陳迪文，周文靈，李繼虎，李 爽，吳啟華，沈大春，凌秋平，黃 瑩，敖俊華

（廣東省科學院南繁種業(yè)研究所/茶營養(yǎng)與健康研究中心，廣東 廣州 510316）

茶葉是世界最主要的飲料之一，全球茶葉種植面積逐漸擴大，產(chǎn)量逐步增加，目前我國茶園面積和茶葉產(chǎn)量均為世界第一［1］。紫金縣位于廣東省東中部河源市的東南部，30年（1980～2010年）平均氣溫21℃，年平均無霜期300 d，年平均相對濕度79.2%，年平均降水量1740.8 mm，年日照時數(shù)1720 h，適宜茶葉種植［2］。茶業(yè)是紫金縣的特色產(chǎn)業(yè)之一，2019年茶葉種植面積達到0.3萬hm2，茶產(chǎn)業(yè)綜合年產(chǎn)值達7.96億元，入圍2020中國茶業(yè)百強縣，具有濃厚的客家特色。

茶園土壤養(yǎng)分含量是肥力水平的重要指標，直接影響茶樹生長，進而影響茶葉的產(chǎn)量、品質(zhì)及茶農(nóng)收益。茶園土壤養(yǎng)分狀況及施肥能夠影響茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)成分［3-6］。例如，氮肥對茶葉的干物質(zhì)產(chǎn)量和品質(zhì)有明顯的影響，合理的施氮量能顯著提高茶葉產(chǎn)量并改善其品質(zhì)［3］。施用鉀、鎂肥可以增加茶葉產(chǎn)量，而且可以增加綠茶游離氨基酸含量、烏龍茶的香氣成分和紅茶的茶紅素與茶黃素等品質(zhì)成分，施用鉀肥還能提高茶樹抗旱和抗病能力［5，7］。全國多地的科研人員都開展了地方茶園土壤養(yǎng)分分析與評價研究［8-12］，這些都為培肥茶園土壤，指導茶園合理施肥和提高茶葉產(chǎn)量提供了參考。目前紫金縣茶園土壤肥力的相關研究未見報道。本文對茶園土壤取樣分析檢測，并進行茶園土壤肥力等級劃分，以明確茶園土壤養(yǎng)分元素豐缺狀況。根據(jù)結果可以針對性指導茶農(nóng)合理施肥，有利于提高茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)以及茶園生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與處理方法

2018年9月至2019年10月，根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T 166-2004）［13］，對紫金縣的紫城鎮(zhèn)、龍窩鎮(zhèn)、蘇區(qū)鎮(zhèn)、南嶺鎮(zhèn)、敬梓鎮(zhèn)、中壩鎮(zhèn)、義容鎮(zhèn)、鳳安鎮(zhèn)和九和鎮(zhèn)9個產(chǎn)茶鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以集中連片6.7 hm2以上的茶園為對象，采集茶園土壤樣品，共計79個，取樣時間在當年茶季結束后或即將結束、基肥施用之前完成。每個土壤樣品由4個茶園行間樣點和4個靠茶行位置樣點的土壤等量混合組成，去除表層約5 cm 有機覆蓋層，用土壤取樣器采集深度為0～20 cm的土壤。每個土樣采用四分法取約1.0 kg 帶回實驗室。剔除砂石和植物殘體等雜物后置于通風處自然風干。磨碎后過0.85 mm篩，供pH值、有效P、速效K、有效態(tài)的Ca、Mg、S、Mn、Cu、Fe、Zn和B測定。取其中約50 g土樣，繼續(xù)磨碎過0.15 mm篩，供有機質(zhì)和全N元素測定。

茶青采集方法：按照一芽二葉標準采集茶青，除1、2年齡茶樹外的每個土樣點采集 50 g 左右鮮葉，共計67個樣。在105℃下烘15 min后，再在75℃下烘至恒重。

1.2 樣品檢測方法

土壤pH 值用水浸電位法（水土比2.5∶1）測定；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法；全N采用凱氏定氮法；有效P測定用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效K測定用醋酸銨浸提-火焰光度法；有效態(tài)的Ca、Mg、S、Mn、Cu、Fe、Zn、B采用Mehlich 3浸提劑（水土比10∶1）浸提，振蕩5 min，取5 倍稀釋液，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定［14］。

茶葉品質(zhì)成分測定：樣品前處理參照GB/T 8303-2002［15］和GB/T 8313-2008［16］。采用Agilent1260型高效液相色譜系統(tǒng)定量檢測2個茶青次級代謝物氨基酸和茶多酚作為茶葉品質(zhì)指標。

