CN114600700A - 一种减弱光合抑制提升茶叶鲜爽度的种植方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种构建适当气溶胶浓度以减弱光合抑制提升茶叶鲜爽度的种植方法，其种植流程为：建立无污染喷灌水源，构建水压和空压系统，茶园布置特定喷灌装置和温湿度、光合有效辐射监测装置，并由中央处理器依据茶园温度、光合有效辐射抑制光合作用的阈值对整套系统进行启动与关闭，同时可配合实施有机肥，促进吸收和调节物质转化，而达到提高茶叶鲜爽度。

Description

一种减弱光合抑制提升茶叶鲜爽度的种植方法

技术领域

本发明涉及一种茶叶的种植方法，具体涉及一种构建适当气溶胶浓度以减弱光合抑制提升茶叶鲜爽度的种植方法。其工作原理为：整个装置包括光合有效辐射传感器、空气温湿度传感器，洁净水池，喷雾装置，数据信号存储和处理的中央处理系统等四部分组成。目的是通过监测光合有效辐射传感器和空气温湿度等环境因子的大小，当这些环境因子抑制茶树生长时，在茶树冠层上方自动形成不同浓度的雾，形成合适的气溶胶浓度，以散射和反射太阳光，从而缓解环境因子对茶树生长的抑制从而提高茶青的鲜爽度。

背景技术

茶叶喜阴好湿，茶树喜光耐阴，不喜欢阳光直射，多数茶树品种新梢在10℃以上开始萌发，适宜种植温度是20~30℃。随着现代植物生理学在茶叶上的研究越来越深入，茶树光合生长与环境的影响也越来越明确。研究表明温度和光照是影响茶树光合作用的最重要的因素“林金科, 赖明志，影响茶树叶片净光合速率的生态生理因子的初步分析[J].作物学报, 2000, 26(1): 110-115.”，如图1所示，茶叶净光合速率随着温度的增加而增加，在28℃左右达到最大，之后再随着温度的增加而快速下降“林金科,赖明志,詹梓金.茶树叶片净光合速率对生态因子的响应[J].生态学报,2000(03):404-408.”。因此在实际生产应用中，如果通过合理调控环境因子可以有效的增加茶叶的净光合速率，从而提升茶青的品质和产量。

光照同样显著影响茶树的光合生长，不同茶树品种的光饱和点不同，其多在1000-1800μmol·m^-2·s^-1之间，在光照达到饱和点之前，茶树光合强度与光照成正相关，当超过光饱和点时，茶树的呼吸作用增强，净光合速率则下降，同时茶叶中糖类和氨基酸的合成受阻，此种状态不利于茶树的生长，称为茶树的“午休”现象。如果减少茶树“午休”时间，增加茶叶的光合作用进而增加茶青有益物质的积累，以提升产量。目前研究表明，造成茶树“午休”现象的主要原因就是强光的抑制“陈贤田,柯世省.茶树光合“午休”的原因分析[J].浙江林业科技,2002(03):80-83.”。如表1所示，目前大量的研究结果表明，茶树的光饱和点主要在1500μmol·m^-2·s^-1上下。因此，只要把强光调整到1500μmol·m^-2·s^-1以下，就可有效的减弱茶树“午休”。

表1 不同茶树品种光合生长的最适光饱和点（赖明志，1997）

“高山云雾出好茶”，主要由于高山云雾缭绕，水汽充足，昼夜温差大，漫射光多，光强较弱。雾就如同一个过滤光波的筛子，吸收了光波较长的红橙光和红外线，让光波较短的蓝紫光和紫外线顺利通过，所以紫外光较丰富，蓝、紫光等漫射光比重大，茶树叶子含有较多的叶绿素b，对漫射光利用大，氮代谢较旺盛，碳代谢相对减弱，因此茶叶中氨基酸和含氮芳香物质较多，茶多酚含量相对较少，并能减慢纤维素的合成，因此种植出来的茶叶鲜爽度、持嫩度较高。同时光线在通过云雾时由于水雾颗粒的阻挡，光线既可以发生反射也能发生折射，漫射光多，漫射光的增加可以使更多的光线进入冠层内部，使得冠层内部的受光抑制的叶片能接受更多的光照，进而提升冠层光利用效率，加强整个植株的光合作用，从而提高植株茶叶的氨基酸含量并减少纤维素的合成，同时提升产量。

