茶園施用豆粕發(fā)酵肥對土壤理化性質(zhì)與茶葉品質(zhì)的影響

辛董董,葛蘭英,張浩

（1.河南科技學(xué)院食品學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,北京100193；3.山東恒隆糧油有限公司,山東日照276800）

茶在中國歷史上有悠久的歷史記載,最初是作為藥用進(jìn)入人類社會(huì)[1].作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一,茶在我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中占有重要地位[2].隨著生活水平的提高,人們對茶葉品質(zhì)越來越關(guān)注.茶葉品質(zhì)是茶葉中多種生化成分的綜合體現(xiàn),受茶園土壤營養(yǎng)與施肥種類、用量及方式等因素影響[3-5].長期選施化肥,造成茶園土壤板結(jié)、酸化、有機(jī)質(zhì)含量降低,對茶葉品質(zhì)和產(chǎn)量造成影響[6-8].科學(xué)施用有機(jī)肥是確保茶葉品質(zhì)和產(chǎn)量的重要前提,是農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵,是保持土壤良好生態(tài)環(huán)境的重要條件[9-10].豆粕肥是一種發(fā)酵有機(jī)肥料,富含植物生長所需的多種微量元素,長期施用有利于茶園土壤理化性能改良、有機(jī)質(zhì)含量提高及氮磷鉀營養(yǎng)物質(zhì)平衡,滿足茶樹對養(yǎng)分的需要,對茶葉品質(zhì)的影響起到重要作用[11-13].本文通過混合追施豆粕發(fā)酵固體肥料和液體肥料,旨在進(jìn)一步考察茶園施用豆粕發(fā)酵肥對土壤理化性質(zhì)及茶葉品質(zhì)的影響,從而為豆粕發(fā)酵肥的大面積推廣應(yīng)用提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年4月至2019年9月在山東省日照市盛潤茶園合作社進(jìn)行.試驗(yàn)地塊為丘陵地,地勢較為平坦,排灌條件良好；土壤呈微酸性,屬黃棕土壤.茶樹種植密度為4 000株/667m2.土壤基本理化性質(zhì)為pH值5.50、含有機(jī)質(zhì)量10.51 g/kg、含堿解氮量57.22 mg/kg、含速效磷量30.14 mg/kg、含速效鉀量74.62 mg/kg、含全氮量0.74 g/kg、含全磷量0.67 g/kg、含全鉀量1.67 g/kg.

1.2 試驗(yàn)材料

茶樹品種選自山東省日照市東港區(qū)后村鎮(zhèn)獨(dú)垛村盛潤茶葉合作村日照綠茶,品種為黃山群體,樹齡40 a,長勢較強(qiáng),茶園肥培管理水平較好.

在前期實(shí)驗(yàn)室研究基礎(chǔ)上,采用優(yōu)選微生物（4號(hào)復(fù)合菌）進(jìn)行純豆粕好氧發(fā)酵,整個(gè)發(fā)酵結(jié)束,烘干可以做固體肥料,采用料水比1∶3浸提,做液體肥料,浸提后的固體烘干做固體基肥.生產(chǎn)固液豆粕肥,主要目的是茶園施肥時(shí)由含有豆粕的液體肥溶解固體肥,使其豆粕中的營養(yǎng)成分完全溶解，輸送到茶園土壤中供給茶樹吸收利用.豆粕發(fā)酵固體和液體肥主要營養(yǎng)成分見表1.

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)兩個(gè)處理,試驗(yàn)（T）：豆粕發(fā)酵固態(tài)肥750 kg/hm2和豆粕發(fā)酵液態(tài)肥1 800 kg/hm2以300倍液施用,于茶樹越冬芽萌發(fā)時(shí)期（2018年3月）以追肥的方式采用常規(guī)溝施方式施入；對照（CK）：施入與豆粕發(fā)酵液態(tài)肥相同量的清水；每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù),共6個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)66.7 m2.施肥時(shí)間為晴天下午5點(diǎn)后,在試驗(yàn)期間各處理與田間管理措施一致.

