吳丹

(華南農(nóng)業(yè)大學; 廣州 510000)

1 前言

茶樹屬于山茶科山茶屬，多為灌木或小喬木，是多年生常綠木本植物，是我國具有經(jīng)濟價值的特色農(nóng)作物之一，其生長發(fā)育對氣溫和水分要求非常嚴格。近年來在全球氣候變暖影響下，我國南方夏季極端高溫、干旱等事件愈來愈頻繁，發(fā)生頻率顯著增加，這些極端氣候災(zāi)害嚴重影響著茶樹的生長發(fā)育，導致茶樹的品質(zhì)下降，甚至造成茶樹死亡，對茶園的經(jīng)濟產(chǎn)量產(chǎn)生了巨大影響［1－2］。2011年干旱造成了湖南春、夏茶產(chǎn)量分別減少了 20%～30% ，經(jīng)濟損失約 5 億元，2013年盛夏罕見的高溫干旱使浙江省 13．86 萬hm2茶園遭受危害，經(jīng)濟損失達到 17.2 億元［3］。由此可見茶園土壤含水量對茶樹的品質(zhì)及產(chǎn)量均具有重要意義。

植物體內(nèi)幾乎所有的重要代謝過程都有水的參與。水分脅迫會影響植物體內(nèi)不同的生理代謝過程，如光合作用、呼吸作用、蛋白質(zhì)合成、酶活力，以及物質(zhì)的吸收、運輸和轉(zhuǎn)化等。茶樹是喜濕怕澇的植物，水是決定茶樹新陳代謝強度和方向的一個重要限制因素。研究結(jié)果表明，茶葉全年的需水量要求在 l100--1300mm 的降雨量，蒸騰系數(shù)為 300-385，年經(jīng)濟產(chǎn)世耗水系數(shù)為 0.86-0.96[4]?？諝庀鄬穸仍?0%～90%，茶樹生長所需的最適宜土壤含水量為70%～90%，在此范圍內(nèi)茶樹根系對養(yǎng)分的吸收利用能力提高; 當茶園土壤含水量低于50%或高于90%時 ，均會對茶樹根系的生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用。楊躍華等研究了不同土壤水分條件下根系的生育情況及其活力的變化狀況，認為在干旱條件下根系的吸收功能下降是導致產(chǎn)量減少的重要原因［5］; 段亮認為干旱通過對茶樹體內(nèi)水分平衡的破壞使新梢的生長受抑制，同時加速下部葉片的老化與脫落，從而造成減產(chǎn)［6］。在水分脅迫下，茶樹葉片碳氮合成代謝會減弱，使氨基酸和蛋白質(zhì)的合成遭受嚴重影響，干旱會促使葉片老化，使茶樹新梢中茶多酚、咖啡堿等含量顯著降低，導致茶葉的品質(zhì)下降［7－8］。無論造成干旱的原因是怎么產(chǎn)生的，以往的研究均表明茶園水分的多寡,直接影響著茶樹的生長與茶園的品質(zhì)及產(chǎn)量。

面對高溫干旱這一自然災(zāi)害對茶園帶來的影響，茶園的合理灌溉很好地解決了這一問題。在高溫干旱的條件下,茶園的合理灌溉不僅能明顯地提高茶葉的品質(zhì)和產(chǎn)量,而且為提高手工采摘的工效和有利于機采創(chuàng)造了條件;與此同時,也為建立良性的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)起了一定的作用。因此合理灌溉對茶園的品質(zhì)及產(chǎn)量起著重大作用，當茶園茶樹生理需水和土壤供水開始或行將出現(xiàn)矛盾的時刻對茶園進行及時灌溉，在達到符合茶樹正常生育的土壤濕度、充分滿足茶樹對水分的要求,從而保證茶園保持高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。

茶園的合理灌溉指當茶樹的水分供給不能滿足其生長的需要時,及時采取措施對其進行有計劃的供水,滿足茶樹生育的需要,并達到增產(chǎn)提質(zhì)的目的。

2 合理灌溉對茶葉品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

2.1 合理灌溉對茶葉品質(zhì)的影響

茶多酚又稱茶單寧、茶鞣質(zhì)，是茶葉藥效的主要活性成分，占茶葉干重的 20%-35%。其主要組分為兒茶素，占其總量的 80%左右，其中表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)含量最高，占兒茶素的 50%左右[19]。氨基酸是茶葉中的主要物質(zhì)，氨基酸與茶葉嫩度和香氣的形成有密切關(guān)系，對茶湯的滋味、色澤也有較明顯的影響[20]。研究表明，茶葉中含量最多的氨基酸是茶氨酸，它在茶樹的根部形成，隨后向新梢積聚，因此茶樹新梢葉中茶氨酸含量最高，占游離氨基酸的 40%～60%，在高級綠茶、新茶中含量豐富，占干茶含量的 1%～2%左右[21,22]。茶氨酸的含量與茶葉品質(zhì)和等級呈正相關(guān)(R=O．789-0．876)，并把它作為評價綠茶的重要標志[23]。茶氨酸在各組織(果實除外)含量都十分突出，以芽葉最高，第二、三及四五葉依次下降。楊躍華等[24]試驗得出結(jié)論，當茶樹遭受干旱影響時，茶樹碳氮合成代謝減弱，氨基酸和蛋白質(zhì)合成受到嚴重影響，新梢葉中氨基酸等品質(zhì)成分減少。此外，氨基酸組成也會發(fā)生變化，新梢葉中的谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸和苯丙氨酸等氨基酸組分含量降低，茶氨酸和精氨酸含量增加；同時組氨酸、蛋氨酸的消失，最終導致茶葉品質(zhì)惡化。在灌溉條件下，茶樹葉片內(nèi)的氨基酸、蛋白質(zhì)、玉米黃質(zhì)等含量增加，而糖類縮合及纖維素形成緩慢，有利于茶樹高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)[24]。

