长期不同施肥模式对茶叶产量与土壤肥力的影响

茶树是我国南方重要的经济作物，在我国农业生产中占有重要地位。施肥是茶叶丰产的重要措施，是影响茶叶产量、品质、土壤质量及其可持续利用最重要的农业措施之一[1]。据联合国粮农组织对中国、印度、斯里兰卡和肯尼亚等主要产茶国调查表明，肥料投入对茶叶增产的贡献率高达41%[2]。随着我国人口的增加及人民生活水平的不断提高，人们对茶叶产品的数量和品质需求日益提高，但研究表明，茶园施肥存在不足和过量[3]，施肥结构不合理[4]，有机肥使用不普遍[5]，茶园土壤酸化现象严重等问题[6]。
近年来，关于施肥与茶叶产量、品质及土壤肥力状况的研究较多[7-11]。但这些研究大都基于短期（如1季或1～2年）试验所得。茶树属多年生作物，现有的单一且短期的施肥试验结果还不足以充分反映施肥与茶树生长及茶园土壤肥力的长期变化规律[12]。土壤肥料长期定位试验具有时间长期性和气候代表性等特点，信息量丰富，准确可靠，具有常规试验不可比拟的优点，能系统地揭示土壤肥力的演变，预测土壤的承载能力和作物生产能力，为农业生产可持续发展提供科学依据[13]。而茶园土壤长期不同施肥模式的相关研究鲜见报道。因此，笔者通过连续10年的田间定位试验，研究不同施肥模式对茶叶产量及土壤肥力的影响，旨在为茶园提供合理的施肥模式，从而提高茶叶产量及土壤肥力，为推进茶业的可持续发展提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于普洱市茶树良种场茶地，土壤为红末香土，2006年测得基础土壤肥力状况：pH 5.04，有机质20.0 g/kg，碱解氮75.0 mg/kg，速效磷24.80 mg/kg，速效钾122 mg/kg，全氮1.04 g/kg，全磷0.58 g/kg，全钾4.9 mg/kg。地块整齐，海拔1 320 m，常年降水量1 514 mm，年均气温17.7 ℃。
1.2 试验时间 2007—2016年，试验周期为10年。
1.3 试验材料 施用肥料：尿素（N≥46%）、普通过磷酸钙（P2O5≥16%）、硫酸钾（K2O≥50%）、有机肥（商品有机肥或农家肥）。
茶树品种：云抗10号，乔木，树姿开展，分枝密，芽头中等，新梢生长快，育芽能力强。一般2月下旬春茶萌发至11月中旬采收结束，全年采摘期约270 d，试验茶园1986年定植，定植27 000株/hm2，1990年开始采摘。
1.4 试验设计
试验共设5个处理，分别为①空白区（不施任何肥）;②有机肥区;③无机肥区;④配方肥区;⑤化肥减量区。每个处理3次重复，各小区面积为67 m2。
茶园统一进行中耕除草，开挖施肥沟，均匀施肥覆土。施肥方式按照30%尿素+70%普钙+70%硫酸钾+100%有机肥作为越冬肥施用，5月中旬40%尿素+30%普钙+30%硫酸钾作为夏肥追施，7月中下旬30%尿素作为秋肥追施。统一整枝修剪，冬季进行清园。2007—2016年各处理肥料用量见表1。
1.5 测定项目与方法
对茶叶农艺性状进行定点调查，每点调查面积0.25 m2（50 cm×50 cm），用铁线框定四边，线框四角插入竹竿固定，每个处理定点3～6个。每次采摘前调查萌发芽数量、长度，采摘时测量新叶（1芽1叶）百芽重。
茶叶产量：试验期间， 每次采茶时单独测量每个试验小区的茶青（一芽一叶）鲜重，每年累计茶青总产量为当年茶叶产量。
土壤肥力指标[14]：pH采用酸度计法测法;有机质采用重铬酸钾容量法测定;碱解氮采用碱解扩散法测定;速效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾采用NH4Ac浸提-火焰光度法测定。
1.6 数据分析
统一用Excel 2010 整理及制表，借助SPSS 20.0进行差异显著性检验（LSD，Duncan （D），P<0.05）及作图。
2 结果与分析
2.1 长期不同施肥模式对茶叶产量的影响
