套種大豆對茶園化肥需求量的影響

戶杉杉，高水練，陳倩潔，郭 彬，潘榮藝，張 帥，佐明興，王苗苗，向 萍，魯 靜，林金科,*

(1.福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院，福建 福州 350007；2.福建農(nóng)林大學(xué)安溪茶學(xué)院，福建 泉州 362406)

【研究意義】豆科作物以其特有的根瘤菌，能夠?qū)諝庵械獨夤潭?，有效增加土壤中氮素含量，用于自身生長和周邊其他作物生長需求，目前已廣泛應(yīng)用于小麥、玉米[1]、蘋果、柑橘[2]、楊樹[3]等糧食和經(jīng)濟(jì)作物。相對于化學(xué)氮肥施用，生物固氮具有無污染、可持續(xù)、高效等優(yōu)勢[4-5]。氮的循環(huán)和高效利用是影響農(nóng)田生產(chǎn)力的重要因素之一，茶樹作為葉用經(jīng)濟(jì)木本植物，增施氮肥是目前茶區(qū)提高茶葉產(chǎn)量的重要途徑。茶園大量化肥的施用，不僅降低了肥料養(yǎng)分的利用率[6]，還對茶園土壤、生物多樣性等造成危害，土壤酸化、板結(jié)、病蟲害爆發(fā)等問題越發(fā)嚴(yán)重[7]。因此，將套種大豆作為減少茶園化肥施用和改善茶園微域環(huán)境的經(jīng)濟(jì)、綠色方式，研究其對茶園土壤養(yǎng)分、酶活性和茶葉品質(zhì)的影響以及是否可以有效減少茶園化肥施用量等方面具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】已有研究表明，套種豆科作物可顯著降低土壤中硝態(tài)氮含量(P<0.01)[8]，增加土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[9]，保持大田水肥，平衡土壤溫度[10]，特別是大豆秸稈還田處理對改良土壤具有重要意義[11]；套種豆科作物可有效提高土壤pH 0.19個單位[12]，其腐解后氮、磷、鉀累計腐解率分別為72.3 %～75.5 %、81.2 %～83.5 %、89.3 %～91.1 %[13]，有效提高土壤全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量16.9 %，14.0 %，26.6 %，23.4 %[14]；套種豆科作物可顯著增加土壤微生物和酶活性[15]，其中土壤過氧化氫酶活性提高5.30 %～38.40 %，脲酶活性提高0.15 %～43.66 %[16]，蔗糖酶增加30.0 %左右[17]；套種豆科作物可減少田間化肥施肥量，研究表明，水稻田單純減施10 %～20 %化肥施用量不會顯著降低水稻產(chǎn)量[18]，而翻壓紫云英可降低田間40 %左右施肥量[19]，且未顯著降低水稻產(chǎn)量。施用綠肥7500 kg/hm2可以代替氮肥67.5～90.0 kg/hm2[20]，且長期套種并進(jìn)行豆科綠肥回田可降低小麥田和甜瓜園15 %～30 %施肥量[21]?！颈狙芯壳腥朦c】關(guān)于豆科作物套種模式試驗研究已經(jīng)較為成熟，在土壤改良、生態(tài)修復(fù)等方面具有良好效果，特別是在改良土壤和減少化肥施用方面效果顯著。但是套種大豆在茶園開展較少，是否影響茶葉品質(zhì)，是否適合不同土壤類型茶園，以及是否可以減少茶園化肥施用量等問題上還有待進(jìn)一步研究。通過現(xiàn)有研究結(jié)果表明，套種豆科作物能夠降低大田化肥15 %～40 %施用量，故在此基礎(chǔ)上，本試驗假設(shè)套種大豆可減少茶園化肥30 %施用量，并以此作為試驗處理進(jìn)行開展研究?！緮M解決的關(guān)鍵性問題】本試驗選取湖北、福建、廣東三地茶園開展套種研究，分析各地區(qū)套種大豆對其土壤養(yǎng)分、土壤酶活性以及茶葉品質(zhì)的影響，探究套種大豆在不同土壤環(huán)境條件下是否具有類似的化肥減施增效規(guī)律，為跨地域推廣“茶—豆”套種技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點情況

