安徽“桐城小花”茶地質(zhì)-地球化學(xué)適生模型研究

盧健，蘇晶文，秦云飛，沈歡喜

（1.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局311地質(zhì)隊(duì)，安徽安慶 246003；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇南京 210016）

0 引言

2017—2018 年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局部署了“皖江經(jīng)濟(jì)帶安慶—馬鞍山沿江段1∶5萬(wàn)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目，安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局311 地質(zhì)隊(duì)受托在系統(tǒng)研究“桐城小花”茶核心主產(chǎn)區(qū)地貌、土壤、地質(zhì)背景、土壤地球化學(xué)及耕地地力評(píng)價(jià)成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)一步開(kāi)展表層土壤、淺層地下水和地表水、農(nóng)作物和根系土壤樣品調(diào)查，分別評(píng)價(jià)了區(qū)內(nèi)土壤、農(nóng)作物及灌溉水的環(huán)境質(zhì)量等級(jí)。本文通過(guò)茶產(chǎn)區(qū)的立地條件及各類樣品測(cè)試結(jié)果，采用定量加定性的方式建立安徽“桐城小花”茶地質(zhì)-地球化學(xué)適生模型，擬通過(guò)適生模型為桐城市其他地區(qū)推廣種植“桐城小花”茶提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)對(duì)皖西大別山其他茶葉的研究提供了參考。

1 茶產(chǎn)區(qū)環(huán)境背景特征

1.1 茶產(chǎn)區(qū)概況

安徽省是我國(guó)江南茶產(chǎn)區(qū)的重要組成部分，皖西大別山區(qū)以獨(dú)特的自然環(huán)境和地質(zhì)背景盛產(chǎn)“六安瓜片、霍山黃芽、岳西翠蘭、桐城小花”等名茶?！巴┏切』ā辈鑴?chuàng)制于明代，憑借獨(dú)具特色的“蘭香”享有“品不減龍井”之美譽(yù)，2015年入選“全國(guó)名特優(yōu)新農(nóng)產(chǎn)品目錄”，2017年通過(guò)農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志登記保護(hù)。

“桐城小花”龍眠茶產(chǎn)區(qū)位于桐城市龍眠山、魯谼山一帶，地理中心點(diǎn)坐標(biāo)為：東經(jīng)116°54′20″、北緯31°06′30″[1]。茶園多分布在300～1000m 的低山緩坡地帶，茶園樣式以斜坡茶園為主，局部山體坡度較大區(qū)域?yàn)樘菁?jí)茶園，茶園的開(kāi)發(fā)與選址嚴(yán)格受地形地貌條件限制。

1.2 自然地理概況

“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫16℃，年平均降雨量1273mm，常年平均蒸發(fā)量1460.8mm，年平均日照1993.8h，無(wú)霜期234.5d[2]。區(qū)內(nèi)水資源豐富，地表主水系龍眠河經(jīng)境主廟水庫(kù)最終注入嬉子湖。植被類型為落葉-常綠混交林，草本植物和灌木叢混雜分布，植被覆蓋率在60%～90%。重巒疊嶂、水庫(kù)環(huán)抱的微地貌為茶樹(shù)生長(zhǎng)提供了濕潤(rùn)的氣候環(huán)境。

1.3 地質(zhì)背景條件

“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)出露的巖層有小溪河組(Pt3x)云母石英片巖、變粒巖夾薄層大理巖，大別巖群黑云斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖及大理巖組合；巖漿巖呈巖株、巖體出露，巖性主要為二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)斑巖、角閃二長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖等；在西部大徽尖一帶分布有毛坦廠組(J3K1m)粗安斑巖、安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r等。產(chǎn)茶區(qū)地層、巖體分布見(jiàn)圖1。

1.4 土壤條件

圖1 “桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Figure 1. Geological sketch map of the "Tongcheng Xiaohua" tea-producing area

“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)內(nèi)土壤類型相對(duì)單一，大面積以麻石硅鋁質(zhì)粗骨土為主，麻石黃棕壤次之，分布特征與地質(zhì)背景有關(guān)[1]。土壤中砂粒含量適中，但土層較薄，一般在30～100cm，土壤肥力水平中等，土壤pH值一般在4.5～5.5。土壤中A-B層侵蝕殆盡后，構(gòu)型以A-B-C 為主，風(fēng)化碎屑層裸露，顯粗骨特征，土壤特性為茶樹(shù)生長(zhǎng)提供了疏松透氣的環(huán)境。