长期不同施肥模式对茶叶产量的影响较大，不同年份茶叶平均产量见表1。由表1可知，2007—2009年，配方肥区表现出较强的增产优势，平均年产量8 219.83 kg/hm2，比空白区提高112.21%。无机肥区、化肥减量区茶叶产量分别比空白区提高10659%、70.38%。而有机肥区增产效果不显著。方差分析结果表明，无机肥区、配方肥区和化肥减量区产量显著高于空白区和有机肥区，而有机肥区和空白区差异不显著。化肥减量区的产量分别是配方肥区和无机肥区的80.27%和8246%，说明减量化肥配施有机肥也有明显的增产效果，并能充分发挥有机无机肥的肥效。
2009—2010年，与空白区相比，无机肥区、配方肥区、化肥减量区、有机肥区均显著提高了茶叶产量，其中，无机肥区和配方肥区产量分别为7 672.04和7 012.82 kg/hm2，比空白区提高了233.27%和204.63%，二者差异不显著。有机肥区和化肥减量区分别比空白区产量提高了145.92%和12695%，产量分别为无机肥区的68.09%和73.79%。
2013—2016年，4年茶叶的平均产量为无机肥区>化肥减量区>配方肥>有机肥区>空白区。各施肥处理产量显著高于空白区，但各施肥处理间差异不显著。无机肥区、化肥减量区、配方肥区及有机肥区产量分别为6 632.59、6 399.81、5 918.57、5 250.99 kg/hm2，分别比空白区提高了855.64%、822.10%、752.76%及656.57%。
2007—2016年长期不同施肥模式对茶叶产量的影响见图1。由图1可知，除空白區外，不同处理均在2008年产量下降幅度较大，并在2008—2011年变化趋于平缓，到2012年，产量均有所提升，之后缓慢下降，2015年逐步提高。整体而言，除有机肥区产量提高外，其余处理2016年产量均低于2007年。 　　随着种植时间的延长，空白区茶叶产量呈逐渐降低趋势。化肥减量区产量每年变化平缓，2013年开始产量呈上升趋势，到2016年，产量达到最大。说明化肥减量配施有机肥，前期肥效缓慢，后期增产效果明显。无机肥区在整个过程中产量和配方肥区变化趋势基本一致，且在2011—2015年，无机肥区产量均大于配方肥区，但在2016年，配方肥区产量大于无机肥区。
2.2 长期不同施肥模式对茶园土壤基本肥力状况的影响
2.2.1 土壤有机质含量。
土壤有机质含量的高低与土壤肥力水平密切相关，直接影响土壤理化性状，并反映土壤熟化度。10年不同施肥处理耕层土壤有机质含量及变化趋势表明，除空白区土壤有机质含量有下降趋势外，各处理的土壤有机质含量均呈上升趋势，有机质含量2016年均比2007年有不同程度的提高（图2）。经过10年试验，土壤有机质含量的增加幅度以化肥减量区最高，2016年比2007年增加10.50 g/kg，提高43.75%。其次是无机肥区，但提高幅度低于化肥减量区。2016年各处理有机质含量表现为化肥减量区>无机肥区>有机肥区>配方肥区>空白区。表明减量化肥配施有机肥对有机质含量的提高最为明显。空白区的土壤有机质含量并未呈逐年下降趋势，而呈缓慢上升再逐渐降低的趋势。
2.2.2 土壤pH。
茶树是喜欢酸性土壤和嫌钙的植物。种植茶树的土壤要求有一定酸碱度范围，适宜茶树生长的土壤pH为4.0～5.5[18]。研究表明，茶树对pH的反应相当敏感，当pH>6.0，茶树生长不良，叶色发黄，有明显的缺绿症，叶龄缩短，新叶长出30 d枯焦脱落。pH<4.0的茶树，发生氢离子中毒症，叶色由绿转暗再变红，生理活动受阻，甚至死亡。由图3可知，不同施肥模式下pH为4.01～5.80，其中，无机肥区在整个试验过程中，土壤pH相对较低。说明长期施用化肥会降低茶园土壤的pH，降低0.32～1.88个单位。与空白区相比，有机肥区随着种植时间的延长，茶园pH呈逐渐增加的趋势。配方肥区和化肥减量区降低了土壤pH，但降低幅度不大，可将茶园土壤的pH控制在4.14～5.45。
2.2.3 土壤养分含量。