試驗于2017年4月至2018年10月,在廣東英德、福建安溪、湖北大悟試驗地開展。各試驗區(qū)基本情況如表1。

1.2 試驗設(shè)計

廣東英德試驗地于2017年7月份開始。套種處理：每年3月份進(jìn)行首輪套種大豆(品種為華夏1號)，在茶行間進(jìn)行開溝條播，株間距為25 cm，與茶樹行間距為70～75 cm，并于7月采收，后進(jìn)行第二輪套種，于9月份進(jìn)行采收；施肥設(shè)置：以常規(guī)施肥[NPK(15-15-15)225 kg/hm2]為對照(CK)，T1=常規(guī)施肥量×70 %[NPK(15-15-15)157.5 kg/hm2]，T2=常規(guī)施肥量×70 %+套種大豆[NPK(15-15-15)157.5 kg/hm2]。每個處理小區(qū)面積為80 m2，每個處理水平重復(fù)3次，并按隨機(jī)分布。施肥時間為：按照施肥設(shè)置下不同處理施肥量，分別于秋茶前(2017年7月3日)、春茶前(2018年2月1日)和夏茶前(2018年5月25日)進(jìn)行施用。本論文選取數(shù)據(jù)為2018年5月25日施肥后的秋茶，采樣時間為2018年9月22日。

福建安溪舉源合作社試驗地于2018年3月開始。套種處理：3月份進(jìn)行大豆(品種為華夏1號)套種，套種方式同上，并一直生長至秋茶結(jié)束；施肥處理：以常規(guī)施肥[尿素 375 kg/hm2，NPK復(fù)合肥(15-15-15)1125 kg/hm2]作為對照(CK)。T1=常規(guī)施肥×70 %[尿素262.5 kg/hm2，NPK復(fù)合肥(15-15-15)787.5 kg/hm2]；T2=常規(guī)施肥×70 %+大豆[尿素262.5 kg/hm2，NPK復(fù)合肥(15-15-15)787.5 kg/hm2]。試驗地取樣共2次，第1次為2018年3月20日，用于前期土壤基本情況測定；第2次為2018年10月3日，用于秋茶測定。每個處理小區(qū)面積為100 m2，每個處理水平重復(fù)3次，并按隨機(jī)分布。施肥時間為2018年3月20日。

表1 各試驗地基本情況

湖北大悟仙峰山茶業(yè)有限公司試驗地于2017年4月份開始。套種處理：4月份進(jìn)行大豆(品種為華夏1號)套種，套種方式同上，并一直生長至暑茶結(jié)束；施肥處理：以常規(guī)施肥[NPK(15-15-15)750 kg/hm2]為對照(CK)，T1=常規(guī)施肥量×70 %[NPK(15-15-15)525 kg/hm2]，T2=常規(guī)施肥量×70 %+套種大豆[NPK(15-15-15)525 kg/hm2]。每個處理小區(qū)面積為120 m2，每個處理水平重復(fù)3次，并按隨機(jī)分布。施肥時間為2017年4月26日，采樣時間為2017年8月29日。

1.3 樣品處理與測定

土壤采集：采用五點取樣法，每個小區(qū)均勻選取五點，使用取土器直接采取30 cm土層，將五點土樣進(jìn)行混合、拌勻、撿剔雜物，一部分裝入土樣管并放置-22 ℃冰箱冷凍保存，用于部分酶活性檢測。另一部分則放置陰涼處風(fēng)干，用于常規(guī)養(yǎng)分測定。

土壤養(yǎng)分測定：方法參照鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》第三版[22]；土壤脲酶測定參照苯酚鈉—次氯酸鈉比色法[23]；土壤磷酸酶活性測定參照磷酸苯二鈉比色法[24]；土壤蔗糖酶活性測定參照3,5-二硝基水楊酸比色法[25]；土壤過氧化氫酶活性測定參照高錳酸鉀滴定法[26]。

茶葉采集：使用測產(chǎn)框(0.1 m×0.1 m)采摘一芽二葉茶鮮葉，每個小區(qū)采取10框，稱鮮重用于產(chǎn)量測定，并及時進(jìn)行烘干殺青(120 ℃殺青10 min，80 ℃烘至足干)，用于茶鮮葉品質(zhì)測定。

茶葉品質(zhì)測定方法：茶多酚測定參照 GB/T 8313-2008(福林酚比色法)；咖啡堿測定參照 GB/T 8312-2013；水浸出物測定參照 GB/T 8305-2013；茶葉游離氨基酸測定參照 GB/T 8314-2013。

1.4 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)處理使用 Excel 2016和SPSS 21統(tǒng)計分析軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析和圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 套種大豆對茶園土壤養(yǎng)分影響

