茶树体内硫的分布特征及施硫对茶叶产量和品质影响研究

2016-12-15潘建义洪苏婷张友炯朱跃进廖万有韩文炎

茶叶科学 2016年6期

潘建义，洪苏婷，张友炯，朱跃进，廖万有，韩文炎

1. 中国农业科学院茶叶研究所，浙江杭州 310008；2. 浙江省丽水市农业局，浙江丽水 323000；3. 浙江省淳安县文昌镇人民政府，浙江淳安 311705；4. 浙江省建德市农业局；浙江建德 311600；5. 浙江省义乌市农技推广服务中心，浙江义乌 322000；6. 安徽省农业科学院茶叶研究所，安徽祁门 245600

潘建义1,2，洪苏婷3，张友炯4，朱跃进5，廖万有6，韩文炎1*

采用田间试验和调查，对茶树体内硫的分布特征及施硫对茶叶产量和品质的影响进行了研究。结果表明，茶树体内以吸收根和新梢等生命活动旺盛的部位硫含量较高，成熟叶片次之，主干和主根硫含量最低；施硫后茶树吸收根和新梢硫含量显著提高，而主根和主干变化不大。新梢一芽二叶硫含量（Y）与土壤有效硫含量（X）呈极显著正相关（Y=5.6043X+1903.6，P＜0.001）。幼龄茶树施硫后树高、树幅、主干直径、分枝数、百芽重等均有显著增加。成龄茶园施硫后增产幅度在－2.1%～25.0%之间，平均10.8%；茶叶品质成分氨基酸、茶多酚和水浸出物含量有不同程度提高，其中氨基酸提高明显，酚氨比降低。从施硫增产幅度与施硫前土壤有效硫含量的函数关系式得出茶园土壤缺硫临界值为27.4mg·kg-1。使用硫磺粉能明显提高表层土壤有效硫含量，但土壤pH降低，且随施硫量的增加，pH降幅增大。因此，科学合理施硫对于促进茶叶生产的持续健康发展十分必要。

茶树；硫；分布特征；缺硫临界值；产量；品质

硫是茶树必需的营养元素之一，与氮、磷、钾和镁一起合称茶树生长发育的“五要素”。硫不仅是蛋氨酸、胱氨酸和半胱氨酸等多种氨基酸的组成元素，而且与维生素和叶绿素的合成有关。已有试验表明，当茶树缺硫时，叶色变黄，叶脉严重失绿，叶片变小，新梢节间变短，从而明显影响茶叶产量和品质[1]。随着茶叶产量的不断提高，以及硫酸铵、过磷酸钙等含硫肥料使用量的日益减少，取而代之的是尿素、含磷铵的高浓度复合肥等，茶树缺硫现象日趋明显。据韩文炎等[2]的研究表明，在过去十多年间，茶园土壤有效硫含量的平均降幅达32.8%；苏浙皖三省有效硫含量低于40mg·kg-1的土壤从31.2%增加到46.1%。印度茶园土壤有效硫在4～129mg·kg-1之间，其中阿萨姆邦的Tinsukia县有47%的土壤有效硫含量低于20mg·kg-1[3]。茶园施硫能明显提高茶叶产量和品质[4-6]，日本、斯里兰卡、肯尼亚、马拉维和东非等国已把施硫作为茶园养分管理的重要技术措施，如日本要求催芽肥使用硫酸铵，而不是尿素；斯里兰卡针对幼龄和改造茶园的复混肥必须含有硫，其中幼龄茶园复混肥N∶P2O5∶K2O∶S比例高达1∶1∶1∶2，改造茶园为6∶1∶6∶1；肯尼亚复混肥中它们的比例为5∶1∶1∶1[1,7]。

以往对于茶园硫肥效应的研究，采用的肥料多为含硫肥料，如硫酸铵、硫酸镁或硫酸钾等，由于元素间的平衡和协同效应等原因，这些肥料的效果往往较好。在不同的硫肥品种中由于硫磺粉价格便宜，成为硫肥的首选。硫磺粉施入土壤后被氧化为H2SO4，可导致土壤pH下降。因此，硫磺粉在碱性土壤中施用在提高钙和磷的有效性上效果较好[8]。但茶园土壤本身酸性较强，特别是目前我国茶园土壤酸化严重[9-10]，施用硫磺粉是否合适值得探讨，因此，了解茶园应用硫磺粉的增产提质效果及其对土壤性质的影响，对于茶园合理使用硫肥十分必要。本文通过系列试验研究了硫在茶树体内的分布特征、土壤硫状况与茶叶硫含量的关系，以及不同土壤条件下硫肥的增产提质效果及其对土壤基本性质的影响，以期为茶园合理施硫提供理论依据。