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測定

1.3.1.1 土壤采樣及處理 采用“五點(diǎn)法”,施肥前（2019年3月）和施肥后（2019年4月）采取環(huán)刀法分別取茶蓬下0～20 cm和20～40 cm土層土樣,每個(gè)處理三次重復(fù),采集后的土樣置于通風(fēng)的條件下陰干,剔除雜物,敲碎大塊土,最后按四分法選取分析樣品,過1 mm篩子后放在塑封袋中于庇蔭處封閉保存?zhèn)溆?

1.3.1.2 土壤pH值的測定 稱取12.0 g風(fēng)干土壤,加35 mL超純水,攪拌溶解,混合均勻,靜置30 min，取上清液進(jìn)行測定,每個(gè)樣品測定3次,取平均值.

1.3.1.3 土壤有機(jī)質(zhì)含量測定 參照劉新[14]的試驗(yàn)方法.具體步驟如下：

滴定時(shí)觀察溶液顏色由黃變綠,再突變到棕紅色時(shí)到達(dá)滴定終點(diǎn).測定時(shí)用二氧化硅代替土樣做空白組.土壤有機(jī)質(zhì)含量的計(jì)算公式

式（1）中：V0/mL-表示空白組所用FeSO4體積；V/mL-表示試樣所用FeSO4體積.

1.3.1.4 土壤中全氮、全磷、全鉀含量的測定 參照魯如坤[15]的方法,分別稱取4 g土樣置于樣品瓶中,加超純水溶解樣品,加入1號(hào)粉1 g,混勻,用紗布過濾,此溶液為氮、磷、鉀樣品待測液.遵循等量原則配置空白液、含氮量為20 mg/kg、磷標(biāo)準(zhǔn)液和含鉀量為100 mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)液,上機(jī)測定.

1.3.2 茶葉中內(nèi)含成分測定 茶樹施肥處理后觀察葉片生長情況并采樣,采集的樣品分別按綠茶工藝（鮮葉-殺青-揉捻-干燥）加工成干茶.將所得茶樣進(jìn)行水浸出物、茶多酚、兒茶素類、可溶性糖類、水溶性維生素和咖啡堿含量等進(jìn)行測定.水浸出物采用全量法（GB/T 8305-2013）；茶多酚采用福林酚試劑比色法（GB/T 8313-2018）；游離氨基酸采用全自動(dòng)氨基酸分析儀（GB/T 30987-2014）；酚氨比為茶多酚含量與氨基酸含量的比值[16]；維生素采用高效液相色譜法[17-18]；兒茶素類采用高效液相色譜法（GB/T 8313-2018）；可溶性糖含量測定采用Ma等[19]報(bào)道的方法.

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010處理原始數(shù)據(jù),使用Origin 8.5制作圖表.采用SPSS 20統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析（P＜0.05）和相關(guān)性分析（P＜0.05；P＜0.01）.

2 結(jié)果與分析

2.1 施用豆粕發(fā)酵肥對茶園土樣理化性質(zhì)的影響

施用豆粕發(fā)酵肥對茶園土壤理化性質(zhì)的影響見表2.

表2 施用豆粕發(fā)酵肥對茶園土壤理化性質(zhì)的影響Tab.2 Effects of soybean meal fermented fertilizer on physical and chemical properties of tea garden soil

由表2可知,各施肥處理土層的pH值均高于CK.其中,0～20 cm土層中施肥處理的土壤pH值顯著升高,較CK增加15.46%,但在深層土壤中（20～40 cm）差異不顯著.施用豆粕發(fā)酵肥促進(jìn)茶園土壤中有機(jī)質(zhì)的積累,0～20 cm和20～40 cm土層中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀等營養(yǎng)元素的含量均高于CK,其中,0～20 cm土層中施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀等分別較對照增加7.03%、29.82%、28.85%、14.38%、15.51%、17.92%和17.98%.土壤越深,影響越小.

