不同林龄茶园土壤和茶叶硒含量分布特征及其影响因素

马 蕊，林 勇

(1. 广西职业技术学院，广西 南宁 530226；2. 湖南农业大学，湖南 长沙 410128)

【研究意义】茶不仅是我国居民的重要饮品，同时更具有悠久的茶文化，自古以来就有茶马古道的美誉，可以说茶文化是我国古老文化的一部分[1-3]，对于我国而言，茶叶种植及加工具有悠久的历史，是最早将茶作为饮品的国家之一，茶叶在居民生活中起着重要作用[4]；在社会经济不断繁荣的今天，茶叶依然是重要的饮品，且人们对茶叶品质提出了更高的要求，茶叶作为人们的生活品质追求之一在社会生活中扮演着重要角色[5]。对于我国南方地区而言，其丘陵山地分布较多，水稻等传统农作物种植难以大面积进行，但是其光照等条件利于茶树的生长，因此南方茶树种植面积较大[6-7]，茶树种植成为其主要的农业生产方式，为当地居民提供了重要的经济来源，尤其是在社会生活水平不断提升的今天，人们对茶叶质量需求不断增强，需求的提升也明显促进了茶叶生产的发展。【前人研究进展】对于茶树而言，其具有明显的富硒特性，尤其是多以有机硒的形式存在，这些硒元素作为人体所需的微量元素，能够促进人体新陈代谢等活动，利于人体健康[8]；作为一种非金属元素，硒与人体健康有着密切的关系，直接关乎人体过氧化酶含量，对于酶的形成产生显著制约，不仅能够有效促进细胞膜稳定[9-10]，同时也能够有效促进人体免疫力的提升，提升人体抗癌的能力，同时有效降低铅等重金属的积累[11]；茶树体内的硒成分中有超过80 %的含量以有机硒的形式存在[12]，能够明显促进人体健康。对于茶树而言，其吸收硒元素的来源主要是土壤，土壤中硒的含量直接决定茶树能否获取足够的硒元素[13]，此外，茶树的吸收能力也影响着其对硒元素的利用能力；整体来说，多数茶树种植区土壤并没有充足的硒含量供给，但是恩施、紫阳及石台等地具有大面积的富硒茶园，成为富硒茶的主要产区，因此开展茶树种植区硒的研究具有重要现实意义。【本研究切入点】本文通过实地观测的方式来探究茶树土壤及硒含量的特征分布，并着重从不同树龄的茶树来开展相关研究，分析林龄对硒含量分布的影响。【拟解决的关键问题】有效促进茶树种植，提升茶叶硒含量。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究始于2017年，连续2年实验观测，地点选择：长沙开慧镇金湘园茶叶基地，受到所在地理位置的影响，该区域具有明显的热带季风湿润气候，分布着大面积的红壤，这种土壤的发育来源于花岗岩母质，根据近年来气象资料分析得知，该区域年均气温在20 ℃左右，一般情况下该区域一月最低温度约为零下5 ℃，而八月气温近于40 ℃且炎热干燥，其年均降雨量低于1500 mm，夏季的降雨量占据了全年降雨的70 %。

1.2 样品采集

首先根据不同的树龄来设置4个实验样地，分别为1、5、10、15年树龄来区分不同的茶树林样地，要求样地的长、宽均为20 m，为了降低实验误差，茶树种植区采取基本一致的管理。然后在各个样地内选定9个采点，并借助于四分法进行茶树的土样采集，要求土壤取样深度达到20 cm，之后需要将在不同采点获取的土样进行混合，并将其置于实验室进行风干处理，在过筛之前去除相关的杂质，接下来进行土壤养分含量的测定，借助于烘干法对鲜土含水量进行测定，要求温度达到105 ℃。

1.3 样品测定

对有机质、全磷、全氮含量的测定分别采取加热法、比色法及定氮法进行，对全钾及速效钾含量的测定则借助于光度计法进行[14]。通过HF-HNO3-HClO4消煮法来对土壤的全硒含量开展相应的测定，对于茶叶硒含量的测定则借助于HNO3-HClO4消煮法，同时对消煮液进行过滤处理，定容后通过ICP-MS进行相应指标测定；对于土壤有效硒含量的测定则利用NaHCO3浸提法进行，对上清液首先进行加热处理，之后进行消解过滤，最后通过ICP-MS测定指标[15]。通过本次实验观测获取到了一系列相关数据，然后利用Excel 2007进行整理汇总，接下来再利用SPSS18.0开展相应的统计分析，尤其是方差分析、相关分析等。Excel 2007.0和SAS 8.2进行数据统计和方差分析，单因素方差分析(One-way ANOVA)，Origin9.0作图。

