海南茶園復合種植對土壤性狀及茶葉化學品質的影響

曹啟民，王永鵬，覃姜薇，易偉鵬,張冬明,曾建華，肖彤斌*

(1.海南省農業科學院農業環境與土壤研究所,海南 ?？?571100；2.農業部海南耕地保育科學觀測試驗站,海南 海口 571100；3.海南省耕地保育重點實驗室,海南 ?？?571100；4.海南省農墾科學院,海南 ?？?570206；5.海南省農業生態與資源保護總站,海南 ?？?571100)

【研究意義】海南茶葉品質優良，口感醇厚，被譽為“華夏第一早春茶”，已遠銷歐、美、東南亞等18個國家和地區，在茶商中享有較高的知名度與美譽度，開發潛力巨大。截至2018年，海南省有茶園約1333 hm2，茶葉產量約1800 t，總產值約1.2億元。大多數茶園的耕作常用淺耕和深耕法，這些方法會造成茶園土壤水土流失，肥力衰退，生產農資成本增加，土壤板結，茶樹生長早衰等問題。目前，國內外大力推廣和應用生態循環農耕方式，并取得良好的生態、經濟和社會效益[1-2]。復合種植對土壤容重、疏松性等物理性狀有顯著改善作用，并能調節土壤溫度，增加土壤含水量，減少水土流失，且對于改善茶葉品質能起到明顯效果[3]?！厩叭搜芯窟M展】研究表明茶樹喜濕耐蔭，茶園種植一定數量和種類的喬木能為茶樹的良好生長提供一定的郁閉度[4-5]。植物群落的垂直結構是群落在垂直方面的配置狀態，其最顯著的特征是成層現象，不同的植被垂直結構，水土保持功能存在差異[6]。良好的植被群落垂直結構能顯著增強土壤保水保肥能力。喬灌草復合種植的土壤抗蝕性明顯提高，具有更強的水土保持功能[7-8]。在單一大面積種植作物的土地上，可以通過人工種植相應的喬木、灌木和草本組成人工植物群落垂直結構，以增強該區域的生態系統功能，提升土壤的水土保持能力?！颈狙芯壳腥朦c】目前有關茶園人工構建的群落垂直結構及其生態效應的研究報道較少，本研究選用適宜海南氣候和酸性土壤且易生長的喬本豆科植物黃槐(CassiasurattensisBurm.f.)和草本豆科植物野花生[Sennatora(L.) Roxb.]為研究對象?！緮M解決的關鍵問題】重點明晰喬木黃槐、灌木茶樹和草本野花生組成的復合種植結構對海南茶園土壤性狀和茶葉化學品質的影響，以期為海南茶園綠色生產及海南茶葉產業二次騰飛提供理論依據，對海南國際自由貿易試驗區建設具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區基本情況

試驗地位于海南農墾五指山茶葉集團有限公司白沙茶葉基地，試驗地處海南省白沙黎族自治縣著名的隕石坑內。該地處于牙叉丘陵盆地區，海拔高度為205～300 m。年平均氣溫22.7 ℃，月平均氣溫最高6、7月為27 ℃，最低1月為16.4 ℃。年平均降雨量1870 mm，4-10月每月降水量均在116 mm以上，8、9月達到310 mm。4-10月每月降水量均在116 mm以上，8、9月達到310 mm，1月最少僅11.9 mm，年平均陰霧日達215 d。

試驗區供試土壤以磚紅壤為主，土層中等，多含礫砂，保水性較好，肥力較高。

1.2 供試茶園樹種和套種品種

供試茶園種植的品種為海南大葉種(C.sinensisvar.assamicacv.Hainan-dayezhong)有性系，樹齡3年，該品種植株高大，分枝部位高，分枝較稀，產量高。黃槐和野花生種苗由中國熱帶農業科學院提供。

1.3 試驗設計

試驗設4個處理，分別為黃槐+茶樹+野花生(T1)、黃槐+茶樹(T2)、茶樹+野花生(T3)和單一茶樹(CK)。每處理3 個重復構成12 個小區，每小區面積 666.7 m2，小區之間間隔10 m，隨機分布，其中T1定義為人工茶園群落垂直結構。黃槐和野花生同時定植，黃槐定植距離30 m×30 m，野花生定植行距為25 cm×25 cm，定植后適量適時澆水。2017 年3月季施肥，每小區統一施用有機肥 4500 kg/hm2(海南邦禾益生園生物科技有限公司，有機質45 %，總養分N，P2O5，K2O 5 %)。試驗各處理田間管理措施均完全一樣。

1.4 研究內容和測定方法

1.4.1 土壤含水量和容重 2017年1月初在每個試驗小區，采用隨機取樣的方式，取0～20和20～40 cm土樣分析。含水量采用烘干法，土壤容重采用環刀法[9]。