气溶胶是大气中的固体和液体颗粒物与空气共同组成的胶体，其中颗粒物有固体颗粒物和液体颗粒物之分。固体颗粒物有PM2.5等，液体有雾等。气溶胶光学厚度（AOD）是指气溶胶的消光系数，表征气溶胶中颗粒物的多少程度。气溶胶通过散射和反射太阳光，一方面可以降低到达地面的总辐射，另一方面可以增加空气中散射辐射的量。此外，由于总辐射的降低，地表温度也会随之降低。

本发明通过构建一种人造的喷雾系统，使得茶树冠层上面笼罩不同厚度的水雾气溶胶，测试结果表明，气溶胶可以使冠层外侧叶片温度降低2℃左右，同时可以使正午前后的光合有效辐射最高从2000 μmol·m^-2·s^-1之上降低到1500 μmol·m^-2·s^-1以下。本专利首次提出通过超细浓雾的喷雾，改变气溶胶浓度来模拟高山云雾的茶园种植方法，以增加漫射光，缓解正午高温抑制和高光强抑制，减少茶树“午休”时间，改变太阳辐射在茶树冠层的分布，降低环境温度，通过合理的环境调控方法提高茶树光合作用，进而提高茶青的鲜爽度。

与传统的方法相比，本发明投入成本低，能同时综合协调光照、温度、湿度三大重点影响茶叶生长的因素，即避免了固定式遮阳网早晚阳光贫瘠的再度遮阴及未达光饱和点时遮阴降低的有效光合利用率问题，又解决了普通大棚水雾喷射时无法构建足够浓度的气溶胶而散射和反射足够的太阳光来促进氨基酸类物质的积累，从而提升茶叶的鲜爽度。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单，运行成本低，针对性强，可提高茶叶鲜爽度的种植方法。从春茶中期开始，主要根据环境因子中的空气温度和光合有效辐射情况进行合适的自然浓雾喷射来反射并散射部分阳光，以降低太阳光照强度，降低种植温度缓解茶树光合生长过程中的光抑制和温度抑制以提升茶叶的鲜爽度。

通过如下技术方案实现：

一种构建适当气溶胶浓度以减弱光合抑制提升茶叶鲜爽度的种植方法，包括如下步骤：

（1）在纯茶园建立无污染喷雾水源：喷雾水源选取林间小溪地表水或地下水，并建立储水系统以用于喷灌，喷灌水源应符合二级灌溉用水，喷雾水源需经过50μm的过滤，水压为1~3bar；

（2）建立压缩空气系统：建立空气压缩机和储气灌和空气过滤系统，气压为3~5bar，气源经过40μm的过滤；

（3）喷头选择及喷雾装置的安装布置：选择双流体喷嘴中的扇形空气雾化喷嘴，喷嘴安装位置为单排茶树冠层正上方的中央朝冠层延伸方向两端分布，扇形喷射面则与冠层面平行，喷嘴分布间距为1~2米一组，根据树冠大小喷嘴安装高度为茶树冠层上方30~60cm处，喷嘴通过固定水管及气管与喷雾水源及压缩空气系统连接；

（4）茶园安装温湿度、光照传感器：为避免茶叶枝条和喷出水雾遮挡传感器，各探测器安装于茶园的相对中央部位，温湿度和光照传感器安装于茶叶冠层上方100cm处，各传感器均水平安装；

（5）中央处理系统建设与喷雾系统的自动化运行：温度、光照信号数据全部汇总到中央处理系统，中央处理系统同时与喷雾水源系统、压缩空气系统等连接，并依据茶树生长的实时环境条件进行喷雾的开启与关闭。整套装置在春茶采摘中期开始至秋茶末期使用，喷雾功能的启用和喷雾大小的选择由处理系统根据探测器监控数据进行调控。当外界温度在28~32℃，或者过去15分钟平均光强在1500-1800 μmol·m^-2·s^-1时自动启动一档喷雾；当外界温度在32℃以上，或者过去15分钟平均光强在1800μmol·m^-2·s^-1以上时自动启动二档喷雾；如果既满足一档条件，又满足二档条件则启动二档喷雾；当外界温度低于28℃，并且过去15分钟平均光强低于1000 μmol·m^-2·s^-1时，自动关闭喷雾系统；