多年不同施肥模式定位监测养分含量见图4。由图4可知，各处理碱解氮含量：空白区80.00～129.00 mg/kg，平均为100.03 mg/kg;有机肥区83.00～176.00 mg/kg，平均为112.10 mg/kg;无机肥区117.00～20500 mg/kg，平均为164.57 mg/kg;配方肥区117.00～24100 mg/kg，平均为142.02 mg/kg;化肥减量区为80.00～248.00 mg/kg，平均为133.49 mg/kg。其中，无机肥区和配方肥区碱解氮含量最高，比空白区提高了6452%和4198%。
各处理速效磷含量：空白区4.60～33.40 mg/kg，平均为15.72 mg/kg;有机肥区10.10～28.70 mg/kg，平均为16.42 mg/kg;无机肥区15.60～112.50 mg/kg，平均为56.79 mg/kg;配方肥区10.00～116.40 mg/kg，平均为68.64 mg/kg;化肥减量区为10.70～116.60 mg/kg，平均为47.91 mg/kg。其中，配方肥区速效磷含量最高，比空白区和无机肥区分别提高了336.61%和20.86%，而有机肥区提升水平并不明显。
各处理速效钾含量：空白区53.00～164.00 mg/kg，平均为11590 mg/kg;有机肥区114.00～333.00 mg/kg，平均为17885 mg/kg;无机肥区96.00～168.00 mg/kg，平均为130.83 mg/kg;配方肥区94.00～194.00 mg/kg，平均為136.89 mg/kg;化肥减量区为95.41～176.00 mg/kg，平均为136.66 mg/kg。其中，有机肥区和配方肥区速效钾含量最高，比空白区提高了43.51%和13.96%，而无机肥区提升效果相对较差。
2.3 茶园土壤肥力与茶叶产量相关关系
茶园土壤各基本肥力指标之间以及各肥力指标与茶叶产量存在一定的相关关系（表3），空白区，有机质与速效磷存在极显著正相关，有机质与速效钾、速效磷与产量、速效钾与产量存在显著正相关。有机肥区，有机质与碱解氮、有机质与速效钾、有机质与pH、有机质与产量均存在正相关，其中，有机质与速效钾呈极显著正相关。碱解氮与产量、速效钾与pH存在显著正相关。无机肥区，有机质与碱解氮存在极显著正相关，有机质与速效磷存在显著正相关。有机质与pH、碱解氮与pH存在显著负相关，速效磷与pH呈极显著负相关。配方肥区，碱解氮与速效磷存在极显著正相关，而碱解氮与pH、速效磷与pH存在极显著负相关。速效钾与产量存在显著正相关。化肥减量区，有机质与碱解氮、有机质与速效磷、碱解氮与速效磷存在极显著正相关。有机质与速效钾、碱解氮与速效钾、速效钾与产量存在显著正相关。有机质与pH、碱解氮与pH呈显著负相关，速效磷与pH呈极显著负相关。由此可见，土壤基础肥力极大地影响了茶叶产量。
3 讨论
3.1 长期不同施肥模式对茶叶产量的影响
从10年茶叶的平均产量看，茶叶产量与当年气候、施肥量密切相关，但各施肥模式间产量也有一定差异。随着种植时间的延长，空白区茶叶产量呈逐渐降低的趋势。说明长期不施肥，土壤会变得越来越贫瘠，养分不能满足茶树的生长需求。有机肥区在整个过程中，茶叶产量呈缓慢上升趋势，有机肥养分释放缓慢，不能满足当季茶树的生长需求，但其后劲足，肥效长。这与马俊永等[15]、Girma等[16]研究结果一致，马俊永等[15]、Girma等[16]他们的研究结果显示，即使在有效成分一致情况下，有机肥肥效也等于或低于化肥。单独施用化肥与有机无机肥配施，均具有较明显的增产作用，但二者差异不显著。而化肥减量区表现为每年产量变化平缓，2013年开始产量呈上升趋势，到2016年产量达到最大。这可能是由于随着培肥时间的延长，有机无机肥配施和单独施用有机肥处理土壤的基础地力逐渐提高，当其本身可以提供足够多的矿质养分时，不同的施肥方式之间产量差异会降低。而化肥减量配施有机肥处理的土壤养分不足，随着时间的延长，有机质通过矿化作用逐渐释放养分从而提高茶叶产量[17]。 　　3.2 长期不同施肥模式对茶园土壤基本肥力状况的影响
