土壤酸度對茶葉產量及品質成分含量的影響

陳曉婷 王裕華 林立文 張清旭 丁力 郭萬財 王海斌

摘? 要：為了分析土壤酸度對茶葉產量及品質成分的影響，本研究選擇4個不同酸度土壤的茶園（pH分別為3.29、4.74、5.32、6.38）為研究點，于2016年4月種植鐵觀音茶樹，于2018年5月、2019年5月（春茶采摘時間）和2018年10月、2019年10月（秋茶采摘時間）采樣測定茶葉鮮葉產量及鮮葉品質成分（茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡堿、兒茶素組分）含量，分析土壤酸度對茶葉產量及品質成分的影響。結果表明，2018、2019年春茶、秋茶的茶葉產量及茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡堿、兒茶素組分含量均隨著土壤pH的增大呈現先上升后下降的趨勢，且不同pH土壤種植下，相應指標的差異均達到顯著水平。當土壤pH為5.32時，茶葉的產量和品質成分含量均達到最大值，以2018年春茶和秋茶為例，茶葉產量為5876、6102 kg/hm2，茶多酚含量為273.42、281.57 mg/g，茶氨酸含量為13.41、10.89 mg/g，氨基酸含量為34.89、35.18 mg/g，咖啡堿含量為28.16、25.23 mg/g，兒茶素組分總量為98.30、100.84 mg/g。可見，隨著茶園土壤酸度加劇，茶葉產量和品質呈下降趨勢。

關鍵詞：土壤;茶樹;pH;產量;品質成分

中圖分類號：S571.1? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： In order to analyze the effect of soil acidity on tea yield and leave quality components， four tea plantations with different acidity soils （pH values of 3.29， 4.74， 5.32 and 6.38） were selected to plant Tieguanyin tea in April 2016. The fresh leaves were harvested in May 2018， May 2019 （The spring tea picking time） and in October 2018， October 2019 （The autumn tea picking time）， and the yield and the contents of quality components （tea polyphenols， theanine， amino acid， caffeine and catechins composition） of the fresh leaves were detected to analyze. The results showed that the tea yield and the contents of tea polyphenols， theanine， amino acids， caffeine and catechins composition in the spring and autumn tea leaves in 2018 and 2019 increased first and then decreased with the increase of soil pH value. When the soil pH value was 5.32， the tea yield and the contents of quality components in the leaves reached the maximum. As an example of spring and autumn tea in 2018， the tea yield was 5876 kg/hm2 and 6102 kg/hm2， the tea polyphenol content was 273.42 mg/g and 281.57 mg/g， the theanine content was 13.41 mg/g and 10.89 mg/g， the amino acid content was 34.89 mg/g and 35.18 mg/g， the caffeine content was 28.16 mg/g and 25.23 mg/g， and the total catechin component was 98.30 mg/g and 100.84 mg/g. It could be seen that with the intensification of soil acidity， the yield and quality of tea were deteriorated.

Keywords： soil; tea tree; pH; yield; quality components

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.01.035

茶樹是喜酸作物，土壤是茶樹生長的載體。眾多學者的研究及農業行業標準《茶葉產地環境技術條件》（NY/T 853—2004）均表明，茶樹種植土壤，以4.5≤pH≤5.5為適中的土壤，當pH<4.5和pH>5.5為不適宜種植的土壤[1-2]。我國茶園土壤普遍存在酸化現象，近年來土壤酸化程度逐漸加劇，據報道，浙江茶園表層土壤pH最低在4.0，并有明顯的深層化酸化趨勢，江蘇茶園土壤pH<4.0的占42.8%，江西茶園土壤pH低于4.5的占43%[3-5]。福建省泉州市安溪縣擁有茶園面積4萬余公頃，是全國重點及最大的產茶縣。王海斌等[6]調查安溪縣9個鄉鎮茶園土壤的酸度發現，37.67%的土壤pH<4.5;土壤pH與茶葉產量和品質成分含量的擬合分析顯示，土壤pH越低，茶葉產量和品質成分含量越少。周志等[7]對比分析了2008年和2015年武夷山三大茶區茶園土壤的基本理化指標發現，茶園土壤酸度下降，茶葉品質成分含量降低。Ye等[8]探討不同樹齡茶樹葉片品質成分含量變化時發現，隨著茶樹樹齡的增加，茶樹根際土壤pH下降，茶葉品質成分含量減少。葉江華等[9]分析土壤特性對武夷山大紅袍茶樹鮮葉品質的影響發現，土壤pH與茶樹鮮葉品質成分含量呈顯著負相關，土壤pH降低可導致茶樹鮮葉品質成分含量減少。綜上可知，茶園土壤普遍存在酸化現象，眾多學者在開展研究過程中也發現，土壤酸度對茶樹生長、茶葉產量、鮮葉的品質存在一定的影響。然而，大量的研究只是從擬合分析的角度間接性的證實土壤酸度與茶葉產量與品質的關系，而且是以單季、單年或單次試驗數據進行評估。茶樹種植的大田環境較為復雜，在大田試驗過程中，采用多季、多年進行評價或評估能更有效地揭示問題。

