江福英，吳志丹*，張 磊，陳玉真，尤志明

（1. 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，福建 福州 350013；2. 國家土壤質(zhì)量福安觀測實驗站，福建 福安 355015）

0 引言

【研究意義】福建是全國著名的產(chǎn)茶大省，茶產(chǎn)業(yè)作為福建農(nóng)業(yè)七大優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)之一，在福建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中有著不可替代的地位。2022 年全省茶園面積24.07 萬hm2，毛茶產(chǎn)量52 萬t，茶葉全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值超1 500 億元。由于經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，普遍存在偏施化肥問題，福建茶園平均氮肥用量266 kg·hm-2，約有43.6%的茶園氮肥用量超過300 kg·hm-2，有機(jī)肥使用面積小于30%[1]?；蔬^量偏施容易導(dǎo)致茶園土壤酸化持續(xù)發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計，福建省有65.4%茶園土壤pH＜4.5[2]。茶園土壤過度酸化，抑制茶樹根系生長，影響茶樹養(yǎng)分吸收，降低茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)[3]；同時提高土壤重金屬元素有效性[4]，增加了茶葉質(zhì)量安全風(fēng)險。因此，探究施肥模式對茶園土壤酸化的阻控和改良效果對農(nóng)業(yè)生態(tài)和環(huán)境的健康發(fā)展具有重要作用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤酸化指酸中和容量減少導(dǎo)致的酸度上升，通常導(dǎo)致土壤板結(jié)、土壤退化、礦質(zhì)營養(yǎng)元素有效性下降、鹽基離子流失、生產(chǎn)力降低及有害重金屬元素的活化等危害產(chǎn)生[4,5]，茶樹自身的物質(zhì)代謝循環(huán)[6]及化肥過量施用[7]是茶園土壤過度酸化的主要成因，并引起茶園土壤酸化向土壤深層次發(fā)展[8]。不同的茶園土壤肥料管理措施可以有效減緩或改良茶園土壤酸化，吳志丹等[9]研究表明連續(xù)4 年配施有機(jī)肥茶園表層土壤pH 提高0.22～0.72 個單位；采用生物質(zhì)炭[10]、堿渣[11]等材料可以改良茶園酸化土壤。然而，國內(nèi)關(guān)于茶園土壤酸化的研究大多關(guān)注茶園土壤酸化現(xiàn)狀的普查[12]和酸化成因的分析[13]，對農(nóng)業(yè)措施在茶園系統(tǒng)酸化改良的作用有所忽略，且主要集中在對表層土壤的影響，對亞表層及深層次土壤的研究仍較少?！颈狙芯壳腥朦c】目前福建省茶園普遍存在施肥過量、土壤酸化嚴(yán)重等現(xiàn)狀，不同化肥減施增效技術(shù)模式的適宜性有待深入研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】依托課題組建立的茶園化肥減施增效技術(shù)模式試驗示范基地[14]，通過化肥減施增效技術(shù)模式田間試驗，探明不同施肥模式對茶園土壤剖面酸度及茶葉產(chǎn)量的影響，篩選具有阻控或改良茶園土壤酸化、提高茶葉產(chǎn)量的施肥技術(shù)模式，為茶園土壤酸化阻控及合理施肥提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于安溪縣魁斗鎮(zhèn)（25°9’N、118°8’E），屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均溫度19～21℃，多年平均降雨量約1 600 mm。試驗地種植茶樹品種為鐵觀音，2004 年種植，種植方式為雙條栽，條距0.40 m，株距為0.30 m，行距1.40 m，采用機(jī)采茶園管理模式，生產(chǎn)閩南烏龍茶。試驗茶園土壤類型為紅壤，試驗前（2017 年11 月）表層土壤pH為4.26，有機(jī)質(zhì)26.17 g·kg-1，全氮1.24 g·kg-1，堿解氮58.12 mg·kg-1，有效磷8.90 mg·kg-1，速效鉀135.28 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

