銀 霞,周凌云,黃 靜,張曙光*,包小村*
(1.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 茶葉研究所,農(nóng)業(yè)部湖南茶樹與茶葉加工科學(xué)觀測實驗站,湖南 長沙 410125;2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)教育部重點實驗室,國家植物功能成分利用工程技術(shù)中心,湖南 長沙 410128)
生產(chǎn)實踐中,人們往往通過施肥來提高土壤肥力,從而達(dá)到茶園增產(chǎn)提質(zhì)的目的[1]。施肥對茶葉增產(chǎn)作用遠(yuǎn)超過土地(25%)和勞動力(8%),高達(dá)41%[2]。但隨著種植年限增長,施肥帶來的一些問題也開始呈現(xiàn),如長期施用化肥會造成土壤酸化、板結(jié)[3-4]及茶葉品質(zhì)下降,不合理施肥模式還會造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此,茶園施肥問題一直是各級政府、有關(guān)部門及科研工作者關(guān)注的重點。本文綜述了近年來科研工作者針對施肥模式對茶園土壤肥力、微生物、茶葉品質(zhì)影響等方面的研究,旨在為今后研究合理施肥提高茶園土壤肥力、提升茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)提供參考。
長期實踐和研究表明,施用有機(jī)肥可以降低土壤酸化速度[5-8],改善土壤理化性質(zhì),提高土壤肥力。其主要是通過提高茶園土壤有機(jī)質(zhì)、全氮磷鉀和速效氮磷鉀的含量,從而提高土壤肥力。
林新堅等[9-10]研究表明,有機(jī)肥處理對土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、水解氮、有效磷和速效鉀影響顯著,含量分別較對照增加227.84%、360.32%、6.75倍、175.22%、41.45倍和367.25%;其次為半量化肥+半量有機(jī)肥+豆科綠肥處理,分別增加129.26% 、171.43%、4.05倍、159.40%、10.02倍和334.64%。池仰坤[11]試驗結(jié)果表明,在等量養(yǎng)分投入條件下,有機(jī)肥與化肥配施處理的茶園土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀比單施化肥分別增加31.5%、23.1%、67.4%、43.8%和44.1%。顏明娟[12]針對福建鐵觀音茶園過度使用氮肥且以有機(jī)肥施用少的問題開展了減肥試驗,發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥可大幅度降低土壤中硝態(tài)氮含量,從而提高氮素利用率;同時研究表明,在同樣施肥量條件下,有機(jī)肥處理相對單施無機(jī)肥處理茶園土壤硝態(tài)氮含量降低近一半,但若單施有機(jī)肥,茶樹養(yǎng)分供應(yīng)不及時,影響茶葉品質(zhì)和產(chǎn)量。吳志丹等[13]研究發(fā)現(xiàn)配施有機(jī)肥能顯著提高茶園土壤pH,施肥4年后土壤pH值比單施化肥處理提高0.22~0.72,并且提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量,提高幅度隨著有機(jī)肥比例增加而增加。
程博一等[14]研究比較了撒施、溝施和溝施覆膜 3 種施肥模式對茶園土壤肥力影響,結(jié)果表明溝施覆膜效果最好,土壤表層和深層pH 分別下降8.16%和5.30%,表層有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷、速效鉀分別提升10.87%、26.74%、17.95%、34.69%和25.42%,深層有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷、速效鉀分別提升10.38%、28.22%、25.64%、15.34%和17.97%。