土壤有机质是土壤微生物生活和茶树多种营养的物质基础，茶园有机质含量反映了茶园土壤熟化度和肥力指标[18]。研究表明，长期不施肥导致土壤有机质含量有所下降[19]。该研究结果与此一致，不施肥处理的土壤有机质含量并未呈逐年下降趋势，而呈略上升再逐渐降低的趋势。其原因为茶树属多年生常绿木本植物，以采收幼嫩的新梢为目标，在整个生育周期中，地上部旺盛生长，残枝落叶回归到土壤中经腐殖化过程，便可提升土壤有机质含量。随着茶树生长期的延长，茶树缺肥后地上部生长缓慢，进而影响土壤中有机质含量。其他各施肥处理土壤有机质含量比2007年均有不同程度的提高。其中，土壤有机质含量的提高幅度以化肥减量配施有机肥最大，2016年比2007年增加了10.50 g/kg，提高了43.75%。
土壤pH对作物从土壤获取养分的有效性存在显著影响[20]。茶树是喜欢酸性土壤和嫌钙的植物。种植茶树的土壤要求有一定酸碱度范围，适宜茶树生长的土壤pH为4.0～5.5[18]。当前茶园受自身因素和人为因素的影响，茶园土壤酸化日趋严重[21]。该研究发现长期施用化肥会降低茶园土壤的pH，降低0.32～1.88个单位，使土壤越来越不适宜茶树生长。而施用有机肥，茶园土壤pH呈逐渐增加的趋势。配方肥区和化肥减量区可将茶园土壤pH控制在适宜茶树生长的范围。
魏猛等[22]研究表明，施用有機肥显著提高土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量，其中有机无机配施处理35年土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾平均含量分别较 CK提高1.20、1.18、16.13、0.95倍，增加幅度最为显著。刘晓霞等[23]以水稻为试验材料，连续多年开展田间肥效试验，试验后期化肥配施有机肥处理土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量显著高于单施化肥，但二者缓效钾含量差异不大。该研究经过10年试验，土壤碱解氮含量以无机肥区和配方肥区最高，分别比空白区提高了64.52%和41.98%。配方肥区土壤速效磷含量为68.64 mg/kg，比空白区和无机肥区分别提高了336.61%和20.86%。有机肥区和配方肥区速效钾含量较高，比空白区提高了43.51%和13.96%。说明土壤钾库是极大的，施肥可以明显提高代换性钾在全钾中的比例[24-27]。
3.3 茶园土壤肥力与茶叶产量相关关系
对不同年份土壤各肥力指标之间以及肥力指标对应的茶叶产量进行相关分析可得，空白区速效磷与产量、速效钾与产量存在显著正相关。有机肥区碱解氮与产量存在显著正相关。化肥减量区，有机质与碱解氮、有机质与速效钾、有机质与pH、有机质与产量均存在正相关。陈欢等[28]在砂姜黑土上研究表明小麦产量与有机质、全氮、有效磷呈极显著正相关，而与速效钾相关性不显著;魏猛等[22]研究发现小麦产量与土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量呈极显著正相关关系。
该试验中空白区和有机肥区有机质与pH存在正相关，而无机肥区、配方肥区、化肥减量区有机质与pH呈负相关，其中无机肥区和化肥减量区达显著水平，具体原因有待进一步研究。
4 结论
4.1 长期不同施肥模式对茶叶产量的影响
与不施肥区相比，不同施肥处理均具有明显的增产作用。化肥配施有机肥与单独施用化肥产量差异不显著，但随着种植时间的延长，化肥配施有机肥增产潜力大，最有利于保证茶叶产量的稳定性。
4.2 长期不同施肥模式对茶园土壤基本肥力状况的影响
化肥配施有机肥能提升茶园土壤有机质、碱解氮、速效磷与速效钾含量，提高土壤pH，防止茶园土壤酸化。与单独施化肥和单施有机肥相比，化肥与有机肥配施方式最为合理，有利于保持茶园土壤养分均衡，肥效长，后劲足，促进茶园生产力稳定。