如表2所示，3個試驗地土壤養(yǎng)分變化趨勢相類似，其中土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為以T2處理最高，土壤中全磷和全鉀含量以CK處理最高。不同試驗區(qū)，不同處理下土壤有效磷和速效鉀含量均表現(xiàn)為極顯著差異水平，湖北、福建、廣東三地T2處理較CK處理分別增加27.05 %，20.15 %，18.89 %和19.30 %，25.28 %，13.72 %。湖北、福建、廣東三地試驗區(qū)T2處理下土壤堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量較CK處理分別增加10.90 %，25.62 %，14.19 %和7.00 %，34.93 %，47.54 %。土壤全氮含量數(shù)據(jù)表明，湖北、安溪兩地土壤全氮含量表現(xiàn)為CK>T2>T1，廣東表現(xiàn)為T2>CK>T1，說明套種大豆短期內(nèi)不會增加土壤全氮含量，大豆生長會消耗土壤中部分磷鉀養(yǎng)分，但是可以增加土壤中有效態(tài)養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量。對比不同試驗區(qū)土壤全氮數(shù)據(jù)表明，廣東不同處理下土壤全氮含量呈極顯著差異水平，T2較CK和T1處理分別增長28.27 % 和60.00 %，說明通過隨著套種次數(shù)的增加，可以提高土壤氮含量。

表2 不同試驗區(qū)套種大豆對茶園土壤養(yǎng)分影響

注：表中數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差；不同字母表示同一試驗區(qū)的不同處理間差異性，其中小寫字母表示P<0.05，大寫字母表示P<0.01。

Note: The data in the table is the average ± standard deviation; Different letters represent significant difference among different treatments in the same test area, in which lowercase letters indicate thatP< 0.05, uppercase letters indicate thatP< 0.01.

圖1 不同試驗區(qū)套種大豆對茶園土壤酶活性影響Fig.1 Effect of interplanting soybean in different test areas on soil enzyme activity in tea garden

2.2 套種大豆對茶園土壤酶活性影響

土壤酶活性數(shù)據(jù)表明，不同試驗區(qū)不同處理下土壤酶活性變化趨勢一致，脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶均表現(xiàn)為T2>CK>T1，硝酸還原酶均表現(xiàn)為T2>T1>CK，過氧化氫酶表現(xiàn)不一致。對比不同試驗區(qū)土壤酶活性發(fā)現(xiàn)，湖北、福建兩地不同處理間差異不明顯，特別是蔗糖酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶，顯著性均未達(dá)到顯著或極顯著差異水平，而廣東地區(qū)除脲酶和過氧化氫酶外，均達(dá)到極顯著差異水平(P< 0.01)。其中廣東試驗區(qū)T2處理下蔗糖酶、硝酸還原酶和酸性磷酸酶較CK處理分別增長49.75 %、169.96 %和17.75 %。說明廣東試驗區(qū)在連續(xù)套種3季大豆基礎(chǔ)上，較湖北和福建套種1季效果更為顯著，多次套種土壤受大豆生長代謝等物質(zhì)影響較大(圖1)。

對比不同試驗區(qū)土壤硝酸還原酶和過氧化氫酶發(fā)現(xiàn)，除福建試驗區(qū)過氧化氫酶活性外，不同處理間均表現(xiàn)為T2>T1>CK，其中湖北、廣東試驗區(qū)T2處理下土壤過氧化氫酶活性較CK處理分別增長4.38 %和67.62 %，湖北、福建、廣東三地試驗區(qū)T2處理下土壤硝酸還原酶活性較CK處理分別增長34.71 %、32.55 %和169.96 %。說明減施化肥有助于增加土壤中硝酸還原酶和過氧化氫酶活性，并且以減施化肥+套種大豆處理最為顯著。因此，通過套種大豆可以起到增加土壤酶活性的效果，且隨著套種次數(shù)的增加，土壤酶活性增長顯著。

表3 不同試驗區(qū)套種大豆對茶樹生長的影響

注：表中數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差；不同字母表示同一測定指標(biāo)的不同處理間差異性，其中小寫字母表示P<0.05，大寫字母表示P< 0.01。

Note: The data in the table is the average ± standard deviation; Different letters represented significant difference among different treatments in the same measurement index, in which lowercase letters indicate thatP< 0.05, uppercase letters indicate thatP< 0.01.