土壤微生物和酶是土壤的重要組成部分,對土壤肥力的形成和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化起著積極的推進(jìn)作用,對茶樹生長和茶葉品質(zhì)具有重要影響[4,15-16]。徐華勤等[17-20]研究表明,不同施肥處理對土壤微生物量碳、微生物整體活性和豐富度均有明顯提高,其中NPK肥+稻草覆蓋與餅肥+PK+間作三葉草處理促進(jìn)土壤微生物生長的效果最為明顯;在施肥總量相同的情況下,稻草覆蓋下有機(jī)無機(jī)配施處理對微生物量影響不大。此外,不同處理對常見土壤微生物菌種種類影響并不大,但施用有機(jī)肥能明顯提高某些非常見微生物數(shù)量,從而降低群落均勻度。徐華勤等[21]進(jìn)一步研究表明影響較大的碳源主要是糖類和羧酸類物質(zhì)以及少量氨基酸類物質(zhì)。王利民等[22]和林新堅等[9]試驗發(fā)現(xiàn),半量化肥+半量有機(jī)肥+豆科綠肥處理土壤微生物量碳、氮含量分別比對照增加1.87和2.18倍,同時提高土壤過氧化氫酶、脲酶、酸性磷酸酶等酶活性。
韓文炎[2]采用Griffiths法直接提取土壤微生物基因組DNA,并通過實時熒光定量PCR技術(shù)分析土壤微生物16 SrRNA基因數(shù)量,對茶園及其附近森林和菜園土壤的細(xì)菌豐度及其影響因素進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)其與土壤pH和微生物碳顯著正相關(guān),與施氮量和茶樹種植年限呈極顯著負(fù)相關(guān),提出通過改良土壤pH、控制氮肥施用量來提高茶園微生物多樣性。吳志丹等[13]研究發(fā)現(xiàn)配施有機(jī)肥處理土壤微生物生物量碳、氮分別比對照提高41.70%~72.23%和49.66%~75.63%,微生物量碳隨著有機(jī)肥比例增加而提高,有機(jī)肥施用比例達(dá)到75%時顯著高于對照;土壤微生物量在不同配施比例處理下差異不顯著,但均顯著高于對照38.46%~43.85%;微生物量氮占土壤總有機(jī)氮的比例比對照提高16.84%~72.96%,在有機(jī)肥施用比例25%最高,提高比例隨有機(jī)肥比例增加而降低;土壤微生物呼吸隨著配施有機(jī)肥比例增加呈先增加后降低的趨勢,以全量施用有機(jī)肥處理最低,半量施用最高;25%、50%有機(jī)肥替代處理下土壤微生物生物量碳/土壤微生物生物量氮比降低,形成較為理想的微生物種群結(jié)構(gòu)(細(xì)菌多)[7-8]。
為改善化學(xué)肥料大量施用造成的土壤板結(jié)、酸化等問題,法國發(fā)展研究院Lavelle教授和印度薩姆巴珀大學(xué)B K senapati教授提出蚯蚓生物有機(jī)培肥技術(shù)。唐勁馳[23]等將該技術(shù)在茶園中進(jìn)行連續(xù)5年試驗,結(jié)果表明蚯蚓生物有機(jī)培肥處理(100% FBO)可以顯著增加 0~20 cm 土層微生物量碳、呼吸速率、微生物熵、細(xì)菌、真菌和放線菌等表征土壤微生物數(shù)量和活性的指標(biāo),并可顯著提升過氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶和堿性磷酸酶的活性(p<0.05),有利于受損茶園土壤生態(tài)的恢復(fù)和重建,提高土壤質(zhì)量。
此外,有科研工作者研究發(fā)現(xiàn)單施化肥對微生物量的影響在不同試驗中存在差異,這主要與試驗時間、施肥方式、肥料用量和土壤類型等因素有關(guān)[23],一般認(rèn)為化肥能增加低肥力土壤微生物活性,而對黑土等高肥力土壤沒有促進(jìn)作用[24-25]。
通過提升土壤肥力提高茶葉品質(zhì)是施肥的主要目的[26-28]。早期學(xué)者們的研究主要集中在氮的施用量及磷鉀的配施比例,近年單施化肥引起的土壤酸化以及生態(tài)問題引起人們的關(guān)注,研究通過施用有機(jī)肥模式改善茶園土壤性狀和肥力,從而持續(xù)提高茶葉品質(zhì)。
池仰坤[11]研究表明,增施有機(jī)肥對提高烏龍茶品質(zhì)效果明顯。經(jīng)過5年有機(jī)無機(jī)肥配施后茶樹新梢較對照細(xì),葉色更濃綠明亮,加工的茶葉嫩度均勻,紅邊鮮亮均勻,彈性好,且春秋優(yōu)質(zhì)茶比例從56.7%提高到75.7%。林新堅[10]等采取連續(xù)4年田間定位試驗,比較茶樹配方化肥、半量有機(jī)肥替代、有機(jī)肥、茶樹配方化肥+綠肥間種、半量有機(jī)肥替代+綠肥6 種不同施肥模式對茶葉營養(yǎng)積累和茶葉品質(zhì)影響,結(jié)果表明茶樹配方化肥+綠肥間種處理效果最佳,茶葉氮、磷和鉀累積量最高,分別為4.962 kg/hm2、0.48 kg/hm2和 5.966 kg/hm2,比對照分別提高88.6%、57.41%和98.87%;茶葉茶多酚和水浸出物累積量最高,分別為23.39 kg/hm2和119.41 kg/hm2,較對照分別提高73.29%和85.56%。顏明娟等[12]試驗表明,在當(dāng)?shù)夭柁r(nóng)習(xí)慣施氮量的基礎(chǔ)上減氮20%配施有機(jī)肥可以顯著提高茶葉品質(zhì),茶多酚、氨基酸、水浸出物相對習(xí)慣施肥分別提高14.1 %、15.0%和4.7%,咖啡堿含量較低。
