制約青島茶區(qū)無性系茶園發(fā)展的土壤理化性質(zhì)分析

范錚蕾，李彩云，曲鳳鳳，張新富，王玉，胡建輝

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山東 青島 266109)

山東是江北產(chǎn)茶大省，也是我國緯度最高的產(chǎn)茶區(qū)，其中青島茶區(qū)的嶗山綠茶以“葉片厚、豌豆香、滋味濃、耐沖泡”的品質(zhì)特征享譽(yù)全國[1]。隨著栽培、加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，青島市茶園面積還在不斷擴(kuò)大，茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)模效益不斷顯現(xiàn)。然而由于地處我國茶區(qū)最北端，低溫、干旱、土壤pH 值高是茶葉生產(chǎn)中存在的三大主要障礙，已嚴(yán)重制約了茶葉產(chǎn)量與品質(zhì)的提升[2]。

土壤是茶樹賴以生存和生長的必要立地條件，其性狀特征和各種營養(yǎng)元素的豐缺程度和供應(yīng)能力直接影響到茶樹生育和茶葉品質(zhì)[3-5]。 茶樹為喜酸植物，茶園土壤要求有一定的酸堿度范圍，最適宜的植茶土壤pH 值為4.0 ～5.5[6]。 同時，土壤養(yǎng)分及其有效性是茶園土壤供肥能力的直接體現(xiàn)。 茶園土壤的供肥能力主要取決于土壤養(yǎng)分含量，尤其是有效態(tài)養(yǎng)分含量及其存在形態(tài)和在土層中的分布。 準(zhǔn)確掌握茶園土壤養(yǎng)分狀況和肥力特征，正確處理好用地和養(yǎng)地的關(guān)系是實現(xiàn)茶園優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效的前提條件[7-10]。

近年來，青島茶區(qū)重視推廣無性系茶園，主張因地制宜、科學(xué)地種植無性系茶樹良種，許多企業(yè)也在大力引進(jìn)無性系茶樹品種。 無性系茶樹根系分布淺、抗逆性較茶籽直播茶苗要差些，精細(xì)的栽培管理和適宜的土壤條件對無性系茶樹的種植至關(guān)重要。 經(jīng)調(diào)查，較難成活的無性系茶樹與茶園土壤的理化性質(zhì)和營養(yǎng)狀況關(guān)系密切。 因此，探索適宜無性系茶樹生長的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園土壤條件，為無性系茶樹良種推廣與發(fā)展提供數(shù)據(jù)參考具有重要意義。

本研究選擇青島市4 個主要產(chǎn)茶區(qū)(嶗山區(qū)、黃島區(qū)、城陽區(qū)、即墨區(qū))的23 個代表性茶園進(jìn)行茶園長勢調(diào)查和土壤取樣，測定土樣的pH值和有機(jī)質(zhì)、大量元素(N、P、K)、有效態(tài)中微量元素(Ca、Mg、Al、Fe、Zn、B)含量，分析茶園土壤理化性質(zhì)，以期根據(jù)茶樹長勢情況及所測理化性質(zhì)結(jié)果得出適宜無性系茶樹品種種植的土壤條件，并針對茶園土壤養(yǎng)分情況提出相應(yīng)的土壤改良建議。

1 材料與方法

1.1 取樣茶園無性系茶樹的長勢調(diào)查

選取青島市茶區(qū)23 個具有代表性的茶園為取樣茶園，基于其茶樹長勢情況[5]，將茶園分為三類:成活率低(low survival，簡寫為“L”)、長勢差(poor growth，簡寫為“P”) 和長勢好(good growth，簡寫為“G”)。 23 個茶園茶樹長勢的具體情況如表1 所示。

表1 青島茶區(qū)無性系茶園長勢分類

1.2 土壤取樣與處理

土壤樣品取自上述23 個茶園，分布在青島市的4 個主要產(chǎn)茶區(qū)，其中嶗山區(qū)10 個，黃島區(qū)6個，城陽區(qū)4 個，即墨區(qū)3 個。 采用管形土鉆按照對角線取樣法取土，每個茶園取5 個點，混合土壤，取樣深度為0 ～20 cm。 將土樣置于干凈的編織袋上，捏碎大土塊，剔除石礫、石灰結(jié)核和雜草等。 待土樣風(fēng)干后碾碎，過1 mm 篩，用對角線取樣法選留250 g 左右混合土樣，裝入密封袋中編號備用。

