茶园土壤特性差异对武夷水仙生长及鲜叶品质形成的影响

叶江华 胡文文 张奇 张渤 汪鹏 罗盛财 王海斌 贾小丽 何海斌

摘  要：本研究以武夷山御茶园、龟岩和旗山3个种植区的水仙茶树为研究对象，测定了土壤理化性质和土壤酶活性、水仙生长光合指标以及叶片品质指标，探讨武夷山茶园土壤对水仙茶树生长与品质的影响。结果表明，旗山茶园土壤总氮和有效氮高出一级肥力标准37%和45%，总磷和有效磷高出62%和38%，而有机质比一级肥力标准低44%。御茶园的有机质是旗山的2.35倍。除了过氧化氢酶活性，5个土壤酶活性趋势为御茶园>龟岩>旗山，且存在显著性差异（P< 0.05），土壤酶活性与pH、氮磷呈负相关，与钾和有机质呈正相关。水仙生长光合指标总体趋势为旗山>龟岩>御茶园，且与土壤pH、总氮和有效氮均呈正相关，与有机质呈负相关，与过氧化氢酶之外的4种土壤酶活性呈负相关。鲜叶品质指标总体趋势为御茶园>龟岩>旗山。御茶园鲜叶的茶氨酸、游离氨基酸、儿茶素和茶多酚含量分别是旗山的1.93、1.64、1.57和1.54倍。除咖啡碱外，6个品质指标与土壤pH、氮磷、过氧化氢酶活性呈负相关，而与钾、有机质和其他5个土壤酶活性呈正相关。大多品质指标与生长光合指标呈负相关。总之，高氮使局部土壤pH上升和过氧化氢酶活性增强，虽有利于茶树生长，但降低了其他酶活性，使养分循环转化利用降低，进而影响了叶片光合作用，降低了初生代谢和次生代谢物质合成，品质下降。因此，应以“减氮控磷补钾，增加有机质”为管理措施，以提高武夷水仙品质。

关键词：武夷水仙;土壤理化性质;土壤酶活性;茶叶品质

中圖分类号：S571.1      文献标识码：A

Abstract： In this study， tea trees of Wuyi Shuixian （Camellia sinensis） growing in three tea plantations， namely， Yu， Guiyan and Qishan were selected as the materials. The physico-chemical properties and enzyme activities of tea soils， and the growth and photosynthesis， and the quality indexes of tea leaves were determined. And the relationship of the indexes was analyzed. The results showed that in Qishan plantation， the total nitrogen and available nitrogen were 37% and 45% higher， and total phosphorus and available phosphorus were 62% and 38% higher than the first-grade fertility standard. While organic matter was 44% lower than the first-grade fertility standard. The organic matter of Yu was 2.35 times than that of Qishan. The trend of five soil enzymes activity was generally Qishan > Guiyan > Yu， except catalase activity， and there were significant differences （P<0.05） among the three tea plantations. The enzymatic activity of five enzymes in the soil was negatively correlated with pH value and N， P contents， and positively correlated with K and organic matter contents. The trend of growth and photosynthetic indexes was generally Qishan> Guiyan>Yu， and was positively correlated with pH value and N content and negatively correlated with organic matter content， and with activity of urease， acid phosphatase， polyphenol oxidase， and protease. The quality indexes of fresh tea leaves was generally Yu > Guiyan > Qishan. The content of theanine， free amino acid， catechin， and tea polyphenols in fresh leaves of Yu was 1.93， 1.64， 1.57 and 1.54 times than that of Qishan， respectively. The 6 quality indexes （except caffeine） were negatively correlated with pH value， NP， and catalase activity， and positively correlated with K， organic matter and 5 soil enzyme activity. Most of the quality indexes were negatively correlated with the growth and photosynthetic indexes. The results suggested that higher nitrogen increased the pH value and enhanced catalase activity of the soil， which was beneficial to the tea growth， whereas decreased other soil enzyme activities， which resulting in low recycling and utilization of nutrients and organic matter， in turn affected leaf photosynthesis， reduced the synthesis of primary and secondary metabolites， then decreased the quality of tea leaves. The management measures of "reducing nitrogen， controlling phosphorus and supplementing potassium， and increasing organic matter" should be adopted to improve the quality of Shuixian tea in Wuyishan plantation.