2 茶產(chǎn)區(qū)地球化學(xué)特征

2.1 樣品采集與處理

本次根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》、《茶葉抽樣技術(shù)規(guī)范》要求，分別采集了表層（0～20cm）土壤樣、灌溉水樣（淺層地下水及地表水）、茶葉及根系土壤樣。

（1）表層土壤樣：采用網(wǎng)格+圖斑的原則布設(shè)樣點(diǎn)[6]，以二調(diào)圖斑圖為底圖，單個(gè)圖斑為基本采樣單元，共采集土壤樣572件，樣點(diǎn)密度11.4點(diǎn)/km2。0～20cm為采樣層，取樣后剔去植物根系和礫石，經(jīng)自然風(fēng)干后，用-10目尼龍篩過(guò)篩，取篩下物稱重后送實(shí)驗(yàn)室分析。

（2）茶葉樣：清明—谷雨期間在茶葉集中區(qū)隨機(jī)選取15～20 個(gè)植株組成1 件樣品，共采集茶葉樣60件，以0.83km2為評(píng)價(jià)單元，鮮葉經(jīng)脫水焙干后送實(shí)驗(yàn)室分析。在原點(diǎn)配套采集根系土壤樣60組，加工方法同表層土壤樣。

（3）淺層地下水樣：茶葉采摘期在茶園集中種植區(qū)采集裂隙水、泉水及與茶葉生長(zhǎng)關(guān)系密切的民井水，共采集水樣56件，樣點(diǎn)密度1點(diǎn)/0.89km2。在晴朗天氣用玻璃瓶分別盛裝原水樣、酸化水樣、堿化水樣、特殊水樣，現(xiàn)場(chǎng)加入相應(yīng)的保護(hù)劑后封蠟按時(shí)送實(shí)驗(yàn)室分析。

（4）地表水樣：根據(jù)地貌特點(diǎn)和茶園現(xiàn)狀劃分10個(gè)評(píng)價(jià)單元，每個(gè)評(píng)價(jià)單位控制1件樣品，共采集水樣10 件，樣點(diǎn)密度5 點(diǎn)/km2。采集和處理方法同淺層地下水。

各樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖2。

圖2 “桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)樣點(diǎn)分布示意圖Figure 2. Sketch map of distribution of sampling spots in the "Tongcheng Xiaohua" tea-producing area

2.2 樣品分析方法

（1）土壤分析：依據(jù)《區(qū)域地球化學(xué)勘查樣品分析方法》要求，選擇粉末壓片-XX射線熒光光譜法(XRF)測(cè)定Cl、S、MgO、P、K2O、CaO、Cr、Mn、TFe2O3、Ni、Cu、Zn、Pb 等13 種元素或氧化物；四酸溶樣-電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定Mo、Cd元素；王水溶樣-原子熒光光譜法(AFS)測(cè)定As、Hg元素；交流電弧-原子發(fā)射光譜法(ES)測(cè)定B 元素；酸溶-原子熒光法(AFS)測(cè)定Se元素；凱氏氮容量法(VOL)測(cè)定N元素；重鉻酸鉀氧化還原容量法(VOL)測(cè)定有機(jī)質(zhì)；離子選擇性電極法(ISE)測(cè)定pH值。

（2）農(nóng)作物分析：依據(jù)《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析方法和技術(shù)要求》，選擇微波消解熔樣-電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定As、Hg、Cd、Cr、Pb、Zn元素；碰撞池-等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定Se 元素；依據(jù)《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測(cè)方法》《茶咖啡堿測(cè)定》及《茶游離氨基酸總量的測(cè)定》要求分別測(cè)定茶多酚、兒茶素、咖啡堿及游離氨基酸元素。

（3）水質(zhì)分析：依據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》和《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法》，采用等離子體質(zhì)譜法(ICPMS)、原子熒光法(AFS)為主的配套方案分析水樣。選擇加酸水王水分解-原子熒光法(AFS)測(cè)定As；加重鉻酸鉀水王水分解-原子熒光法(AFS)測(cè)定Hg；原水-分光光度法(COL)測(cè)定Cr6+；原水-離子選擇性電極法(ISE)測(cè)定F-；原水-硝酸銀滴定法(VOL)測(cè)定Cl-；加堿水-異煙酸-吡唑酮分光光度法測(cè)定氰化物。