本研究設(shè)計6 個處理，（1）農(nóng)戶常規(guī)施肥（CF），肥料種類用通用復(fù)合肥和尿素；（2）專用肥（SF），肥料種類用茶樹專用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥；（3）新型肥料（NF），肥料種類用脲甲醛復(fù)合肥；（4）生物炭基肥（BF），肥料種類用茶樹專用生物炭基肥；（5）專用肥+有機(jī)肥（SF+OM），肥料種類用茶樹專用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥和商品有機(jī)肥；（6）新型肥料+有機(jī)肥（NF+OM），肥料種類用脲甲醛復(fù)合肥和商品有機(jī)肥。試驗用通用復(fù)合肥N、P2O5、K2O 養(yǎng)分比例為15∶15∶15；尿素為大顆粒尿素，N≥46%；茶樹專用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥N、P2O5、K2O 養(yǎng)分比例為21∶6∶9，有機(jī)質(zhì)≥15%，MgO≥2%，有機(jī)質(zhì)來源為腐殖酸；脲甲醛復(fù)合肥N、P2O5、K2O 養(yǎng)分比例為25∶7∶8；茶樹專用生物炭基肥N、P2O5、K2O 養(yǎng)分比例為20∶5.7∶8.5（課題組復(fù)配生產(chǎn)，生物質(zhì)炭含量≥15%，pH＝8.10）；商品有機(jī)肥N、P2O5、K2O 養(yǎng)分比例為2.70∶2.56∶1.74，有機(jī)質(zhì)含量為58.32%。各處理養(yǎng)分用量見表1。

表1 各試驗處理養(yǎng)分投入量Table 1 Nutrient inputs from proposed fertilizations

試驗小區(qū)面積80 m2，4 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。每年11 月份施基肥，肥料用量為全年化肥用量的40%（有機(jī)肥一次性施用），CF 處理施用方法為在茶樹大行間撒施，其他處理施用方法為在茶樹大行間開深10～15 cm 溝施用；3 月上旬和7月下旬施用春茶追肥和秋茶追肥，肥料用量占全年化肥用量的30%和30%，肥料均勻撒施在茶樹大行間后結(jié)合除草覆土。

試驗施肥開始于2017 年11 月上旬（2018 年度基肥）。為消除試驗地土壤殘留原施肥肥料對試驗結(jié)果產(chǎn)生的影響，試驗地2015—2017 年未施肥。

1.3 測試方法

于2019 年11 月上旬（全年茶葉生產(chǎn)結(jié)束后，基肥施用前），在各小區(qū)隨機(jī)選擇8 個樣點采用直徑為3 cm 的土鉆采集0～20、20～40、40～60、60～80 cm 土樣，同小區(qū)同土層土壤樣品混合。土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干、研磨、過篩后測定土壤pH、交換性酸（氫、鋁）等指標(biāo)，測定方法參照魯如坤[15]的土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法。

按照閩南烏龍茶采摘標(biāo)準(zhǔn)，分別在2018、2019 年度茶葉春茶（5 月上旬）、夏茶（6 月中旬）、暑茶（8 月上旬）、秋茶（10 月上旬）采摘季節(jié)采用單人采茶機(jī)進(jìn)行全小區(qū)完全采摘，稱重測產(chǎn)[14]，采用春、夏、暑、秋4 季產(chǎn)量之和表示各處理全年茶鮮葉產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016、SPSS 22.0 和Prism 8.0 統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和繪圖。使用單因素方差分析（One way analysis of variance，ANOVA）對相同土層不同處理間和相同處理不同土層間指標(biāo)的差異顯著性進(jìn)行分析，用Duncan 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥模式對土壤pH 的影響

土壤pH 是土壤溶液中H+濃度的直觀反映，表示土壤活性酸濃度的大小。表2 比較了不同施肥模式處理下茶園不同土層土壤pH 的差異。從表2 可知，與常規(guī)施肥（CF）相比，專用肥（SF）和專用肥+有機(jī)肥（SF+OM）可以有效改良或減緩茶園土壤酸化，且對表層和亞表層土壤作用較為明顯。SF 處理茶園表層（0～20 cm 土層）、亞表層（20～40 cm 土層）和40～60 cm 土層土壤pH分別比CF 處理同一土層土壤pH 高0.34、0.27和0.24 個pH 單位，并分別與CF 差異顯著，而60～80 cm 土層土壤pH 與CF 差異不顯著；SF+OM處理茶園表層、亞表層土壤pH 分別比CF 處理同一土層土壤pH 高0.58 和0.24 個pH 單位，并分別與CF 差異顯著，而40～60 cm 和60～80 cm土層土壤pH 與CF 差異不顯著；NF、BF、NF+OM 處理0～20、20～40、40～60 和60～80 cm 土層土壤pH 均與CF 處理同一土層土壤pH 差異不顯著。

表2 不同施肥模式土壤pHTable 2 Soil pH under varied fertilizations

從各處理土壤pH 在剖面上差異看，不同施肥模式處理改變了茶園土壤pH 在剖面上的差異，并對表層和亞表層土壤作用較為明顯（表2）。CF、NF、BF 處理各土層土壤pH 表現(xiàn)為隨著土壤深度的增加pH 上升，其中CF 處理0～20、20～40 cm土層土壤pH 顯著低于60～80 cm 土壤，BF 和NF處理0～20 土層土壤pH 顯著低于60～80 cm 土壤；SF、NF+OM 處理，在剖面4 個土層土壤pH 無顯著差異；SF+OM 處理表層（0～20 cm 土層）土壤顯著高于其他土層。

