植物声频调控技术对茶叶产量和品质的影响

化学农业显著提高了作物的产量，同时也造成了产品品质下降、土壤肥力衰退和重金属超标、环境污染以及农产品安全等一系列影响农业可持续发展的严重问题[1]。未来农业必将会向着绿色、生态和环保的方向发展。物理农业作为一种新兴的农业生产技术，用特定的技术方法处理农作物，在提高作物产量和品质，增加农民收入的同时保持生态系统的多样性和维护生态平衡[2]。

而植物声频控制技术作为物理农业的一个重要方面，其基本原理是利用作物与声波的协同关系，对植物施加特定波长和频率的声波，以促进植株对各种营养元素的吸收、运输和转化，促进生长发育，最终达到抗病、优质、增产的目的[3-5]。

茶作为我国的传统经济作物，茶叶的发展经历了从单纯追求产量到质量到今天的安全质量生产的转变。当前茶叶产品存在的主要质量问题包括农药残留、稀土总量偏高、重金属和感官品质不合格等方面[6]。已有研究表明在芹菜、水稻、番茄、棉花、草莓、虎尾兰、辣椒、豇豆、黄豆芽、食用菌等作物上应有植物声频控制技术，对植株促进元素营养吸收、增加产量、提高品质、生态种植、调控内源激素和叶绿素等方面产生作用和影响[3-4,7-15]。证明利用植物声频调控的物理农业技术实现作物品质和产量的提升有效可行。但是声频处理在农作物上的研究整体上仍处于经验探索和资料积累阶段，目前关于声频调控技术在茶叶生产上的应用研究较少。本研究利用声频调控技术处理茶树，研究声波种类、音量强弱及处理时间等因素对茶叶品质和产量的影响，确定声频调控技术在茶叶生产上的工艺参数。该研究为声波助长技术在茶树上的应用提供理论基础，以期指导生产实践，实现增产增收保护环境的目标，确保茶叶的绿色、生态生产和食用安全。

1 材料和方法

1.1 试验地块

浙江省嵊州市三界茶场的茶地，为互不受其他茶地声波影响和干扰的地块。茶地的地势、茶树品种、施肥状况、管理情况以及往年的采摘时间基本一致，且均不喷洒农药，在各试验地块的中央放置声频助长仪。未声频调控处理(以听不到声波助长仪声音为标准)的茶地作为空白对照。

1.2 试验设备

声频助长仪由杭州菲思灯光音响商行自行设计定制，集音频自动播放、控制系统、功率放大与扬声器于一体，声频内容为交响乐与自然鸟鸣和蟋蟀鸣声的混合声，声波的频率范围300～6 000 Hz，声强范围为20～120 dB，声频有效范围约为距声频扬声器30 m的距离；定时器(AL-06)由余姚市品益电器有限公司生产；全自动扁形茶炒茶机(6CCB-100ZD)由浙江恒峰科技开发有限公司生产。

1.3 样品采集和评定方法

陈凌霄和吴传宇[23]利用声波助长仪的特定频率声波对茶树进行处理，发现植物声频控制技术可增加产量，并且提高了芽哨密度，抗病能力也有所增强。本试验证实了植物声频控制技术可提高茶树产量，并且茶叶的感官品质也有改良。关于声频处理对茶树增产提质的生理生化机制，包括营养元素的吸收、运输、转化能力等机理有待于进一步研究与明确。

1.4 试验设计

两个评价指标的较优水平组合为A2B3C3和A2B2C2。在单因素试验中，A2B2C2处理的产量为24.78 g·m-2，经感官评价后其指标达94.6。在上述单因素和正交试验中未出现A2B3C3，为此进一步进行单因素试验进行验证，结果表明，产量为24.84 g·m-2，相比A2B2C2处理产量仅提高了0.06 g·m-2，但是感官评价为93.3，与A2B2C2处理组却降低了1.3。考虑到茶叶生产的实际需要、经济成本和市场需求等因素，综合分析认为提高茶叶产量和感官品质的最佳方案为A2B2C2，该方案处理的茶叶在实现较高产量的同时，具有最高的感官品质，分别比对照组增产12.23%，感官品质提高11.82%。

1.4.1 单因素试验 以茶叶产量为评价指标，选择声频种类、声频播放时间和声频距离这3个影响因素各进行4组水平试验。声频种类分为鸟鸣声(频率范围300～3 000 Hz)、纯交响乐(频率范围340～5 000 Hz)、以蟋蟀叫声为主辅配交响乐(蟋蟀声为主)(频率范围300～5 000 Hz)、交响乐为主辅配蟋蟀叫声(频率范围340～5 000 Hz)4种音乐(交响乐为主)；距离声波助长仪的距离为0～5、5～10、10～15、15～20 m；播放时间取2、4、6、8 h。共设单因素试验12组和空白对照试验1组(CT)，单因素试验设计具体安排如表1。

