不同林齡茶園土壤和茶葉硒含量分布特征及其影響因素

馬 蕊，林 勇

(1. 廣西職業技術學院，廣西 南寧 530226；2. 湖南農業大學，湖南 長沙 410128)

【研究意義】茶不僅是我國居民的重要飲品，同時更具有悠久的茶文化，自古以來就有茶馬古道的美譽，可以說茶文化是我國古老文化的一部分[1-3]，對于我國而言，茶葉種植及加工具有悠久的歷史，是最早將茶作為飲品的國家之一，茶葉在居民生活中起著重要作用[4]；在社會經濟不斷繁榮的今天，茶葉依然是重要的飲品，且人們對茶葉品質提出了更高的要求，茶葉作為人們的生活品質追求之一在社會生活中扮演著重要角色[5]。對于我國南方地區而言，其丘陵山地分布較多，水稻等傳統農作物種植難以大面積進行，但是其光照等條件利于茶樹的生長，因此南方茶樹種植面積較大[6-7]，茶樹種植成為其主要的農業生產方式，為當地居民提供了重要的經濟來源，尤其是在社會生活水平不斷提升的今天，人們對茶葉質量需求不斷增強，需求的提升也明顯促進了茶葉生產的發展。【前人研究進展】對于茶樹而言，其具有明顯的富硒特性，尤其是多以有機硒的形式存在，這些硒元素作為人體所需的微量元素，能夠促進人體新陳代謝等活動，利于人體健康[8]；作為一種非金屬元素，硒與人體健康有著密切的關系，直接關乎人體過氧化酶含量，對于酶的形成產生顯著制約，不僅能夠有效促進細胞膜穩定[9-10]，同時也能夠有效促進人體免疫力的提升，提升人體抗癌的能力，同時有效降低鉛等重金屬的積累[11]；茶樹體內的硒成分中有超過80 %的含量以有機硒的形式存在[12]，能夠明顯促進人體健康。對于茶樹而言，其吸收硒元素的來源主要是土壤，土壤中硒的含量直接決定茶樹能否獲取足夠的硒元素[13]，此外，茶樹的吸收能力也影響著其對硒元素的利用能力；整體來說，多數茶樹種植區土壤并沒有充足的硒含量供給，但是恩施、紫陽及石臺等地具有大面積的富硒茶園，成為富硒茶的主要產區，因此開展茶樹種植區硒的研究具有重要現實意義。【本研究切入點】本文通過實地觀測的方式來探究茶樹土壤及硒含量的特征分布，并著重從不同樹齡的茶樹來開展相關研究，分析林齡對硒含量分布的影響。【擬解決的關鍵問題】有效促進茶樹種植，提升茶葉硒含量。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

本研究始于2017年，連續2年實驗觀測，地點選擇：長沙開慧鎮金湘園茶葉基地，受到所在地理位置的影響，該區域具有明顯的熱帶季風濕潤氣候，分布著大面積的紅壤，這種土壤的發育來源于花崗巖母質，根據近年來氣象資料分析得知，該區域年均氣溫在20 ℃左右，一般情況下該區域一月最低溫度約為零下5 ℃，而八月氣溫近于40 ℃且炎熱干燥，其年均降雨量低于1500 mm，夏季的降雨量占據了全年降雨的70 %。

1.2 樣品采集

首先根據不同的樹齡來設置4個實驗樣地，分別為1、5、10、15年樹齡來區分不同的茶樹林樣地，要求樣地的長、寬均為20 m，為了降低實驗誤差，茶樹種植區采取基本一致的管理。然后在各個樣地內選定9個采點，并借助于四分法進行茶樹的土樣采集，要求土壤取樣深度達到20 cm，之后需要將在不同采點獲取的土樣進行混合，并將其置于實驗室進行風干處理，在過篩之前去除相關的雜質，接下來進行土壤養分含量的測定，借助于烘干法對鮮土含水量進行測定，要求溫度達到105 ℃。

1.3 樣品測定

對有機質、全磷、全氮含量的測定分別采取加熱法、比色法及定氮法進行，對全鉀及速效鉀含量的測定則借助于光度計法進行[14]。通過HF-HNO3-HClO4消煮法來對土壤的全硒含量開展相應的測定，對于茶葉硒含量的測定則借助于HNO3-HClO4消煮法，同時對消煮液進行過濾處理，定容后通過ICP-MS進行相應指標測定；對于土壤有效硒含量的測定則利用NaHCO3浸提法進行，對上清液首先進行加熱處理，之后進行消解過濾，最后通過ICP-MS測定指標[15]。通過本次實驗觀測獲取到了一系列相關數據，然后利用Excel 2007進行整理匯總，接下來再利用SPSS18.0開展相應的統計分析，尤其是方差分析、相關分析等。Excel 2007.0和SAS 8.2進行數據統計和方差分析，單因素方差分析(One-way ANOVA)，Origin9.0作圖。