Keywords： Wuyi Shuixian; soil physico-chemical property; soil enzyme activity; tea quality

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.09.017

我国产茶区众多，茶叶地域性特征明显。借助于现代仪器分析技术，品种和产地的特征性近年来也不断得以证明，如武夷岩茶[1-2]、西湖龙井[3-6]、云南普洱茶[7]等。武夷岩茶历来有“正岩、半岩和洲茶”之区别，其品质有“正岩为上，半岩为中，洲茶为下”之传统说法[8-11]。然而，正岩区位于武夷山国家双世遗保护区，严禁新开垦茶园和扩大种植面积，因此正岩茶产量有限，远不能满足消费者对岩茶的需求。洲茶区成为武夷岩茶的主产区，其茶品质特征形成及改善是武夷岩茶研究的关键。武夷山生态自然环境是形成武夷岩茶优异品质的重要原因[12-13]，其中土壤是影响茶树生长及其茶叶品质的主要因素之一。姚月明[10]的分析结果表明，正岩区茶园土壤磷钾最高，其次是半岩区，最低是洲茶茶园，而茶园氮素含量正好相反。孙威江等[14]研究表明，丹岩区与名岩区茶园土壤钾、锌、交换性镁含量和pH差异极显著，鲜叶锰、锌、镁含量差异极显著，认为适当增施有机肥和钾肥、锰肥、锌肥和镁肥能提高武夷岩茶香气物质含量。林贵英[15]分析结果表明，正岩区茶园土壤有效镁和速效钾的含量较高，各理化指标均衡，符合茶园土壤中矿质元素的合理比例，镁和钾元素有助于提高茶树橙花叔醇、橙花醇、雪松醇等特征香气组分的含量。大量研究表明，通过施肥措施调控土壤肥力，增强土壤酶活性，改善土壤结构，可以有效提高茶叶产量和品质[16-20]。而对不同种植区武夷岩茶各品种茶园土壤特征，及其对茶树生长、叶片品质影响研究较少[21-24]。本文以武夷山不同区域种植的水仙茶树为研究对象，比较分析其土壤理化性质、土壤酶活性及茶树生长光合与品质指标，以期为不同茶园的施肥调控产量和品质提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  采样茶园概况

采样茶园为武夷山具有政府资质的三个茶树种质资源保护区，即御茶园（27°38′42″～ 27°38′45″N，117°56′38″～117°56′44″E，属正岩区），龟岩茶园（27°36′26″～27°36′34″N，117°57′52″～ 117°58′1″E，屬半岩区），旗山茶园（27°42′51″～ 27°42′97″N，117°59′58″～117°59′86″E，属洲茶区）。2014年4—5月茶叶采摘季节采集样品。

1.2  方法

1.2.1  土壤采样与指标测定  土壤采用等距离取样法，水仙长条形种植区划分为五等分，取各等分中心的3株茶树为1个样本，共取3个土壤样本。以茶树主根为中心，取半径为20 cm，深度为5～35 cm的土层土壤。采用《土壤酶及其研究法》[25]中的方法分别测定新鲜土壤样品的蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和蛋白酶活性，3次重复。土壤样品经自然风干，碾碎，去除杂物，过60目筛，采用四分法取1 kg样品用于测定。土壤理化指标的测定参照《土壤农化分析》[26]，测定土壤pH、总氮、总磷、总钾、有效氮、有效磷和有效钾。土壤有机质含量参照NY/T 85-1988《土壤有机质测定法》中的重铬酸钾-硫酸消化法测定，3次重复。土壤肥力参照NY/T 853-2004《茶叶产地环境技术条件》评定。