2.3 土壤地球化學(xué)背景

茶葉的正常生長(zhǎng)與40多種土壤元素有關(guān)，茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)與大量營(yíng)養(yǎng)元素、微量營(yíng)養(yǎng)元素均有著密切關(guān)系[5]。通過(guò)表層土壤（0～20cm）地球化學(xué)調(diào)查對(duì)茶產(chǎn)區(qū)的土壤元素含量進(jìn)行了研究，具有以下特征：

（1）酸堿度：土壤pH值范圍在4.33～7.28，一般在4.5～5.5，整體呈酸性。強(qiáng)酸性(pH＜4.5)土壤多分布在西部楊頭村石英正長(zhǎng)斑巖母質(zhì)區(qū)。酸性土壤利于茶葉品質(zhì)的提升。

（2）養(yǎng)分元素：“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量水平在0.68%～6.78%，平均值1.88%；土壤全N含量水平在428～4976μg/g，平均值1008μg/g；土壤全P 含量水平在203.7～3416.4μg/g，平均值1451.9μg/g；土壤全K含量水平在1.67%～5.53%，平均值3.69%[1]。N元素能有效提高茶葉的氨基酸、兒茶素、茶多酚及碳水化合物含量，且茶樹(shù)對(duì)氮元素的吸收呈明顯的專一性、連續(xù)性；土壤Zn 可提高茶葉氨基酸、茶多酚和咖啡堿含量，降低酸氨比，有利于提高茶葉品質(zhì)[5]。

（3）有益元素：“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)土壤Zn含量水平在41.3～191.0μg/g，平均值88.62μg/g，該元素空間分布相對(duì)零散；土壤Se 含量水平在0.083～1.599 μg/g，平均值0.25μg/g；土壤Cu 含量水平在6.5～45.7μg/g，平均值20.83μg/g；土壤Mo 含量水平在0.38～13.58μg/g，平均值1.03μg/g；土壤Fe 含量水平在2.61%～11.38%，平均值6.01%，該元素空間分布不均勻[1]。

2.4 淺層地下水地球化學(xué)特征

對(duì)茶產(chǎn)區(qū)分布的民井及巖石裂隙水、泉水采集了淺層地下水樣品，分別測(cè)試了總Cu、總Pb、總Zn、總Cd、總As、總Hg、Cr6+、氰化物、氯化物、氟化物共10項(xiàng)指標(biāo)。依據(jù)《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(DZ/T0290-2015)，采集的62 件樣品符合Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)比例達(dá)88.71%，優(yōu)質(zhì)的淺層地下水資源可為茶葉生長(zhǎng)提供更加豐富的碳水化合物。

2.5 生物地球化學(xué)特征

在清明-谷雨期間系統(tǒng)采集了茶葉樣品，分別測(cè)試了7 項(xiàng)微量元素(Se、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As)及4 項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)(氨基酸、兒茶素、咖啡堿、茶多酚)。

（1）微量元素：根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》(GB 2762-2012)標(biāo)準(zhǔn)，本次送檢的63件茶葉樣品全部?jī)?yōu)于食品安全標(biāo)準(zhǔn)，未出現(xiàn)超標(biāo)。

（2）品質(zhì)指標(biāo)：氨基酸、兒茶素、咖啡堿、茶多酚指標(biāo)是構(gòu)成茶葉品質(zhì)的主要成分，也是鑒定綠茶品質(zhì)優(yōu)劣的公認(rèn)指標(biāo)。送檢的63件樣品中茶多酚、咖啡堿指標(biāo)含量全部?jī)?yōu)于《綠茶 第二部分：大葉種綠茶》(GB/T14456-2018)標(biāo)準(zhǔn)(茶多酚≥16%、咖啡堿≥3%)；兒茶素含量?jī)?yōu)于標(biāo)準(zhǔn)(≥11%)樣數(shù)達(dá)44件，占73%；氨基酸優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(≥3%)樣數(shù)達(dá)18 件，占30%。說(shuō)明“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)的綠茶品質(zhì)優(yōu)良。