（6）一档喷雾的水压为1~2bar，气压为3~4bar，此时为低气溶胶浓度；二档喷雾的水压为2~3bar，气压为4~5bar，为中高气溶胶浓度。

（7）配合施肥：同时适时施加足量的有机肥，以促进物料的吸收。

茶叶种植过程中依据茶园温度、光合有效辐射抑制光合作用的阈值对整套系统进行启动与关闭，采取模拟自然浓雾的喷雾方式，既可增加空气湿度，降低茶园过高的空气温度，又可形成合适的气溶胶浓度，通过散射和反射太阳光，减弱高温和强光对茶树光合作用的抑制，进而可以减少光合“午休”时间来促进氨基酸等物质的积累；另双流体雾化喷嘴喷出来的雾粒径与自然浓雾粒径一致，既可以抵御太阳的快速蒸发，又可以形成足够的气溶胶颗粒，这些颗粒如同一个过滤光波的筛子，吸收了光波较长的红橙光和红外线，让光波较短的蓝紫光和紫外线顺利通过，即紫外光较丰富，蓝、紫光等漫射光比重大，氮代谢较旺盛，茶叶中氨基酸、叶绿素和含氮芳香物质较多，茶多酚含量相对较少，其酚氨比低；同时配合有机肥的施加，促进有益物质的积累使茶叶更加浓厚，鲜爽度高。

本发明的优点是：1、在太阳光辐射过大，温度过高时启动自然浓雾的喷射，形成足够的气溶胶浓度，以减少光照强度，降低茶园温度以维持茶叶最佳生长适宜条件；2、在早晚或阴雨天光线弱时，不进行喷雾则能充分利用光照，促进茶叶氨基酸类物质的积累；3、茶园所有温湿度、光照强度等的收集及喷灌系统的启闭均通过中央处理器进行自动化调控；4、喷雾种植配合有机肥的施用，即可促进物质的定向积累，又可以促进特定物质的吸收与利用，具有较强的茶叶品质改善作用；5.本发明相比遮阳大棚投入成本低，相比遮阳网及普通大棚喷雾系统即能同时调控光照、温度、湿度等多个环境因子，又能依据环境情况构建合适的气溶胶浓度。

茶园浓雾喷雾减弱高光照、降低高温的较佳时间段主要集中在晴天的11~15点间。该时段光照入射角与茶叶冠面近乎90°，当选择扇形空气雾化喷头，喷射角度80°时，喷雾出来的浓雾呈扇形且扇形面与冠层面平行，浓雾形成的气溶胶能最大范围的覆盖于茶园茶树冠层，从而有效降低光辐射并增加漫射光。