1.3 土壤理化性質(zhì)分析

參照《土壤農(nóng)化分析方法》[11]中的方法測定土壤理化性質(zhì)各指標(biāo)。

土壤pH 值用電位法測定。 有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定，全氮含量用硫酸＋催化劑消解凱氏定氮法測定，堿解氮含量用堿解擴(kuò)散法測定，有效磷含量用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量用NH4OAc浸提—火焰光度法測定。 土壤鈣、鎂、鋁、鐵、鋅、硼等中微量元素含量用濕法消解＋I(xiàn)CP-MS 測定。土壤交換性H＋用氯化鉀交換—中和滴定法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用熱圖對3 種長勢茶園的土壤性質(zhì)進(jìn)行聚類分析。 通過無監(jiān)督主成分分析(PCA)以獲得理化指標(biāo)內(nèi)在方差的總體概述。 基于主成分分析中存在的多樣性和良好的組分離，后用正交偏最小二乘法判別分析(OPLS-DA)從數(shù)據(jù)集中提取最大信息，并分離出3 種茶園間的指標(biāo)差異。 采用t檢驗(P＜0.05)和SPSS 進(jìn)行單因素方差分析。P和PLS-DA 預(yù)測值中變量重要性(VIP)的組合被用作土壤理化指標(biāo)選擇的系數(shù)(VIP ＞1.0 和P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 依據(jù)土壤理化指標(biāo)對不同茶園茶樹長勢的區(qū)分

基于試驗處理數(shù)據(jù)制作熱圖并用于聚類分析，可提供所有樣品的整體情況，在眾多的指標(biāo)數(shù)據(jù)中突出整體差異。 本試驗中土壤pH 值和有機(jī)質(zhì)、大量元素(N、P、K)、有效態(tài)中微量元素(Ca、Mg、Al、Fe、Zn、B)含量等指標(biāo)的聚類熱圖如圖1所示。 結(jié)果顯示，茶樹成活率低(L)的茶園可明顯地與茶樹長勢差(P)及長勢好(G)的茶園分為兩類，茶樹長勢差(P)與長勢好(G)的茶園也能較好地區(qū)分開。 這表明不同長勢茶園的土壤理化性質(zhì)存在較大差異。

圖1 青島茶區(qū)不同長勢茶園土壤理化性質(zhì)的聚類熱圖

2.2 不同長勢茶園土壤理化指標(biāo)的差異

采用土壤理化指標(biāo)進(jìn)行無監(jiān)督的PCA 分析，結(jié)果如圖2A 所示，3 種不同長勢的茶園可被清晰地分成3 組，其中在95% 置信區(qū)域內(nèi)，PC1(95.1%)可將不同長勢的茶園區(qū)分開。

為了鑒定出對茶園長勢影響較大的土壤理化指標(biāo)，我們用OPLS-DA 模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將VIP(變量權(quán)重)＞1 和統(tǒng)計分析P＜0.05 為篩選指標(biāo)。OPLS-DA 模型的VIP 得分如圖2B 所示，土壤pH值、Ca/Fe、Ca/Al、Available Ca、H＋、Available Zn 對茶園的長勢影響較大(VIP＞1)。 同時不同長勢茶園間的方差分析結(jié)果(圖3)顯示，15 個土壤理化指標(biāo)中，只有土壤pH 值、Ca/Fe、Ca/Al、Available Ca 存在顯著差異。 由此可知，土壤pH 值、Ca/Fe、Ca/Al、Available Ca 是造成青島茶區(qū)茶園長勢存在差異的關(guān)鍵影響因素，這4 個指標(biāo)將作為本研究分析的重點。