1.2.2  茶树叶片生长及光合相关指标测定  随机选取成熟新梢20个计算叶片数为着叶数，3次重复。随机选取20片成熟新梢叶片，测量叶长、叶宽，叶面积=叶长×叶宽×0.7，3次重复。随机放置0.1 m2的测定框，计算框内的发芽密度，6次重复。随机选取3～4叶芽梢100个，称量即为百芽重，3次重复。随机选取新梢第二片功能叶，光合指标采用LI-6400XT便携式光合仪（美国LI-COR）测定，叶绿素含量采用SPAD 502 PLUS叶绿素仪（日本柯尼卡美能达）测定，选择有阳光的上午，9：00—11：00测定，6次重复。

1.2.3  茶树叶片品质指标测定  采用等距离取样法，将长条形水仙种植区五等分，以位于每等分中心位置的5株茶树标记为1个样本，共3个样本，并取成熟新梢叶片。以顶叶小开面，一芽三叶为采摘标准。鲜叶105 ℃杀青15 min，80 ℃烘干至恒重，研磨、过60目筛，备用。茶多酚和儿茶素、游离氨基酸、茶氨酸、咖啡碱、水浸出物的含量分别根据国家标准GB/T 8313-2008、GB/T 8314-2013、GB/T 23193-2008、GB/T 8312-2013、GB/T 8305-2013进行测定。参照《植物生理生化实验原理和技术》[27]中的方法测定可溶性糖含量。

1.3  数据处理

采用Excel 2010软件进行数据统计与方差分析，采用DPS 7.05软件进行差异显著性及相关性分析。

2  结果与分析

2.1  水仙茶树土壤理化指标分析

水仙茶树土壤理化指标分析结果见表1。结果表明，土壤pH值在4.72～4.97之间，符合茶树最适酸度条件，呈现旗山>龟岩>御茶园的趋势，且三者之间存在显著性差异（P<0.05）。根据NY/T 853-2004《茶叶产地环境技术条件》，3个茶园氮磷均达到茶树生长的一级肥力标准。氮素呈现旗山>龟岩≈御茶园的趋势，总氮和有效氮分别比一级肥力标准（1.0 g/kg和100 mg/kg）高17%～37%和30%～45%。总磷趋势为旗山>龟岩≈御茶园，比一级肥力标准（0.6 g/kg）高43%～62%。有效磷趋势为旗山≈龟岩>御茶园，比一级肥力标准（10 mg/kg）高20%～38%。钾素在御茶园和龟岩达一级肥力标准。御茶园的总钾和有效钾分别比一级肥力标准（10 g/kg和120 mg/kg）高30%和10%，龟岩高7%和13%。旗山的钾素只达到二级肥力标准，比一级标准低3.7%和3.3%。在有机质含量上，御茶园达到一级肥力标准（15 g/kg）且高出31%;龟岩为二级标准（10～15 g/kg），比一级标准低3.1%;旗山为三级标准（<10 g/kg），比一级标准低44%。有机质表现为茶园∶龟岩∶旗山为2.35∶1.55∶1.00。因此，3个茶园主要差异在钾素和有机质上，尤以旗山的有机质缺乏为特点。

水仙茶树土壤酶活性测定结果表明，酶活性总体上趋势为御茶园>龟岩>旗山，且3个茶园之间存在显著性差异（P<0.05），仅过氧化氢酶活性为旗山>龟岩≈御茶园，御茶园和龟岩之间无显著性差异（表1）。

相关性分析结果表明，土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、多酚氧化酶和蛋白酶活性与pH、氮磷含量呈负相关，与钾和有机质含量呈正相关。蔗糖酶活性与总钾含量呈极显著正相关（P< 0.01），与有机质含量呈显著正相关（P<0.05），与有效磷含量呈显著负相关（P<0.05）。脲酶活性与pH、总氮含量、有效氮含量呈显著负相关，与有机质含量呈极显著正相关。酸性磷酸酶活性与pH呈显著负相关，与总氮含量、有效氮含量呈呈极显著负相关，与有效钾含量呈显著正相关。多酚氧化酶活性和蛋白酶活性与总钾含量呈显著正相关，由于有机质含量呈极显著正相关（表2）。土壤过氧化氢酶活性正好相反，与土壤pH、氮磷含量呈正相关，而与钾和有机质含量呈负相关。具体为，过氧化氢酶活性与总氮含量、有效氮含量呈显著正相关，与总磷含量呈极显著正相关，与有效钾含量呈极显著负相关。总体上，御茶园土壤较高的钾和有机质含量与其蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、多酚氧化酶和蛋白酶活性较高呈一致性，而旗山土壤较高的pH和氮磷含量则与其土壤过氧化氢酶活性较高呈一致的趋势。