附图说明

图1 茶树在不同生长温度背景下净光合速率对叶温的响应（林金科等，2000）；

图2 不同气溶胶浓度下光合有效辐射（a）、空气温度（b）、叶片蒸腾速率(c)和叶片净光合速率(d)的日动态变化情况；

图3为本发明喷雾种植意图。

具体实施方式

本研究团队通过自有茶园喷雾系统的研究，晴天自然条件下（AOD< 0.3），在选择喷射角80°的扇形空气雾化喷嘴，当设定水压为1~2bar，气压为3~4bar时，此时的喷雾为低气溶胶浓度，气溶胶光学厚度（AOD）约0.3~0.6；当水压为2~3bar，气压为4~5bar时，为中高气溶胶浓度，气溶胶光学厚度（AOD）约0.6~1.2。在夏初的晴天下，我们在茶园里设置了以下几个对照实验：自然条件（非喷雾AOD< 0.3）组、低浓度喷雾（0.3<AOD< 0.6）组、中高浓度喷雾（0.6<AOD< 1.2）组，其中每个处理设置三个重复。同时，每天的早（6点-9点）、中（9点-15点）、晚（15点-18点）都有持续喷雾，以对比不同温度和光照背景下的喷雾效果。实验过程中，我们分别记录了三种情景下的空气温湿度、光合有效辐射、叶片净光合速率和蒸腾速率。通过夏季茶园不同喷雾种植对比试验，实验结果表明，在正午前后增加气溶胶浓度效果最好，与自然条件气溶胶浓度（AOD< 0.3）相比，在气溶胶浓度升高的状态下（AOD>0.3），光合有效辐射可以从光饱和点以上的平均1800μmol·m^-2·s^-1降低到光饱和点1500 μmol·m^-2·s^-1附件（图2中a）；温度可以从35℃的高温降低2℃左右（图2中b）。高气溶胶可以缓解正午高温抑制和高光强抑制，减少蒸腾速率（图2中c）使得叶片更加保水，同时叶片净光合速率显著增加（图2中d）。研究数据已经明确地显示，利用超细水雾改变微环境时，在正午前后的高温和高光强时段效果最好，植物生长情况得到很大的改善。

图2和表2对应的是两组不同的实验。

下面将结合对比例与实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。在夏茶白茶园中分别以传统非喷雾种植，一档喷雾种植，二档喷雾种植方式对茶园进行超细浓雾喷雾种植，其对应的微环境改变如下表：

表2. 6月中期纯白茶园同一天同一中午时段同一种植地块构建不同气溶胶浓度时茶叶检测数据

对比例（传统非喷雾种植）：

在福建省宁德市柘荣县海拔650米处的同一纯白茶园，平均分成条件一致的4区块，并进行对比种植，区块1为传统非喷雾种植方法，区块2为一档喷雾种植，区块3为二档喷雾种植，区块4为自动一到二档切换喷雾种植，其中区块2、区块3、区块4除采用不同档次的喷雾种植方式，其他所有步骤均与区块1的传统种植方法一致。区块1的传统非喷雾种植方法详细如下：茶树品种为福鼎大白茶，单行种植，树龄7年的成熟茶园，株间距35cm，每年适时除草2~3次，10月份深耕时施用有机肥600kg/亩，在春茶采摘后进行一次轻修剪，修剪深度比上次剪口高5cm左右，修剪后追施有机肥1次，有机肥用量为500kg/亩，夏茶6月中期采摘嫩梢，再按统一的白茶制作方法制作成传统非喷雾种植成品茶。本方法中，传统非喷雾种植方法为常规的传统种植方法（即自然条件种植方法作为对照组）。

实施例1（一档喷雾种植）：

在4月中旬白茶园中一种构建适当气溶胶浓度以减弱光合抑制提升茶叶鲜爽度的种植方法，步骤如下：

（1）选取林间小溪地表水，并建立储水系统以用于喷灌，喷灌水源符合二级灌溉用水，喷雾水源经过50μm的过滤；

（2）建立空气压缩机和储气灌和空气过滤和油水分离系统，气源经过40μm的过滤；

（3）喷头选择及喷雾装置的安装布置：选择双流体喷嘴中的扇形空气雾化喷嘴（喷射角度为80°），喷嘴安装位置为单排茶树冠层正上方的中央朝冠层延伸方向两端分布，扇形喷射面则与冠层面平行，喷嘴分布间距为2米一组，喷嘴安装高度为茶树冠层上方50cm处，喷嘴通过固定水管及气管与喷雾水源及压缩空气系统连接；

（4）茶园安装温湿度、光照检测探头：各探测器安装于茶园的相对中央部位；温湿度和光照探测器安装于茶叶冠层上方100cm处，方向朝正上方，且避免茶叶叶片生长并遮挡住光照探测器；

（5）中央处理系统建设与喷雾系统开关条件：温度、光照信号数据全部汇总到中央处理系统，中央处理系统同时与喷雾水源系统、压缩空气系统等连接，当外界温度大于等于28℃，或者过去15分钟平均光强大于等于1500 μmol·m^-2·s^-1时，自动开启一档喷雾装置。当外界温度低于28℃，且过去15分钟平均光强低于1000 μmol·m^-2·s^-1时，自动关闭喷雾系统。

（6）一档喷雾的水压为1~2bar，气压为3~4bar，此时为低气溶胶浓度，气溶胶光学厚度（AOD）增加约0.3，一档喷雾在春茶采摘中期开始至秋茶末期持续使用（即4月中旬到8月末持续使用）。