從各品質(zhì)指標(biāo)的分布規(guī)律來(lái)看，花崗巖母質(zhì)區(qū)茶葉茶多酚、咖啡堿、兒茶素平均含量(20.68%、4.21%、12.12%)明顯高于片麻巖母質(zhì)區(qū)[1]，氨基酸含量則在片麻巖母質(zhì)區(qū)上呈較高趨勢(shì)。

3 優(yōu)質(zhì)茶產(chǎn)區(qū)特征

根據(jù)“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)不同茶園的地質(zhì)背景及茶葉品質(zhì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，顯示楊頭村茶園所產(chǎn)茶葉明顯優(yōu)于其他茶產(chǎn)區(qū)，是“桐城小花”茶的優(yōu)質(zhì)茶園。其立地條件具備以下特征：

（1）海拔高度500～900m低山區(qū)向陽(yáng)斜坡地帶；

（2）茶產(chǎn)區(qū)土壤母質(zhì)以花崗巖類為佳，次為火山巖類；

（3）土壤高K、Se、Zn、SiO2，低Fe、Ca、Mg，土壤呈酸—強(qiáng)酸性[2]；

（4）茶園周邊植被類型以針闊葉、喬木混合林為主，滿足茶葉喜陰的生長(zhǎng)環(huán)境[4]，野生蘭草的分布對(duì)茶葉香氣提升具有重要作用；

（5）豐富的淺層地下水資源及優(yōu)質(zhì)的淺層地下水環(huán)境是優(yōu)質(zhì)茶葉生長(zhǎng)的必備條件，可為茶葉生長(zhǎng)提供有利的碳水化合物，有助于茶多酚的提升[4]；

（6）利用有機(jī)肥代替化肥，在茶園建設(shè)、技術(shù)培訓(xùn)、采摘工藝等方面做到要求統(tǒng)一。

4 地質(zhì)-地球化學(xué)適生模型

茶樹(shù)的生長(zhǎng)與特定的地質(zhì)環(huán)境關(guān)系密切，影響茶葉品質(zhì)優(yōu)劣的主要因素有茶園的立地條件(地形地貌、植被類型、日照、成土母質(zhì)、土壤類型等)及地球化學(xué)條件(土壤元素、水質(zhì)等)。本文以楊頭村優(yōu)質(zhì)茶園的立地條件及地球化學(xué)條件為基礎(chǔ)，確定一級(jí)評(píng)價(jià)因子自然地理?xiàng)l件為茶園開(kāi)發(fā)布局的主控因素，地質(zhì)背景為次要因素，土壤地球化學(xué)與灌溉水環(huán)境為一般因素。

本文采用定性加定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式建立地質(zhì)-地球化學(xué)適生模型。

4.1 定性評(píng)價(jià)

根據(jù)楊頭村優(yōu)質(zhì)茶園的立地條件，“桐城小花”茶種植適宜性定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 “桐城小花”茶適生模型定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一覽表Table 1. Qualitative evaluation criteria of the "Tongcheng Xiaohua" tea growth adaptibility model

4.2 定量評(píng)價(jià)

在上述定性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，采用一級(jí)因子和二級(jí)因子累加方式進(jìn)行。其中一級(jí)因子包括地理?xiàng)l件、地質(zhì)背景、土壤地球化學(xué)、地下水環(huán)境及茶葉品質(zhì)等；二級(jí)因子系一級(jí)因子的具體指標(biāo)，賦值時(shí)采用層次分析法進(jìn)行確定。詳見(jiàn)表2。

5 適生模型的應(yīng)用

5.1 適宜性評(píng)價(jià)

根據(jù)上述定性、定量評(píng)價(jià)因子，在“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)建立了地質(zhì)-地球化學(xué)適生模型。為了驗(yàn)證適生模型的實(shí)際應(yīng)用，本次在龍眠地區(qū)進(jìn)行“桐城小花”茶種植適宜性評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)按以下步驟進(jìn)行：

（1）采用地理信息成圖系統(tǒng)(MapGis)按要求將“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)進(jìn)行圖形數(shù)字化，然后進(jìn)行評(píng)價(jià)單元網(wǎng)格劃分，單個(gè)評(píng)價(jià)單元平面面積為0.04km2；

（2）在數(shù)字化圖件中建立屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)單元的立地條件采用多圖層疊置分析的方法生成和提取評(píng)價(jià)單元的數(shù)據(jù)，根據(jù)表2確定的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予相應(yīng)分值；