朱旭君等[29]研究了不同配比有機(jī)肥對茶葉品質(zhì)影響,結(jié)果表明,有機(jī)肥比例高于25%的氮素處理能顯著提高春茶的品質(zhì),氨基酸含量隨著有機(jī)肥比例增加而增加,茶多酚則反之,有機(jī)肥比例50%以上時效果更好。而吳志丹等[13]研究表明,25%有機(jī)肥替代施肥處理茶葉春秋兩季烏龍茶品質(zhì)最佳,半量替代其次,表明適量配施有機(jī)肥可以促進(jìn)烏龍茶品質(zhì)形成,但過高施用比例不利于茶葉品質(zhì)。其認(rèn)為原因有兩種:一是配施有機(jī)肥處理降低了土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量,增加了硝態(tài)氮比例,降低了土壤銨態(tài)氮含量,而茶樹是喜銨態(tài)氮作物[30];二是試驗采用的原料是養(yǎng)豬場發(fā)酵床墊料有機(jī)肥,其C/N比值高達(dá)30.1。唐玉霞等[31]研究表明,C/N≤20時,作物生長和產(chǎn)量無明顯影響,而等于30時,導(dǎo)致作物減產(chǎn)。
在施肥方式上,程博一等[14]研究表明,溝施覆膜在一定程度上增加了茶葉產(chǎn)量并改善了品質(zhì),提高茶園土壤的基本肥力狀況;溝施次之,撒施效果最差。與溝施相比,溝施覆膜下茶葉的水浸出物、咖啡堿、游離氨基酸含量分別提升2.24%、7.26%和14.68%,茶多酚下降1.88%。此外,吳淑平[32]比較了微生物肥、茶葉專用有機(jī)肥對茶葉品質(zhì)和產(chǎn)量影響,結(jié)果表明,施用微生物肥處理的茶樹萌動最早,兩者混施處理的茶葉品質(zhì)最佳。
通過有機(jī)無機(jī)合理配施,控制茶園土壤酸化速度,提高茶園土壤肥力水平,滿足茶樹營養(yǎng)物質(zhì)需求,實現(xiàn)茶葉增產(chǎn)提質(zhì),是今后茶園施肥的目標(biāo)及方向。當(dāng)前,學(xué)者們對于施肥與茶園土壤和茶葉品質(zhì)的關(guān)系開展了一系列研究,但隨著茶葉栽培種植制度、土壤肥力、化學(xué)品投入等不斷改變,茶園施肥仍面臨許多新的問題,下一步應(yīng)重點開展以下幾個方面的研究:
有機(jī)無機(jī)肥配施比例研究示范。有機(jī)肥可以改善土壤性質(zhì),無機(jī)肥可保障茶樹養(yǎng)分及時供應(yīng),因此有機(jī)無機(jī)配施可以提高土壤地力的同時滿足茶樹養(yǎng)分需求,但不同土壤肥力條件、不同有機(jī)肥其最佳有機(jī)無機(jī)比例存在差異,不同地區(qū)應(yīng)針對當(dāng)?shù)爻R娡寥篱_展相應(yīng)肥配施試驗,探究最佳比例,從而為高效施肥提供理論依據(jù)。
有機(jī)肥施用對茶葉品質(zhì)影響機(jī)理研究。實踐表明,茶園中施用有機(jī)肥可以改善茶葉滋味、提高茶葉香氣,提升茶葉品質(zhì),但目前有關(guān)施肥對茶葉品質(zhì)影響機(jī)理研究尚少,應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)研究,以探明施肥對茶葉風(fēng)味營養(yǎng)物質(zhì)積累貢獻(xiàn),為今后茶園精準(zhǔn)施肥提供理論基礎(chǔ)。
茶園養(yǎng)分轉(zhuǎn)化規(guī)律研究。重點開展長期施用有機(jī)肥和化肥條件下土壤有機(jī)質(zhì)及理化性質(zhì)演變規(guī)律,土壤微生物、土壤酶活性及土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化等三者交互作用規(guī)律,以及茶樹養(yǎng)分吸收利用規(guī)律等研究,從而揭示養(yǎng)分從土壤到茶樹的轉(zhuǎn)化規(guī)律。
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