2.2  水仙茶树生长指标分析

水仙生长指标测定结果表明，着叶数表现为旗山>龟岩>御茶园，3个茶园之间差异显著;芽梢密度、叶面积和百芽重表现为旗山>龟岩≈御茶园，旗山和龟岩均与御茶园之间达显著性的差异（图1）。总体上旗山的水仙生长比御茶园和龟岩要好。

水仙叶片光合指标测定结果表明，只有蒸腾速率在3个茶园之间达到显著性差异（P<0.05），由高至低顺序为御茶园>龟岩>旗山（图2）。气孔导度在3个茶园之间差异不显著（P>0.05）。光合作用速率、胞间CO2浓度、叶绿素含量为御茶园≈龟岩>旗山，御茶园和龟岩之间差异不显著，但二者显著高于旗山样品（P<0.05）。总体上看，御茶园和龟岩的水仙叶片的光合作用相近，且都比旗山強。

相关性分析结果表明（表3），水仙着叶数、芽梢密度、叶面积和百芽重等生长指标与土壤pH、总氮和有效氮含量均呈显著或极显著正相关。芽梢密度和叶面积与有效钾含量呈显著负相关，着叶数与有机质含量呈显著负相关，叶面积和百芽重与有机质含量则极显著负相关。同时，土壤过氧化氢酶活性与芽梢密度呈显著正相关。土壤脲酶活性与芽梢密度呈显著负相关，与着叶数、叶面积和百芽重呈极显著负相关。土壤酸性磷酸酶活性与着叶数、叶面积和百芽重呈显著负相关，与芽梢密度呈极显著负相关。土壤多酚氧化酶和蛋白酶活性与着叶数和叶面积呈显著负相关，与百芽重呈极显著负相关。从光合作用指标看，光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率和叶绿素含量与土壤pH、总氮和有效氮含量均呈显著或极显著正相关。土壤总钾含量与气孔导度呈显著负相关。土壤有效钾含量与叶绿素含量呈显著负相关。土壤有机质含量与光合速率、胞间CO2浓度和蒸腾速率呈显著负相关，与气孔导度呈极显著负相关。从土壤酶活性看，蔗糖酶活性与气孔导度呈显著负相关。脲酶活性与光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率和叶绿素含量均呈显著或极显著负相关。酸性磷酸酶活性与光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率和叶绿素含量均呈显著或极显著负相关。多酚氧化酶和蛋白酶活性与光合速率、气孔导度、蒸腾速率均呈显著或极显著负相关。

2.3  水仙茶树叶片品质指标分析

水仙叶片品质指标测定结果如表4所示，叶片中茶多酚、儿茶素和水浸出物含量由高至低均为御茶园>龟岩>旗山，且3个茶园之间存在显著性差异（P<0.05）;可溶性糖含量为御茶园≈龟岩>旗山，御茶园和龟岩显著高于旗山（P<0.05）;游离氨基酸和茶氨酸含量为龟岩>御茶园>旗山，且3个茶园之间存在显著性差异（P<0.05）;咖啡碱含量为旗山>御茶园>龟岩，且3个茶园之间存在显著性差异（P<0.05）。从总体上看，御茶园水仙的叶片品质最高，龟岩次之，旗山为最低。从三者比例上看，差异较大的为茶氨酸、游离氨基酸、儿茶素和茶多酚，御茶园分别是旗山的1.93、1.64、1.57和1.54倍。