2.2 對茶葉水浸出物含量的影響

施用豆粕發(fā)酵肥對水浸出物含量的影響見圖1.

圖1 施用豆粕發(fā)酵肥對水浸出物含量的影響Fig.1 Effect of soybean meal fermented fertilizer on water extract content

水浸出物主要成分含量的高低決定著茶葉品質(zhì).研究表明,水浸出物與茶葉品質(zhì)之間的品質(zhì)逆轉(zhuǎn)閾值為32%～40%.由圖1可知,水浸出物的含量隨著采收期的變化呈現(xiàn)增加狀態(tài),施肥處理后,4月份開始有所增加,其中,7月份達(dá)到最大值.8到9月份水浸出物含量逐漸降低,但仍然高于CK,分別高4.05%和3.17%.由于在不同采收期測定的可浸出物含量在水浸出物品質(zhì)逆轉(zhuǎn)閾值范圍內(nèi),所以可浸出物含量高的處理品質(zhì)較優(yōu).

2.3 對兒茶素類和咖啡堿含量的影響

標(biāo)準(zhǔn)兒茶素類混標(biāo)色譜圖和施用豆粕發(fā)酵肥對兒茶素類和咖啡堿含量的影響見圖2和圖3。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)兒茶素類混標(biāo)色譜圖Fig.2 HPLC chromatograms of the six catechins

圖3 施用豆粕發(fā)酵肥對兒茶素類和咖啡堿含量的影響Fig.3 Effect of soybean meal fermented fertilizer on catechin and theobroine contents

由圖3可知,施肥處理茶葉中表沒食子酸兒茶素（EGC）、表兒茶素（EC）、兒茶素（C）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）和咖啡堿（CAF）含量均高于CK,茶葉中兒茶素類與咖啡堿含量的高低順序EGCG＞EGC＞ECG＞CAF＞EC＞C.不同采收期條件下,兒茶素類和咖啡堿含量也逐漸增加,且均顯著高于CK.其中EGCG含量最高,4至7月份,分別增加4.27%、4.59%、6.27%和8.00%；4至6月份EGC的含量分別增加8.44%、9.05%和10.10%；4至7月份ECG顯著增加,分別增加7.34%、8.89%、9.84%和17.74%,而8、9月份則分別減少5.58%和3.57%,但是仍然高于CK組；CAF含量7月份達(dá)到最大值,分別增加6.76%、8.67%、10.46%和12.90%；4至7月份EC含量顯著增加,分別增加5.77%、5.79%、11.94%和10.26%；C含量7月份達(dá)到最大值,與CK相比,分別增加7.27%、8.77%、10.29%和11.39%.可見,施用豆粕發(fā)酵肥對提高茶葉中兒茶素類與咖啡堿含量有促進(jìn)作用.

2.4 對可溶性糖含量的影響

離子色譜法測定四種糖標(biāo)樣和施用豆粕發(fā)酵肥對可溶性糖類含量的影響見圖4和圖5.

圖4 離子色譜法測定四種糖標(biāo)樣Fig.4 The chromatogram of four standards

圖5 施用豆粕發(fā)酵肥對可溶性糖類含量的影響Fig.5 Effect of soybean meal fermented fertilizer on soluble sugar contents

由圖5可知,施肥處理三個(gè)生長周期茶葉中蔗糖、果糖、葡萄糖和半乳糖含量均高于CK,含量高低順序?yàn)椋赫崽牵竟牵酒咸烟牵景肴樘?；其中蔗糖含量最?4月份開始增加至7月份達(dá)到最高,比CK高29.26%,8和9月份有所下降,和CK幾乎處于同一水平；果糖4月份開始增加至7月份達(dá)到最大值,分別比CK高21.28%、10.17%、38.33%和18.02%；葡萄糖含量從4月份開始增加至8月份達(dá)到最大值,并趨于穩(wěn)定；半乳糖含量6月份開始增加至8月份達(dá)到最大值,與CK相比,增加了12.5%.可見,施用豆粕發(fā)酵肥對提高茶葉中可溶性糖含量有促進(jìn)作用.表明施肥可改善茶湯中滋味和香氣,對提高茶湯中的甜味成分具有重要作用.