1 材料与方法

1.1茶树体内硫的分布

1.1.1茶树体内硫的分布特征研究

2000年4月在中国农业科学院茶叶研究所茶园中，对5年生龙井43进行茶树体内硫的分布特征调查。取代表性茶树3丛，作为3个重复，分别用锄头将茶树连根挖起，根据茶树根、茎和叶不同成熟度分成主根、一级侧根、二级侧根、吸收根、主干、生产枝、不同叶位叶片；茶籽取自同年10月。所有样品先用自来水清洗，然后用去离子水淋洗后于60℃恒温烘干，用不锈钢粉碎机磨细后待测。

1.1.2施硫对茶树体内硫的分布变化研究

2003年在安徽祁门对施硫后茶树体内不同部位硫含量的变化进行了研究，分别采集施硫0、45、90 kg·hm-2等3个处理2年后的茶树新梢、成叶、生产枝、主干、主根和吸收根样品。取样方法及处理同1.1.1章节。

1.2茶树新梢硫含量与土壤性质关系的研究

2002年4月底和5月初，同时采集174个茶园的茶叶和土壤样品，采集地主要分布在浙江丽水、杭州、绍兴和金华等地，少量分布在江西上饶地区。每个茶园选择有代表性区域3点，每点约10 m2，分别采集一芽二叶春梢及0～20cm土样，将3点采集的样品混合作为该茶园的茶样和土样。分析项目包括春梢硫含量，土壤pH、有机质、全氮、有效磷、交换性钾和有效硫。采用双变量相关分析法研究新梢硫含量与土壤基本性质的关系。174个土样的基本性质和春梢硫含量统计结果见表1。

表1　供试土壤基本性质和新梢硫含量Table 1 Basic information of the tested soils and S concentration in collected tea shoots

1.3施硫对茶树生长发育影响的试验

试验在浙江丽水城郊水阁村进行，供试土壤成土母质为河流冲积物，质地为砂土，有效硫含量为12.0mg·kg-1；茶树品种为2年生乌牛早。试验设2个处理：施硫（S）60 kg·hm-2和不施硫（CK），试验硫肥为硫磺粉，2001年秋季作基肥与复合肥一同施入。所用复合肥N、P2O5和K2O含量均为15%，不含硫，施用量为300 kg·hm-2。除基肥外，各处理于2002年3月底和5月底各施尿素一次，每次用量为150 kg·hm-2。2002年秋每个处理随机测定树高、树幅、离地5cm主干直径、分枝数、新梢一芽二叶百芽重和百片成熟叶重。

1.4施硫对茶叶产量和品质影响的试验

试验点共12个，包括中国农业科学院茶叶研究所2个点和绍兴御茶村、兰溪茶场、龙游大鼓山茶场、云和朱村、丽水西郊水阁村、龙泉红旗茶场、江苏无锡市茶叶研究所、江西上饶良种场、安徽农业科学院茶叶研究所和东至茶场等各1个点，除丽水西郊水阁村为2年生的幼龄茶园外，其他试验点均为成龄茶园，试验茶园土壤的基本理化性质见表2。

安徽农业科学院茶叶研究所设3个处理，即S0、S45、S90，相应的施硫（S）量分别为0、45、90 kg·hm-2，其它各点均设2个处理，即S0、S60，相应的施硫（S）量分别0、60 kg·hm-2。所用硫肥均为硫磺粉。除施硫量有区别外，各点不同处理均施等量氮磷钾养分。N、P2O5和K2O年施用量分别为450、225、225 kg·hm-2，施用的肥料为尿素、钙镁磷肥和氯化钾。硫磺粉与全部磷钾肥和30%的氮作为基肥于每年10月初开沟施入，其余氮肥分3次追肥，分别于3月初、5月中和7月初按30%、20%和20%的比例施入。