（7）配合施肥：同时适时施加足量的有机肥，以促进物料的吸收。

一档喷雾种植白茶于当年6月中期采摘嫩梢，再按统一的白茶制作方法制作成一档喷雾种植白茶成品茶。

表3. 白茶夏茶一档喷雾种植与非喷雾种植茶叶品质对比（其中游离氨基酸总量按GB/T8314-2013检测，滋味以传统非喷雾种植白茶作为标样茶进行七档制法评定）。

实施例2（二档喷雾种植）：

在4月中旬白茶园中一种构建适当气溶胶浓度以减弱光合抑制提升茶叶鲜爽度的种植方法，步骤如下：

（1）选取林间小溪地表水，并建立储水系统以用于喷灌，喷灌水源符合二级灌溉用水，喷雾水源经过50μm的过滤；

（2）建立空气压缩机和储气灌和空气过滤和油水分离系统，气源经过40μm的过滤；

（3）喷头选择及喷雾装置的安装布置：选择双流体喷嘴中的扇形空气雾化喷嘴（喷射角度为80°），喷嘴安装位置为单排茶树冠层正上方的中央朝冠层延伸方向两端分布，扇形喷射面则与冠层面平行，喷嘴分布间距为2米一组，喷嘴安装高度为茶树冠层上方50cm处，喷嘴通过固定水管及气管与喷雾水源及压缩空气系统连接；

（4）茶园安装温度、光照检测探头：各探测器安装于茶园的相对中央部位；温湿度和光照传感器安装于茶叶冠层上方100cm处方向朝正上方，水平放置，且避免茶叶叶片生长并遮挡住光照探测器；

（5）中央处理系统建设与喷雾系统开关条件：温度、光照信号数据全部汇总到中央处理系统，中央处理系统同时与喷雾水源系统、压缩空气系统等连接，当外界温度大于32℃，或者过去15分钟平均光强大于1800 μmol·m^-2·s^-1时启动二档喷雾。当外界温度低于28℃，且过去15分钟平均光强低于1000 μmol·m^-2·s^-1时，自动关闭喷雾系统。

（6）二档喷雾的水压为2~3bar，气压为4~5bar，为中高气溶胶浓度，气溶胶光学厚度增加了约0.6。二档喷雾在春茶采摘中期开始至秋茶末期持续使用（即4月中旬到8月末持续使用）。

（7）配合施肥：同时适时施加足量的有机肥，以促进物料的吸收。

二档喷雾种植白茶于当年6月中期采摘嫩梢，再按统一的白茶制作方法制作成二档喷雾种植白茶成品茶。

表4. 白茶夏茶二档喷雾种植与非喷雾种植茶叶品质对比（其中游离氨基酸总量按GB/T8314-2013检测，滋味以传统非喷雾种植白茶作为标样茶进行七档制法评定）。

实施例3（自动一到二档切换喷雾种植）：

在4月中旬的白茶园中一种构建适当气溶胶浓度以减弱光合抑制提升茶叶鲜爽度的种植方法，步骤如下：

（1）选取林间小溪地表水，并建立储水系统以用于喷灌，喷灌水源符合二级灌溉用水，喷雾水源经过50μm的过滤；

（2）建立空气压缩机和储气灌和空气过滤和油水分离系统，气源经过40μm的过滤。

（3）喷头选择及喷雾装置的安装布置：选择双流体喷嘴中的扇形空气雾化喷嘴（喷射角度为80°），喷嘴安装位置为单排茶树冠层正上方的中央朝冠层延伸方向两端分布，扇形喷射面则与冠层面平行，喷嘴分布间距为2米一组，喷嘴安装高度为茶树冠层上方50cm处，喷嘴通过固定水管及气管与喷雾水源及压缩空气系统连接；

（4）茶园安装温度、光照检测探头：各探测器安装于茶园的相对中央部位；温湿度和光照探测器安装于茶叶冠层上方100cm处，方向朝正上方，且避免茶叶叶片生长并遮挡住光照探测器；