2.5 對維生素類含量的影響

標(biāo)準(zhǔn)維生素類混標(biāo)色譜圖和豆粕發(fā)酵肥對茶葉中五種水溶性維生素含量的影響見圖6和圖7.

圖6 標(biāo)準(zhǔn)維生素類混標(biāo)色譜圖Fig 6 HPLC chromatograms of the four water-soluble vitamins

圖7 豆粕發(fā)酵肥對茶葉中五種水溶性維生素含量的影響Fig.7 Effects of soybean meal fermented fertilizer on the contents of five water-soluble vitamins in tea

由圖7可知,施肥處理三個(gè)生長周期茶葉中維生素C（VC）、維生素B3（VB3）、維生素B6（VB6）、維生素B2（VB2）和維生素B1（VB1）含量均高于CK.與CK相比,VC含量4至7月份呈上升趨勢,分別增加5.66%、7.81%、8.49%和9.13%；VB3含量4至9月份呈上升趨勢,分別增加6.94%、3.43%、4.33%、7.60%、1.35%和4.88%；VB2含量4至6月份呈上升趨勢,分別增加7.26%、7.56%和16.87%,而8和9月份茶葉中VB2含量有所降低,但仍高于CK,分別增加4.15%和3.14%；4至6月份茶葉中的VB1含量呈遞增狀態(tài),分別增加22.12%、11.95%、10.91%和15.24%,8和9月份有所降低,但仍高于CK,分別增加14.29%和8.14%；VB6的含量4至7月份呈增加狀態(tài),分別比CK高7.69%、12.34%、24.84%和16.67%.可見,施用豆粕發(fā)酵肥對提高茶葉中維生素類含量有促進(jìn)作用.

2.6 土壤中理化性質(zhì)與茶葉中內(nèi)含成分的相關(guān)性

土壤中的五個(gè)理化性質(zhì)與茶葉中內(nèi)含成分的相關(guān)性分析見表3.

表3 土壤中的五個(gè)理化性質(zhì)與茶葉中內(nèi)含成分的相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis of the five properties in soil and the contents of tea ingredients

由表3可知,土壤中pH值對茶葉中茶多酚的作用效果呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）,相關(guān)系數(shù)為0.829,對茶葉中其他內(nèi)含成分相關(guān)性較小.土壤全氮對茶葉中茶多酚、游離氨基酸、水浸出物、半乳糖、葡萄糖、蔗糖的作用效果具有明顯相關(guān)性,其中對水浸出物、半乳糖、蔗糖的作用效果最為明顯,呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）,相關(guān)系數(shù)分別為-0.947、-0.961、-0.954；對茶葉中游離氨基酸和茶多酚的作用效果呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）,相關(guān)系數(shù)為0.950和0.890.土壤中的五個(gè)理化性質(zhì)與茶葉中兒茶素類的相關(guān)性分析見表4.

表4 土壤中的五個(gè)理化性質(zhì)與茶葉中兒茶素類的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis of five properties in soil and catechins in tea

由表4可知,土壤中pH值對茶葉中C的作用效果呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）,相關(guān)系數(shù)為-0.849,對茶葉中ECG的作用效果呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）,相關(guān)系數(shù)為0.891,其余過低,沒有明顯的相關(guān)性；土壤全氮對茶葉中EGC、EC的作用效果較為明顯,其中對EC的作用效果最為明顯,呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）,相關(guān)系數(shù)為-0.924,對茶葉中其他兒茶素類相關(guān)性較小,沒有明顯相關(guān)性.土壤中的五個(gè)理化性質(zhì)與茶葉中維生素類的相關(guān)性見表5.