圖2 不同長勢茶園土壤理化指標(biāo)的PCA 與VIP(OPLS-DA 模型)得分圖

圖3 不同長勢茶園間土壤理化指標(biāo)方差分析

2.3 青島茶區(qū)不同長勢茶園土壤酸堿度分析

土壤酸堿度是茶園土壤重要的理化性質(zhì)之一，關(guān)系到土壤養(yǎng)分有效性和土壤生物活性等。青島茶區(qū)不同長勢茶園的土壤pH 值測定結(jié)果(表2)顯示，茶園長勢好壞與土壤pH 值的高低呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律。 隨著茶園土壤pH 值的升高，無性系茶樹的長勢依次為長勢好、長勢差和成活率低，三類茶園土壤pH 平均值分別為5.52、6.71和8.07。 長勢好的茶園中，編號為12 的茶園土壤pH 值雖高達(dá)6.79，但長勢依然很好，分析結(jié)果顯示該茶園土壤有效鋁和有效鐵含量分別高達(dá)287.02 mg/kg 和20.4 mg/kg，抵消了較高pH 值帶來的不利影響。 長勢差的茶園中，編號為10 的茶園土壤pH 值高達(dá)7.50，茶樹長勢雖然不好，但成活率較高，經(jīng)分析，其土壤有效鋁也高達(dá)247.67 mg/kg。 因此，適宜茶樹種植茶園土壤評價過程中，重點調(diào)查土壤酸堿度的同時，還要關(guān)注土壤有效鋁和有效鐵含量，才能做出客觀評價。

表2 青島茶區(qū)不同長勢茶園的土壤pH 值

2.4 青島茶區(qū)不同長勢茶園土壤交換性鈣含量分析

茶樹是喜鋁嫌鈣植物，對鈣反應(yīng)較為敏感，如果土壤中交換性鈣含量過高，就會對茶樹的生長產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重時可造成茶樹死亡。 青島茶區(qū)不同長勢茶園的土壤交換性鈣含量測定結(jié)果(表3)顯示，成活率低的茶園土壤平均交換性鈣含量高達(dá)3842.1 mg/kg，長勢好的茶園土壤平均交換性鈣含量為1450.5 mg/kg。 同時，土壤酸度對養(yǎng)分的有效性有較大影響，因為在pH 值6.5 以上的土壤中有效鋁含量很低，而有效鈣含量卻很高。 反之，在pH 值4.5 的土壤中有效鈣含量很低，而有效鋁含量卻很高。 土壤酸度和交換性鈣含量雙重作用下，茶園長勢受土壤有效鈣含量的影響非常明顯。 因此，在土壤pH 值偏高的地區(qū)發(fā)展茶園，一定要重點關(guān)注和評估土壤交換性鈣含量，pH 值＞6.5、交換性鈣含量＞2000 mg/kg的茶園茶樹往往很難成活。

表3 青島茶區(qū)不同長勢茶園的土壤交換性鈣含量 (mg/kg)

2.5 青島茶區(qū)不同長勢茶園土壤有效鋁的分析

茶樹之所以喜酸性土壤，與茶樹長期在熱帶和亞熱帶地區(qū)生長所形成的喜鋁嫌鈣的營養(yǎng)基因型有關(guān)，茶園土壤的酸度實質(zhì)上也正是土壤有效鋁和鈣之間的比例問題。 青島茶區(qū)不同長勢茶園的土壤交換性鈣和鋁之間的比例(表4)顯示，茶園長勢受土壤Ca/Al 值高低的影響很明顯。 成活率低的茶園土壤呈現(xiàn)出Ca/Al 值高的特征，即土壤鈣的有效性更高。 而長勢好的茶園則呈現(xiàn)出Ca/Al 值低的特征，即土壤中鋁的有效性更高。長勢好的茶園中，編號為1、2 和15 的茶園土壤Ca/Al 值雖然較高(＞10)，但茶園土壤pH 值分別為5.38、5.55 和5.25，所以其長勢依然很好。 由此可知，適宜茶樹種植的茶園土壤評價過程中，要優(yōu)先分析其酸堿度，其次再考慮土壤鋁的有效性。

表4 青島茶區(qū)不同長勢茶園的土壤Ca/Al

2.6 青島茶區(qū)不同長勢茶園土壤有效鐵分析

土壤酸性較強(qiáng)的茶園，鐵的有效性往往較高，茶園生長旺盛；而酸度不足或堿性的茶園，往往會造成鐵的有效性降低或喪失，出現(xiàn)缺鐵。 青島茶區(qū)不同長勢茶園的土壤交換性鈣和鐵之比(表5)顯示，茶園長勢受土壤Ca/Fe 值高低的影響很明顯。 成活率低的茶園土壤呈現(xiàn)出Ca/Fe 值高的特征，即土壤鐵的有效性較低。 由此可知，適宜茶樹種植的茶園土壤評價過程中，土壤鐵的有效性評價也應(yīng)引起足夠的重視。