1.3 茶園土壤養(yǎng)分分級標準及依據(jù)

結合《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術條件》（NY/T 853-2004）中茶園土壤的肥力分級標準［17］、《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》 （NY/T 391-2013）［18］，土壤肥力指標、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園土壤肥力指標［19］，將茶園土壤肥力分3 級（表1）；根據(jù)全國第二次土壤普查分級標準［20］，將茶園中微量元素的豐缺狀況分5級（表2）。

表1 茶園土壤肥力分級指標

表2 土壤中有效態(tài)中微量元素含量的分級標準

1.4 土壤養(yǎng)分指標綜合評價

將土壤養(yǎng)分指標按照不同等級進行賦分，再乘以一個權重系數(shù)后累計每個土壤樣本的總分作為茶園土壤養(yǎng)分綜合評分。賦分規(guī)則如下：pH值按照＜4.0、4.0～4.5、4.5～5.5、5.5～6.5和＞6.5共5個等級分別計1、3、5、3和1分；有機質(zhì)按 照＜10、10.0～15.0、15.0～20.0和＞20.0共4個等級分別計1、2、3和5分；全N按照＜0.8、0.8～1.0、1.0～1.5和＞1.5共4個等級分別計1、2、3和5分；有效P按照＜5、5～10和＞10共3個等級分別計1、3和5分；速效K按照＜80、80～100和＞100共3個等級分別計1、3和5分；中微量元素按照很缺、缺、適中、豐富和很豐富共5個等級分別計1、2、3、4、5分。另外，將pH值、有機質(zhì)、全N、有效P和速效K的權重系數(shù)定為0.6，有效態(tài)Ca、Mg、S的權重系數(shù)定為0.3，微量元素的權重系數(shù)定為0.1。將每個土壤樣本的各個養(yǎng)分指標賦分后分別乘以對應的權重系數(shù)再累計總分（最大總分值為22.0分，最小值為4.4分），并將綜合評分與茶葉2個品質(zhì)指標分別進行相關性分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理分析方法

所有土壤檢測數(shù)據(jù)利用Excel 2013 進行統(tǒng)計處理并制作圖表。用SPSS 19.0進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 茶園土壤pH值及有機質(zhì)狀況

紫金縣茶園土壤pH 值調(diào)查結果見表3、圖1。所有茶園土壤樣本的pH值均小于7，為酸性，且絕大部分低于5.5，土壤pH 值平均為4.84，其變化范圍為3.88～6.56，變異系數(shù)為12.94%。其中符合優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園pH 值范圍的土壤占比49.37%，接近一半。

表3 茶園土壤pH值、有機質(zhì)和N、P、K養(yǎng)分狀況及分級占比

圖1 不同土壤pH值范圍所占總量百分比

茶園土壤有機質(zhì)含量范圍為3.27～51.03 g/kg，平均值為21.85 g/kg，變異系數(shù)為47.44%，表明不同茶園有機質(zhì)含量差異性較大，含量最高和最低的相差15倍以上。大部分土壤樣本有機質(zhì)含量較高，其中符合優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園和Ⅰ級優(yōu)良標準的樣本分別占48.10%、69.62%。另外，也有8.86%的茶園土壤樣本有機質(zhì)含量較低，為Ⅲ級標準（較差），需要補充有機質(zhì)。

2.2 茶園土壤N、P、K含量狀況

如表3所示，茶園土壤全N含量范圍為0.45～2.55 g/kg，平均值為1.44 g/kg，變異系數(shù)為36.66%，46.84%的茶園全N含量符合優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園的要求，符合Ⅰ級和Ⅱ級茶園標準的分別占73.42%和16.46%，另有10.13%茶園含量低于臨界值（0.8 g/kg）。

茶園土壤有效P含量范圍為0.04～212.32 mg/kg，平均值為30.36 mg/kg，變異系數(shù)為112.11%，屬強變異型，表明不同茶園之間土壤有效P含量差異很大。74.68%的茶園土壤有效P符合優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園和Ⅰ級茶園要求，17.72%的茶園含量尚可，7.59%的茶園土壤有效P含量低于臨界值（5 mg/kg）。

茶園土壤速效K變化范圍為8.02～410.74 mg/kg，平均含量為114.10 mg/kg，變異系數(shù)為74.16%，不同茶園之間差異較大。48.10% 的茶園土壤速效K符合優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園要求，44.30%的茶園土壤低于臨界值（80 mg/kg），土壤速效K含量偏低的土壤占比大。