试验小区面积在45～200 m2之间，重复3～4次。试验于2000～2003年间进行，各点均试验2年。试验所得产量为二年的平均值；测定品质的一芽二叶样品取于春茶或夏茶，鲜叶先用微波炉杀青至基本干燥后，送实验室在60℃条件下烘至足干，然后用不锈钢粉碎机磨细后检测品质成分。

表2　试验茶园土壤的基本理化性质Table 2 The basic characteristics of soils in trial fields

1.5施硫对土壤有效硫和pH影响的试验

观察研究在试验1.4的杭州2个试验点以及丽水、龙泉、无锡和祁门点进行，在施硫试验2年后取0～20cm和20～40cm土壤样品测定分析pH、有效磷和有效硫含量的变化。

1.6检测方法

土壤pH用蒸馏水浸提，土液比为1∶1，玻璃电极法测定。土壤有机质和全氮采用Elmentar VarioMax CN自动分析仪测定。土壤有效硫用含P 500mg·L-1的磷酸二氢钙溶液浸提，土液比为1∶5；土壤有效磷用Bray 1（0.03 mol·L-1NH4F-0.025 mol·L-1HCl）提取，土液1∶10；交换性钾用1 mol·L-1pH 7.0的乙酸铵浸提，土液比1∶10，振荡提取时间均为0.5 h。植物全硫用硝酸和高氯酸消化。提取或消化溶液中的硫、磷、钾浓度用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）测定[1]。茶叶氨基酸、茶多酚、咖啡碱和水浸出物含量采用国标法测定[11-13]。

所有测定均重复2～3次。

1.7数据处理

所有分析结果以干重为基准表示。方差分析采用数理统计软件SPSS 19运算，处理间平均数的比较用最小显著差数法（LSD）。图表中的数据用平均值±标准差（SD）表示。

2 结果与分析

2.1硫在茶树体内的分布特征及施硫的影响

表3表明，茶树体内不同部位硫含量有非常显著的差异，以吸收根最高，达3.07mg·g-1，其次为新梢、二级侧根、成熟叶、老叶、茶籽、嫩茎、生产枝和一级侧根，主干和主根最低，分别为0.23、0.27mg·g-1。除个别部位如一芽一叶与第六叶、新梢第二叶与第三叶、新梢第四叶与第五叶、成熟叶与老叶、一级侧根与生产枝等无显著差异外，其余均达显著差异。茶树新梢中硫含量以幼嫩芽叶较高，随着叶片的成熟逐渐降低，但当叶片成熟度进一步提高后，又有所升高，而老化的叶片又降低。这说明成熟叶片具有贮藏硫养分的能力。茶树根茎硫含量也随其老化而降低。可见，茶树体内的硫有向生命活动旺盛部位迁移的特性，并随着茶树器官的老化，部分硫能被再度利用。

对施硫后茶树不同部位硫含量变化的观察表明（图1），施硫量0、45、90 kg·hm-23种处理（分别用S0、S45和S90表示）间新梢一芽二叶硫含量有显著差异（P＜0.05），S90和S45新梢硫含量比S0分别提高了22.4%和9.7%；S90和S0间的成熟叶、生产枝硫含量也有显著差异；施硫处理吸收根硫含量比对照均有显著提高，但主干和主根的不同处理间硫含量差异不显著。可见，土壤施硫后茶树吸收的硫优先输送到茶树生长活跃的区域，而向成熟部位输送的较少。

表3　茶树体内不同部位硫含量Table 3 S contents in different parts of tea plants

2.2茶树新梢硫含量与土壤基本性质的关系

对174个茶园一芽二叶春梢硫含量与对应茶园0～20cm土壤pH、有机质、全氮、有效硫、有效磷和有效钾含量相关性的分析表明，新梢一芽二叶硫含量（Y）与土壤有效硫含量（X）呈极显著线性正相关（图2），相关方程为Y=5.6043X+1903.6（R2=0.125，P＜0.001）。新梢硫含量与土壤pH和有效磷含量也呈极显著正相关，相关系数分别为0.226（P=0.003）和0.201（P=0.008），但与土壤有机质、全氮和交换性钾的相关性不明显。表明pH和有效磷含量可能会影响土壤有效硫含量，或影响茶树对硫的吸收。

