不同酸度土壤对茶叶产量及叶片品质成分含量影响

  辉桦        2021-02-23 18:30:28

摘要:为了分析土壤酸度对茶叶产量及品质成分的影响,本研究选择4个不同酸度土壤的茶园(pH分别为3.29、4.74、5.32、6.38)为研究点,于2016年4月种植铁观音茶树,于2018年5月、2019年5月(春茶采摘时间)和2018年10月、2019年10月(秋茶采摘时间)采样测定茶叶鲜叶产量及鲜叶品质成分(茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡碱、儿茶素组分)含量,分析土壤酸度对茶叶产量及品质成分的影响。结果表明,2018、2019年春茶、秋茶的茶叶产量及茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡碱、儿茶素组分含量均随着土壤pH的增大呈现先上升后下降的趋势,且不同pH土壤种植下,相应指标的差异均达到显著水平。当土壤pH为5.32时,茶叶的产量和品质成分含量均达到最大值,以2018年春茶和秋茶为例,茶叶产量为5876、6102 kg/hm2,茶多酚含量为273.42、281.57 mg/g,茶氨酸含量为13.41、10.89 mg/g,氨基酸含量为34.89、35.18 mg/g,咖啡碱含量为28.16、25.23 mg/g,儿茶素组分总量为98.30、100.84 mg/g。可见,随着茶园土壤酸度加剧,茶叶产量和品质呈下降趋势。


茶樹是喜酸作物,土壤是茶树生长的载体。众多学者的研究及农业行业标准《茶叶产地环境技术条件》(NY/T 853—2004)均表明,茶树种植土壤,以4.5≤pH≤5.5为适中的土壤,当pH<4.5和pH>5.5为不适宜种植的土壤[1-2]。我国茶园土壤普遍存在酸化现象,近年来土壤酸化程度逐渐加剧,据报道,浙江茶园表层土壤pH最低在4.0,并有明显的深层化酸化趋势,江苏茶园土壤pH<4.0的占42.8%,江西茶园土壤pH低于4.5的占43%[3-5]。福建省泉州市安溪县拥有茶园面积4万余公顷,是全国重点及最大的产茶县。王海斌等[6]调查安溪县9个乡镇茶园土壤的酸度发现,37.67%的土壤pH<4.5;土壤pH与茶叶产量和品质成分含量的拟合分析显示,土壤pH越低,茶叶产量和品质成分含量越少。周志等[7]对比分析了2008年和2015年武夷山三大茶区茶园土壤的基本理化指标发现,茶园土壤酸度下降,茶叶品质成分含量降低。Ye等[8]探讨不同树龄茶树叶片品质成分含量变化时发现,随着茶树树龄的增加,茶树根际土壤pH下降,茶叶品质成分含量减少。叶江华等[9]分析土壤特性对武夷山大红袍茶树鲜叶品质的影响发现,土壤pH与茶树鲜叶品质成分含量呈显著负相关,土壤pH降低可导致茶树鲜叶品质成分含量减少。综上可知,茶园土壤普遍存在酸化现象,众多学者在开展研究过程中也发现,土壤酸度对茶树生长、茶叶产量、鲜叶的品质存在一定的影响。然而,大量的研究只是从拟合分析的角度间接性的证实土壤酸度与茶叶产量与品质的关系,而且是以单季、单年或单次试验数据进行评估。茶树种植的大田环境较为复杂,在大田试验过程中,采用多季、多年进行评价或评估能更有效地揭示问题。


据此,本研究直接以4个不同酸度(pH分别为3.29、4.74、5.32、6.38)的平地茶园土壤为研究点,于2016年4月,新种植铁观音茶树,于2018年5月、2019年5月(春茶采摘时间)和2018年10月、2019年10月(秋茶采摘时间)测定茶叶产量及其品质成分(茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡碱、儿茶素组分)含量,分析不同年度、不同季节,土壤酸度对茶叶产量和品质成分含量的影响,以期为酸化茶园土壤的修复及茶叶产量和品质的提升提供参考。


