茶園間作不同植物對茶葉產量和品質及茶園土壤的影響

謝克孝，薛志慧，陳志丹

福建農林大學 安溪茶學院，福建 泉州 362000

茶（Camellia sinensis L.）是世界三大無酒精健康飲料之一，提高茶葉品質和茶園經濟效益是茶產業始終追求的目標。目前我國大部分茶園都是單一種植茶樹，很多茶園都有水土流失、土壤肥力降低、茶葉產量與質量不穩定等問題，很大方面與茶樹單作有關[1]。間作套種是農業中常用的生態治理方法，具有增產和提高養分資源利用率的作用[2]。茶園間作可以培肥土壤，改良土壤養分狀況，從而提高茶葉品質、增加產量與提高經濟收益[3-6]；同時能夠防止水土流失，穩定茶園生態系統[7-10]。國內外對于茶園間作提高茶園總體效益已有一些研究，如嚴芳[11]等研究發現茶樹-白三葉間作對改善土壤養分有積極效果，其中有機質提升9.6%、堿解氮提升23%、速效鉀和有效磷分別增加9.46%和20.51%；王慧敏[12-13]等人研究得出間作芳香植被可以增加土壤pH值，提高含水量，抑制茶園土壤嚴重酸化狀況，有益于茶葉生產和品質的提高；宋莉[14]等人研究得出間作綠肥可提供土壤養分，改善土壤狀況，進而改善生態環境效應，提升作物品質和經濟效益。Shahram Sedaghathoor, Terry J. Rose[15-16]等人研究證實，在茶園中間作豆科植物可固定茶園中的氮含量從而減少氮肥投入，提高茶樹百芽重、發芽密度以及茶葉產量。吳紅敏[17]等人證明在大田中間作菊科植物有利于提高作物產量及與產量的相關指標，原因是菊科植物能有效降低大田中各類病蟲害發生和危害率，保證作物的正常生長發育[18-19]。但現有研究所提供的可選擇的茶園間作模式有限，許多有潛質的可用來間作的作物有待挖掘利用，可見，篩選多樣化的間作植物是必要的。本試驗通過設置間作白三葉、金盞菊和金花菜三種間作模式，探討不同間作模式條件下對土壤營養成分及茶葉品質成分與茶葉產量的影響，旨在為茶園間作模式的合理選擇和科學發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點：位于福建省泉州市安溪縣舉源茶葉合作社福建農林大學實驗基地內，該地區臨邊安溪縣西南方位，屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫16℃ ～ 18℃，年降水量在800 mm左右，終年溫暖濕潤，無霜期較長。

供試茶樹品種：鐵觀音。

供試茶園：海拔800 m左右，土壤為紅壤和紅黃壤。茶園為茶樹樹齡三年以上，均達到采摘標準的成熟茶園，均按照國家規定的生態茶園的標準嚴格執行，周圍生態穩定，無水土流失和土壤異常情況。

供試間作植物：白三葉（Trifolium repens L.），豆科車軸草屬，莖匍匐蔓生，具有蝶形花冠，是短期多年生草本植物，適應性廣，具有一定的抗旱性和耐寒性，喜酸性土壤不耐鹽堿；金花菜（Medicago polymorpha L.），豆科苜蓿屬，為一年生或多年生草本植物，對土壤的適應性廣，能耐一定酸性；金盞菊（Calendula officinalis L.），菊科金盞菊屬，在干旱貧瘠的地帶中生長良好，能夠忍受低溫和寒冷的氣候，是一年生草本植物。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

于2018年底在安溪縣舉源茶葉合作社的茶園基地按隨機區組試驗方法，隨機序列將CK對照組、白三葉、金盞菊、金花菜各設3個重復區組共12個小區，且各組間之間設置2個留白小區，各小區種植面積均約為180 m2。

1.2.2 樣品采集

茶樣：于2019年春茶季（4月28日、4月29日）進行采樣，采摘標準一芽三葉茶鮮葉，采后立即使用烘箱固樣，取回后冰箱低溫保存備用。土樣：采用5點取樣法，在離茶樹根系較近地方取0 ～ 20 cm土壤，剔除雜物，充分混合后四分法分離多出來的土壤，自然風干，再磨碎過1 mm篩，備用。

1.2.3 測定方法

發芽密度：采用0.1 m2樣框5點取樣調查法（33 cm*33 cm），從上至下采摘方框內駐芽小開面一芽三葉，記錄發芽密度，每個小區重復6次；百芽重（鮮重）：對各試驗小區內每個小區采摘足量的新梢（一芽三葉）隨機快速選取100個新梢稱重，稱重后混合至原來的茶鮮葉中，重新選取100個新梢稱重，如此重復6次[20]；茶葉產量：采用全小區記產（不包含保護行）測量春茶鮮葉產量（kg/小區），通過小區產量換算得出公頃產量（kg/hm2）。

茶葉主要品質成分檢測：水浸出物含量參照GB/T 8305—2013水浴浸提烘干法；茶多酚參照GB/T 8313—2018福林酚法；游離氨基酸總量參照GB/T 8314—2013茚三酮比色法；咖啡堿參照GB/T 8312—2013紫外分光光度法。