1.4.2 正交试验 以茶叶产量和感官品质为评价指标，采用单因素试验结果选出的三因素三水平进行L9(34)正交试验设计，测试时间为4月中旬至5月初，具体因素和水平见表2。另外设置空白试验组。茶叶采集参照1.3所述，数据为随机取样的3次重复的平均值。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

单因素试验结果如图1所示。 由图1-A可以看出，在以鸟鸣声为声频调控，距离声波助长仪5～10 m的条件下，播放2 h与对照对茶叶产量的影响无显著性差异(P>0.05)，随着播放时间的延长，茶叶产量逐步提高，播放时间6 h，产量达最高。

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表1 单因素试验设计 Table 1 Single-factor experiment

试验组声频种类声频距离/m播放时间1鸟鸣声5～1011：00～13：0010：00～14：0009：00～15：0008：00～16：002鸟鸣声0～509：00～15：005～1010～1515～203鸟鸣声5～1009：00～15：00纯交响乐蟋蟀叫声为主辅配交响乐交响乐为主辅配蟋蟀叫声

表2 正交试验因素水平 Table 2 Factors and levels of orthogonal experimental design

水平声频种类声频距离/m播放时间1鸟鸣声0～510：00～14：002蟋蟀声为主5～1009：00～15：003交响乐为主10～1508：00～16：00

由图 1-B可知，在播放时间相同(每天09:00～15:00播放6 h)、播放声频为鸟鸣声的条件下，距离声频源不同距离对茶叶产量也有较大的影响，与对照组相比，产量均有增加。随着距离的延长，呈现先增加后下降的趋势。以5～10 m的距离产量最高，每m2可达23.94 g。

由图1-C可以看出，在播放时间相同(每天09:00～15:00播放6 h)、距离声波助长仪5～10 m的条件下，不同声频种类对茶叶产量的影响顺序是蟋蟀声为主辅配交响乐>交响乐为主辅配蟋蟀声>鸟鸣声>交响乐，空白对照组为22.08 g，蟋蟀声为主辅配交响乐组产量最高，显著高于对照组(P<0.05)，达24.78 g，产量提高12.23%，交响乐为主辅配蟋蟀声、鸟鸣声和交响乐处理组产量与对照相比产量分别提高8.92%、8.42%、1.68%。结果表明不同声频种类对茶叶产量有较大的影响。

正交试验各组茶叶产量和感官评价结果如表3所示。对正交试验各组的结果进行分析如表4所示。

图1 3种因素对茶叶产量的影响 Fig.1 Effect of 3 factors on tea yield

植物声频控制技术促进了茶树的营养生长，表现在茶叶产量上，单因素试验结果表明，声频处理组较对照组均有不同程度的增产。正交试验的验证结果表明，以蟋蟀叫声为主辅配交响乐处理8 h，声源距离10～15 m(A2B3C3组)的茶树茶叶产量相比对照可增产达12.50%。该技术在花生、西瓜、豇豆和胡萝卜等蔬菜作物上应用均取得了较好的增产效果[16]。有研究表明适当的声频频率、强度和播放时间可影响植物细胞周期同步化，使大部分细胞呈现于染色体合成状态的S间期并降低染色体配对的G1间期的比例[17]。声波刺激也可造成植物细胞膜的构造发生改变，从而促进细胞分裂[18-19]。另外声波处理可使植物体内的生长素吲哚乙酸(IAA)含量和多胺(PAS)增加，有助于植物的生长[20-21]，提高了ATP合成酶活性使其ATP含量增加，提供了光能利用率从而达到高产高质的效果[4,22]。

2.2 正交试验结果分析

He was a fair-skinned,gentle,polite boy;his hair,done in the “scholar’s style”,was a contrast to Huange’s shaven done,and he stood and sat and moved like a grown-up.