2.3 茶園土壤中量元素Ca、Mg、S含量狀況

從表4可以看出，茶園土壤有效Ca整體含量水平較高，變化范圍為61.94～1978.99 mg/kg，平均值為936.73 mg/kg，變異系數(shù)為63.15%，表明土壤有效Ca的含量差異較大，絕大部分茶園土壤有效Ca滿足茶樹生長，僅有11.39% 茶園含量低于臨界值（250 mg/kg）。

表4 茶園土壤Ca、Mg、S養(yǎng)分狀況及分級占比

茶園有效Mg含量平均值為75.66 mg/kg，變化范圍為3.78～255.10 mg/kg，變異系數(shù)為65.18%，說明有效Mg 空間分布不均勻，其中37.97%的茶園含量低于臨界值（50 mg/kg），需要補充Mg才能滿足茶樹正常生長。

茶園土壤有效S整體含量中等偏上，變化范圍為0.99～345.31 mg/kg，平均值為45.55 mg/kg，變異系數(shù)為95.14%，表明不同茶園土壤有效 S的含量差異較大，僅有10.13%的茶園含量低于臨界值（16 mg/kg）。

2.4 茶園土壤微量元素Cu、Fe、Mn、Zn、B的含量狀況

表5 表明，茶園土壤有效態(tài)Cu 含量整體偏低，變化范圍為0.06～3.90 mg/kg，平均值為1.94 mg/kg，變異系數(shù)為52.66%，沒有樣本達到豐富和很豐富的級別，50.63%的茶園低于臨界值（2.0 mg/kg），不能滿足茶樹生長需要；茶園土壤有效態(tài)Fe 含量極其豐富，含量變化范圍為4.71～663.10 mg/kg，平均值為193.49 mg/kg，遠高于很豐富水平（20 mg/kg），其中很豐富級別占比93.67%，沒有低于臨界值的土壤樣本；有效態(tài)Mn含量變化范圍為10.94～ 150.20 mg/kg，平均值為33.49 mg/kg，變異系數(shù)為53.40%，59.49%的茶園有效態(tài)Mn 含量很豐富，沒有低于臨界值的土壤樣本；有效態(tài)Zn含量變化范圍為0.26～20.30 mg/kg，平均值為4.51 mg/kg，變異系數(shù)為92.74%，表明有效態(tài)Zn含量的空間分布高度不均勻，大部分處于適中及以上水平，低于臨界值的土壤樣本占比10.13%；有效態(tài)B含量平均值為1.62 mg/kg，變化范圍為0.10～ 15.34 mg/kg，變異系數(shù)達117.30%，表明有效態(tài)B的含量空間分布高度不均勻，15.19%茶園有效態(tài)B 含量低于臨界值（0.5 mg/kg）。

表5 茶園土壤微量元素養(yǎng)分狀況及分級占比

2.5 茶園土壤養(yǎng)分綜合評價

如圖2所示，在所有檢測的13個土壤指標中，沒有土壤在所有指標中全部達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園或豐富以上等級。其中60.8%的土壤樣本能達到6個及以上的指標，占比最多的是達到6～7個優(yōu)質(zhì)指標的樣本，合計占比39.3%。根據(jù)養(yǎng)分評價總分計算，所有樣本平均得分15.92，最大值20.8，最小值9.7。如圖3所示，總分低于14的樣本占比22.8%，高于平均值且大于16的樣本占比49.4%，總分高于18的樣本占比27.9%。以上結果說明紫金茶園大多數(shù)土壤的近半數(shù)養(yǎng)分指標能達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園的標準，土壤養(yǎng)分整體上處于中等偏上的水平。

圖2 養(yǎng)分指標達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園或豐富以上等級的土壤分布頻率

圖3 茶園土壤養(yǎng)分指標綜合評價總分分布頻率

2.6 土壤養(yǎng)分綜合評分與茶青次級代謝物茶多酚和氨基酸含量的關系

統(tǒng)計分析結果如圖4所示，土壤養(yǎng)分綜合評分與茶青次級代謝物茶多酚和氨基酸含量的相關系數(shù)分別為0.277和0.299，都為顯著正相關（P＜0.05），整體上隨著土壤養(yǎng)分綜合評分的提高，茶多酚和氨基酸的含量均增加。