2 结果与分析

2.1 不同林龄茶园形态特征

由表1可知，茶树林生长年龄对其自身特性产生了显著影响。分枝数、冠幅和基径呈一致的变化规律，随着种植年限的增加呈先增加后降低趋势，基本表现为10年生>15年生>5年生>1年生，不同林龄茶树分枝数、冠幅和基径差异均显著(P<0.05)；种植密度随种植年限的增加呈逐渐减少趋势，并且不同林龄茶树密度差异均显著(P<0.05)。整体上看，随着茶树林发育生长和林龄增加，茶树林冠幅、分枝数和基径呈先增加后降低趋势，茶树林密度呈显著降低趋势。

2.2 不同林龄茶园土壤养分

由表2可知，不同林龄茶树林土壤养分含量总体上随着生长年限的增加呈先增加后降低趋势，随生长年限的增加，茶树林土壤养分逐渐升高，在生长年限为10年时，土壤养分含量达到最大，生长年限超过10年以后，土壤养分含量则急剧降低，依次表现为10年生>15年生>5年生>1年生。土壤有机碳变化范围在9.16～15.48 g·kg-1之间，不同种植年限土壤有机碳差异均显著(P<0.05)；全氮变化范围在1.06～1.28 g·kg-1之间，10和15年全氮差异不显著(P>0.05)；土壤全磷变化范围在0.80～0.86 g·kg-1之间，不同种植年限全磷差异不显著(P>0.05)；全钾变化范围在1.26～2.45 g·kg-1之间，5和15年全钾差异不显著(P>0.05)；速效磷和速效氮变化范围在16.59～43.78和53.12～92.17 mg·kg-1之间，5和15年速效磷和速效氮差异不显著(P>0.05)；速效钾变化范围在65.23～123.44 mg·kg-1之间，不同种植年限速效钾差异均显著(P<0.05)。

表1 不同林龄茶树林形态特征

表2 不同林龄茶树林土壤养分

2.3 不同林龄茶园茶叶品质

由表3可知，不同林龄茶树水浸出物、茶多酚、咖啡碱和游离氨基酸总体上随着生长年限的增加呈先增加后降低趋势，随生长年限的增加，茶树林水浸出物、茶多酚、咖啡碱和游离氨基酸逐渐升高，在生长年限为10年时，水浸出物、茶多酚、咖啡碱和游离氨基酸达到最大，生长年限超过10年以后，水浸出物、茶多酚、咖啡碱和游离氨基酸则急剧降低，依次表现为10年生>15年生>5年生>1年生。不同林龄水浸出物、茶多酚、咖啡碱和游离氨基酸差异均显著(P<0.05)。

表3 不同林龄茶园茶叶品质

表4 不同林龄茶园土壤和茶叶全硒和有效硒含量

表5 土壤养分对土壤和茶叶硒含量的影响

2.4 不同林龄茶园土壤和茶叶全硒和有效硒含量

由表4可以看出，土壤全硒含量变化范围在1.62～1.78 mg·kg-1之间，随着生长年限的增加呈先增加后降低趋势，在生长年限为10年时，土壤全硒含量达到最大值，其中5 和15年土壤全硒含量差异不显著(P> 0.05)；土壤有效硒含量变化范围在0.16～0.23 mg·kg-1之间，在生长年限为10年时，土壤有效硒含量达到最大值，其中10和15年土壤有效硒含量差异不显著(P> 0.05)；活化率变化范围在10.32 %～11.57 %之间，在生长年限为10年时，活化率达到最大，其中1年茶园活化率最低(P< 0.05)；茶叶全硒含量、全硒富集系数和有效全硒富集系数随着生长年限的增加呈先增加后降低趋势，在生长年限为10年时，茶叶全硒含量、全硒富集系数和有效全硒富集系数达到最大，并且不同生长年限茶叶全硒含量、全硒富集系数和有效全硒富集系数差异均显著(P< 0.05)。

2.5 土壤养分对土壤和茶叶硒含量的影响

利用Person相关性分析，评价土壤养分对土壤和茶叶硒含量的影响。从表5可知，土壤全硒与有机碳、全氮呈极显著正相关(P<0.01)，与全钾和速效磷呈显著正相关(P<0.05)；土壤有效硒与有机碳和速效磷呈极显著正相关(P<0.01)，与全氮、全钾、速效氮和速效钾呈显著正相关(P<0.05)；活化率与有机碳、全氮、全钾和速效氮呈显著正相关(P<0.05)；茶叶有效硒富集系数与有机碳和全氮呈呈显著正相关(P<0.05)；茶叶全硒和有效硒与土壤理化性质之间相关性未达到显著性水平(P>0.05)。