2 結果與分析

2.1 不同林齡茶園形態特征

由表1可知，茶樹林生長年齡對其自身特性產生了顯著影響。分枝數、冠幅和基徑呈一致的變化規律，隨著種植年限的增加呈先增加后降低趨勢，基本表現為10年生>15年生>5年生>1年生，不同林齡茶樹分枝數、冠幅和基徑差異均顯著(P<0.05)；種植密度隨種植年限的增加呈逐漸減少趨勢，并且不同林齡茶樹密度差異均顯著(P<0.05)。整體上看，隨著茶樹林發育生長和林齡增加，茶樹林冠幅、分枝數和基徑呈先增加后降低趨勢，茶樹林密度呈顯著降低趨勢。

2.2 不同林齡茶園土壤養分

由表2可知，不同林齡茶樹林土壤養分含量總體上隨著生長年限的增加呈先增加后降低趨勢，隨生長年限的增加，茶樹林土壤養分逐漸升高，在生長年限為10年時，土壤養分含量達到最大，生長年限超過10年以后，土壤養分含量則急劇降低，依次表現為10年生>15年生>5年生>1年生。土壤有機碳變化范圍在9.16～15.48 g·kg-1之間，不同種植年限土壤有機碳差異均顯著(P<0.05)；全氮變化范圍在1.06～1.28 g·kg-1之間，10和15年全氮差異不顯著(P>0.05)；土壤全磷變化范圍在0.80～0.86 g·kg-1之間，不同種植年限全磷差異不顯著(P>0.05)；全鉀變化范圍在1.26～2.45 g·kg-1之間，5和15年全鉀差異不顯著(P>0.05)；速效磷和速效氮變化范圍在16.59～43.78和53.12～92.17 mg·kg-1之間，5和15年速效磷和速效氮差異不顯著(P>0.05)；速效鉀變化范圍在65.23～123.44 mg·kg-1之間，不同種植年限速效鉀差異均顯著(P<0.05)。

表1 不同林齡茶樹林形態特征

表2 不同林齡茶樹林土壤養分

2.3 不同林齡茶園茶葉品質

由表3可知，不同林齡茶樹水浸出物、茶多酚、咖啡堿和游離氨基酸總體上隨著生長年限的增加呈先增加后降低趨勢，隨生長年限的增加，茶樹林水浸出物、茶多酚、咖啡堿和游離氨基酸逐漸升高，在生長年限為10年時，水浸出物、茶多酚、咖啡堿和游離氨基酸達到最大，生長年限超過10年以后，水浸出物、茶多酚、咖啡堿和游離氨基酸則急劇降低，依次表現為10年生>15年生>5年生>1年生。不同林齡水浸出物、茶多酚、咖啡堿和游離氨基酸差異均顯著(P<0.05)。

表3 不同林齡茶園茶葉品質

表4 不同林齡茶園土壤和茶葉全硒和有效硒含量

表5 土壤養分對土壤和茶葉硒含量的影響

2.4 不同林齡茶園土壤和茶葉全硒和有效硒含量

由表4可以看出，土壤全硒含量變化范圍在1.62～1.78 mg·kg-1之間，隨著生長年限的增加呈先增加后降低趨勢，在生長年限為10年時，土壤全硒含量達到最大值，其中5 和15年土壤全硒含量差異不顯著(P> 0.05)；土壤有效硒含量變化范圍在0.16～0.23 mg·kg-1之間，在生長年限為10年時，土壤有效硒含量達到最大值，其中10和15年土壤有效硒含量差異不顯著(P> 0.05)；活化率變化范圍在10.32 %～11.57 %之間，在生長年限為10年時，活化率達到最大，其中1年茶園活化率最低(P< 0.05)；茶葉全硒含量、全硒富集系數和有效全硒富集系數隨著生長年限的增加呈先增加后降低趨勢，在生長年限為10年時，茶葉全硒含量、全硒富集系數和有效全硒富集系數達到最大，并且不同生長年限茶葉全硒含量、全硒富集系數和有效全硒富集系數差異均顯著(P< 0.05)。

2.5 土壤養分對土壤和茶葉硒含量的影響

利用Person相關性分析，評價土壤養分對土壤和茶葉硒含量的影響。從表5可知，土壤全硒與有機碳、全氮呈極顯著正相關(P<0.01)，與全鉀和速效磷呈顯著正相關(P<0.05)；土壤有效硒與有機碳和速效磷呈極顯著正相關(P<0.01)，與全氮、全鉀、速效氮和速效鉀呈顯著正相關(P<0.05)；活化率與有機碳、全氮、全鉀和速效氮呈顯著正相關(P<0.05)；茶葉有效硒富集系數與有機碳和全氮呈呈顯著正相關(P<0.05)；茶葉全硒和有效硒與土壤理化性質之間相關性未達到顯著性水平(P>0.05)。

