jié)植物葉片生長、抑制側(cè)芽生長的效果。在句容和溧陽噴施木醋液+氨基酸類葉面肥可能抑制側(cè)芽生長,因此增產(chǎn)效果較氨基酸類葉面肥差。毛凱倫[20]研究表明,適宜濃度的木醋液可以增加烤煙的葉面積。機采茶園噴施葉面肥時芽頭均已萌發(fā),噴施木醋液+氨基酸類葉面肥刺激葉片生長,因此增產(chǎn)效果要優(yōu)于僅噴施氨基酸類葉面肥。
本研究為了驗證3種有機肥替代方案在全國范圍內(nèi)的可行性,在我國主要茶區(qū)選取5個不同生產(chǎn)模式的典型茶園,且其種植的茶樹均為當?shù)胤N植面積較大且適應(yīng)當?shù)丨h(huán)境的品種。各個試驗點地理位置、土壤環(huán)境、茶樹種類等均存在差異,雖然均可在保證產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)上完成減少施肥的目標,但是各地點有機肥替代效果存在顯著差異。在蒲江試驗點3種有機肥替代模式與常規(guī)施肥相比存在減產(chǎn)風險,這是由于四川茶園土壤pH值與其他試驗點相比較低。王小治等[21]研究表明施用有機肥在改善土壤酸度的同時,提高了茶園土壤硝化勢,本研究中施用有機肥使土壤中銨態(tài)氮含量降低了14%~23%。蒲江茶樹品種‘三花1951’為當?shù)剡x育品種,適應(yīng)當?shù)赝寥郎L環(huán)境,有機肥替代比例過大可能造成土壤環(huán)境的改變,進而出現(xiàn)減產(chǎn)風險。綜上,在句容、溧陽、大渡崗和福安試驗點,通過使用生物有機肥替代和有機肥替代配施葉面肥等措施可以在保證產(chǎn)量的同時減少36%化肥氮素的投入,并提高氮肥利用率,而在蒲江試驗點應(yīng)注重有機肥替代的比例,比例過大存在減產(chǎn)的風險。
酚氨比(茶葉中茶多酚含量與氨基酸含量的比值)是茶葉品質(zhì)中最重要的指標之一,酚氨比越低,茶葉品質(zhì)越好。在茶園施用有機肥,可以改善茶園土壤養(yǎng)分的平衡供應(yīng),促進茶樹生長,提高茶葉內(nèi)含物質(zhì),提升茶葉品質(zhì)[3,10,22]。本研究中,3種有機肥替代模式與常規(guī)施肥相比在一定程度上提升了茶葉品質(zhì)。由于生物有機肥價格是普通商品有機肥的4倍,生物有機肥的施用會導(dǎo)致肥料成本上升。葉面肥施用成本較低,增產(chǎn)效果明顯,因此本研究中在句容、福安、蒲江和大渡崗試驗點2種葉面肥處理(蒲江只有1種)經(jīng)濟效益高于生物有機肥替代處理,且福安試驗點效果最佳,這與吳全聰?shù)萚23]研究結(jié)果相似。不施肥對照處理因無肥料成本導(dǎo)致經(jīng)濟效益較高,然而在各個試驗點(除大渡崗)與常規(guī)施肥處理相比,對照處理茶葉中酚氨比提高12%以上,降低了茶葉品質(zhì),因此合理施肥是高品質(zhì)茶園生產(chǎn)的關(guān)鍵。在茶葉中所有代謝物(品質(zhì)成分)的形成均離不開土壤養(yǎng)分的供應(yīng)[24]。在長期施肥不足的情況下,茶樹的生長受到嚴重抑制,茶葉中游離氨基酸含量也明顯降低[25]。只有在適當?shù)酿B(yǎng)分投入情況下,才有利于茶葉中次級代謝產(chǎn)物的積累,從而達到最優(yōu)的茶葉品質(zhì)[26]。
溧陽試驗茶園屬于葉片白化突變品種,故其采摘的葉片中葉綠素含量也是評價茶葉品質(zhì)及價格的重要指標之一。王孝娣等[27]研究表明噴施氨基酸類葉面肥可以促進桃樹葉片葉綠素的合成,提高凈光合速率。本研究結(jié)果也表明,在溧陽突變白化品種茶園,與常規(guī)施肥相比,噴施木醋液+氨基酸類葉面肥和氨基酸類葉面肥使葉片中總?cè)~綠素含量分別提高10.8%和14.1%,茶葉葉片變綠從而導(dǎo)致經(jīng)濟效益嚴重下降。因此在葉片白化突變茶園不適宜噴施葉面肥。
綜上所述,綜合產(chǎn)量、品質(zhì)和效益等因素,在5個典型茶園使用有機肥替代化肥均可在保證產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)減少36%化學(xué)氮肥的投入,但針對不同的茶園生產(chǎn)模式最佳的替代模式也不同。在句容以制作名優(yōu)綠茶為主的茶園使用商品有機肥替代并配施氨基酸類葉面肥效果最佳,與常規(guī)施肥相比經(jīng)濟效益提高了5%。在溧陽葉片白化突變品種的茶園不推薦使用葉面肥,使用生物有機肥替代效果最佳。在大渡崗和福安機采茶園使用商品有機肥替代并配施木醋液+氨基酸類葉面肥分別使經(jīng)濟效益提高3%和23%。在蒲江等肥料投入較大的地區(qū)應(yīng)當適當減少有機肥替代無機肥的比例。
致謝:江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊亦揚研究員、胡振民研究員,江蘇省句容市茶博園宋建國主任,溧陽市天目源茶廠王建平技術(shù)員,福建省茶葉研究所吳志丹研究員,四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院曾祥忠研究員,四川省蒲江縣同心農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合作社羅瓊書記,云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院付立波研究員在試驗過程中提供指導(dǎo)與幫助,謹致謝意。