2.2 合理灌溉對茶葉產(chǎn)量的影響

研究表明，土壤含水量為70%-90%最利于茶樹生長，低于 50%或高于 100%，根系生育便會受到嚴重的抑制[9]。適宜的土壤水分含量不僅能提高茶樹根系吸收利用養(yǎng)分的能力，提高土壤養(yǎng)分的利用率，而且能使土壤的 pH 值向降低的方向發(fā)展[10-11]。在干旱季節(jié)，適宜的灌溉條件可提高茶葉產(chǎn)量，明顯改善茶葉品質(zhì)，其灌水量與茶葉增產(chǎn)量呈正相關(guān)[12]。據(jù)中國茶葉科學研究所研究發(fā)現(xiàn)，旱季噴灌與不噴灌相比，茶樹正常芽葉增加28．9%，新梢長度增加 2．28cm，百芽重增加 11．49g，芽數(shù)增加 23%，品質(zhì)明顯提高。茶樹遭受干旱災(zāi)害后，芽的萌發(fā)比正常情況大約推遲半個月，新梢的生育期也大為縮短，其脅迫時間指數(shù)與茶葉相對減產(chǎn)量呈線性相關(guān)[13,14]。當土壤相對含水量為 80%-90%時，新梢呈現(xiàn)葉大質(zhì)厚的特征，生長迅速，當土壤相對含水量低于 70%時，葉片瘦小，葉質(zhì)薄，對夾葉形成多，成茶品質(zhì)下降[15,16]。 阮建云等[17]利用盆栽試驗研究了土壤水分和施鉀肥對幼齡茶樹生長的影響。結(jié)果表明在 45%田間持水量處理一個月后所有茶樹均不能成活。但在 75%田間持水量時所有茶苗均能成活，施鉀肥組顯著地提高了茶樹的成活率，提高土壤水分或在干旱條件下施鉀肥均可顯著增加茶樹的生物產(chǎn)量。奚輝等[18]研究了茶葉噴灌的效果，結(jié)果說明噴灌改變了坡地茶園灌溉困難、靠天收的局面，促進茶樹生長，減少病蟲害發(fā)生，從而增產(chǎn) 24．1%～59．5%，可獲得明顯的增產(chǎn)增收效果。 因此，茶園進行合理灌溉可以顯著地提高茶園的經(jīng)濟產(chǎn)量。

3 茶園合理灌溉措施

3.1 灌溉時期掌握的原則

茶園灌溉的效率高低與灌溉時期有著不可缺少的聯(lián)系，科學地對茶園進行土壤水分管理，對茶園的經(jīng)濟產(chǎn)量起著重大作用。茶樹的灌溉時期應(yīng)根據(jù)茶園的氣候、土壤含水量、茶樹生長狀況適時對茶樹進行灌溉。

3.2 灌水量控制原則

茶樹灌水適度的標志是茶樹整個根際部分土壤完全濕透，但茶樹的灌水量應(yīng)隨土壤含水量、土壤質(zhì)地、茶樹的生長狀況（樹齡、密度和生長期）以及季節(jié)的不同來進行適時調(diào)整，從而保證茶樹在時刻保持正常生長發(fā)育的土壤濕度的條件下，充分滿足茶樹對水分的要求,又沒有水分的流失、滲漏，高效利用水資源。

3.3 灌溉方法

3.3.1 傳統(tǒng)灌溉技術(shù)

3.3.1.1 流灌

進行地面流灌時,要制定相應(yīng)的灌溉周期,以滿足茶樹需水要求。茶園在進行地面流灌時,往往由于掌握不當而造成土壤結(jié)構(gòu)板結(jié),養(yǎng)分流失及茶園局部漬水等弊病,為了避免這些不利因素,在進行流灌時,一定要控制適當?shù)牧髁?讓水徐徐前進,水的前鋒剛達茶行的盡頭,而流經(jīng)的地方整個茶樹根際部分的土層正好濕透即可。