相关性分析结果表明（表5），水仙叶片品质指标中，茶多酚、游离氨基酸、可溶性糖、水浸出物、儿茶素和茶氨酸含量与土壤pH、氮、磷含量呈负相关，与钾、有机质含量呈正相关，而咖啡碱含量与土壤性质的关系则相反除了咖啡碱的趋势不同外。具体为，pH和有效氮含量与可溶性糖、儿茶素含量呈显著负相关，与茶多酚、水浸出物和茶氨酸含量呈极显著负相关。总氮含量与儿茶素含量呈显著负相关，与茶多酚、水浸出物和茶氨酸含量呈极显著负相关。总磷含量与游离氨基酸含量呈极显著负相关，而与咖啡碱含量极显著正相关。有效钾含量与茶多酚、游离氨基酸、水浸出物和茶氨酸含量呈显著正相关，而与咖啡碱含量呈显著负相关。有机质含量与可溶性糖、儿茶素含量呈极显著正相关。在土壤酶活性方面，过氧化氢酶活性与茶多酚、游离氨基酸、水浸出物含量呈显著负相关，而与咖啡碱含量呈显著正相关。脲酶活性与茶多酚、水浸出物、茶氨酸含量呈显著正相关，与可溶性糖、儿茶素含量呈极显著正相关。酸性磷酸酶活性与可溶性糖、儿茶素含量呈显著正相关，与茶多酚、水浸出物、茶氨酸含量呈极显著正相关。多酚氧化酶和蛋白酶活性与儿茶素呈显著正相关，与可溶性糖呈极显著正相关。总体上看，茶多酚、可溶性糖、水浸出物、儿茶素和茶氨酸与土壤理化性质和土壤酶活性相关性比较大。

水仙品质指标和生长光合指标的相关性结果表明（表6），除游离氨基酸和咖啡碱含量与水仙生长光合指标未达到显著性相关外，茶多酚、可溶性糖、水浸出物、儿茶素和茶氨酸含量与水仙生长光合指标基本都呈显著或极显著负相关。表明水仙叶片的大部分品质指标与其生长光合指标是一个此消彼长的关系。

3  讨论

表4的品质指标结果表明，水仙茶青品质总体上御茶园>龟岩>旗山，结论与前人研究结果基本一致[13-14， 21-23]。从土壤理化指标上看，3个茶园的土壤pH、氮磷营养都满足茶树生长标准，主要差异在钾素和有机质上，表现为旗山土壤的总钾和有效钾含量只达到二级肥力水平，有机质含量只达到三级肥力水平。旗山茶园土壤总氮和有效氮高出一级肥力标准37%和45%，总磷和有效磷高出62%和38%，而有机质比一级肥力标准低44%。土壤酶活性除了过氧化氢酶外，其趋势为御茶园>龟岩>旗山。相关性分析结果显示，5个土壤酶活性与土壤钾和有机质含量呈正相关，与pH、氮磷呈负相关，只有过氧化氢酶活性呈相反趋势。水仙生长光合指标与土壤pH、总氮和有效氮均呈显著正相关，而与有效钾和有机质显著负相关，同时，与脲酶、酸性磷酸酶、多酚氧化酶和蛋白酶呈显著负相关。水仙叶片品质指标（除咖啡碱外）与土壤pH、氮、过氧化氢酶活性呈負相关，而与钾、有机质和其他5个土壤酶活性呈正相关。因此，高的pH、氮素和土壤过氧化氢酶活性与旗山水仙的生长光合指标呈一致趋势，而高的钾、有机质和5个土壤酶活性与御茶园水仙的品质指标呈一致趋势。在大红袍和肉桂茶树研究中也存在类似结果[22]，因此，高氮高磷的土壤肥力不利于武夷岩茶的鲜叶品质指标，而提高土壤钾和有机质含量有利于岩茶的鲜叶品质形成。陈泉宾[21]的研究也认为，洲茶区茶园通过增加有机肥和钾肥，可以增加茶叶内含物的含量以提高茶叶品质。