據此，本研究直接以4個不同酸度（pH分別為3.29、4.74、5.32、6.38）的平地茶園土壤為研究點，于2016年4月，新種植鐵觀音茶樹，于2018年5月、2019年5月（春茶采摘時間）和2018年10月、2019年10月（秋茶采摘時間）測定茶葉產量及其品質成分（茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡堿、兒茶素組分）含量，分析不同年度、不同季節，土壤酸度對茶葉產量和品質成分含量的影響，以期為酸化茶園土壤的修復及茶葉產量和品質的提升提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料

1.1.1? 材料與試劑? 本研究采用的茶苗為1年生鐵觀音茶苗。咖啡堿、沒食子酸、茶氨酸標準品由福建中凱檢測技術有限公司提供;乙腈、乙酸為色譜純，其余試劑均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2? 儀器與設備? Agilent 1260型高效液相色譜儀，安捷倫科技（中國）有限公司;UV-8000型雙光束紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司;L-8900型日立全自動氨基酸分析儀，天美（中國）科學儀器有限公司。

1.2? 方法

1.2.1? 茶樹種植? 以福建省泉州市安溪縣龍涓鄉（117°93′ E， 24°97′ N）為研究地點，在前期研究的基礎上[6]，選擇同一區域不同土壤酸度的茶園為研究樣點，樣點標號S1、S2、S3、S4，均為平地茶園，面積均為500 m2，以每10 m2為一個取樣點進行土壤pH測定，取樣土層深度10～50 cm，各樣點的pH分布范圍為，S1樣點pH分布范圍在2.95～3.62，S2樣點在4.32～5.03，S3樣點 5.14～5.65，S4樣點在6.09～6.57。

移除原有種植的茶樹，將土層深度0～50 cm的土壤重新翻耕混勻使其土壤基本較為一致，以每10 m2為一個取樣點進行土壤pH測定，取樣土層深度10～50 cm，重新獲得不同樣點的土壤pH分布范圍，具體為，S1樣點在3.15～3.36（平均值3.29），S2樣點在4.62～4.79（平均值4.74），S3樣點在5.24～5.45（平均值5.32），S4樣點在6.19～6.46（平均值6.38）。以4個不同土壤酸度（pH為3.29、4.74、5.32、6.38）的茶園為研究點，種植茶樹，分析土壤酸度對茶葉產量和品質成分含量的影響。茶園土壤的基本理化指標為，有機質含量9.32 g/kg、全氮含量1.94 g/kg、全磷含量1.18 g/kg、全鉀含量1.84 g/kg、速效氮含量29.3 mg/kg、速效磷含量74.5 mg/kg、速效鉀含量289.4 mg/kg。

4個不同土壤酸度茶園的種植設計見圖1，具體為，每個茶園面積500 m2，分成6行，每行長25 m、寬2 m。2016年4月，種植1年生鐵觀音茶苗，每行4排，每排100株，共400株，每個樣地種植2400株茶苗，種植時間3 a，期間按照茶樹種植的傳統方法進行管理與施肥。于2018年5月、2019年5月（春茶采摘時間）和2018年10月、2019年10月（秋茶采摘時間）測定茶葉鮮葉產量及其鮮葉品質成分（茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡堿、兒茶素組分）的含量。

1.2.2? 茶葉產量測定? 按照鐵觀音的傳統采摘習慣，統一進行春茶和秋茶采摘，采摘標準為駐芽中、小開面3～4葉;每個pH土壤種植的茶樹選擇3個重復樣本進行測定，每個樣本面積為50 m2（1行，長25 m×寬2 m），50 m2全部種植茶樹。根據樣本測定的茶葉產量，換算每公頃茶園茶葉產量。

