不同植茶年限下四球茶茶园土壤性状及茶叶品质特征

2023-02-17吴传美向仰州刘鸿雁

江苏农业科学 2023年2期

卢青，何季，吴传美，向仰州，刘鸿雁

(1.贵州大学农学院，贵州贵阳 550025； 2.贵州师范学院地理与资源学院，贵州贵阳 550018)

茶树是山茶科常绿乔木植物[1]。贵州省由于气候温和，冬暖夏凉，终年多雨，地势高差大，立体气候明显，这使得贵州在茶叶生产要素方面具有得天独厚的优势[2]。近年来，由于经济快速发展，人们生活水平显著提高，对茶叶品质的要求也越来越高[3]。土壤是茶树生存和生长的基质，茶树生长发育所需的营养成分大多来源于土壤的供给[4]。研究发现，土壤酸碱性、孔隙性以及氮、磷、钾含量等均对茶树生长及茶叶品质有重要影响[5]。叶江华等研究发现，土壤pH值与茶叶品质含量呈显著负相关，土壤pH值降低会导致鲜茶叶品质成分含量下降[6]。李小飞等研究发现，茶园土壤中茶叶的品质可以通过改善土壤的孔隙度来提高[7]。覃潇敏等研究发现，茶多酚含量与土壤全氮、碱解氮、有效磷含量呈负相关，而氨基酸含量与上述指标含量的比值则相反[8]。罗凡等研究表明，适当施用氮、磷、钾有助于增加茶叶氨基酸类物质、咖啡碱和茶多酚含量，还有助于降低酚氨的含量比[9]。种植年限的增加导致茶园土壤理化性质和茶园肥力发生一系列变化，如土壤酸化严重，土壤中有毒、抗菌物质的积累，显著影响土壤质量、土壤结构和土壤发育等，进而影响茶叶的品质[10]。因此，营造良好的土壤环境，有助于提高茶园产量和茶叶品质，具有很强的现实意义。

四球茶种(CamelliatetracoccaZhang)是山茶属茶亚属(subgen.Thea)茶组(sect.Thea)五室茶系(ser.Quique-locularis)中的一种。四球茶不仅在研究茶树的起源、演化和分类方面发挥着重要作用，而且是四球茶野生老茶树的最大存量，同时也是不可多得的古茶资源，并且是贵州省著名的地方茶树群体种之一，是普安县特有的珍稀种，享有“可以喝的活化石”之称。四球茶对环境具有良好的适应性，种质资源优良，因其口感生津回甘，回味持久，普安县正进行大面积人工种植。目前关于四球茶的研究很少，仅限于四球茶叶片解剖特征与光合生理[11]、茶园土壤团聚体稳定性[12]、四球茶转录组SSR位点信息分析[13]、四球茶种群种间联结分析[14]及生命表与生存分析[15]等方面的初步研究，而关于人工种植四球茶茶园土壤肥力和茶叶品质的研究尚未见报道。以此为基础，选择研究对象为普安县不同种植年限珍稀四球茶园，获取不同种植年限的四球茶园土壤性质、养分和茶叶品质的变化，并运用相关分析及通径分析分析土壤理化性质与茶叶品质的关系，明确影响茶叶品质最主要的因素，揭示土壤肥力及茶叶品质随种植年限增加的变化规律，为茶园的规范化科学管理提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于贵州省黔西南布依族苗族自治州普安县(104°51′10″～105°09′24″E，25°18′31″～26°10′35″N)，该区被誉为“中国古茶树之乡”，平均海拔高度为1 400 m，年均气温14 ℃，无霜期280～290 d，年均日照时长1 563 h，年均降水量 1 360 mm，土壤类型为黄壤，属低纬度、高海拔的亚热带季风性湿润气候。

1.2 试验设计

通过资料查阅和实地调研，对茶树的地理位置和生长情况进行整体观察，研究对象选定为基础材料相同、生长相对均匀、地理位置相对集中的四球茶。在贵州省普安县青山镇确定植茶年限分别为5、15、25、40年的茶园，在每个植茶年限茶园随机布设3个典型地块，共12个地块，每个地块的面积约为50 m2。茶园每年10月底施肥1次，肥料为有机肥(猪粪)，施入量为1.5 t/hm2，茶树行株距分别为3、2 m，每年10月进行人工清除杂草，茶树修剪枝条归还土壤，手工清除行间杂草。