1.4.2 土壤溫度 2017年7月初 15:00 在每個試驗小區，每隔10 d隨機設置6個監測點，用地溫計分別測定 0～40 cm中每隔 5 cm 的土層溫度。

1.4.3 土壤肥力 采用常規分析方法[10]：pH 采用電位法，有機質采用油浴重鉻酸鉀氧化容量法；速效氮用堿解擴散法；速效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法；速效鉀用乙酸銨浸提原子吸收分光光度法。

1.4.4 茶樹生長指標 2017年5月采取S法在每個試驗小區的茶樹上定樣方，樣方長1 m，隔行定1個樣方。測量葉片角度、芽長、一芽二葉長和百芽重。

1.4.5 茶葉化學指標 水浸出物含量測定參照GB/T8305-2002[11]；茶多酚含量測定采用酒石酸亞鐵比色法[12]；氨基酸組分采用HPLC分析方法-AccQ·Tag[13]；咖啡堿采用HPLC法[13]；可溶性糖的測定采用蒽酮比色法，參照張志良的方法[14]；黃酮類化合物含量測定參照程紅的方法[15]。

1.5 數據處理

采用 Microsoft Excel 進行統計，SPSS19.0進行數理統計和顯著性檢驗(LDS 檢驗法)。

2 結果與分析

2.1 對茶園土壤物理性質的影響

2.1.1 對茶園土壤水的影響 由圖1可知，0～20和20～40 cm土層土壤含水量T1較CK明顯提高，分別增加了33.70 %和11.81 %，且差異顯著(P<0.05)(圖1)。表明黃槐+茶樹+野花生復合種植模式能顯著提高茶園表層土壤的水分含量，茶樹+野花生種植模式也能提高茶園水土保持功能，但黃槐+茶樹種植模式無顯著作用。說明茶園復合種植越復雜越有利于茶園水土保持功能。

不同小寫字母表示不同處理間存在顯著差異，P<0.05，下同The different lowercase letters indicate significant difference at the P<0.05 level,the same as below

2.1.2 對茶園土壤容重的影響 各土層T1較CK土壤容重分別降低12.07 %和8.43 %(圖2)，且差異顯著(P<0.05)。表明黃槐+茶樹+野花生復合種植模式，改善了茶園表層甚至更深層土壤的疏松度和空隙度，說明茶園復合種植結構降低茶園土壤的容重，提高了土壤的可耕性及通氣性。

圖2 不同處理對土壤容重的影響Fig.2 The effects of different treatments on soil bulk density

2.1.3 對茶園土壤溫度的影響 對2017年7月的土壤平均氣溫統計結果(圖3)表明，T1較CK，分別下降了 23.84 %、20.91 %、23.82 %、25.07 %、28.31 %、13.09 %、7.35 %和5.29 %。方差分析結果表明，T1較CK顯著減低了(P<0.01)土壤溫度，其中0～20 cm的土層降溫效果最明顯。表明在高溫季節黃槐+茶樹+野花生復合種植模式能有效減低各土層的溫度，說明茶園復合種植結構能減低高溫對茶樹生長發育的傷害，減小溫度變化幅度。林黎研究表明，組合套種平托花生和百喜草極顯著降低了茶園土壤溫度，特別是在0～20 cm土層中土壤溫度降幅明顯[20]。這可能與喬本和草本植物的營養根系大多分布在 0～20 cm土層中有關。

圖3 不同處理對土壤溫度的影響Fig.3 The effects of different treatments on soil temperature

2.2 對茶園土壤肥力的影響

由表1可知，0～20、20～40 cm 各土層T1較CK有機質分別增加25.86 %、23.14 %；堿解氮分別增加30.03 %、58.67 %；速效磷增加25.51 %、39.64 %，速效鉀分別增加28.75 %、58.26 %。方差分析結果表明，T1與CK差異顯著(P<0.05)，而對土壤 pH值影響不顯著。表明黃槐+茶樹+野花生復合種植模式改善了土壤化學性狀，這就意味著復合種植結構提升土壤肥力，有效改善茶樹生根區土壤的營養狀況，促進土壤養分活化。

表1 不同處理對茶園土壤肥力的影響

2.3 對茶葉品質的影響

2.3.1 對茶樹生長指標的影響 從表2可以看出，除了葉片角度，其它各指標T1較CK都有不同程度的增加，特別是芽長和百芽重分別增加17.58 %、33.12 %(鮮)和39.88 %(干)，且差異顯著(P<0.05)。表明黃槐+茶樹+野花生復合種植結構對茶樹的生長產生明顯促進作用，說明茶園復合種植結構有利于茶樹葉片生長發育。