通过以产量和感官评价为指标的统计分析结果可以看出，3个影响因素中声频种类对茶叶产量和感官品质影响最大，且以蟋蟀叫声为主辅配交响乐处理为最优。就茶叶产量而言，声频种类的影响强于播放时间，而声频距离的影响最弱，最有利于茶叶产量指标的主次因素和较优水平为A2C3B3；就茶叶感官品质而言，声频种类的影响强于声频距离，而播放时间的影响最弱，最有利于茶叶品质指标的主次因素和较优水平为A2B2C2。

1、农田林网：依扶沟（渠）、路两侧，在农田周围营造30.27hm2防风林带，形成农田林网，防止大风对农田侵蚀。

表3 正交试验各组茶叶产量和感官评价 Table 3 Yields and sensory scores of teas in orthogonal experiment

编号声频种类声频距离/m播放时间/h产量/g感官评分111122 3386 3212223 9491 5313323 6388 6421324 2896 3522124 6894 0623224 7491 5731223 6890 6832322 7593 0933123 7191 3CT22 0884 6

表4 正交试验结果 Table 4 Results of orthogonal experiment

K值∗产量/g感官评价ABCABCK169 9070 2969 81267 4272 2270 8K273 7071 3871 93279 8277 5276 1K370 1372 0771 99272 9270 4273 2R∗∗3 801 782 1812 47 15 3OrderA>C>BA>B>COptimallevelA2B3C3A2B2C2

注：* K为因素试验结果之和；** R 为极值。

已有研究表明音乐种类、播放时间、音量强弱对植株生长影响最为明显[16]。本试验选取声频种类、播放时间、音量等3种因素对茶树茶叶生长影响进行单因素试验。根据单因素试验结果进行正交试验，以每平方米试验地块采收茶叶重量和感官质量为指标设计三因素三水平正交试验。

3 讨 论

以上结果表明，声频不同播放时间的单因素试验中产量较高的3个水平是4、6、8 h处理，最好的是6 h，声波助长仪不同距离的单因素试验中产量较好的是0～5、5～10、10～15 m，不同音频类型的单因素实验中产量较好的是鸟鸣声、以蟋蟀叫声为主辅配交响乐、交响乐为主辅配蟋蟀叫声。正交试验采用以上试验条件进行正交试验设计。

声波助长仪于采收前两周置于茶地，按试验设计进行处理，于上午同一时间段分别从实验区域内随机挑选2 m2面积的测区健康茶树进行1芽3叶采收，对采取得到的样品分区域编号放置，观察样品嫩叶情况，采摘下来的茶叶在阴凉处平铺适当的阴干到叶子干瘪(防止暴晒)，预热炒茶机，在相同参数条件下烘炒为成品干茶，然后称重，计算产量(以每m2产量g计)。对各区域和处理所得茶叶进行感官评价，参照GB/T 23776-2099茶叶感官审评方法，由经过食品感官分析和评定培训的人员(15人)对冲泡好的茶叶进行观察并品尝，对茶叶的味、形、香、色和叶底等5个方面打分并分别按30%、25%、25%、10%、10%的系数进行计算求得总分。

古时风峪驿道具有重要的交通作用，是晋阳古城西面来往商队或过路旅客的必经之路[12]，周家庄古村在驿道上所处的位置极为重要，从晋阳古城西出太原，到这里可以补充粮草；从娄烦、古交东入太原，在这里可以歇脚打尖。重要的区位作用成为了周家粮铺院建造的主要驱动因素，周家粮铺院在驿道东段的北侧，视野开阔，可以登高远眺，防卫突发事件发生，驿道便利的交通条件，使得粮食的运输更为便捷。在驿道两边，窑洞分布集中，建筑密度大，根据对建筑遗迹的现场调查及对村民的走访询问，了解到村中原有两处大型商业建筑，一处是布料店，还有一处就是周家粮铺院。

4 结 论

(1)本研究通过单因素、三因素三水平的正交试验及验证试验表明，植物声频调控技术对茶树产量和茶叶品质具有积极作用，声频类型因素的影响最为重要，以蟋蟀叫声为主辅配交响乐处理最优。

一是在组织和机构方面，没有建立稳定的信息系统运行维护制度及经费投资渠道，导致已建或在建系统不能充分发挥效益；二是在硬件设备配置方面，由于缺乏既熟悉水利行业特点、专业知识，又拥有计算机信息技术知识的第三方独立咨询机构，大量资金用于购买服务器、建网络等，忽视了系统建设的周期性，急功近利，急于求成；三是在系统维护方面，目前基层部分水利工作人员知识面较窄，尤其是既熟悉水利行业又懂信息技术的复合型人才少之又少，无形中增加了全市水利信息化发展的难度。

(2)综合经济成本、市场需求等因素，较优生产方案为蟋蟀叫声为主辅配交响乐，距离声波助长仪5～10 m，播放时间6 h的对茶树助长效果较佳，其产量为24.78 g·m-2，感官指标达94.6；对照组的平均产量为22.08 g·m-2，感官指标为84.6。较优组合生产方案比对照组增产达12.23%，感官指标提高11.82%。

(3)本研究可作为声控技术在茶叶的生态种植方面推广应用的实践参考，也期望该技术能应用于更多的农作物生产来提高作物产量及品质。

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