1.3 样品采集

土壤采集：采集时间为2021年4月。划分地块后，设置5个采样点(按“S”形布点)，在茶树冠幅范围内分别取0～20 cm和20～40 cm土层土(选用直径为 10 cm土钻取土)。将土壤样品带到实验室，在自然条件下干燥，剔除大块砂砾和枯枝落叶，最后过筛，用于测定土壤的理化性质。

植物采集：2021年4月，按照一芽二叶的标准采集鲜叶，蒸汽杀青后，80 ℃烘至全干后粉碎，用于茶叶可溶性糖等主要生化成分的测定。

1.4 测定项目及方法

土壤理化性质测定：土壤pH值采用电位法(NY/T 1377—2007《土壤pH的测定》)测定，土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法(GB 9834—1988《土壤有机质的测定》)测定，阳离子交换量(CEC)采用乙酸铵交换法(DB 33/T 966—2015《土壤阳离子交换量的测定》)测定，土壤容重采用环刀法(NY/T 1121.4—2006《土壤检测第4部分：土壤容重的测定》)测定，土壤碱解氮含量采用NaOH-碱解扩散法(DB51/T 1975—2014《土壤碱解氮的测定》)测定，土壤有效磷含量采用氟化铵-盐酸浸提-钼蓝比色法(NY/T 1849—2010《酸性土壤铵态氮、有效磷、速效钾的测定联合浸提-比色法》)测定，土壤速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法(NY/T 889—2004《土壤速效钾和缓效钾含量的测定》)测定。

茶叶主要生化成分测定：茶多酚含量采用福林酚法(GB/T 8313—2008《茶叶中茶多酚和儿茶素含量的检测方法》) 测定；游离氨基酸含量采用茚三酮比色法 (GB/T 8314—2002《茶游离氨基酸总量的测定》测定)；咖啡碱含量采用紫外分光光度法 (GB/T 8312—2002《茶咖啡碱测定》) 测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法[16]测定。

1.5 茶园土壤养分状况评价标准

根据NY/T 391—2013《绿色食品产地环境质量》[17]、NY/T 853—2004《茶叶产地环境技术条件》中茶园土壤的肥力分级标准[18]和优质高效高产茶园的土壤营养诊断指标[19]提出茶园土壤养分含量分级标准(表1)。

表1 土壤养分分级标准

1.6 数据处理与分析

使用SPSS 16.0对数据进行整理分析，使用Origin 8.0进行统计绘图。其中，方差分析采用 One-way ANOVA，多重比较采用LSD法，相关分析采用Pearson’s法。

2 结果与分析

2.1 不同种植年限下茶园土壤的理化性质

由图1可见，在0～20 cm土层，土壤pH值在4.63～5.04之间，土壤pH值随植茶年限的增加逐渐增加，植茶5年显著低于植茶15年、25年、40年(P<0.05)，分别低6.84%、6. 09%、8.14%。土壤CEC值在16.09～17.70 cmol/kg之间，随植茶年限的增加呈先增加后降低再增加的趋势，在植茶40年达到最高，植茶25年最低，植茶40年比植茶25年显著高10.01%(P<0.05)。土壤容重在1.08～1.16 g/cm3之间，不同植茶年限间的土壤容重差异不显著。有机质含量在37.22～47.39 g/kg之间，随着茶树种植年限的增加，呈先增加后减少趋势，植茶25年出现最高值，均显著高于植茶5年、15年(P<0.05)，分别高27.32%和23.28%。土壤碱解氮含量在132.23～158.21 mg/kg之间，植茶5年显著高于植茶15年、25年、40年(P<0.05)，分别高13.78%、11.05%、19.65%。有效磷含量在3.29～4.11 mg/kg之间，随植茶年限的增加先增加后降低，在植茶15年达到最高值，但不同植茶年限间差异不显著。土壤速效钾含量在169.56～204.44 mg/kg，随植茶年限的增加逐渐降低，在植茶5年显著高于植茶40年(P<0.05)，高20.57%。