2.6 不同林齡茶園土壤土壤和茶葉硒含量的主成分分析

在本實驗過程中，將土壤理化性質和茶葉品質作為研究的原變量，待提取特征值后進行降維，分析顯著的相關變量，通過主成分分析發現，對于第一主成分而言，其特征值的變量解釋度為79.214 %，成為最主要的解釋變量，前兩個主成分的特征值超過了90 %，說明這兩個成分是主要的分析指標(表6)；通過因子載荷分析發現(表7)，對土壤硒貢獻較大的為有機碳(載荷系數為0.689)和全氮(載荷系數為0.702)，對茶葉硒貢獻較大的為水浸出物(載荷系數為0.623)和茶多酚(載荷系數為0.726)。

表6 觀測指標總方差分解表

表7 主成分載荷矩陣

3 討 論

根據茶樹生長時間，樹齡在1、5年分別稱為幼齡林、中齡林；林齡達到10、15年則分別稱之為近熟林及成熟林[2-3]。對于幼齡林而言，茶樹處于單株生長發育階段，林木之間的生長競爭較弱，單株逐漸向郁閉轉變，所需的肥料相對較少，該林木區域呈現較低的土壤質量；對于成熟茶樹林而言，長期生長過程中消耗大量土壤養分，在土壤肥力及活性成分難以改善的情況下，極易出現土壤質量低下的問題；而近熟林具有較快的生長速度，單株茶樹之間對光熱及養分方面具有較強的競爭，需要大量的土壤養分需求，因此對土壤質量要求較高[16-17]。通過研究得知，不同樹齡的茶樹區域，其土壤養分也存在較大的差異，但是整體來說在林齡不斷增加的情況下其先增后降，尤其是氮、磷、鉀等含量，土壤養分含量在林齡10年達到最大，之后隨著林齡的增加養分含量逐漸下降，也就是說10年林齡的茶樹土壤養分含量最高，其次是15年林齡，而1年林齡的茶樹區域土壤養分含量最低，對于全磷而言，盡管樹齡不同但是其含量基本變化不大。在茶樹生長過程中需要大量的土壤養分，而凋落物的分解速度相對較慢，難以為茶樹生長提供充足的有機質轉換，因此茶樹對土壤養分的吸收需求會加大，隨著樹齡的增加，養分需求量越大，尤其是在茶樹達到成熟林齡之前，當茶樹林齡達到15年以后，其對養分需求量相對降低[18-19]。

土壤硒含量主要取決于母巖，成土母質的特性將對其產生直接的影響，土壤理化特征制約著硒元素的聚集，通過實地研究發現，不同樹齡的茶樹區域，其土壤全硒也存在較大的差異，但是整體來說在林齡不斷增加的情況下其先增后降，土壤硒含量在林齡10年達到最大，之后隨著林齡的增加其含量逐漸下降，也就是說10年林齡的茶樹土壤全硒含量最高，其次是15年林齡，而1年林齡的茶樹區域土壤全硒含量最低。也就是說土壤及茶樹全硒含量的變化特點與養分變化趨勢基本一致，土壤硒含量受到土壤養分含量的直接制約，對于硒元素而言，其具有典型的親生物特性，存在被氧化遷移的可能性，能夠產生較強的次生聚集，同時與鎘、鉛等產生伴生現象。該研究區域具有較充足的土壤養分，能夠為硒元素的富集提供有利條件，成為硒的重要來源之一，因此來說土壤養分充足的情況下有利于茶樹硒含量的提升，土壤硒活化率一般在10 %左右，受到南方土壤酸性的影響，其硒的有效度并不是很高，這與以往學者的研究結論基本一致[23-24]。

茶樹在生長過程中所需的水分及養分取決于土壤質量，土壤養分是否充足將直接制約著茶樹生長狀況及茶葉質量，對其色、香、味形成重大影響，茶葉的醇香能夠通過提升其甘氨酸來實現，其鮮爽能夠通過茶氨酸來實現，茶多酚含量較高將會給茶葉帶來苦澀的口感，不利于茶葉品質的提升，研究發現當茶多酚含量在20 %以下才不會影響茶葉口感[25]，此外，茶樹氮含量將會對茶多酚產生影響，氮含量過低將會提升多酚含量，進而對茶葉口感產生不利影響。磷在茶樹光合作用過程中成為不可或缺的成分，在酶的促進下能夠加速能量傳遞，對于茶葉增香具有良好的促進作用；不少學者通過研究發現，茶葉硒含量的提升有利于茶葉口感的提高[23-25]。本研究通過實地觀測研究分析得知，在土壤養分上升的情況下全硒含量也隨之增加，二者具有顯著的正相關關系，但是全硒、有效硒與土壤理化性質之間并無顯著相關性；通過主成分分析得知有機碳、全氮能夠促進土壤硒含量的提升，其載荷系數分別為0.689、0.702；而水浸出物、茶多酚能夠促進茶葉硒含量的提升，其載荷系數分別為0.623、0.726；綜合來看，在土壤硒含量不斷提升的情況下茶葉中硒含量隨之明顯增加，因此在茶樹種植過程中可采取施有機肥的形式來促進土壤硒含量的提升，加強茶樹對硒的富集能力，有機質能夠富集大量的硒元素，同時有機肥能夠對土壤pH產生提升作用，從而對硒元素流失產生明顯的降低作用。