2.2 施肥模式對土壤交換性酸（氫、鋁）含量的影響

2.2.1 土壤交換性酸（氫、鋁）含量的差異

土壤交換性酸是交換性氫與交換性鋁之和，其存在表明土壤鹽基不飽和。改良酸性土壤時希望中和的是交換性氫和鋁，因此交換性酸可作為改良酸性土壤時確定石灰施用量的重要參考指標(biāo)[15]。表3 比較了不同施肥處理不同土層土壤交換性酸（氫、鋁）的差異。結(jié)果可知，在茶園表層（0～20 cm 土層）土壤，相比CF 處理，SF+OM、SF、NF+OM 和BF 處理交換性酸含量表現(xiàn)為降低，其中SF+OM 處理土壤與CF 處理差異顯著；而在20～40 cm、40～60 和60～80 cm 土層土壤交換性酸含量沒有顯著差異。在同一土層，各施肥模式土壤交換性氫含量均沒有表現(xiàn)出顯著差異。0～20 cm 土層土壤，交換性鋁含量與交換性氫含量變化趨勢一致，其中SF+OM 處理土壤與CF 處理差異顯著；而在20～40 cm、40～60 cm 和60～80 cm土層土壤交換性鋁含量沒有顯著差異。

表3 不同施肥模式土壤交換性酸Table 3 Soil exchangeable acid under varied fertilizations

從各處理土壤交換性酸含量在剖面上差異看，CF、NF 和BF 處理表現(xiàn)為隨著土壤深度的增加，土壤交換性酸、交換性氫、交換性鋁含量均呈降低趨勢。而NF+OM 處理，交換性酸、交換性氫含量隨土壤深度增加均呈降低趨勢；而交換性鋁含量則表現(xiàn)為0～20 cm 土層最低。SF 處理0～20 cm 土層交換性酸、交換性鋁含量則低于20～40 cm、40～60 cm 土層；SF+OM 處理0～20 cm 土層交換性酸、交換性鋁含量均顯著低于其他土層，說明SF、SF+OM 施肥處理有利于改善茶園表層土壤酸化。

2.2.2 土壤pH 與土壤交換性酸（氫、鋁）的關(guān)系

一般認(rèn)為酸性土壤酸度主要是由交換性酸含量控制，酸性土壤的交換性酸度是由交換性氫和鋁兩部分組成，而且認(rèn)為交換性鋁占礦質(zhì)土壤的絕大部分的交換性酸[16]。從圖1 可見，茶園土壤pH 與交換性酸（氫、鋁）呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，但pH 與交換性鋁的相關(guān)顯著性比pH 與交換性氫的高，說明茶園土壤的pH 主要受交換性酸控制，而在交換性酸中又主要受交換性鋁控制。在本試驗中，相比CF 處理，SF+OM、SF、NF+OM 和BF 處理表層土壤和亞表層土壤交換性酸和交換性鋁含量表現(xiàn)為降低趨勢，說明SF+OM、SF、NF+OM 和BF 處理對茶園土壤酸化具有一定的阻控效果。

圖1 pH 與交換性酸（氫、鋁）的關(guān)系Fig. 1 Correlation between pH and exchangeable acids (hydrogen, aluminum) of soil

2.3 施肥模式對茶葉產(chǎn)量的影響

表4 比較了不同施肥模式2018 和2019 年度茶鮮葉產(chǎn)量差異。結(jié)果可知，2018 年度各處理全年茶鮮葉產(chǎn)量為18.49～19.84 t·hm-2，其中NF 處理最高，CF 處理最低，但處理間差異均不顯著。2019 年度各處理茶鮮葉產(chǎn)量15.42～17.52 t·hm-2，其中以NF+OM、SF+OM 和SF 處理較高，分別比CF 增產(chǎn)13.63%、11.20%和10.83%，并分別與CF 處理差異顯著；BF、NF 處理全年茶鮮葉產(chǎn)量比CF 提高7.73%和7.62%，但差異不顯著。

表4 施肥模式對茶鮮葉產(chǎn)量的影響Table 4 Effect of varied fertilizations on fresh tea leaf yield （單位：t·hm-2）