在20～40 cm土层中，土壤pH值在4.49～5.07之间，植茶5年最低，植茶15年和40年最高，植茶5年显著低于植茶15年和40年(P<0.05)，低12.92%。土壤CEC值在15.13～18.09 cmol/kg之间，随植茶年限的增加先降低后增加，植茶5年显著高于植茶15年、25年(P<0.05)，分别高9.72%、3.81%。土壤容重在1.13～1.31 g/cm3之间，随植茶年限的增加先增加后降低，植茶25年达最高值，植茶5年最低，植茶25年显著高于植茶5年(P<0.05)，高15.93%。土壤有机质含量在21.52～39.04 g/kg之间，随植茶年限的增加先降低后增加，植茶40年显著高于植茶5年、15年、25年(P<0.05)，分别高52.02%、81.41%、27.46%。土壤碱解氮含量在100.49～120.54 mg/kg之间，随植茶年限的增加先增加后降低，但不同植茶年限间差异不显著。土壤有效磷含量在2.73～3.04 mg/kg之间，不同植茶年限间差异不显著。土壤速效钾含量在109.89～163.44 mg/kg，随植茶年限的增加先增加后降低，植茶15年显著高于植茶25年、40年(P<0.05)，分别高35.44%、48.73%。

由表1及图1可知，按照土壤养分分级标准，四球茶茶园土壤pH值在4.49～5.07之间，为Ⅱ级标准；土壤有机质含量在21.52～47.39 g/kg之间，为Ⅰ级标准；碱解氮含量在100.49～158.21 mg/kg之间，为Ⅰ级标准；有效磷含量在2.73～4.11 mg/kg之间，为Ⅲ级标准；土壤速效钾含量为109.89～204.44 mg/kg，除20～40 cm土层植茶40年外，其他均达到Ⅰ级标准。综上，土壤pH值、有机质、碱解氮和速效钾均符合优质茶园的肥力标准。

2.2 不同种植年限下茶叶的品质状况

由图2可见，茶叶中咖啡碱含量为12.38～17.42 mg/g，其含量随植茶年限的增加呈先增加后减少趋势，在植茶15年时含量最高，在植茶40年时含量最低，植茶15年显著高于植茶5年、25年、40年(P<0.05)，分别高13.19%、10.39%、40.71%。可溶性糖含量为36.73～64.94 mg/g，随植茶年限的增加，其含量呈先增加后降低趋势，在植茶15年含量最高，在植茶40年含量最低，植茶40年显著低于植茶15年和25年(P<0.05)，分别低43.47%、31.83%。茶多酚含量为463.73～478.50 mg/g，不同植茶年限下茶多酚含量无显著差异。游离氨基酸总量为50.28～70.03 mg/g，其含量随植茶年限的增加逐渐降低，其中，植茶40年显著低于植茶5年、15年，分别低28.20%、19.15%(P<0.05)。茶叶中酚氨比为6.83～9.27，在植茶25年达到最高值，其中，植茶25年和40年显著高于植茶5年、15年(P<0.05)，分别高35.72%、22.62%和35.29%、22.22%。

2.3 土壤理化性质与茶叶品质的相关性及通径分析

由表2、表3、表4可知，咖啡碱含量与碱解氮、有效磷及速效钾以外的指标均呈负相关关系，但相关性均不显著，各理化指标对咖啡碱含量直接通径系数绝对值较大的3个指标依次为CEC值(-0.433)>土壤pH值(0.374)>速效钾(0.297)；对咖啡碱含量间接通径系数绝对值较大的3个指标依次为土壤pH值(-0.544)>有效磷(0.418)>容重(-0.272)。可溶性糖含量与CEC值呈极显著负相关，与土壤pH值、有效磷及速效钾呈正相关关系，与土壤容重、有机质、碱解氮呈负相关关系，对可溶性糖直接通径系数绝对值较大的3个指标依次为CEC(-0.635)>pH值(0.573)>速效钾(0.424)，对可溶性糖间接通径系数绝对值较大的3个指标依次为有效磷(0.346)>pH值(-0.289)>有机质(0.197)。各理化指标对茶多酚含量除土壤pH值外其他指标均呈正相关关系，对茶多酚含量直接通径系数绝对值较大的3个指标依次为土壤容重(0.841)>pH值(-0.644)>CEC值(0.463)，对茶多酚含量间接通径系数绝对值较大的前3个指标依次为有效磷(0.442)>土壤容重(-0.402)>pH值(0.162)。游离氨基酸与pH值、土壤容重、有机质及速效钾呈负相关，与CEC值、有效磷、碱解氮呈正相关关系，对游离氨基酸直接通径系数绝对值较大的3个指标依次为有效磷(-0.601)>CEC值(0.518)>速效钾(-0.438)，对游离氨基酸间接通径系数绝对值较大的3个指标依次为有效磷(0.816)>土壤容重(-0.465)>CEC值(-0.297)。酚氨比与CEC值、碱解氮、有效磷均呈负相关关系；与pH值、土壤容重、有机质、速效钾均呈正相关关系；对酚氨比直接通径系数绝对值较大的3个指标依次为有效磷(0.379)>CEC值(-0.370)>速效钾(0.326)，对酚氨比间接通径系数绝对值较大的3个指标依次为有效磷(-0.640)>pH值(0.537)>土壤容重(0.445)。