2.3施硫对幼龄茶树生长发育的影响

幼龄茶树施硫一年后，树高、树幅、主干粗度、分枝数、一芽二叶新梢百芽重和百片成熟叶重均显著或极显著高于不施硫的茶树（表4）。可见，在明显缺硫的茶园土壤中施硫对于促进茶树生长发育，加速成园，提早投产是十分有益的。

2.4施硫对茶叶产量和品质的影响

试验表明在施用氮磷钾三要素的基础上，茶园增施硫肥具有明显的增产提质效果（表5）。除浙江兰溪和安徽东至试验点因土壤有效硫含量较高无增产效果外，其他各试验点施硫的增产幅度达5.3%～25.0%，其中，杭州(1)、丽水、云和、无锡和祁门点的产量差异达显著水平（P＜0.05）。除增产效果外，施硫对茶叶品质成分的氨基酸、茶多酚、咖啡碱和水浸出物含量也有一定的影响，其中龙泉和无锡点的茶叶氨基酸含量、祁门点S90茶叶水浸出物含量与对照相比均有显著差异。试验还表明，施硫对提高茶叶氨基酸含量的效果比茶多酚明显，从而导致施硫后茶叶酚氨比有不同程度降低，12个试验点中有10个点的茶叶酚氨比下降。显然，这对提高绿茶品质有利。另外对龙泉试验点鲜叶机械组成和百芽重的测定表明，施硫对鲜叶正常芽叶占总采摘芽叶的比例影响不大，但对提高百芽重有一定的效果，施硫处理一芽三叶百芽重为39.4g，而对照仅为36.2g。

图1　施硫对茶树体内不同部位硫含量的影响Fig. 1 Effect of S application on S concentrations in different parts of tea plant

表4　施硫对幼龄茶树生长发育的影响Table 4 Effects of S application ongrowth and development of young tea plants

图2　新梢一芽二叶硫含量与土壤有效硫含量的关系Fig. 2 Relationship between S contents available in tea shoots and soil

图3　施硫增产幅度与土壤有效硫含量的关系Fig. 3 Relationship between relative tea yield and S contents in soil

对茶叶产量增幅与0～20cm土壤有效硫含量相关性的分析表明，两者呈极显著幂函数关系（图3），相对产量（施硫区产量占对照区产量的百分比）（Y）与土壤有效硫含量（X）的拟合方程为Y=142.39X-0.078（R2=0.803，n=12，P＜0.001），可见土壤有效硫含量越低，施硫增产效果越好。考虑到试验中产量增幅大于10%时一般达到显著差异，因此产量增幅10%时的土壤有效硫含量27.4mg·kg-1可作为茶园土壤缺硫临界值。

2.5施硫对茶园土壤有效硫含量和pH的影响

分析结果表明，土壤施硫后有效硫含量均有明显提高（图4），其中以0～20cm的表层土壤提高幅度较大，测定的6个点除杭州（2）因变异系数较大差异不明显外，其余各点增幅均达显著差异；而20～40cm的土壤有效硫含量虽有提高，但均未达到显著性差异。

