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)及耕地地力評價成果的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步開展表層土壤、淺層地下水和地表水、農(nóng)作物和根系土壤樣品調(diào)查，分別評價了區(qū)內(nèi)土壤、農(nóng)作物及灌溉水的環(huán)境質(zhì)量等級。本文通過茶產(chǎn)區(qū)的立地條件及各類樣品測試結(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)，同時對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“全國名特優(yōu)新農(nóng)產(chǎn)品目錄”，2017年通過農(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)樘菁壊鑸@，茶園的開發(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、水庫環(huán)抱的微地貌為茶樹生長提供了濕潤的氣候環(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，大別巖群黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖及大理巖組合；巖漿巖呈巖株、巖體出露，巖性主要為二長花崗巖、石英正長斑巖、角閃二長巖、石英二長巖等；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、巖體分布見圖1。

1.4 土壤條件

圖1 “桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)地質(zhì)簡圖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，土壤特性為茶樹生長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)評價規(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 個植株組成1 件樣品，共采集茶葉樣60件，以0.83km2為評價單元，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)場加入相應(yīng)的保護(hù)劑后封蠟按時送實(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個評價單元，每個評價單位控制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)測定Mo、Cd元素；王水溶樣-原子熒光光譜法(AFS)測定As、Hg元素；交流電弧-原子發(fā)射光譜法(ES)測定B 元素；酸溶-原子熒光法(AFS)測定Se元素；凱氏氮容量法(VOL)測定N元素；重鉻酸鉀氧化還原容量法(VOL)測定有機(jī)質(zhì)；離子選擇性電極法(ISE)測定pH值。

（2）農(nóng)作物分析：依據(jù)《生態(tài)地球化學(xué)評價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)測定As、Hg、Cd、Cr、Pb、Zn元素；碰撞池-等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定Se 元素；依據(jù)《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》《茶咖啡堿測定》及《茶游離氨基酸總量的測定》要求分別測定茶多酚、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)測定As；加重鉻酸鉀水王水分解-原子熒光法(AFS)測定Hg；原水-分光光度法(COL)測定Cr6+；原水-離子選擇性電極法(ISE)測定F-；原水-硝酸銀滴定法(VOL)測定Cl-；加堿水-異煙酸-吡唑酮分光光度法測定氰化物。

2.3 土壤地球化學(xué)背景

茶葉的正常生長與40多種土壤元素有關(guān)，茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)與大量營養(yǎng)元素、微量營養(yǎng)元素均有著密切關(guān)系[5]。通過表層土壤（0～20cm）地球化學(xué)調(diào)查對茶產(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，且茶樹對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件茶葉樣品全部優(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)含量全部優(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%)；兒茶素含量優(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。

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環(huán)境[4]，野生蘭草的分布對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)茶葉生長的必備條件，可為茶葉生長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

茶樹的生長與特定的地質(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)，確定一級評價因子自然地理?xiàng)l件為茶園開發(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價相結(jié)合的方式建立地質(zhì)-地球化學(xué)適生模型。

4.1 定性評價

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價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

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

4.2 定量評價

在上述定性評價的基礎(chǔ)上進(jìn)行定量評價，采用一級因子和二級因子累加方式進(jìn)行。其中一級因子包括地理?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；二級因子系一級因子的具體指標(biāo)，賦值時采用層次分析法進(jìn)行確定。詳見表2。

5 適生模型的應(yīng)用

5.1 適宜性評價

根據(jù)上述定性、定量評價因子，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”茶種植適宜性評價，具體評價按以下步驟進(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)行評價單元網(wǎng)格劃分，單個評價單元平面面積為0.04km2；

（2）在數(shù)字化圖件中建立屬性數(shù)據(jù)庫，對每個評價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價單元的數(shù)據(jù)，根據(jù)表2確定的定量評價指標(biāo)賦予相應(yīng)分值；

（3）將各二級評價因子的得分進(jìn)行累加，計(jì)算出單個評價單元的總得分，進(jìn)而評定單個評價單元的適宜性等級。

5.2 適宜性分區(qū)劃定

根據(jù)評價單元的總得分進(jìn)行適宜性指數(shù)（i）判定，判定標(biāo)準(zhǔn)見表3。進(jìn)一步將評價區(qū)劃分為“最適宜、適宜、較適宜”3個等級，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個評價單元，從評價單元的適宜性指數(shù)來看，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)特征見圖3。

5.3 適宜性評價結(jié)果評估

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。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，市場單價均高于其他產(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，通過對比分析認(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”茶適生模型定量評價標(biāo)準(zhǔn)一覽表Table 2. Quantitative evaluation criteria of the "Tongcheng Xiaohua" tea growth adaptibility model

表3 評價單元種植適宜性評價判定標(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

名茶生長具有特殊的地質(zhì)環(huán)境條件[3]，本次通過生態(tài)地球化學(xué)、土壤地球化學(xué)等工作手段對“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“桐城小花”茶產(chǎn)區(qū)的種植適宜性進(jìn)行了分級評價，評價結(jié)果與茶園現(xiàn)狀具有一致性，說明模型具備較強(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。