表5 青島茶區(qū)不同長勢茶園的土壤交換性Ca/Fe

3 討論

不同生態(tài)環(huán)境的植物在長期進(jìn)化過程中形成了對土壤酸度的適應(yīng)能力。 茶樹原產(chǎn)于我國云貴高原，長期生長在熱帶和亞熱帶地區(qū)，形成了喜酸的營養(yǎng)基因型特征，一般只能在酸性土壤環(huán)境下才能生長[5，12]。 本研究中青島茶區(qū)長勢好的茶園土壤pH 平均值為5.52，可見土壤酸度在茶樹生長中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 因此，發(fā)展無性系茶園首要條件是選擇土壤pH 值為5.0 ～6.0 的土地，如果土壤pH 值超過7.0，不建議種茶；土壤pH 值在7.0 以下、6.0 以上的土地，建議采用硫磺、硫酸鋁鉀、硫酸亞鐵等茶園土壤酸化劑進(jìn)行改良。 本研究中，編號為12 的茶園土壤pH 值雖然高達(dá)6.79，經(jīng)過土壤酸化劑改良，提高了土壤中有效鋁和有效鐵的含量，茶園長勢依然很好。 對于南方茶區(qū)，土壤pH 值存在過低現(xiàn)象，因而需要施用白云石或石灰進(jìn)行改良，如中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所梅家塢示范茶園[13]。

茶樹的另一營養(yǎng)基因型特征就是喜鋁和嫌鈣[14，15]。 茶園土壤的酸度實質(zhì)正是土壤有效鋁和鈣之間的比例問題。 山東茶區(qū)有些地方的茶園之所以成活率低，土壤鈣含量高是一個重要的制約因素，土壤pH 值和鈣含量雙高的加持會造成茶樹鈣中毒，茶樹長勢差，嚴(yán)重時死亡[16]。 土壤pH 值較低的茶園，較高的土壤鈣含量則有利于茶樹生長，本試驗中1、2、18 號茶園就是很好的證明。 本研究中成活率低的茶園土壤交換性鈣含量平均高達(dá)3842.1 mg/kg，土壤Ca/Al 值高達(dá)22.5，長勢好的茶園交換性鈣含量則僅有1450.5 mg/kg，Ca/Al 值為6.9。

此外，鐵是植物生長必需的微量營養(yǎng)元素之一，促進(jìn)葉綠素的合成，并作為多種酶的活性成分參與代謝[17]。 土壤酸度較強(qiáng)時，鐵的有效性較高，一般很少出現(xiàn)缺鐵現(xiàn)象；而石灰性土壤或pH值較高的土壤常可見到缺鐵失綠癥，即石灰誘導(dǎo)缺綠，該癥狀在北方較為普遍。 本研究成活率低的茶園土壤交換性Ca/Fe 值高達(dá)540.9，長勢好的茶園僅為117.9。

4 結(jié)論

青島茶區(qū)位于山東省的膠東半島，也是“南茶北引”取得成功較早的茶區(qū)，現(xiàn)有茶園多為2000年前后茶籽播種的有性系茶園。 近年來，新發(fā)展的茶園多為無性系茶園，只有選擇適宜的土壤，才能有效促進(jìn)茶樹生長，達(dá)到快速成園、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的目的。 無性系茶園建園前，首先要測所選土壤的pH 值，pH 值為4.5 ～6.5 的酸性土壤最為適宜，同時要兼顧土壤交換性鈣、有效鋁、有效鐵的含量。

本研究調(diào)查結(jié)果表明:(1)土壤pH 值小于5.5的前提下，即使土壤交換性鈣含量比較高(＞2000 mg/kg)，茶樹生長也不會受到影響；(2)土壤pH 值大于6.5 時，土壤交換性鈣含量過高(＞2000 mg/kg)，則會造成茶樹生長受阻，嚴(yán)重時造成死亡，土壤酸度改良要多施用酸性改良劑，補(bǔ)充土壤有效鋁和有效鐵含量；(3)土壤pH 值大于7.0的園地，盡量不要嘗試種植無性系茶樹，因為改良土壤耗時耗力，且茶樹成活率很難得到保證。