2.6 不同林龄茶园土壤土壤和茶叶硒含量的主成分分析

在本实验过程中，将土壤理化性质和茶叶品质作为研究的原变量，待提取特征值后进行降维，分析显著的相关变量，通过主成分分析发现，对于第一主成分而言，其特征值的变量解释度为79.214 %，成为最主要的解释变量，前两个主成分的特征值超过了90 %，说明这两个成分是主要的分析指标(表6)；通过因子载荷分析发现(表7)，对土壤硒贡献较大的为有机碳(载荷系数为0.689)和全氮(载荷系数为0.702)，对茶叶硒贡献较大的为水浸出物(载荷系数为0.623)和茶多酚(载荷系数为0.726)。

表6 观测指标总方差分解表

表7 主成分载荷矩阵

3 讨 论

根据茶树生长时间，树龄在1、5年分别称为幼龄林、中龄林；林龄达到10、15年则分别称之为近熟林及成熟林[2-3]。对于幼龄林而言，茶树处于单株生长发育阶段，林木之间的生长竞争较弱，单株逐渐向郁闭转变，所需的肥料相对较少，该林木区域呈现较低的土壤质量；对于成熟茶树林而言，长期生长过程中消耗大量土壤养分，在土壤肥力及活性成分难以改善的情况下，极易出现土壤质量低下的问题；而近熟林具有较快的生长速度，单株茶树之间对光热及养分方面具有较强的竞争，需要大量的土壤养分需求，因此对土壤质量要求较高[16-17]。通过研究得知，不同树龄的茶树区域，其土壤养分也存在较大的差异，但是整体来说在林龄不断增加的情况下其先增后降，尤其是氮、磷、钾等含量，土壤养分含量在林龄10年达到最大，之后随着林龄的增加养分含量逐渐下降，也就是说10年林龄的茶树土壤养分含量最高，其次是15年林龄，而1年林龄的茶树区域土壤养分含量最低，对于全磷而言，尽管树龄不同但是其含量基本变化不大。在茶树生长过程中需要大量的土壤养分，而凋落物的分解速度相对较慢，难以为茶树生长提供充足的有机质转换，因此茶树对土壤养分的吸收需求会加大，随着树龄的增加，养分需求量越大，尤其是在茶树达到成熟林龄之前，当茶树林龄达到15年以后，其对养分需求量相对降低[18-19]。

土壤硒含量主要取决于母岩，成土母质的特性将对其产生直接的影响，土壤理化特征制约着硒元素的聚集，通过实地研究发现，不同树龄的茶树区域，其土壤全硒也存在较大的差异，但是整体来说在林龄不断增加的情况下其先增后降，土壤硒含量在林龄10年达到最大，之后随着林龄的增加其含量逐渐下降，也就是说10年林龄的茶树土壤全硒含量最高，其次是15年林龄，而1年林龄的茶树区域土壤全硒含量最低。也就是说土壤及茶树全硒含量的变化特点与养分变化趋势基本一致，土壤硒含量受到土壤养分含量的直接制约，对于硒元素而言，其具有典型的亲生物特性，存在被氧化迁移的可能性，能够产生较强的次生聚集，同时与镉、铅等产生伴生现象。该研究区域具有较充足的土壤养分，能够为硒元素的富集提供有利条件，成为硒的重要来源之一，因此来说土壤养分充足的情况下有利于茶树硒含量的提升，土壤硒活化率一般在10 %左右，受到南方土壤酸性的影响，其硒的有效度并不是很高，这与以往学者的研究结论基本一致[23-24]。

茶树在生长过程中所需的水分及养分取决于土壤质量，土壤养分是否充足将直接制约着茶树生长状况及茶叶质量，对其色、香、味形成重大影响，茶叶的醇香能够通过提升其甘氨酸来实现，其鲜爽能够通过茶氨酸来实现，茶多酚含量较高将会给茶叶带来苦涩的口感，不利于茶叶品质的提升，研究发现当茶多酚含量在20 %以下才不会影响茶叶口感[25]，此外，茶树氮含量将会对茶多酚产生影响，氮含量过低将会提升多酚含量，进而对茶叶口感产生不利影响。磷在茶树光合作用过程中成为不可或缺的成分，在酶的促进下能够加速能量传递，对于茶叶增香具有良好的促进作用；不少学者通过研究发现，茶叶硒含量的提升有利于茶叶口感的提高[23-25]。本研究通过实地观测研究分析得知，在土壤养分上升的情况下全硒含量也随之增加，二者具有显著的正相关关系，但是全硒、有效硒与土壤理化性质之间并无显著相关性；通过主成分分析得知有机碳、全氮能够促进土壤硒含量的提升，其载荷系数分别为0.689、0.702；而水浸出物、茶多酚能够促进茶叶硒含量的提升，其载荷系数分别为0.623、0.726；综合来看，在土壤硒含量不断提升的情况下茶叶中硒含量随之明显增加，因此在茶树种植过程中可采取施有机肥的形式来促进土壤硒含量的提升，加强茶树对硒的富集能力，有机质能够富集大量的硒元素，同时有机肥能够对土壤pH产生提升作用，从而对硒元素流失产生明显的降低作用。