圖4土壤養(yǎng)分綜合評分與茶青茶多酚含量和氨基酸含量的關系

3 討論

3.1 茶園土壤養(yǎng)分豐缺與施肥建議

土壤條件與茶樹的生長發(fā)育密切相關，有機質(zhì)及各種礦質(zhì)養(yǎng)分元素是茶樹生長發(fā)育必不可少的元素。但隨著種茶年限的增加，茶園土壤會表現(xiàn)出pH值下降，F(xiàn)e、Al元素含量增加和部分微量元素含量下降等變化［21-22］，長期不同施肥管理措施也會對土壤養(yǎng)分產(chǎn)生影響［23］。本研究中紫金縣茶園土壤樣本pH值平均為4.84，屬于強酸性土壤，而由于茶樹喜酸性，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園土壤 pH值的范圍為4.5～5.5［24］，因此，49.37%的土壤樣本符合優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園的要求；另外，土壤pH值低于4.0或高于6.5的茶園，對茶樹的正常生長發(fā)育會產(chǎn)生不良影響，而紫金縣的茶園中這類pH值樣本占比只有約5%（圖1）。研究表明，施用生物炭基肥可顯著減緩酸化茶園土壤酸度，促進茶樹對養(yǎng)分的吸收，因此可以考慮施用生物炭等土壤調(diào)理劑來改良酸性土壤［25］。對于土壤pH值太低的茶園需要注意減少化肥投入，增施有機肥來改善土壤結構［26-27］。

土壤中相對較高的有機質(zhì)含量是獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶葉的保證［28］。有機質(zhì)對土壤團粒結構的維持和形成有重要作用，能有效改善土壤三相狀況，有利于茶樹根系生長發(fā)育［29］，但也不是越高越好，過高的有機質(zhì)也可能會影響茶葉品質(zhì)［30］。由于紫金縣政府大力提倡有機茶產(chǎn)業(yè)建設，大部分茶園是有機茶園，注重有機肥的投入，因此調(diào)查的樣本中土壤有機質(zhì)含量整體為中上等，近半數(shù)達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園的標準，但不同茶園之間差異性較大，8.86%的茶園土壤樣本有機質(zhì)含量較低，這些茶園可能是有機肥投入少，或者是新開墾茶園，需要增施有機肥來補充有機質(zhì)［26］，也可以在茶園行間種植一些具有固氮作用的豆科綠肥植物用于還田［31］。

紫金縣茶園土壤大量元素中N和P含量相對較高，而K元素則有44.30%的茶園土壤低于臨界值（80 mg/kg），屬于較差等級。K是植物生長的必需元素，合理施用K肥能增加茶樹的發(fā)芽密度和芽頭重量，提高抗病能力及抗旱性等，缺K則不利于茶樹正常生長［7］。對于K含量低的茶園建議補充K肥，有機茶園可以施用草木灰，或?qū)㈦s草、秸稈和枯枝落葉堆肥還田，對于部分缺N的茶園適當補充N肥或者增加豆科綠肥作物通過固氮作用提升土壤N素含量［32］。

中微量元素中，紫金縣茶園土壤Fe和Mn非常豐富，沒有低于臨界值的樣本，這是華南酸性土壤的一個常態(tài)。有效Ca和S相對較為豐富，大部分茶園不需要額外補充就可以滿足茶樹生長的需要。研究表明,施Mg可使茶葉增產(chǎn)，茶葉游離氨基酸含量增加［33-34］。紫金縣茶園有37.97%的土壤有效Mg含量低于臨界值，需要補充Mg。茶園土壤有效態(tài)Cu含量整體偏低，而且沒有樣本達到豐富及以上的級別，特別是50.63%的茶園低于臨界值，不能滿足茶樹的生長需要。茶樹雖然對中微量元素的需求量較少，但其功能不可代替，紫金縣茶園土壤應重視這些微肥的施用。另外，Cu和Mn既是營養(yǎng)元素，也是重金屬元素，其含量過高可能對植物生長產(chǎn)生不利影響。根據(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T 288-2018中關于茶葉中Cu的限量標準為≤30 mg/kg［35］，本研究調(diào)查的所有土壤樣本均低于這個標準，而且處于相對匱乏需要補充的水平。目前茶葉中Mn的限量還沒有相關國家或者行業(yè)標準，本研究調(diào)查的土壤樣本中Mn含量的最高值為150.20 mg/kg，平均值為33.49 mg/kg，而文獻報道南方紅壤和赤紅壤中活性Mn含量為120～136 mg/kg［36］。據(jù)調(diào)查，粵東鳳凰山茶區(qū)12個茶園土壤可交換態(tài)Mn含量平均為6.41 mg/kg［37］，閩中茶園土壤有效Mn含量平均為33.72 mg/kg［38］，全國各地土壤因成土母質(zhì)及環(huán)境差異導致Mn含量差異很大［39］。茶樹是富集Mn的植物，Mn含量是其他植物的10倍以上［40］。而茶園土壤有效態(tài)Mn含量達到何種水平會對茶樹造成不利影響尚未有研究報道。