圖2 不同試驗區(qū)套種大豆對茶葉品質(zhì)的影響Fig.2 Effects of interplanting soybeans on tea quality in different test areas

2.3 套種大豆對茶葉產(chǎn)量的影響

芽葉密度和百芽重是測定茶樹新梢生長態(tài)勢的兩項重要指標(biāo)。由表3表明，不同試驗區(qū)不同處理下鮮葉產(chǎn)量均表現(xiàn)為CK>T2>T1，CK和T2間差異不顯著，與T1處理間均呈顯著性差異(P<0.05)。湖北、福建、廣東三地T1和T2處理茶鮮葉產(chǎn)量較CK處理分別降低16.20 %，12.96 %，15.03 %和1.12 %，2.35 %，5.43 %，T2處理茶鮮葉產(chǎn)量降低不明顯。不同處理間茶葉發(fā)芽密度和百芽重差異不顯著，整體表現(xiàn)為CK≈T2>T1，說明單純減施化肥會降低茶葉產(chǎn)量，影響茶樹生長態(tài)勢，通過套種大豆可以降低減施化肥帶來的不利影響。相比于湖北和福建兩地，廣東試驗地茶葉百芽重較CK有部分提高，說明隨著套種時間的增加，會改善茶葉肥碩度。

2.4 套種大豆對茶葉品質(zhì)的影響

如圖2所示，不同試驗區(qū)不同處理下茶葉品質(zhì)變化不一致。茶多酚數(shù)據(jù)表明，湖北、福建兩地表現(xiàn)為T1>CK>T2，且達(dá)到極顯著性差異水平(P<0.01)，T2處理較CK和T1分別降低10.13 %，12.71 %和23.08 %，22.41 %。廣東為CK>T2>T1，差異不顯著。除廣東試驗區(qū)水浸出物含量外，不同試驗區(qū)不同處理下茶葉氨基酸、咖啡堿、水浸出物含量均表現(xiàn)為T2>CK>T1。其中對氨基酸含量影響分析中，湖北和安溪均達(dá)到顯著性差異水平(P<0.05)，T2處理下氨基酸含量較CK處理分別增加15.00 % 和8.66 %。廣東試驗區(qū)處理間未達(dá)到顯著水平。酚氨比數(shù)據(jù)表明，湖北、福建、廣東試驗區(qū)T2處理較CK處理分別降低21.74 %、19.48 %和11.52 %，其中湖北和福建均達(dá)到極顯著差異水平(P<0.01)，廣東差異不顯著。不同試驗區(qū)咖啡堿和水浸出物含量影響分析數(shù)據(jù)表明，CK與T2處理差異不顯著，與T1均達(dá)到顯著或極顯著性差異水平。說明，單純減施化肥會稍有降低茶葉品質(zhì)，但是通過套種大豆可以降低因減施化肥所帶來的不利影響，相對于常規(guī)施肥處理，套種大豆還會顯著降低茶多酚含量，增加茶葉氨基酸含量，有效降低酚氨比，對成茶鮮爽度、醇厚感等滋味品質(zhì)具有改善作用。

3 討 論

3.1 套種大豆可以改善土壤養(yǎng)分和酶活性

綜合湖北、福建、廣東三地茶園土壤數(shù)據(jù)結(jié)果，長期套種大豆可以起到增加茶園土壤氮素和有機(jī)質(zhì)含量的作用，但是對土壤全磷和全鉀含量增加效果不顯著；較常規(guī)施肥處理，套種大豆可增加土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀等有效態(tài)養(yǎng)分含量，達(dá)顯著或極顯著差異水平；套種大豆有效增加土壤酶活性，其中脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和硝酸還原酶活性較CK處理增加達(dá)到顯著水平，對土壤中化合物分解轉(zhuǎn)化有重要意義[27]。土壤酶作為催化土壤有機(jī)物質(zhì)分解與轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素[28]，影響著土壤中養(yǎng)分的循環(huán)。楊瑞等[29]研究表明土壤酶活性與土壤養(yǎng)分呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，在一定程度上可用來表征土壤質(zhì)量水平，與本文研究結(jié)果相一致。對比不同試驗區(qū)數(shù)據(jù)表明，不同處理下土壤有效態(tài)養(yǎng)分差異顯著性以及土壤酶活性均已廣東試驗區(qū)處理最為顯著，說明土壤改良是長期作用的結(jié)果，短期套種并不會對其產(chǎn)生決定性影響。大豆的生長增加了茶園土壤中代謝物質(zhì)含量，為茶園土壤酶的生存提供更多的基質(zhì)。大豆枝葉回田，土壤中有機(jī)質(zhì)增加，為土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和有效利用提供了可能。

3.2 套種大豆可能通過改良茶園土壤進(jìn)而提高茶葉品質(zhì)