表2 土壤理化性质与茶叶品质的相关性

表3 土壤理化性质与茶叶品质的直接通径系数

表4 土壤理化性质与茶叶品质的间接通径系数

3 讨论

3.1 不同种植年限下四球茶茶园土壤的肥力特征

土壤养分是植物营养的主要来源，植物生长和养分代谢与土壤养分供应密切相关[20]。近年来，诸多研究报道土壤理化性质受植被类型、土壤状况、种植年限及土层深度等外部条件的影响[21-22]。土壤阳离子交换能力可以作为评估土壤肥力和缓冲性能的指标[23]，土壤肥力的重要影响因素之一是土壤有机质含量[24]。李敬等研究发现，茶树种植后期土壤阳离子交换量增加[25]，本研究结果与之相似。其原因是土壤有机质含量随着种植年限的增加而增加，植茶25年土壤有机质含量达到最高，可能是因为茶树生长导致茶树凋落物、残根和根系分泌物数量增加，最终造成土壤有机质的积累[10]。土壤中氮、磷、钾含量随种植年限的增加均有降低趋势，这可能与茶树生长消耗速效养分以及养分流失有关[26]。但在茶园土壤分级标准中，有机质、碱解氮、速效钾(除20～40 cm土层植茶40年外)的养分含量仍处于Ⅰ级标准，表明本研究区土壤中有机质、氮、钾含量丰富，属于优质茶园。而有效磷含量低于全国平均水平，其原因是该茶园土壤中的磷元素主要来自其天然成土母质和肥料，在我国其含量由北向南逐渐减少，由于磷以沉积的形式存在，迁移性低，尤其是南方酸性或极酸性土壤较多，活性铁和铝含量较高，可溶性磷主要与它们结合形成不溶性盐，从而降低了土壤中磷的含量[4]。茶叶中多酚、氨基酸、茶氨酸、叶绿素和类胡萝卜素的形成与土壤磷有关。可通过充分补充磷肥或使用生物质炭、有机肥等措施提高磷利用率。因此，在四球茶种植及栽培过程中考虑磷的可用性水平具有重要的实际意义[27]。

茶树是喜酸作物，适宜生长在土壤pH值为 4.5～5.5的土壤环境中[28]。有研究表明，随着茶树年龄的增长，茶园土壤的酸度增加[29]。而本研究表明，土壤表面的pH值随着茶叶播种年限的增加呈上升趋势，但保持在适宜茶树生长的区域内，这可能与人工种植的古茶树本身的适应性有关[30]，但还需更多深入研究。任璐璐等研究表明，20～40 cm土层的养分低于0～20 cm土层[31]，本研究结果与之相符。这是因为表层土壤将首先得到的营养(地表碎屑、动物遗骸和粪便、植物残体)集中在表层土壤中，同时地下 90% 的生物质都集中在表土中[32]，因此，土壤表层的养分含量较高。

3.2 不同植茶年限下四球茶的茶叶品质特征

一般来说，茶叶的品质水平是由茶叶中茶多酚、氨基酸、咖啡碱和可溶性糖含量决定的。咖啡碱具有多种生理和治疗功能，它有一定的苦味，但由于与茶黄素结合形成复合物，令其具有清新爽口的味道[5，33]。有研究表明，如果咖啡碱含量低于4.5%，绿茶品质与其含量呈正相关[34]。本研究咖啡碱含量在4.5%以下，且随着茶树种植年限的增加先升高后降低，植茶15年的茶叶中含量最高，说明种植15年的茶叶品质最好。茶汤的味道和香气来源于可溶性糖，其含量越高，茶叶滋味越甘醇而不苦涩[35]。本研究可溶性糖含量在植茶15年时出现最高值，表明与其他年份相比，植茶15年的茶更甘醇，苦味更少。