（3）將各二級(jí)評(píng)價(jià)因子的得分進(jìn)行累加，計(jì)算出單個(gè)評(píng)價(jià)單元的總得分，進(jìn)而評(píng)定單個(gè)評(píng)價(jià)單元的適宜性等級(jí)。

5.2 適宜性分區(qū)劃定

根據(jù)評(píng)價(jià)單元的總得分進(jìn)行適宜性指數(shù)（i）判定，判定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。進(jìn)一步將評(píng)價(jià)區(qū)劃分為“最適宜、適宜、較適宜”3個(gè)等級(jí)，適宜性指數(shù)（i）越大，代表適宜性越高。

本次在龍眠茶產(chǎn)區(qū)劃分了1317個(gè)評(píng)價(jià)單元，從評(píng)價(jià)單元的適宜性指數(shù)來(lái)看，最適宜區(qū)、適宜區(qū)、較適宜區(qū)分別占茶產(chǎn)區(qū)總面積的18%、6%、76%，茶葉種植適宜性分區(qū)特征見(jiàn)圖3。

5.3 適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果評(píng)估

圖3顯示，“桐城小花”茶最適宜區(qū)多分布在西部楊頭村、黃燕村北部及龍眠村一帶，這與該地區(qū)現(xiàn)有茶園種植范圍基本一致，且最適宜區(qū)分布的茶園多為茶齡10年以上的老茶樹(shù)。據(jù)當(dāng)?shù)夭柁r(nóng)所述，該類區(qū)域所產(chǎn)茶葉香氣濃郁，品相較好，市場(chǎng)單價(jià)均高于其他產(chǎn)區(qū)；較適宜區(qū)茶園多位于耕地或梯田，茶葉產(chǎn)量高但品質(zhì)遜于前者，本次送檢結(jié)果也顯示該區(qū)域茶葉的氨基酸和茶多酚含量明顯低于最適宜區(qū)。因此，本次根據(jù)茶園現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)比分析認(rèn)為建立的“桐城小花”茶地質(zhì)-地球化學(xué)適生模型在實(shí)際應(yīng)用中具有重要參考意義，為“桐城小花”茶的推廣種植提供了重要參考。

表2 “桐城小花”茶適生模型定量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一覽表Table 2. Quantitative evaluation criteria of the "Tongcheng Xiaohua" tea growth adaptibility model

表3 評(píng)價(jià)單元種植適宜性評(píng)價(jià)判定標(biāo)準(zhǔn)表Table 3. Criteria of planting suitability of evaluated units

圖3 “桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)種植適宜性分區(qū)圖Figure 3. Zoning of the "Tongcheng Xiaohua" tea-growing area by suitability

6 結(jié)論

名茶生長(zhǎng)具有特殊的地質(zhì)環(huán)境條件[3]，本次通過(guò)生態(tài)地球化學(xué)、土壤地球化學(xué)等工作手段對(duì)“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)的地理?xiàng)l件、地質(zhì)背景、土壤地球化學(xué)、地下水環(huán)境等特征進(jìn)行對(duì)比研究，摸清了茶產(chǎn)區(qū)土壤-水-農(nóng)作物之間元素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。最適宜區(qū)普遍具備低山斜坡向陽(yáng)地貌、肥沃的花崗巖類母質(zhì)深厚中壤及清潔的地下水環(huán)境特征；適宜區(qū)具備高丘低緩地貌、肥沃的花崗巖、火山巖類母質(zhì)中壤及清潔的地下水環(huán)境；較適宜區(qū)具備低丘平緩地貌、貧瘠的片麻巖類母質(zhì)輕壤及清潔的地下水環(huán)境特征。另外各適宜區(qū)的土壤地球化學(xué)成果與成土母質(zhì)關(guān)系密切，結(jié)合各適宜區(qū)的立地條件差異建立了“桐城小花”茶種植地質(zhì)-地球化學(xué)適生模型。據(jù)此對(duì)“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)的種植適宜性進(jìn)行了分級(jí)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與茶園現(xiàn)狀具有一致性，說(shuō)明模型具備較強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性。本次研究成果進(jìn)一步豐富了“桐城小花”茶的種植研究水平，可為桐城市茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局及種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供重要技術(shù)支撐，對(duì)皖西大別山區(qū)其他茶種的種植研究也具有一定的指導(dǎo)意義。