1.2.3? 品質成分含量測定? 以茶樹成熟的新梢鮮葉為材料測定茶樹葉片茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡堿、兒茶素組分等含量，每個樣品3次重復。其中，茶多酚及兒茶素組分含量的提取與檢測參照標準GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》[10]。具體為，稱取0.2 g茶葉鮮葉，加入2 mL預熱至70 ℃的70%甲醇水溶液，研磨，加入4 mL 70%甲醇水溶液，70 ℃水浴浸提10 min，冷卻后，3500 r/min離心10 min，上清液轉移至10 mL容量瓶中，70%甲醇水溶液洗滌殘渣，離心，合并上清液至10 mL容量瓶中，70%甲醇水溶液定容至10 mL，搖勻，過0.45 μm濾膜，待測。兒茶素組分含量和茶多酚含量的測定分別采用高效液相色譜儀和紫外分光光度法測定，檢測條件按照標準GB/T 8313—2018進行。

茶氨酸含量的測定參照國家標準GB/T 23193—2017《茶葉中茶氨酸的測定高效液相色譜法》[11]。具體為，稱取1 g茶葉鮮葉，加入3 mL超純水研磨，加沸蒸餾水90 mL，于100 ℃恒溫浸提30 min，過濾，超純水定容至100 mL，混勻，過0.45 μm濾膜，待測。茶氨酸測定采用高效液相色譜儀，檢測條件按照GB/T 23193—2017進行。

氨基酸總量的測定參照GB/T 5009.124—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》[12]的方法進行測定。

咖啡堿含量的測定參照GB/T 8312—2013《茶 咖啡堿測定》[13]。具體為，稱取1 g茶葉鮮葉，加入3 mL超純水研磨，加4.5 g氧化鎂及300 mL沸超純水，于沸水浴中浸提20 min（每隔5 min搖動一次），立即趁熱減壓過濾，濾液移入500 mL容量瓶中，冷卻并用超純水定容至刻度，混勻，過0.45 μm濾膜，待測。咖啡堿測定采用紫外分光光度計法，檢測條件按照GB/T 8312—2013進行。

1.3? 數據處理

采用Excel 2003、DPS 9.50軟件進行數據處理和方差分析。

2? 結果與分析

2.1? 不同土壤酸度對茶葉產量的影響

不同土壤酸度對茶葉產量的影響如圖2所示，從圖2可知，2018、2019年茶樹春茶、秋茶的茶葉產量隨著土壤pH的增大呈現先上升后下降的趨勢，且不同pH土壤種植下，茶葉產量差異顯著。當土壤pH為5.32時，茶葉的產量最高，表現為2018年春茶、秋茶的茶葉產量分別為5876、6102 kg/hm2，2019年春茶、秋茶的茶葉產量分別為6034、6198 kg/hm2。可見，土壤酸度對茶葉產量存在一定的影響，在本研究范圍內，當土壤pH為5.32時，茶葉產量最高，pH過高或過低均會影響茶葉產量。

2.2? 不同土壤酸度對茶葉品質成分含量的影響

不同pH土壤重新種植茶樹后，茶葉的品質成分含量測定結果表明，2018、2019年春茶和秋茶的茶葉茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡堿含量隨著土壤pH的增加呈現先上升后下降的趨勢，且不同pH土壤種植下的茶葉相應指標差異均達到顯著水平;當土壤pH值為5.32時，茶葉的品質成分含量最高，以2018年春茶為例，茶葉的茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡堿含量分別達到273.42、13.41、34.89、28.16 mg/g（圖3、圖4、圖5、圖6）。可見，土壤酸度對茶葉品質成分的含量存在一定的影響，在本研究范圍內，當土壤pH為5.32時，茶葉的品質最好;不同pH土壤種植茶樹后，對茶葉品質成分含量的影響趨勢為pH 5.32>pH 6.38>pH 4.74>pH 3.29。

2.3? 不同土壤酸度對茶葉兒茶素組分含量的影響

茶葉兒茶素組分含量的分析結果表明，2018年春茶和秋茶，茶葉中的各兒茶素組分即沒食子兒茶素（GC）、表沒食子兒茶素（EGC）、兒茶素+C（C）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）、表兒茶素（EC）、沒食子兒茶素沒食子酸酯（GCG）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）、兒茶素沒食子酸酯（CG）含量和兒茶素組分總量，隨著土壤pH的升高（pH3.29～6.38）呈現先上升后下降的趨勢，且不同pH土壤種植的茶樹，其葉片各兒茶素組分含量的差異均達到顯著水平（表1、表2）。當土壤pH為5.32時，茶葉中各兒茶素組分含量均最高。2019年春茶和秋茶，測定的茶葉中各兒茶素組分含量的變化趨勢與2018年一致。可見，土壤酸度對茶葉兒茶素組分含量及其總量存在一定的影響。