3.3.1.2 噴灌

噴灌類似于自然降雨,在酷熱條件下,噴灌可提高茶園空氣的相對濕度,增加土壤水分降低氣溫和土溫,從而使土壤濕度的日變幅明顯減少,土壤溫度和氣溫的垂直分布差異減少。由于噴灌使水分均勻地滲入土中,避免了地面灌水時由于水壓而產(chǎn)生的土壤板結(jié)現(xiàn)象,同時還改善了土壤水、肥、氣、熱的關(guān)系,促進了土壤有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化、礦質(zhì)的風化、有效養(yǎng)分向根系吸收面的移動以及茶樹對其養(yǎng)分的吸收。

3.3.1.3 滴灌

與噴灌和流灌相對比,茶園滴灌具有水分利用率高,可配合供水通過管道同時將液肥施入茶園等優(yōu)點。在茶園中鋪設(shè)管道,在不損傷茶樹根系的條件下,通過管道輸送液肥,可及時供給茶樹養(yǎng)分和水分,減少肥水的浪費,改善土壤透氣性能,從而提高茶葉產(chǎn)量。滴灌作為供水系統(tǒng),其中最大的優(yōu)點是能避免水的流失,使根系部分較易達到濕潤的要求。但滴灌要求水壓較高,需要的設(shè)備也較復雜。

3.3.1.4 霧灌

霧灌技術(shù)核心是在營造株間局部微氣候的同時，將霧化景觀效益與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合，形成多功能一體的新型農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)。利用霧灌系統(tǒng)，能夠在低海拔地區(qū)人為制造出云霧環(huán)境，為茶葉生長提供適宜的溫度、光照、濕度等環(huán)境，減輕茶葉“午睡”現(xiàn)象，增加茶樹光合作用時間，提升茶葉各種有機物含量，實現(xiàn)茶葉的提產(chǎn)提質(zhì)。同時霧灌系統(tǒng)具有較高的自動化程度，灌溉期間無須人員值守，并且擁有良好的自檢系統(tǒng)，能夠及時報告管道系統(tǒng)故障，可大大降低管理難度，提升管理效率，具有較廣泛的應(yīng)用前景。

3.3.2 新型灌溉技術(shù)

3.3.2.1 精準灌溉

傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)已經(jīng)難以跟隨時代的腳步，且由于茶園土壤結(jié)構(gòu)復雜，茶農(nóng)的專業(yè)知識匱乏，有效的灌溉技術(shù)很難應(yīng)用于茶葉的生產(chǎn)，因此科學研究者開發(fā)出了一個全新的灌溉技術(shù)--茶樹灌溉數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)、茶樹灌溉遠程診斷技術(shù)。該系統(tǒng)是建立在傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)上，能夠與無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)智能化結(jié)合，形成一套完整的茶樹灌溉監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由監(jiān)測區(qū)信息采集終端，即網(wǎng)絡(luò)感知層、監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)終端處理層組成。它們可以通過互相協(xié)作，最終將信息和數(shù)據(jù)收集起來提供給終端用戶。

利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器，探測茶園的地形、土壤結(jié)構(gòu)和土壤的含水量，并能通過無線裝置把數(shù)據(jù)和信息傳達至系統(tǒng)服務(wù)器上。針對地形即茶樹的樹根對水的吸收速度和需求量，來制定一套完整的實施方案，幫助人們進行精準的灌溉，提高了茶葉的產(chǎn)量和質(zhì)量，減少了勞動力的付出，同時也節(jié)約了大量的水源，避免了水資源的浪費。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的信息傳遞，可以通過傳感器對信息和數(shù)據(jù)進行采集，通過收集的數(shù)據(jù)可以判斷茶樹的土壤的缺水情況，然后再進行按量灌溉，實現(xiàn)合理灌溉而且也節(jié)約了用水。人們可以根據(jù)茶園的具體情況繪制出茶園設(shè)備的模擬圖，并設(shè)定好需要灌溉區(qū)域的面積以及完成灌溉所需要的時間，從而實現(xiàn)精準灌溉。

4 小結(jié)

實踐表明,茶園的合理灌溉確實能夠?qū)Σ枞~的品質(zhì)及產(chǎn)量起到一個顯著的增強作用，但使用不當也會造成土壤條件的惡化和茶葉的減產(chǎn)；因此,采取適宜的方式,不失時機地對茶園進行合理灌溉才是最佳解決方法。目前，茶園的合理灌溉時期及灌溉量仍然無法普遍做到一個精準把握。在傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)中，噴灌、滴灌和霧灌既具有水分利用率高、明顯提高土壤濕度和改善茶園小氣候的作用,又可以結(jié)合供水,施用液肥,以增強茶樹生育機能,達到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的，但就目前來說滴灌、霧灌的設(shè)備及技術(shù)仍較為復雜。在此基礎(chǔ)上，新型灌溉技術(shù)灌溉能夠有效解決灌溉時期、灌水量問題并提高茶葉品質(zhì)與產(chǎn)量，實現(xiàn)茶園精準灌溉，但是其設(shè)備技術(shù)非常復雜、成本高仍然是非常嚴峻的問題。因此，要實現(xiàn)茶樹的灌溉自動化、智能化，利用物聯(lián)網(wǎng)的精準調(diào)節(jié)，還需培養(yǎng)更多更好的專業(yè)人員。