调查表明，2019年武夷山岩区茶青收购价格在100～700元/kg，洲茶区为6～16元/kg。经济效益的巨大差异驱使洲茶区茶农重产量，普遍多施复合肥，而正岩区茶园重品质，茶农自觉使用有机肥，并补施豆饼、油菜饼。氮肥在土壤脲酶作用下水解成氨、二氧化碳和水，使局部土壤pH上升，氨态氮挥发并产生亚硝酸盐，伤害发芽幼苗及植株。土壤过氧化氢酶促进过氧化氢分解为水和氧气，将亚硝酸盐转化为硝酸盐，硝酸盐会降低土壤蛋白酶活性，抑制有机氮的转化[25]。pH、氮素和有机质是影响土壤酶活性的主要因素[25， 28-30]。李渝等[31]研究表明，对贵州不同茶区茶园土壤酶及微生物量贡献较大的主成分是pH、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾。马晓丽等[32]对旱区有机培肥对土壤肥力及酶活性研究表明了土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性与有机质、全氮及速效养分（NPK）呈极显著正相关。何玉玲等[33]在岩质边坡人工土壤酶活性与土壤营养元素关系研究中发现，脲酶、蔗糖酶与速效钾含量呈显著或极显著正相关，全钾、速效钾含量对土壤酶活性的正向影响较大。赵维娜等[34]分析了高山栎天然林土壤理化因子与土壤酶活性关系，结果表明，影响脲酶和过氧化氢酶活性程度最大的是有机质，影响转化酶活性最重要的因子是土壤有机质、速效钾和碱解氮。孙慧等[35]研究表明，土壤pH和氮素依次是过氧化氢酶活性的主导作用因子。茶树是喜酸植物，在过氧化氢酶活性低的土壤上能够生长良好[25]。李慧杰等[36]研究了施肥对红枣林土壤酶与土壤肥力的影响，表明在20～40 cm土层，磷酸酶、蔗糖酶与速效钾呈显著或极显著性正相关。

本研究还发现，大部分鲜叶品质指标与生长光合指标均呈显著或极显著负相关。鲜叶内含物主要来自于次生代谢物质[37-38]。旗山土壤中较高的氮磷营养，促进了茶叶的生长，生长指标显著高于御茶园。从能量守恒的角度看，初生代谢物质用于维持叶片生长或是用于转化为次生代谢物质，是一个此消彼长的平衡关系。旗山水仙叶片生长较好，其品质略逊色，反之御茶园水仙叶片在高有机质和钾的作用下光合作用强，有利于次生代谢物质的合成与积累，鲜叶内含物较高。普遍认为铵态氮有利于茶树根系合成谷氨酸，进而促进茶氨酸形成，使得叶片游离氨基酸含量增加;而直射强光和长日照不利于氨基酸的合成[37， 39]。总氮和有效氮与茶氨酸呈负相关，可能与旗山过高的氮素使得pH上升，铵态氮挥发有关，且旗山属于无遮阴的平原区，日照长，强光直射，叶片光合作用强，有利于叶片生长，但叶片中次生代谢物质的合成转化不充分，叶中游离氨基酸和茶氨酸含量较低。

综上所述，旗山过高的氮磷，以及钾和有机质的不足，是影响水仙茶青品质主要因素。需要指出的是，茶树茶青品质受到地理位置、土壤质地、光温水等茶园原生生态环境，以及施肥类型与模式、间套作绿肥、土壤改良等茶园管理措施的影响[39-43]。本研究是原位取样，研究武夷山不同种植区水仙鲜叶品质与土壤特性的关系。通过改良土壤肥力以兼顾武夷岩茶的产量与品质，还需要做更深入的研究。正岩茶产量有限，而洲茶产量是市场主流。鉴于本研究结果，结合武夷山茶农的实践经验，建议武夷山洲茶区水仙茶园应以“减氮控磷，增钾和有机质”为主要施肥方案，可有效提高洲茶区鲜叶品质，进而提高茶农经济效益。

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