茶葉品質(zhì)的提高取決于土壤中養(yǎng)分的供給。不同試驗區(qū)均表明套種大豆可以降低茶多酚含量，增加茶葉氨基酸和咖啡堿含量。其中湖北、福建、廣東試驗區(qū)T2處理下茶葉酚氨比較CK處理分別降低21.74 %、19.48 % 和11.52 %，說明，套種大豆可提高茶葉品質(zhì)，增加成茶鮮爽度和醇厚感。大豆的套種為茶園提供了額外的氮源，提高了土壤有效磷和速效鉀等有效性養(yǎng)分含量，對改善茶樹有效光合作用有促進(jìn)作用。長期以來的高量施肥影響了茶園整體的土壤微域環(huán)境[30]，化肥養(yǎng)分得不到及時分解與轉(zhuǎn)化，影響土壤理化性狀，進(jìn)而影響茶樹根系生長，降低根系代謝吸收作用。通過減施化肥可以增加土壤中放線菌和真菌數(shù)量[31]，促進(jìn)固氮菌、氨化菌等功能菌的繁殖[32]，改善土壤氮素循環(huán)，進(jìn)而提高土壤中碳源和氮源利用率[33]。土壤中脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶的活性的增加，加速土壤中動植物殘體分解，催化化學(xué)肥料轉(zhuǎn)化[34]，利于茶樹吸收，從而提高茶葉品質(zhì)。同時套種大豆可以降低因大量施肥所造成的土壤酶活性與土壤養(yǎng)分間以及土壤養(yǎng)分與茶葉品質(zhì)間的拮抗作用[35-36]，提高茶樹對肥料的響應(yīng)，增強(qiáng)茶樹根系代謝、吸收作用，促進(jìn)茶葉品質(zhì)成分形成。

茶葉品質(zhì)的提高除了土壤肥力外，還取決于茶園氣候。套種大豆可以有效改善茶園小氣候，增加茶園空氣濕度，降低微域溫度，有效降低了茶多酚的形成。大豆的生長可以對茶樹起到適當(dāng)?shù)恼谑a作用，研究表明夏季遮蔭可降低氨基酸的分解，增加谷氨酸的合成，從而加速茶氨酸合成[37-38]。空氣濕度的增加可有效延長茶樹生長周期，促進(jìn)茶葉中滋味香氣前體物的累積[39]，有利于成品茶品質(zhì)風(fēng)味的形成。

3.3 套種大豆可以減少30 %茶園土壤施肥量

綜合3個試驗地套種大豆對茶園土壤因子和茶葉品質(zhì)影響得出，單純減少化肥30 %施用量(T1)會降低茶園土壤養(yǎng)分，除硝酸還原酶和過氧化氫酶外，土壤酶活性均表現(xiàn)為下降趨勢。茶葉品質(zhì)除茶多酚含量外，均低于CK處理。而通過在減施化肥30 %基礎(chǔ)上套種大豆(T2)，其土壤養(yǎng)分與土壤酶活性較CK處理均有顯著提高，特別是土壤中堿解氮、有效磷和速效鉀含量和土壤中脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶含量提高最為顯著。對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)分析得出，T2處理能顯著提高茶葉品質(zhì)成分含量，降低酚氨比，降低因化肥減施造成的茶產(chǎn)量下降等負(fù)面效應(yīng)。從長期發(fā)展來看，套種大豆可以起到穩(wěn)定茶葉產(chǎn)量，增加茶葉百芽重的效果。在“產(chǎn)大于銷”的全國茶葉大背景[40]下，提高茶葉品質(zhì)應(yīng)該是目前工作重心。綜合茶園土壤、茶葉品質(zhì)以及目前國家茶產(chǎn)業(yè)大環(huán)境，減施化肥并套種大豆，能夠在不影響茶樹正常生長發(fā)育的前提下，有效增加茶園土壤有效養(yǎng)分以及茶葉品質(zhì)。因此，從茶葉品質(zhì)和土壤養(yǎng)分看，通過套種大豆可以減少茶園30 %施肥量，本研究的假設(shè)成立。

4 結(jié) 論

本文通過在不同試驗區(qū)不同土壤類型茶園進(jìn)行減施化肥、套種大豆試驗研究，結(jié)果表明與茶園常規(guī)施肥處理，套種大豆處理在各試驗區(qū)均能夠提高茶園土壤酶活性，增加土壤中有效態(tài)養(yǎng)分含量，改善茶葉品質(zhì)，在不影響茶樹正常生長的前提下，套種大豆可減少茶園化肥30 %施肥量。因此，在湖北、福建以及廣東三地開展和推廣“茶—豆”套種技術(shù)是可行的。