制约青岛茶区无性系茶园发展的土壤理化性质分析

范铮蕾，李彩云，曲凤凤，张新富，王玉，胡建辉

(青岛农业大学园艺学院，山东 青岛 266109)

山东是江北产茶大省，也是我国纬度最高的产茶区，其中青岛茶区的崂山绿茶以“叶片厚、豌豆香、滋味浓、耐冲泡”的品质特征享誉全国[1]。随着栽培、加工技术的不断进步，青岛市茶园面积还在不断扩大，茶产业发展的规模效益不断显现。然而由于地处我国茶区最北端，低温、干旱、土壤pH 值高是茶叶生产中存在的三大主要障碍，已严重制约了茶叶产量与品质的提升[2]。

土壤是茶树赖以生存和生长的必要立地条件，其性状特征和各种营养元素的丰缺程度和供应能力直接影响到茶树生育和茶叶品质[3-5]。 茶树为喜酸植物，茶园土壤要求有一定的酸碱度范围，最适宜的植茶土壤pH 值为4.0 ～5.5[6]。 同时，土壤养分及其有效性是茶园土壤供肥能力的直接体现。 茶园土壤的供肥能力主要取决于土壤养分含量，尤其是有效态养分含量及其存在形态和在土层中的分布。 准确掌握茶园土壤养分状况和肥力特征，正确处理好用地和养地的关系是实现茶园优质高产高效的前提条件[7-10]。

近年来，青岛茶区重视推广无性系茶园，主张因地制宜、科学地种植无性系茶树良种，许多企业也在大力引进无性系茶树品种。 无性系茶树根系分布浅、抗逆性较茶籽直播茶苗要差些，精细的栽培管理和适宜的土壤条件对无性系茶树的种植至关重要。 经调查，较难成活的无性系茶树与茶园土壤的理化性质和营养状况关系密切。 因此，探索适宜无性系茶树生长的优质高产茶园土壤条件，为无性系茶树良种推广与发展提供数据参考具有重要意义。

本研究选择青岛市4 个主要产茶区(崂山区、黄岛区、城阳区、即墨区)的23 个代表性茶园进行茶园长势调查和土壤取样，测定土样的pH值和有机质、大量元素(N、P、K)、有效态中微量元素(Ca、Mg、Al、Fe、Zn、B)含量，分析茶园土壤理化性质，以期根据茶树长势情况及所测理化性质结果得出适宜无性系茶树品种种植的土壤条件，并针对茶园土壤养分情况提出相应的土壤改良建议。

1 材料与方法

1.1 取样茶园无性系茶树的长势调查

选取青岛市茶区23 个具有代表性的茶园为取样茶园，基于其茶树长势情况[5]，将茶园分为三类:成活率低(low survival，简写为“L”)、长势差(poor growth，简写为“P”) 和长势好(good growth，简写为“G”)。 23 个茶园茶树长势的具体情况如表1 所示。

表1 青岛茶区无性系茶园长势分类

1.2 土壤取样与处理

土壤样品取自上述23 个茶园，分布在青岛市的4 个主要产茶区，其中崂山区10 个，黄岛区6个，城阳区4 个，即墨区3 个。 采用管形土钻按照对角线取样法取土，每个茶园取5 个点，混合土壤，取样深度为0 ～20 cm。 将土样置于干净的编织袋上，捏碎大土块，剔除石砾、石灰结核和杂草等。 待土样风干后碾碎，过1 mm 筛，用对角线取样法选留250 g 左右混合土样，装入密封袋中编号备用。

1.3 土壤理化性质分析

参照《土壤农化分析方法》[11]中的方法测定土壤理化性质各指标。

土壤pH 值用电位法测定。 有机质含量用重铬酸钾容量法—外加热法测定，全氮含量用硫酸＋催化剂消解凯氏定氮法测定，碱解氮含量用碱解扩散法测定，有效磷含量用0.5 mol/L NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾含量用NH4OAc浸提—火焰光度法测定。 土壤钙、镁、铝、铁、锌、硼等中微量元素含量用湿法消解＋ICP-MS 测定。土壤交换性H＋用氯化钾交换—中和滴定法测定。

1.4 数据分析

用热图对3 种长势茶园的土壤性质进行聚类分析。 通过无监督主成分分析(PCA)以获得理化指标内在方差的总体概述。 基于主成分分析中存在的多样性和良好的组分离，后用正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)从数据集中提取最大信息，并分离出3 种茶园间的指标差异。 采用t检验(P＜0.05)和SPSS 进行单因素方差分析。P和PLS-DA 预测值中变量重要性(VIP)的组合被用作土壤理化指标选择的系数(VIP ＞1.0 和P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 依据土壤理化指标对不同茶园茶树长势的区分