表5 土壤中的五個(gè)理化性質(zhì)與茶葉中維生素類的相關(guān)性Tab.5 Correlation analysis of five properties in soil and vitamins in tea

由表5可知,土壤中pH值對茶葉中VC的作用效果呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）,相關(guān)系數(shù)為-0.858,對茶葉中VB2的作用效果呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）,相關(guān)系數(shù)為0.883；土壤全氮對茶葉中VC、VB3、VB6的作用效果較為明顯,其中對VB3和VB6的作用效果最為明顯,呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）,相關(guān)系數(shù)分別為-0.945、-0.936,對茶葉中其他維生素類相關(guān)性較小,沒有明顯相關(guān)性.土壤中有機(jī)質(zhì)、全磷、全鉀對茶葉中內(nèi)含成分影響沒有明顯相關(guān)性.可見,茶葉中化學(xué)成分含量與土壤中pH值和全氮含量有一定的相關(guān)性,土壤中pH值和全氮含量對茶葉中化學(xué)成分含量的影響具有重要作用.

3 結(jié)論與討論

茶葉的水浸出物主要組成成分含有多酚類物質(zhì)、糖類、維生素、咖啡堿和游離氨基酸等.水浸出物主要組成及其含量的綜合作用及高低反映了茶葉中可溶性物質(zhì)的多少,決定著茶葉品質(zhì)[20].從供試茶樣檢出的主要品質(zhì)成分來看,施肥處理茶葉中游離氨基酸含量、水浸出物含量、維生素類和可溶性糖類含量等均高于CK,與張欽等[21]和李磊[4]研究結(jié)果一致.施肥處理茶葉中茶多酚的含量和酚氨比值低于CK,可有效提高成茶滋味濃醇、鮮爽,減少茶湯苦澀味,提高茶葉甘醇、鮮爽、香甜等滋味,提高茶葉品質(zhì)[22-23],與沈星榮[11]和李磊[4]研究結(jié)果一致.

茶樹生長的土壤類型十分廣泛,由于施肥會(huì)影響土壤的水、肥、氣、熱以及有機(jī)質(zhì)、礦質(zhì)元素、酸堿度和氮磷鉀含量等,與茶樹生長密切相關(guān),很大程度上決定了茶葉的品質(zhì)[24].許春霞等[25]研究表明,陜西省山地黃壤和山地黃棕壤中土壤養(yǎng)分較高，茶葉氨基酸、咖啡堿、兒茶素及礦質(zhì)營養(yǎng)含量豐富,宜于植茶.梁遠(yuǎn)發(fā)等[26]調(diào)查表明,土壤的理化性狀與茶葉品質(zhì)的形成具有相關(guān)性.有研究表明,減少化肥施用量,還可以促進(jìn)土壤物質(zhì)良性循環(huán),提高土壤質(zhì)量,進(jìn)而從根本上提高茶園土壤的肥力水平,利于茶樹生長和茶葉品質(zhì)的提高,實(shí)現(xiàn)茶樹的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[11].

施用豆粕發(fā)酵肥可有效提高茶園土壤理化性質(zhì),可以提高茶葉中的茶多酚、游離氨基酸、兒茶素類、維生素類及可溶性糖類,其中對游離氨基酸和茶多酚的作用效果呈顯著正相關(guān).對葡萄糖、EGC、VC的作用效果呈顯著負(fù)相關(guān)；對游離氨基酸、水浸出物、半乳糖、蔗糖、EC、VB3、VB6的作用效果呈極顯著負(fù)相關(guān)。土壤中pH值對茶葉中茶多酚、ECG的作用效果呈顯著正相關(guān)，對茶葉中VC、VB3、VB6的作用效果呈顯著負(fù)相關(guān).與田永[27]研究結(jié)果一致.茶園土壤物理性狀影響茶葉的品質(zhì),優(yōu)良的物理性狀,肥力也高,從而提高茶葉的品質(zhì).當(dāng)然茶葉品質(zhì)好壞不僅與土壤物理性狀存在著相關(guān)性,同時(shí)與施肥、氣候、采摘和品質(zhì)等因子相關(guān).因此,關(guān)于茶葉品質(zhì)與氣候和采摘的關(guān)系還需進(jìn)一步研究.