表2 不同處理對茶葉葉芽生長的影響

2.3.2 對茶葉化學指標的影響 由表3可知，除了酚/氨和咖啡堿，其它各化學指標T1較CK都有不同程度的增加，其中水浸出物、茶多酚、氨基酸和黃酮分別增加14.41 %、18.71 %、14.21 %和32.87 %，且差異顯著(P<0.05)。表明黃槐+茶樹+野花生復合種植結構提升了茶葉的化學品質成分，說明茶園復合種植結構對于改善茶葉化學品質具有顯著的促進作用。

表3 不同處理對茶葉化學指標的影響

3 討 論

復合植被結構差異可顯著影響當地作物生長發育和產品品質，本文通過人工構建茶園復合種植結構試驗，系統研究了黃槐+茶樹+野花生構建的生態結構對茶園土壤性狀、茶葉生長和化學指標的影響。

本研究表明茶園復合種植結構顯著增加茶園土壤含水量，提升茶園土壤保水能力，明顯降低茶園土壤容重，增加了茶園土壤通透性，明顯降低高溫季節表層土壤溫度，減少變化幅度，有利于保護高溫天氣茶樹的生長。林黎[20]研究表明，人工茶園群落垂直結構有效地保持土壤含水率，增加地表植被的覆蓋，能緩解干旱季節茶園土壤水熱狀況。土壤水是土壤的重要組成部分，是作物吸收水分的主要供給源，是影響土壤肥力和自凈能力的主要因素之一[16]。土壤含水量能反映作物對水的需要情況，對農業生產有很重要的指導意義；土壤毛管水移動快，數量大，是植物利用土壤水的主要形態[17]。土壤容重反映土壤的熟化程度、結構性和松緊度。容重小表明土壤疏松和結構良好，容重大表明土壤緊實板硬，缺少團粒結構[16]。土壤容重直接影響孔隙大小分配和土壤孔隙度、土壤的穿透阻力及土壤水肥氣熱變化，并對土壤物理性質如土壤通氣、持水性質、堅實度等產生顯著影響[18]。土壤溫度對農業生產產生直接影響，表現為在一定的溫度范圍內，土壤溫度越高，作物生長發育越快；間接影響表現為土壤溫度影響微生物活性、有機質轉化速度、水分運動、溶質運移等，從而間接影響作物的生長發育[19]。

本試驗研究結果顯示復合種植結構顯著增加茶園土壤肥力指標(有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀)含量，提升茶園土壤保肥能力。土壤肥力的重要標志之一是有機質含量，對茶樹的生長發育、茶品質量和產量有顯著影響[18]。研究證實，增加土壤有機質含量對改善茶葉的滋味、香氣、湯色具有明顯效果，并能提升茶葉水浸出物含量[21]。增加土壤氮含量有利于茶葉品質的提升，氮是構成蛋白質、氨基酸、咖啡堿等茶滋味的重要成分，氮對新芽生長發育和百芽重也有顯著作用[18]。眾多研究顯示，茶湯中碳水化合物、氨基酸和兒茶素與茶樹鮮葉含氮量相關性明顯，其中氨基酸和含氮量呈顯著正相關[22]。茶葉中特有的氨基酸是茶氨酸，它與綠茶滋味等級的相關系數達0.787[23]，大量研究顯示，茶園土壤中的磷有利于茶氨酸的形成，鉀能夠提高茶葉中游離氨基酸、茶多酚等內含物的含量，適量多施鉀肥，對茶葉品質的改善能起到明顯的作用[24]。

茶葉的種植栽培是影響茶葉成品品質的關鍵，本研究顯示茶園復合種植結構明顯促進茶葉芽長、一芽二葉長和百芽重等生長指標，顯著提升茶葉化學品質指標(水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡堿、可溶性糖和黃酮類化合物)的含量。芽長和百芽重直接影響茶葉外形和葉底。研究表明，水浸出物值越大，內含成分越豐富，則加工成的茶具有較好的品質[25]。茶多酚是茶葉內含成分和功能性成分，與茶葉品質呈正相關[26]。眾多研究表明，氨基酸與茶葉的香氣的形成密切相關，也是形成茶湯鮮爽味的主要成分[27-29]。黃酮對茶葉的感官品質和生理功能起重要作用，研究證實隨著沖泡次數的增加，茶中黃酮類物質逐漸減少[30]；紅茶中的澀味主要是黃酮類物質[31]。

4 結 論

茶園復合種植結構顯著增加茶園土壤含水量，提升茶園土壤保水能力。

茶園復合種植結構顯著增加茶園土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀等的含量，提升茶園土壤保肥能力。

茶園復合種植結構明顯促進茶葉芽長、一芽二葉長和百芽重等生長指標，顯著提升茶葉的水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡堿、可溶性糖和黃酮類化合物等的含量，提升茶葉品質質量。