土壤主要養分成分檢測：pH值參照NY/T 1377—2007電位測定法；有效磷參照NY/T 1121.7—2014鉬銻抗比色法；速效鉀參照NY/T 889—2004火焰光度計法；堿解氮參照LY/T 1229—1999堿解擴散法；全磷參照NY/T 88—1988氫氧化鈉熔融法；全鉀參照NY/T 87—1988氫氧化鈉熔融法；全氮參照LY/T 1228—2015開氏消煮法；有機質參照NY/T 1121.6—2006高溫外熱重鉻酸鉀氧化法。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010進行數據預處理與作圖。用SPSS 20.0 軟件分析對數據進行單因素差異性分析、主成分分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 茶葉主要品質成分

表1結果表明，三種間作模式處理的茶葉中水浸出物含量均高于純茶園（單一茶樹茶園）種植模式，但未達顯著差異；茶多酚含量分別降低10.72%、14.59%和21.44%，均達顯著差異；游離氨基酸總量方面，間作金花菜降低4.7%，而間作白三葉提高2.4%，差異顯著；咖啡堿含量方面，三種間作模式對比純茶園模式均達顯著差異，其中間作金盞菊和白三葉分別降低1.44%和0.96%，間作金花菜提高2.08%。此外，間作金盞菊、金花菜和白三葉均能顯著降低茶葉中的酚氨比，下降比率分別達9.72%、10.47%和23.46%，說明三種間作模式有助于提升成茶品質的鮮爽度。

表1 不同種植模式下茶葉品質成分的變化Table 1 Changes of tea quality components under different planting patterns

2.2 茶園土壤理化性質

圖1可看出，對比純茶園模式，方差分析結果顯示，間作白三葉的土壤pH值降低0.16%，間作金花菜和金盞菊分別提高0.50%和0.34%，差異均不顯著；三種間作模式茶園土壤有效磷均有提高，其中間作白三葉、金盞菊的茶園土壤有效磷含量分別提高45.7%和30.0%，差異顯著；間作白三葉、金花菜和金盞菊的茶園土壤速效鉀含量分別提高39.6%、47.2%和60.0%，也均達顯著差異；間作白三葉、金花菜的茶園土壤堿解氮提高16.9%和17.7%，差異顯著；間作白三葉的土壤全磷增加19.5%，間作金花菜與間作金盞菊的茶園土壤全磷分別降低48.8%和29.3%。間作白三葉與間作金花菜、金盞菊的茶園土壤之間有極顯著差異，間作白三葉比間作金花菜的茶園土壤全磷含量增加57.1%，比間作金盞菊的茶園土壤全磷含量提高40.8%。對比純茶園模式，間作金盞菊的茶園土壤全鉀含量降低13.8%，差異顯著；間作白三葉與金花菜的茶園土壤全氮含量分別提高66.7%和83.3%，差異顯著。三種間作模式土壤有機質均有提高，其中間作金盞菊的茶園土壤中提高27.6%，最為顯著，說明間作金盞菊能有效提升土壤中有機質含量。

圖1 不同種植模式下茶園土壤養分的變化Figure 1 Changes of soil nutrients in tea garden under different planting patterns

2.3 茶樹百芽重、發芽密度和茶葉產量

如圖2所示，與純茶園模式對比，間作白三葉、金盞菊和金花菜的茶樹百芽重分別增重8.86%、9.05%及15.55%，均呈現出顯著性差異。

圖2 不同種植模式下茶樹百芽重的變化Figure 2 Changes of hundred bud weight of tea plant under different planting patterns

如表2所示，與純茶園模式對比，間作白三葉和金盞菊的茶園茶樹發芽密度呈現顯著性差異，分別提升了12.94%和23.46%，而間作金花菜未達顯著差異；茶葉產量方面，根據方差分析結果顯示，三種間作模式對比純茶園模式雖然均未達顯著差異，但均有提高，與百芽重以及發芽密度的分析結果較符合。結果表明茶園內間作金花菜、白三葉和金盞菊都有助于提升茶樹百芽重和發芽密度以及茶葉產量。

表2 不同種植模式下茶樹發芽密度和產量的變化Table 2 Changes of germination density and yield of tea plant under different planting patterns

2.4 茶園土壤各養分指標主成分分析

結果如表2，PC1、PC2與PC3的方差貢獻率分別為55.37%、28.03%和16.60%，故前3個主成分的累積方差貢獻率達到100.00%，包含了全部的茶樹土壤肥力信息。其中，主成分1的主要成分解析表達式F1=0.125x1+0.119x2+0.2 25x3+0.200x4-0.115x5-0.186x6+0.117x7+0.210x8，對其影響較大的變量有有效磷、堿解氮、全鉀和有機質；主成分2的主要成分解析表達式F2=-0.371x1+0.379x2+0.013x3+0.077x4+0.38 4x5-0.190x6+0.019x7+0.103x8，主要的代表變量有有效磷、全磷和有機質；主成分3的主要成分解析表達式F3=-0.020x1-0.037x2-0.037x3+0.326x4+0.002x5+0.427x6+0.643x7-0.218x8，堿解氮、全鉀、全氮和有機質對其影響較大。將每個主成分各自的得分情況乘以各自的貢獻率，排序后得到4種種植模式的土壤肥力最終排名（表4），結果表明，三種間作模式土壤的綜合得分F高于純茶園模式土壤，茶樹與三種間作物間作可有效提高土壤肥力水平。