茶多酚主要有儿茶素类、花青素、黄酮类、黄酮醇和酚酸等[36]，茶多酚对人体健康有益[37]，当茶多酚含量达到一定浓度时，有助于杀死癌细胞并防止其扩散[38]。有研究表明，茶多酚含量为22%时，茶汤的口感更好，20%～24%的含量可以保持茶汤浓稠、鲜度协调，但如果茶多酚含量超过24%，会降低茶叶的新鲜度，苦味也会增加[39]。本研究中，在不同植茶年限茶园，茶叶中茶多酚含量稳定在20%左右，说明种植年限对茶多酚含量影响不大。氨基酸也是影响茶叶品质的因素之一，其组成、含量、分解转化产物和这些成分的含量将直接影响茶叶的香气和口感[40]。陈亮等对全国596份茶树资源分析发现，平均氨基酸含量仅为3.3%[41]。本研究发现，人工种植的四球茶其新稍叶片中的氨基酸含量(5.1%～7.0%)远大于3.3%，且在植茶5年和15年时含量最高，说明种植早期茶叶的香气和滋味较好，茶叶品质较佳，因此建议尽量选择种植早期采摘茶叶。酚氨比(茶多酚与氨基酸的比值)是决定茶叶品质的关键指标之一[42]。相关研究表明，酚氨比与绿茶品质呈负相关。酚氨比越小，茶汤的鲜爽度越高，说明生产出来的绿茶品质越好[43]。叶乃兴研究表明，酚氨比<8适制绿茶，酚氨比在8～15红绿茶兼制，酚氨比>15适制红茶[44]。在本研究中，酚氨比在植茶年限为5年和15年时较低，在植茶25年和40年时较高，表明种植早期茶叶品质较好且较适制绿茶。

3.3 土壤肥力与茶叶品质的相关分析

通径分析是回归分析的扩展，主要用于分析各种自变量和因变量之间的线性关系(包括直接通径系数和间接通径系数)[45]，它的绝对值表示每个环境因素对目标变量的直接和间接影响，从而说明每个环境因素与目标变量之间的关系[46]。土壤CEC值对咖啡碱的直接通径系数远高于其他因素，是影响咖啡碱的主要因素，土壤pH值对咖啡碱的直接通径系数也较高，但由于土壤pH值与咖啡碱的直接和间接通径系数相反且互斥，导致土壤pH值与咖啡碱之间的相关系数较低。土壤速效钾对咖啡碱的直接通径系数较大，且大于间接通径系数，直接影响与间接影响均为正效应，表明增加土壤速效钾含量能提高咖啡碱含量。土壤CEC值与可溶性糖呈极显著负相关关系，表明可通过减小土壤CEC值增加可溶性糖的含量，土壤pH值、有机质是可溶性糖的主要影响因素，土壤pH值、有机质的直接通径系数大于间接通径系数，且由于土壤pH值、有机质对可溶性糖的直接通径系数与间接通径系数相反，相互抵消，使得土壤pH值、有机质与可溶性糖的相关系数较小。土壤CEC值、碱解氮、有效磷是游离氨基酸的主要直接影响因素，因为土壤CEC、碱解氮、有效磷对游离氨基酸直接通径系数远大于其他因素，且其他因素通过这3个变量的间接通径系数也较大。但由于CEC值、碱解氮、有效磷对游离氨基酸的直接通径系数与间接通径系数相反，相互抵消，使得各因子与游离氨基酸的相关系数较小。土壤容重、pH值、CEC值是茶多酚主要直接影响因素。有效磷是酚氨比的主要影响因素，由于有效磷与酚氨比的直接和间接通径系数相反且互斥，导致土壤有效磷与酚氨比之间的相关系数较低。

此外，本研究中土壤肥力状况对茶叶咖啡碱含量、可溶性糖含量、茶多酚含量、游离氨基酸总量、酚氨比的剩余通径系数均较大，说明，除此之外，还存在未被考虑的其他因素对这5个目标变量具有较大的影响，这些因素可能与茶树自身代谢能力及其对养分的吸收利用等有关[47-48]。因此，应该进一步开展植物吸收利用养分与茶叶品质的关系等方面的研究。