基于试验处理数据制作热图并用于聚类分析，可提供所有样品的整体情况，在众多的指标数据中突出整体差异。 本试验中土壤pH 值和有机质、大量元素(N、P、K)、有效态中微量元素(Ca、Mg、Al、Fe、Zn、B)含量等指标的聚类热图如图1所示。 结果显示，茶树成活率低(L)的茶园可明显地与茶树长势差(P)及长势好(G)的茶园分为两类，茶树长势差(P)与长势好(G)的茶园也能较好地区分开。 这表明不同长势茶园的土壤理化性质存在较大差异。

图1 青岛茶区不同长势茶园土壤理化性质的聚类热图

2.2 不同长势茶园土壤理化指标的差异

采用土壤理化指标进行无监督的PCA 分析，结果如图2A 所示，3 种不同长势的茶园可被清晰地分成3 组，其中在95% 置信区域内，PC1(95.1%)可将不同长势的茶园区分开。

为了鉴定出对茶园长势影响较大的土壤理化指标，我们用OPLS-DA 模型对数据进行分析，将VIP(变量权重)＞1 和统计分析P＜0.05 为筛选指标。OPLS-DA 模型的VIP 得分如图2B 所示，土壤pH值、Ca/Fe、Ca/Al、Available Ca、H＋、Available Zn 对茶园的长势影响较大(VIP＞1)。 同时不同长势茶园间的方差分析结果(图3)显示，15 个土壤理化指标中，只有土壤pH 值、Ca/Fe、Ca/Al、Available Ca 存在显著差异。 由此可知，土壤pH 值、Ca/Fe、Ca/Al、Available Ca 是造成青岛茶区茶园长势存在差异的关键影响因素，这4 个指标将作为本研究分析的重点。

图2 不同长势茶园土壤理化指标的PCA 与VIP(OPLS-DA 模型)得分图

图3 不同长势茶园间土壤理化指标方差分析

2.3 青岛茶区不同长势茶园土壤酸碱度分析

土壤酸碱度是茶园土壤重要的理化性质之一，关系到土壤养分有效性和土壤生物活性等。青岛茶区不同长势茶园的土壤pH 值测定结果(表2)显示，茶园长势好坏与土壤pH 值的高低呈现出明显的规律。 随着茶园土壤pH 值的升高，无性系茶树的长势依次为长势好、长势差和成活率低，三类茶园土壤pH 平均值分别为5.52、6.71和8.07。 长势好的茶园中，编号为12 的茶园土壤pH 值虽高达6.79，但长势依然很好，分析结果显示该茶园土壤有效铝和有效铁含量分别高达287.02 mg/kg 和20.4 mg/kg，抵消了较高pH 值带来的不利影响。 长势差的茶园中，编号为10 的茶园土壤pH 值高达7.50，茶树长势虽然不好，但成活率较高，经分析，其土壤有效铝也高达247.67 mg/kg。 因此，适宜茶树种植茶园土壤评价过程中，重点调查土壤酸碱度的同时，还要关注土壤有效铝和有效铁含量，才能做出客观评价。

表2 青岛茶区不同长势茶园的土壤pH 值

2.4 青岛茶区不同长势茶园土壤交换性钙含量分析

茶树是喜铝嫌钙植物，对钙反应较为敏感，如果土壤中交换性钙含量过高，就会对茶树的生长产生不利影响，严重时可造成茶树死亡。 青岛茶区不同长势茶园的土壤交换性钙含量测定结果(表3)显示，成活率低的茶园土壤平均交换性钙含量高达3842.1 mg/kg，长势好的茶园土壤平均交换性钙含量为1450.5 mg/kg。 同时，土壤酸度对养分的有效性有较大影响，因为在pH 值6.5 以上的土壤中有效铝含量很低，而有效钙含量却很高。 反之，在pH 值4.5 的土壤中有效钙含量很低，而有效铝含量却很高。 土壤酸度和交换性钙含量双重作用下，茶园长势受土壤有效钙含量的影响非常明显。 因此，在土壤pH 值偏高的地区发展茶园，一定要重点关注和评估土壤交换性钙含量，pH 值＞6.5、交换性钙含量＞2000 mg/kg的茶园茶树往往很难成活。

表3 青岛茶区不同长势茶园的土壤交换性钙含量 (mg/kg)

2.5 青岛茶区不同长势茶园土壤有效铝的分析

茶树之所以喜酸性土壤，与茶树长期在热带和亚热带地区生长所形成的喜铝嫌钙的营养基因型有关，茶园土壤的酸度实质上也正是土壤有效铝和钙之间的比例问题。 青岛茶区不同长势茶园的土壤交换性钙和铝之间的比例(表4)显示，茶园长势受土壤Ca/Al 值高低的影响很明显。 成活率低的茶园土壤呈现出Ca/Al 值高的特征，即土壤钙的有效性更高。 而长势好的茶园则呈现出Ca/Al 值低的特征，即土壤中铝的有效性更高。长势好的茶园中，编号为1、2 和15 的茶园土壤Ca/Al 值虽然较高(＞10)，但茶园土壤pH 值分别为5.38、5.55 和5.25，所以其长势依然很好。 由此可知，适宜茶树种植的茶园土壤评价过程中，要优先分析其酸碱度，其次再考虑土壤铝的有效性。