3 討論與結(jié)論

過量的銨態(tài)氮肥施用是加速茶園土壤酸化的主要原因。銨態(tài)氮肥或尿素在土壤中轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮后，只有部分被植物吸收，另一部分硝態(tài)氮從土壤中淋失，伴隨硝態(tài)氮淋失的是堿性陽離子（如Ca2+、Mg2+、K+），而硝化過程產(chǎn)生的H+則留在土壤中[17]；同時茶葉收獲或修剪物移除，帶走植物中的堿（陽離子與陪伴有機(jī)陰離子），加重了土壤中酸的盈余[18]。銨態(tài)氮肥或尿素施用越多，氮素利用效率越低，生物質(zhì)移除越多，都會加重土壤中酸的盈余，加速茶園土壤pH 酸化。因此，確定合理氮肥用量，提高氮肥利用率；根據(jù)茶樹喜銨特性，添加硝化抑制劑等方式調(diào)控茶園土壤氮素轉(zhuǎn)化可有效緩解茶園土壤酸化。在本研究中，NF、BF 施肥模式處理氮肥用量比CF 處理降低33.3%，然而經(jīng)過2 年的田間試驗結(jié)果顯示，NF、BF 施肥模式處理在表層（0～20 cm 土層）、亞表層（20～40 cm 土層）土壤均表現(xiàn)出較低的pH 和較高的交換性酸含量，與CF 處理無顯著差異。這可能是由于生物炭的添加可以提高酸性土壤氨氧化細(xì)菌豐度，增強酸性土壤硝化潛勢[19]；而脲甲醛復(fù)合肥由于緩釋作用，在試驗結(jié)束時土壤中仍保持較高的土壤硝態(tài)氮含量，因此土壤pH 較低。在本試驗條件下，NF、BF 施肥模式對茶園土壤酸化阻控?zé)o明顯效果，有進(jìn)一步加劇土壤酸化風(fēng)險，需要配套改良措施，進(jìn)一步優(yōu)化后驗證推廣。

有機(jī)肥含有鈣鎂鉀等元素及有機(jī)肥本身堿度對土壤酸度具有中和緩沖作用，能夠補充植物吸收帶走和伴隨陰離子淋洗損失的土壤鹽基離子，提高土壤緩沖能力[20]。大量研究表明[9,21,22]，全量施用有機(jī)肥或配施有機(jī)肥可有效提高茶園土壤pH，改良茶園酸化土壤。在本研究中，配施有機(jī)肥處理SF+OM 和NF+OM 施肥模式表層（0～20 cm 土層）、亞表層（20～40 cm 土層）土壤均比CF 處理表現(xiàn)出較高的pH 和較低的交換性酸含量，說明配施有機(jī)肥處理可以有效緩解或改良土壤酸化，其中以SF+OM 施肥模式效果更為顯著；SF 施肥模式茶樹專用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥針對試驗區(qū)域配方生產(chǎn)，添加有機(jī)質(zhì)增強對土壤鹽基離子吸附能力，從而降低其淋洗損失，同時補充Mg2+等鹽基離子，對茶園土壤酸化也取得顯著的阻控效果。

合理施肥的原則是特定的氣候-土壤-作物體系在一定的經(jīng)營管理措施下（輪作與耕作、品種、灌溉等），能夠?qū)崿F(xiàn)可獲得的目標(biāo)產(chǎn)量、相應(yīng)品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益并維持或提高土壤肥力，將環(huán)境效應(yīng)降低至可接受的范圍內(nèi)的合理施肥量區(qū)間[23]。閩南烏龍茶區(qū)年養(yǎng)分推薦用量（含有機(jī)肥養(yǎng)分含量）為氮肥（N）300～360 kg·hm-2、磷肥（P2O5）90～150 kg·hm-2、鉀肥（K2O）120～150 kg·hm-2[24]。本研究依據(jù)推薦施肥養(yǎng)分用量，設(shè)計的5 種化肥減施增效技術(shù)模式，與CF 相比，化肥用量減少33%～53%，總養(yǎng)分投入減少17%～41%，并改撒施為溝施。結(jié)果顯示各化肥減施增效技術(shù)模式均有效提高茶葉產(chǎn)量及養(yǎng)分利用率，其中2019 年度增產(chǎn)7.62%～13.63%，以NF+OM、SF+OM 和SF處理增產(chǎn)效果最好。

綜上所述，與常規(guī)施肥（CF）相比，SF、SF+OM 處理茶園表層、亞表層土壤pH 值顯著提高，交換性酸（氫、鋁）含量下降；2018 年度茶葉產(chǎn)量相當(dāng)，2019 年度茶葉產(chǎn)量顯著提高。專用肥（SF）、專用肥+有機(jī)肥（SF+OM）施肥模式在保障茶葉產(chǎn)量的同時，可有效阻控和改良茶園土壤酸化，應(yīng)用潛力較大。