（5）中央处理系统建设与喷雾系统开关条件：温度、光照信号数据全部汇总到中央处理系统，中央处理系统同时与喷雾水源系统、压缩空气系统等连接，当外界温度在28~32℃，或者过去15分钟平均光强在1500-1800 μmol·m^-2·s^-1时自动启动一档喷雾；当外界温度在32℃以上，或者过去15分钟平均光强在1800μmol·m^-2·s^-1以上时自动启动二档喷雾；如果既满足一档条件，又满足二档条件则启动二档喷雾；当外界温度低于28℃，并且过去15分钟平均光强低于1000 μmol·m^-2·s^-1时，自动关闭喷雾系统；

（6）一档喷雾的水压为1~2bar，气压为3~4bar，此时为较低气溶胶浓度，气溶胶光学厚度（AOD）增加了约0.3；二档喷雾的水压为2~3bar，气压为4~5bar，为中高气溶胶浓度，气溶胶光学厚度增加了约0.6。一到二档喷雾在春茶采摘中期开始至秋茶末期持续使用（即4月中旬到8月末持续使用）。

（7）配合施肥：同时适时施加足量的有机肥，以促进物料的吸收。

自动一到二档切换喷雾种植白茶于6月中期采摘嫩梢，再按统一的白茶制作方法制作成自动一到二档切换喷雾种植白茶成品茶。

表5. 白茶夏茶喷雾种植与非喷雾种植茶叶品质对比（其中游离氨基酸总量按GB/T8314-2013检测，滋味以传统非喷雾种植白茶作为标样茶进行七档制法评定）。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种构建适当气溶胶浓度以减弱光合抑制提升茶叶鲜爽度的种植方法，其特征在于：所述种植方法包括如下步骤：

（1）在纯茶园建立无污染喷雾水源系统：喷雾水源选取林间小溪地表水或地下水，并建立储水系统以用于喷灌，喷灌水源应符合二级灌溉用水，喷雾水源需经过50μm的过滤，水压为1~3bar；

（2）建立压缩空气系统：建立空气压缩机和储气灌和空气过滤系统，气压为3~5bar，气源经过40μm的过滤；

（3）喷头选择及喷雾装置的安装布置：选择双流体喷嘴中的扇形空气雾化喷嘴，喷嘴安装位置为单排茶树冠层正上方的中央朝冠层延伸方向两端分布，扇形喷射面则与冠层面平行，喷嘴分布间距为1~2米一组，根据树冠大小喷嘴安装高度为茶树冠层上方30~60cm处，喷嘴通过固定水管及气管与喷雾水源系统及压缩空气系统连接；

（4）茶园安装温湿度、光照传感器：为避免茶叶枝条和喷出水雾遮挡传感器，各探测器安装于茶园的相对中央部位，温湿度和光照传感器安装于茶叶冠层上方100cm处，各传感器均水平安装；

（5）中央处理系统建设与喷雾系统的自动化运行：温度、光照信号数据全部汇总到中央处理系统，中央处理系统同时与喷雾水源系统、压缩空气系统连接，并依据茶树生长的实时环境条件进行喷雾的开启与关闭；整套装置在春茶采摘中期开始至秋茶末期使用，喷雾功能的启用和喷雾大小的选择由中央处理系统根据探测器监控数据进行调控；当外界温度在28~32℃，或者过去15分钟平均光强在1500-1800 μmol·m^-2·s^-1时自动启动一档喷雾；当外界温度在32℃以上，或者过去15分钟平均光强在1800μmol·m^-2·s^-1以上时自动启动二档喷雾；如果既满足一档条件，又满足二档条件则启动二档喷雾；当外界温度低于28℃，并且过去15分钟平均光强低于1000 μmol·m^-2·s^-1时，自动关闭喷雾系统；

（6）一档喷雾的水压为1~2bar，气压为3~4bar，此时为低气溶胶浓度；二档喷雾的水压为2~3bar，气压为4~5bar，为中高气溶胶浓度；

（7）配合施肥：同时适时施加足量的有机肥，以促进物料的吸收。

2.根据权利要求1所述的提升茶叶鲜爽度的种植方法，其特征在于：扇形空气雾化喷嘴的喷射角度为80°。

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