1、材料与方法


1.1材料


1.1.1材料与试剂本研究采用的茶苗为1年生铁观音茶苗。咖啡碱、没食子酸、茶氨酸标准品由福建中凯检测技术有限公司提供;乙腈、乙酸为色谱纯,其余试剂均为分析纯,购自国药集团化学试剂有限公司。


1.1.2仪器与设备Agilent 1260型高效液相色谱仪,安捷伦科技(中国)有限公司;UV-8000型双光束紫外可见分光光度计,上海元析仪器有限公司;L-8900型日立全自动氨基酸分析仪,天美(中国)科学仪器有限公司。


1.2方法


1.2.1茶树种植以福建省泉州市安溪县龙涓乡(117°93′E,24°97′N)为研究地点,在前期研究的基础上[6],选择同一区域不同土壤酸度的茶园为研究样点,样点标号S1、S2、S3、S4,均为平地茶园,面积均为500 m2,以每10 m2为一个取样点进行土壤pH测定,取样土层深度10~50 cm,各样点的pH分布范围为,S1样点pH分布范围在2.95~3.62,S2样点在4.32~5.03,S3样点5.14~5.65,S4样点在6.09~6.57。


移除原有种植的茶树,将土层深度0~50 cm的土壤重新翻耕混匀使其土壤基本较为一致,以每10 m2为一个取样点进行土壤pH测定,取样土层深度10~50 cm,重新获得不同样点的土壤pH分布范围,具体为,S1样点在3.15~3.36(平均值3.29),S2样点在4.62~4.79(平均值4.74),S3样点在5.24~5.45(平均值5.32),S4样点在6.19~6.46(平均值6.38)。以4个不同土壤酸度(pH为3.29、4.74、5.32、6.38)的茶园为研究点,种植茶树,分析土壤酸度对茶叶产量和品质成分含量的影响。茶园土壤的基本理化指标为,有机质含量9.32 g/kg、全氮含量1.94 g/kg、全磷含量1.18 g/kg、全钾含量1.84 g/kg、速效氮含量29.3 mg/kg、速效磷含量74.5 mg/kg、速效钾含量289.4 mg/kg。

不同酸度土壤对茶叶产量及叶片品质成分含量影响

4个不同土壤酸度茶园的种植设计见图1,具体为,每个茶园面积500 m2,分成6行,每行长25 m、宽2 m。2016年4月,种植1年生铁观音茶苗,每行4排,每排100株,共400株,每个样地种植2400株茶苗,种植时间3 a,期间按照茶树种植的传统方法进行管理与施肥。于2018年5月、2019年5月(春茶采摘时间)和2018年10月、2019年10月(秋茶采摘时间)测定茶叶鲜叶产量及其鲜叶品质成分(茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡碱、儿茶素组分)的含量。


1.2.2茶叶产量测定按照铁观音的传统采摘习惯,统一进行春茶和秋茶采摘,采摘标准为驻芽中、小开面3~4叶;每个pH土壤种植的茶树选择3个重复样本进行测定,每个样本面积为50 m2(1行,长25 m×宽2 m),50 m2全部种植茶树。根據样本测定的茶叶产量,换算每公顷茶园茶叶产量。


1.2.3品质成分含量测定以茶树成熟的新梢鲜叶为材料测定茶树叶片茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡碱、儿茶素组分等含量,每个样品3次重复。其中,茶多酚及儿茶素组分含量的提取与检测参照标准GB/T 8313—2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》[10]。具体为,称取0.2 g茶叶鲜叶,加入2 mL预热至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,冷却后,3500 r/min离心10 min,上清液转移至10 mL容量瓶中,70%甲醇水溶液洗涤残渣,离心,合并上清液至10 mL容量瓶中,70%甲醇水溶液定容至10 mL,摇匀,过0.45μm滤膜,待测。儿茶素组分含量和茶多酚含量的测定分别采用高效液相色谱仪和紫外分光光度法测定,检测条件按照标准GB/T 8313—2018进行。