表5　施硫对茶叶产量和品质的影响Table 5 Effects of S application on tea yield and quality

图4　施硫对茶园土壤有效硫含量的影响Fig. 4 Effect of S application on S content in teagarden soil

图5　施硫对茶园土壤pH的影响Fig. 5 Effect of S application on soil pH in teagardens

3 讨论

3.1硫在茶树体内的分布及再利用特性

植物体内的硫以有机态和无机态存在，其中极大多数为组成蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸或蛋白质的有机态硫。所以，茶树体内游离氨基酸和蛋白质含量高的器官硫含量较高。本试验结果表明，茶树生长活跃的部位，如吸收根和幼嫩新梢硫含量较高，随着枝杆和根系成熟度的提高硫含量呈逐渐降低的趋势，导致生命活动较弱的部位主干和主根硫含量最低（表3）。当土壤施硫后，茶树吸收的硫优先向生命活动旺盛的部位迁移，表现为新梢和吸收根硫含量显著提高，而主干和主根变化不大（图1）。但是新梢不同叶位硫含量并没有随成熟度提高而不断降低，而是表现为波浪形变化，新梢一芽一叶较高、第二叶和第三叶逐渐降低，第四、第五和第六叶又逐渐提高，此后随着叶片成熟度的提高又呈现降低的趋势，导致第6叶硫含量甚至略高于新梢一芽一叶（表3）。Subramanya等[14]对印度茶园的研究表明，成熟叶的硫含量高于新梢，叶勇等[4]也发现新梢生长到一芽五叶时硫含量最高。这说明叶片具有贮藏硫养分的能力，也可能与叶片成熟过程中增加的硫部分来自大气有关，因为随着叶片表面积的增大，从大气中吸收的硫会持续增加[15]。一般认为，硫在植物体内的再利用特性较差，所以，当植物缺硫时总是在幼嫩叶片中先表现出来。但本试验的结果表明，老叶的硫含量极显著低于第六叶，前者仅为后者的57.2%，说明硫仍具有一定的再利用特性。茶树叶片硫的贮藏和再利用特性还与其是否缺硫有关，当茶树硫养分供应良好时，新梢和成熟叶硫含量差异不大[16]。只有当硫养分不太充足时，成熟叶片中的硫才会转移到新梢中，导致成熟叶硫含量降低。如韩文炎等[17]的研究表明高产茶园成熟叶片的硫含量为2.08mg·g-1，而中产和低产茶园分别为1.63和1.17mg·g-1。所以，新梢和成熟叶片硫含量的差异，也可作为茶树是否缺硫的诊断指标。

3.2茶园土壤缺硫临界值

目前，还没有明确的土壤缺硫临界值，但一般认为用含磷 500mg·kg-1的Ca(H2PO4)2溶液提取的土壤有效硫含量临界值在12～20mg·kg-1之间[18-21]。对于茶园土壤，这方面的报道较少，且存在较大的差异，如Saha等[22]认为印度大吉岭地区土壤缺硫临界值为20～30mg·kg-1，而Ghosh等[23]认为是40mg·kg-1。据韩文炎等[2]对不同产量水平茶园土壤有效硫含量的测定表明，高产茶园＞中产茶园＞低产茶园，如江苏高产、中产和低产茶园有效硫含量分别为59.9、47.5和30.2mg·kg-1。和其他偏微酸或中碱性的土壤相比，茶园土壤pH较低，对SO42-的吸附能力较强[2]，所以茶园土壤缺硫临界值可能相对较高。本试验的结果表明，在土壤有效硫含量为12mg·kg-1左右的砂土施硫有十分明显的增产提质效果，即使有效硫含量40mg·kg-1左右的土壤也有一定的效果（表5）。从施硫增产幅度与土壤有效硫含量的相关方程可知，有效硫含量低于27.4mg·kg-1的土壤施硫具有显著的增产效应，这一数值可作为茶园土壤缺硫的临界值。

3.3茶园施硫的增产提质效果

大量的研究表明，施硫能提高茶叶产量和品质[4-5,24-27]，茶叶增产幅度在1%～132%之间，但极大多数为5%～20%。如叶勇[4]报道施硫后游离氨基酸含量显著提高，但茶多酚、可溶性糖和淀粉含量有所降低。吴洵[28]的研究表明施硫提高了茶叶香气成分香叶醇、沉香醇、β-紫罗兰酮的含量。李杰等[5]发现施硫提高了氨基酸、水浸出物和抗坏血酸含量，但茶多酚含量降低。国外对红茶的研究表明，施硫后茶叶中茶黄素、茶红素含量和汤色亮度等均有改善，从而有利于红茶品质[25-26]。本试验的结果表明，施硫后茶园增产幅度在－2.1%～25.0%，平均10.8%；茶叶品质成分氨基酸、茶多酚和水浸出物含量均有不同程度提高，其中氨基酸提高明显，酚氨比降低。这可能与硫是氨基酸的组分有关，当茶树硫养分改善后，原先受抑制的氨基酸代谢首先恢复。进一步研究表明，施硫改变了茶树生理代谢，硝酸还原酶和苯丙氨酸解氨酶活性增强，促进了氮代谢，但多酚氧化酶活性和茶多酚代谢受到一定的抑制[4-5]。施硫对提高叶片叶绿素含量、光合作用强度、氮和磷的吸收也有一定的作用[4]。