表3 總方差解釋表Table 3 Table of total variance

表4 特征向量Table 4 Eigenvector

2.5 間作茶園土壤性狀與茶葉品質成分含量的相關性

表5結果可知，茶葉中的水浸出物、茶多酚和氨基酸含量與茶樹土壤營養成分間存在顯著或極顯著正相關或負相關性，其中水浸出物含量與土壤全鉀含量之間存在顯著性負相關，而與土壤有機質含量呈現極顯著的正相關；茶多酚含量與土壤堿解氮含量之間存在顯著性負相關性；氨基酸含量與土壤pH值呈現出顯著性負相關，而與土壤全磷含量之間存在顯著性正相關。說明茶葉品質成分與土壤營養成分之間存在密切的關系，尤其土壤pH值和土壤全磷、全鉀及有機質含量變化對茶葉品質成分影響較大。

表5 土壤肥力評價Table 5 Evaluation of tea soil fertility

表6 土壤特性與茶葉營養品質的相關性Table 6 Correlations between soil characteristics and nutritional quality of tea

3 結論與討論

3.1 茶園間作能降低茶葉中的酚氨比

茶園合理間作白三葉、金花菜和金盞菊能不同程度地改善茶葉品質。茶多酚與氨基酸都極大影響著茶湯風味品質，茶多酚在茶湯中主要呈現苦味，而氨基酸則是影響茶湯的鮮味，因而酚氨比是體現茶湯鮮爽度的直接指標，酚氨比越高，茶湯越苦澀，反之越低，茶湯越鮮爽。白三葉與金花菜為豆科植物，茶園間作豆科植物可降低茶葉中茶多酚含量，增加氨基酸含量，從而降低酚氨比，提升茶葉的鮮爽度，與宋同清、彭晚霞[21-23]等人的在茶園中間作白三葉的研究結論相似。在本次試驗中，發現間作金盞菊也具有降低茶葉酚氨比的作用。茶園間作對茶葉酚氨比影響的主要原因可能是間作方式改變了茶園的整體生態環境，如濕度、溫度以及土壤受光照程度等條件，導致茶樹生理機制發生變化，氨基酸和咖啡堿在新陳代謝改變的影響下出現累積現象，而茶多酚的合成途徑受阻等。

3.2 間作可使茶園土壤在不同程度上得到改良

茶園選擇適當的間作植物可改善土壤質量，提升土壤肥力。目前的國內研究進展中，范玉貞[24]研究梨園間作白三葉得出土壤全鉀的含量降低，宋同清[25]對白三葉在茶園中進行試驗也得出速效磷、堿解氮、有機質及全氮含量提高。與張優[26]結論較為相似。本試驗中，間作白三葉茶園土壤中有效磷、速效鉀、堿解氮、全磷、全氮和有機質都有較大幅度乃至顯著性提高，其中間作金花菜和金盞菊可有效提升有效磷、速效鉀、堿解氮、全氮和有機質含量，而全磷和全鉀呈現降低趨勢，表明茶園間作白三葉能夠全面改善土壤養分儲量和轉化率從而達到改良土壤及增強土壤肥力的目的；而間作金盞菊和金花菜則需要選擇性種植，在一些由于常年過多施用磷肥和鉀肥而導致土壤富營養化的茶園中適宜種植。通過對不同間作模式下8個土壤養分指標的SPSS主成分分析結果發現，土壤中有效磷、堿解氮、全磷、全鉀、全氮及有機質含量等指標對土壤肥力的貢獻較大；而利用主成分分析的各主成分得分權數以及各主成分對土壤肥力信息的貢獻率構建出土壤肥力信息評價比較，得出三種間作模式下土壤的質量都高于純茶園模式土壤。另一方面，在茶葉品質與土壤營養成分的相關性分析中發現，茶葉各品質成分與土壤養分各指標之間均存在不同程度正或負相關性，其中土壤pH值、堿解氮、全磷以及有機質含量與茶葉的營養品質成分的關系最為緊密。

3.3 間作可提高茶百芽重、發芽密度及產量

茶園不同間作模式對茶葉產量有著直接影響。本次試驗結果表明，茶園間作金花菜、金盞菊和白三葉均提升了單位面積內茶樹的百芽重和發芽密度，其中間作金花菜對百芽重的提升最明顯，金盞菊則顯著提升茶樹的發芽密度；產量上，間作金花菜、金盞菊和白三葉均有提高。本試驗結果與黎健龍[27-28]發現豆科植物能夠提升茶樹百芽重、發芽密度和產量的結果相符合。

綜上，與純茶園模式相比，在茶園中合理選擇并間作作物有利于改造和改良土壤條件，進而有效改善茶湯的滋味，降低茶葉的苦澀味，提升茶葉品質。