茶氨酸含量的测定参照国家标准GB/T 23193—2017《茶叶中茶氨酸的测定高效液相色谱法》[11]。具体为,称取1 g茶叶鲜叶,加入3 mL超纯水研磨,加沸蒸馏水90 mL,于100℃恒温浸提30 min,过滤,超纯水定容至100 mL,混匀,过0.45μm滤膜,待测。茶氨酸测定采用高效液相色谱仪,检测条件按照GB/T 23193—2017进行。


氨基酸总量的测定参照GB/T 5009.124—2016《食品安全国家标准食品中氨基酸的测定》[12]的方法进行测定。


咖啡碱含量的测定参照GB/T 8312—2013《茶咖啡碱测定》[13]。具体为,称取1 g茶叶鲜叶,加入3 mL超纯水研磨,加4.5 g氧化镁及300 mL沸超纯水,于沸水浴中浸提20 min(每隔5 min摇动一次),立即趁热减压过滤,滤液移入500 mL容量瓶中,冷却并用超纯水定容至刻度,混匀,过0.45μm滤膜,待测。咖啡碱测定采用紫外分光光度计法,检测条件按照GB/T 8312—2013进行。


1.3数据处理


采用Excel 2003、DPS 9.50软件进行数据处理和方差分析。


2、结果与分析


2.1不同土壤酸度对茶叶产量的影响

不同酸度土壤对茶叶产量及叶片品质成分含量影响

不同土壤酸度对茶叶产量的影响如图2所示,从图2可知,2018、2019年茶树春茶、秋茶的茶叶产量随着土壤pH的增大呈现先上升后下降的趋势,且不同pH土壤种植下,茶叶产量差异显著。当土壤pH为5.32时,茶叶的产量最高,表现为2018年春茶、秋茶的茶叶产量分别为5876、6102 kg/hm2,2019年春茶、秋茶的茶叶产量分别为6034、6198 kg/hm2。可见,土壤酸度对茶叶产量存在一定的影响,在本研究范围内,当土壤pH为5.32时,茶叶产量最高,pH过高或过低均会影响茶叶产量。

不同酸度土壤对茶叶产量及叶片品质成分含量影响

2.2不同土壤酸度对茶叶品质成分含量的影响


不同pH土壤重新种植茶树后,茶叶的品质成分含量测定结果表明,2018、2019年春茶和秋茶的茶叶茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡碱含量随着土壤pH的增加呈现先上升后下降的趋势,且不同pH土壤种植下的茶叶相应指标差异均达到显著水平;当土壤pH值为5.32时,茶叶的品质成分含量最高,以2018年春茶为例,茶叶的茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡碱含量分别达到273.42、13.41、34.89、28.16 mg/g。可见,土壤酸度对茶叶品质成分的含量存在一定的影响,在本研究范围内,当土壤pH为5.32时,茶叶的品质最好;不同pH土壤种植茶树后,对茶叶品质成分含量的影响趋势为pH 5.32>pH 6.38>pH 4.74>pH 3.29。


2.3不同土壤酸度对茶叶儿茶素组分含量的影响


茶叶儿茶素组分含量的分析结果表明,2018年春茶和秋茶,茶叶中的各儿茶素组分即没食子儿茶素(GC)、表没食子儿茶素(EGC)、儿茶素+C(C)、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、表儿茶素(EC)、没食子儿茶素没食子酸酯(GCG)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)、儿茶素没食子酸酯(CG)含量和儿茶素组分总量,随着土壤pH的升高(pH3.29~6.38)呈现先上升后下降的趋势,且不同pH土壤种植的茶树,其叶片各儿茶素组分含量的差异均达到显著水平(表1、表2)。当土壤pH为5.32时,茶叶中各儿茶素组分含量均最高。2019年春茶和秋茶,测定的茶叶中各儿茶素组分含量的变化趋势与2018年一致。可见,土壤酸度对茶叶儿茶素组分含量及其总量存在一定的影响。