3.2 土壤養(yǎng)分綜合評價方法及與茶葉品質(zhì)的關系

研究表明，不同的土壤養(yǎng)分因子對于茶葉的品質(zhì)存在一定影響［30］，而不同養(yǎng)分之間也存在一些相互影響，單獨討論某一養(yǎng)分對茶葉品質(zhì)的影響比較復雜，難以明確。因此，有必要對土壤的養(yǎng)分狀況進行一個綜合評價，而后再研究其與茶葉品質(zhì)的相關性。同樣地，土壤的養(yǎng)分指標種類很多，如果側重單因素評價則會有些片面。如今隨著模糊數(shù)學方法、灰色關聯(lián)分析法、聚類分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法以及多元統(tǒng)計分析方法等現(xiàn)代研究方法的廣泛應用［41-43］，土壤養(yǎng)分評價逐漸趨向于多因素的綜合評價，從而在很大程度上避免了主觀因素對評價結果的影響。但這些方法大多不僅計算比較復雜，而且對于數(shù)據(jù)有一定的適應性要求，并不是所有數(shù)據(jù)都能適用這些方法。比如多元統(tǒng)計分析中的主成分分析方法是采用較多的一種綜合分析方法［44-45］，通過計算各主成分得分獲得綜合評價分，從而達到對土壤養(yǎng)分狀況的準確評價［45］。它要求所有變量間的簡單相關系數(shù)平方和大于偏相關系數(shù)平方和，抽樣適合性檢驗KMO值越接近于1，原有變量越適合作因子分析，KMO值低于0.7的則不適合［46］，本文所調(diào)查的數(shù)據(jù)經(jīng)分析KMO值為0.56，且提取得到的5個主成分貢獻率低于70%，故不太適合作主成分分析。因此我們自定義了一個相對簡單的土壤養(yǎng)分綜合評分規(guī)則，首先根據(jù)每一個土壤指標的分級情況，根據(jù)最佳水平定義最高分，評分隨分級降低而降低。另外，根據(jù)土壤理化指標中大、中、微量賦予不同權重系數(shù)，pH值與有機質(zhì)作為土壤理化性質(zhì)最重要的兩個指標和大量元素N、P、K的權重系數(shù)定為0.6，中量元素權重系數(shù)為大量元素的一半，即0.3，微量元素權重系數(shù)則為大量元素的1/6，即0.1。這種方法不一定能精確地判斷土壤養(yǎng)分狀況，但可以從整體上對土壤養(yǎng)分的綜合狀況提供參考。將土壤養(yǎng)分綜合評分與茶青的重要品質(zhì)因子進行相關性分析，結果表明土壤養(yǎng)分綜合評分與茶青的茶多酚和氨基酸含量存在顯著的正相關性，即土壤整體養(yǎng)分水平較高的茶園生產(chǎn)的茶葉中茶多酚和氨基酸含量相對較高。施肥管理措施也會對茶葉品質(zhì)產(chǎn)生影響，施肥量過高或過低均不利于高品質(zhì)茶葉生產(chǎn)［6］。因此，建議重視茶園土壤綜合肥力情況跟蹤監(jiān)測，及時掌握茶園土壤養(yǎng)分虧缺情況，進行針對性的養(yǎng)分補充，從而保障高品質(zhì)的茶葉生產(chǎn)。

4 結論

根據(jù)土壤樣點測試結果，紫金縣茶園土壤呈強酸性，有機質(zhì)含量整體中上等，但分布不均，部分茶園土壤有機質(zhì)含量極低。土壤各礦質(zhì)養(yǎng)分元素分布不均，F(xiàn)e和Mn非常豐富，N、P、Ca、S、B、Zn含量中等偏上，K、Mg、Cu則相對缺乏。綜合評分表明，紫金茶園土壤養(yǎng)分整體上處于中等水平，土壤綜合肥力水平與茶葉品質(zhì)指標茶多酚和氨基酸等存在顯著的正相關性。建議茶園保持土壤肥力情況跟蹤監(jiān)測，根據(jù)茶園土壤養(yǎng)分虧缺情況進行針對性的補充，以提高茶葉品質(zhì)。