施硫对茶叶产量和品质的作用与土壤有效硫含量关系密切外，还与硫与氮磷钾的比例、硫肥种类和硫肥颗粒的大小等有关。如斯里兰卡Ananthacumaraswamy等[29]的长期定位试验结果表明，有效硫较高的土壤等氮施尿素和硫酸铵，茶叶产量和品质没有显著差异。Gohain等[27]对不同品种硫肥的研究表明，以石膏粉的增产效果最好，硫酸铵次之，硫磺粉也能取得较好的效果。但硫磺粉的细度要求在0.5 mm以下[30]。大田试验硫肥施用量一般在40～160 kg·hm-2之间，以40～80 kg·hm-2的效果较好[31]。因为过量使用不仅有可能导致硫与其他养分，如与氮、磷和钾的比例失调，而且还会大幅降低土壤pH。本试验的结果表明，随着硫磺粉施用量的增加，土壤pH的降幅增加，施硫 60 kg·hm-2的处理表层土壤pH平均降幅达0.53个单位。因此，对于pH较高（如6.0以上）的土壤来说，适当降低pH有利于茶树的生长发育，但对于目前多数茶园土壤pH已低于4.5[9]则需要十分小心，pH过低不仅会导致土壤生物多样性降低[32]，营养元素的平衡遭到破坏，甚至可能会增加铅等重金属元素的生物有效性[33]，从而不利于茶叶生产的持续健康发展。所以，对于酸化严重的土壤，不要使用硫酸铵，以施有机肥、过磷酸钙、硫酸钾和硫酸镁较好；施硫量控制在60 kg·hm-2以下，并配合氮、磷、钾和镁肥，以促进养分的平衡吸收，充分发挥硫肥的效果。

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Characteristics of Sulphur Distribution in Tea Plant and the Effect of Sulphur Application on Tea Yield and Quality

PAN Jianyi1,2, HONG Suting3, ZHANG Youjiong4, ZHU Yuejin5, LIAO Wanyou6, HAN Wenyan1*
1. Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310008, China; 2. Agricultural Bureau of Lishui City, Lishui 323000, China；3. People's Government of Wenchang Town in Chunan County of Zhejiang Province, Chun′an 311705, China；4. Agricultural Bureau of Jiande City, Jiande 311600, China；5. Agricultural Extension and Service Center of Yiwu City, Yiwu 322000, China; 6. Tea Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Qimen 245600, China

By using field experiment and survey, the characteristics of sulphur (S) distribution in tea plant and the effect of S application on tea yield and quality were studied. The results showed that S was mainly distributed in the active parts of tea plant, such as new shoots and feeding roots, followed by mature leaves, trunk and main roots were among the lowest. S contents in shoots and feeding roots were significantly increased after S application.However, the trunk and main roots had no significant change. The S concentrations in one bud and two leaves (Y) had a significant and positive correlation with the S contents available in soil (X), with the equation of Y=5.6043X+1903.6 (P＜0.001). S powder as a fertilizer could significantly increase height, width, thickness of trunk, number of branches and 100-shoot weight of tea plants. The increasing rate of S application in tea yield ranged from－2.1% to 25.0% with an average of 10.8%. Tea quality components including free amino acids, polyphenols and water extracts were also increased. The increase of amino acids (AA) was higher than that of tea polyphenols (TP), resulting in a lower ratio of TP to AA. The correlation equation of increased ratio of tea yield after S application and S content available in soil before S application showed that the soil threshold of S deficiency was 27.4mg·kg-1. S powder application could significantly increase available S contents in 0-20cm soil, but reducing soil pH. From these results, it could be concluded that rational application of S fertilizers is important for sustainable development of tea production.

tea plant, sulphur, distribution characteristics, S deficient threshold, tea yield, quality

S571.1；S143.7+9

1000-369X（2016）06-575-12

2016-07-11

2016-07-22

中国农业科学院创新团队（CAAS-ASTIP-2015-TRICAAS-08）、浙江省三农六方（CTZB-F150922AWZ-SNY1-15）、国家自然科学基金（41171218）。

潘建义，男，农业推广硕士，高级农艺师，主要从事茶树新品种及茶叶新技术推广研究。*通讯作者：hanwy@tricaas.com