3、讨论


土壤是茶树生长的载体,茶树虽是喜酸作物,但对其生长合适的土壤pH在4.5≤pH≤5.5,过酸或过碱均会对茶树的生长产生影响[1-2]。据报道,土壤酸化程度的加剧,极易导致茶树根际土壤细菌数量减少、真菌数量上升,益生菌数量下降,病原菌数量上升,进而导致土壤质地变劣,植物所受危害加大[14]。其次,土壤酸化加剧,极易抑制土壤中与养分循环相关的土壤酶活性,包含与N、P、K等元素循环相关的酶[15-16],土壤养分循环能力下降,土壤肥力降低,植物可利用营养元素下降,植物生长受阻[17]。本研究选择了4个不同酸度(pH分别为3.29、4.74、5.32、6.38)的土壤作为研究地点,分析了土壤酸度对茶叶产量的影响发现,2018、2019年茶树春茶和秋茶的茶叶鲜叶产量,随着土壤pH的增大呈现先上升后下降的趋势,当土壤pH为5.32时,茶叶产量最高。可见,适宜的土壤酸度,有利于土壤中有益微生物繁殖,促进土壤养分循环,提高茶树养分吸收能力,保障茶叶的产量,而当土壤过酸或过碱时,均会对茶树生长产生一定影响。


茶氨酸、咖啡碱及多酚类物质是茶树的次生代谢产物,是构成茶叶滋味、香气特征的重要品质成分,而氨基酸作为茶树的初生代谢产物在茶汤的鲜味和甜味的形成中起着重要的作用[18-21]。植物次生代謝产物的合成,需要初生代谢提供能量与基本的前体物质。Ye等[22]研究发现,随着茶树根际土壤pH的下降,土壤酸度加剧,茶树光合作用能力降低,初生代谢能力下降,茶树生长受阻。氨基酸、茶氨酸作为含氮类化合物,其在合成过程中需要氮元素,而据报道,土壤酸化后,茶树的氮素效率、氮素吸收效率、氮素生理利用率、氮素经济效率等均呈现下降趋势[23]。其次,茶树咖啡碱及多酚类物质的合成主要来源于莽草酸途径,而苯丙氨酸解氨酶(PAL)是莽草酸途径代谢的关键酶[24]。陈晓婷等[25]研究草酸胁迫对拟南芥苯丙氨酸解氨酶活性的影响时发现,在48小时诱导下,随着草酸浓度增加,苯丙氨酸解氨酶活性呈现先上升后下降的趋势,随着诱导时间延长苯丙氨酸解氨酶活性逐渐下降。可见长时间高酸度处理下,植物苯丙氨酸解氨酶活性逐渐降低,进而影响莽草酸途径次生代谢物的合成。本研究发现,不同酸度土壤种植茶树后,随着土壤pH的增加,2018、2019年茶树春茶和秋茶的茶多酚、茶氨酸、氨基酸、咖啡碱及儿茶素组分含量均呈现先上升后下降的趋势,且不同pH土壤种植下的茶树,其相应指标的差异均达到显著水平;在本研究实验条件下,当土壤的pH为5.32时,茶树叶片的品质成分含量最高。可见,随着土壤酸度的加剧,茶树光合作用能力下降,初生与次生代谢能力降低,茶树的氮素吸收与利用能力下降,茶树叶片中的品质成分含量降低,茶叶品质下降。


4结论


本研究结果表明,不同酸度土壤对茶叶产量及叶片品质成分含量存在一定的影响;其中,在本实验条件下,当土壤的pH为5.32时,茶叶产量最高,品质最好,高于或低于该pH值,茶叶产量和品质均会呈现下降的趋势。本研究分析了不同酸度土壤对不同年度、不同季节茶叶产量和品质的影响,后期应当继续从土壤酸度调节对茶叶产量及品质成分含量影响进行研究,以期为酸化茶园土壤的修复奠定理论基础。


来源:〈 热带作物学报〉陈晓婷 王裕华 林立文 张清旭 丁力 郭万财 王海斌

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