表4 青岛茶区不同长势茶园的土壤Ca/Al

2.6 青岛茶区不同长势茶园土壤有效铁分析

土壤酸性较强的茶园，铁的有效性往往较高，茶园生长旺盛；而酸度不足或碱性的茶园，往往会造成铁的有效性降低或丧失，出现缺铁。 青岛茶区不同长势茶园的土壤交换性钙和铁之比(表5)显示，茶园长势受土壤Ca/Fe 值高低的影响很明显。 成活率低的茶园土壤呈现出Ca/Fe 值高的特征，即土壤铁的有效性较低。 由此可知，适宜茶树种植的茶园土壤评价过程中，土壤铁的有效性评价也应引起足够的重视。

表5 青岛茶区不同长势茶园的土壤交换性Ca/Fe

3 讨论

不同生态环境的植物在长期进化过程中形成了对土壤酸度的适应能力。 茶树原产于我国云贵高原，长期生长在热带和亚热带地区，形成了喜酸的营养基因型特征，一般只能在酸性土壤环境下才能生长[5，12]。 本研究中青岛茶区长势好的茶园土壤pH 平均值为5.52，可见土壤酸度在茶树生长中发挥着至关重要的作用。 因此，发展无性系茶园首要条件是选择土壤pH 值为5.0 ～6.0 的土地，如果土壤pH 值超过7.0，不建议种茶；土壤pH 值在7.0 以下、6.0 以上的土地，建议采用硫磺、硫酸铝钾、硫酸亚铁等茶园土壤酸化剂进行改良。 本研究中，编号为12 的茶园土壤pH 值虽然高达6.79，经过土壤酸化剂改良，提高了土壤中有效铝和有效铁的含量，茶园长势依然很好。 对于南方茶区，土壤pH 值存在过低现象，因而需要施用白云石或石灰进行改良，如中国农业科学院茶叶研究所梅家坞示范茶园[13]。

茶树的另一营养基因型特征就是喜铝和嫌钙[14，15]。 茶园土壤的酸度实质正是土壤有效铝和钙之间的比例问题。 山东茶区有些地方的茶园之所以成活率低，土壤钙含量高是一个重要的制约因素，土壤pH 值和钙含量双高的加持会造成茶树钙中毒，茶树长势差，严重时死亡[16]。 土壤pH 值较低的茶园，较高的土壤钙含量则有利于茶树生长，本试验中1、2、18 号茶园就是很好的证明。 本研究中成活率低的茶园土壤交换性钙含量平均高达3842.1 mg/kg，土壤Ca/Al 值高达22.5，长势好的茶园交换性钙含量则仅有1450.5 mg/kg，Ca/Al 值为6.9。

此外，铁是植物生长必需的微量营养元素之一，促进叶绿素的合成，并作为多种酶的活性成分参与代谢[17]。 土壤酸度较强时，铁的有效性较高，一般很少出现缺铁现象；而石灰性土壤或pH值较高的土壤常可见到缺铁失绿症，即石灰诱导缺绿，该症状在北方较为普遍。 本研究成活率低的茶园土壤交换性Ca/Fe 值高达540.9，长势好的茶园仅为117.9。

4 结论

青岛茶区位于山东省的胶东半岛，也是“南茶北引”取得成功较早的茶区，现有茶园多为2000年前后茶籽播种的有性系茶园。 近年来，新发展的茶园多为无性系茶园，只有选择适宜的土壤，才能有效促进茶树生长，达到快速成园、实现优质高效的目的。 无性系茶园建园前，首先要测所选土壤的pH 值，pH 值为4.5 ～6.5 的酸性土壤最为适宜，同时要兼顾土壤交换性钙、有效铝、有效铁的含量。

本研究调查结果表明:(1)土壤pH 值小于5.5的前提下，即使土壤交换性钙含量比较高(＞2000 mg/kg)，茶树生长也不会受到影响；(2)土壤pH 值大于6.5 时，土壤交换性钙含量过高(＞2000 mg/kg)，则会造成茶树生长受阻，严重时造成死亡，土壤酸度改良要多施用酸性改良剂，补充土壤有效铝和有效铁含量；(3)土壤pH 值大于7.0的园地，尽量不要尝试种植无性系茶树，因为改良土壤耗时耗力，且茶树成活率很难得到保证。