3? 討論

土壤是茶樹生長的載體，茶樹雖是喜酸作物，但對其生長合適的土壤pH在4.5≤pH≤5.5，過酸或過堿均會對茶樹的生長產生影響[1-2]。據報道，土壤酸化程度的加劇，極易導致茶樹根際土壤細菌數量減少、真菌數量上升，益生菌數量下降，病原菌數量上升，進而導致土壤質地變劣，植物所受危害加大[14]。其次，土壤酸化加劇，極易抑制土壤中與養分循環相關的土壤酶活性，包含與N、P、K等元素循環相關的酶[15-16]，土壤養分循環能力下降，土壤肥力降低，植物可利用營養元素下降，植物生長受阻[17]。本研究選擇了4個不同酸度（pH分別為3.29、4.74、5.32、6.38）的土壤作為研究地點，分析了土壤酸度對茶葉產量的影響發現，2018、2019年茶樹春茶和秋茶的茶葉鮮葉產量，隨著土壤pH的增大呈現先上升后下降的趨勢，當土壤pH為5.32時，茶葉產量最高。可見，適宜的土壤酸度，有利于土壤中有益微生物繁殖，促進土壤養分循環，提高茶樹養分吸收能力，保障茶葉的產量，而當土壤過酸或過堿時，均會對茶樹生長產生一定影響。

茶氨酸、咖啡堿及多酚類物質是茶樹的次生代謝產物，是構成茶葉滋味、香氣特征的重要品質成分，而氨基酸作為茶樹的初生代謝產物在茶湯的鮮味和甜味的形成中起著重要的作用[18-21]。植物次生代謝產物的合成，需要初生代謝提供能量與基本的前體物質。Ye等[22]研究發現，隨著茶樹根際土壤pH的下降，土壤酸度加劇，茶樹光合作用能力降低，初生代謝能力下降，茶樹生長受阻。氨基酸、茶氨酸作為含氮類化合物，其在合成過程中需要氮元素，而據報道，土壤酸化后，茶樹的氮素效率、氮素吸收效率、氮素生理利用率、氮素經濟效率等均呈現下降趨勢[23]。其次，茶樹咖啡堿及多酚類物質的合成主要來源于莽草酸途徑，而苯丙氨酸解氨酶（PAL）是莽草酸途徑代謝的關鍵酶[24]。陳曉婷等[25]研究草酸脅迫對擬南芥苯丙氨酸解氨酶活性的影響時發現，在48小時誘導下，隨著草酸濃度增加，苯丙氨酸解氨酶活性呈現先上升后下降的趨勢，隨著誘導時間延長苯丙氨酸解氨酶活性逐漸下降。可見長時間高酸度處理下，植物苯丙氨酸解氨酶活性逐漸降低，進而影響莽草酸途徑次生代謝物的合成。本研究發現，不同酸度土壤種植茶樹后，隨著土壤pH的增加，2018、2019年茶樹春茶和秋茶的茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡堿及兒茶素組分含量均呈現先上升后下降的趨勢，且不同pH土壤種植下的茶樹，其相應指標的差異均達到顯著水平;在本研究實驗條件下，當土壤的pH為5.32時，茶樹葉片的品質成分含量最高。可見，隨著土壤酸度的加劇，茶樹光合作用能力下降，初生與次生代謝能力降低，茶樹的氮素吸收與利用能力下降，茶樹葉片中的品質成分含量降低，茶葉品質下降。

4? 結論

本研究結果表明，不同酸度土壤對茶葉產量及葉片品質成分含量存在一定的影響;其中，在本實驗條件下，當土壤的pH為5.32時，茶葉產量最高，品質最好，高于或低于該pH值，茶葉產量和品質均會呈現下降的趨勢。本研究分析了不同酸度土壤對不同年度、不同季節茶葉產量和品質的影響，后期應當繼續從土壤酸度調節對茶葉產量及品質成分含量影響進行研究，以期為酸化茶園土壤的修復奠定理論基礎。

參考文獻

Mehra A， Baker C L. Leaching and bioavailability of aluminium， copper and manganese from tea （Camellia sinensis）[J]. Food Chemistry， 2007， 100（4）： 1456-1463.