海南茶园复合种植对土壤性状及茶叶化学品质的影响

曹启民，王永鹏，覃姜薇，易伟鹏,张冬明,曾建华，肖彤斌*

(1.海南省农业科学院农业环境与土壤研究所,海南 海口 571100；2.农业部海南耕地保育科学观测试验站,海南 海口 571100；3.海南省耕地保育重点实验室,海南 海口 571100；4.海南省农垦科学院,海南 海口 570206；5.海南省农业生态与资源保护总站,海南 海口 571100)

【研究意义】海南茶叶品质优良，口感醇厚，被誉为“华夏第一早春茶”，已远销欧、美、东南亚等18个国家和地区，在茶商中享有较高的知名度与美誉度，开发潜力巨大。截至2018年，海南省有茶园约1333 hm2，茶叶产量约1800 t，总产值约1.2亿元。大多数茶园的耕作常用浅耕和深耕法，这些方法会造成茶园土壤水土流失，肥力衰退，生产农资成本增加，土壤板结，茶树生长早衰等问题。目前，国内外大力推广和应用生态循环农耕方式，并取得良好的生态、经济和社会效益[1-2]。复合种植对土壤容重、疏松性等物理性状有显著改善作用，并能调节土壤温度，增加土壤含水量，减少水土流失，且对于改善茶叶品质能起到明显效果[3]。【前人研究进展】研究表明茶树喜湿耐荫，茶园种植一定数量和种类的乔木能为茶树的良好生长提供一定的郁闭度[4-5]。植物群落的垂直结构是群落在垂直方面的配置状态，其最显著的特征是成层现象，不同的植被垂直结构，水土保持功能存在差异[6]。良好的植被群落垂直结构能显著增强土壤保水保肥能力。乔灌草复合种植的土壤抗蚀性明显提高，具有更强的水土保持功能[7-8]。在单一大面积种植作物的土地上，可以通过人工种植相应的乔木、灌木和草本组成人工植物群落垂直结构，以增强该区域的生态系统功能，提升土壤的水土保持能力。【本研究切入点】目前有关茶园人工构建的群落垂直结构及其生态效应的研究报道较少，本研究选用适宜海南气候和酸性土壤且易生长的乔本豆科植物黄槐(CassiasurattensisBurm.f.)和草本豆科植物野花生[Sennatora(L.) Roxb.]为研究对象。【拟解决的关键问题】重点明晰乔木黄槐、灌木茶树和草本野花生组成的复合种植结构对海南茶园土壤性状和茶叶化学品质的影响，以期为海南茶园绿色生产及海南茶叶产业二次腾飞提供理论依据，对海南国际自由贸易试验区建设具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验区基本情况

试验地位于海南农垦五指山茶叶集团有限公司白沙茶叶基地，试验地处海南省白沙黎族自治县著名的陨石坑内。该地处于牙叉丘陵盆地区，海拔高度为205～300 m。年平均气温22.7 ℃，月平均气温最高6、7月为27 ℃，最低1月为16.4 ℃。年平均降雨量1870 mm，4-10月每月降水量均在116 mm以上，8、9月达到310 mm。4-10月每月降水量均在116 mm以上，8、9月达到310 mm，1月最少仅11.9 mm，年平均阴雾日达215 d。

试验区供试土壤以砖红壤为主，土层中等，多含砾砂，保水性较好，肥力较高。

1.2 供试茶园树种和套种品种

供试茶园种植的品种为海南大叶种(C.sinensisvar.assamicacv.Hainan-dayezhong)有性系，树龄3年，该品种植株高大，分枝部位高，分枝较稀，产量高。黄槐和野花生种苗由中国热带农业科学院提供。

1.3 试验设计

试验设4个处理，分别为黄槐+茶树+野花生(T1)、黄槐+茶树(T2)、茶树+野花生(T3)和单一茶树(CK)。每处理3 个重复构成12 个小区，每小区面积 666.7 m2，小区之间间隔10 m，随机分布，其中T1定义为人工茶园群落垂直结构。黄槐和野花生同时定植，黄槐定植距离30 m×30 m，野花生定植行距为25 cm×25 cm，定植后适量适时浇水。2017 年3月季施肥，每小区统一施用有机肥 4500 kg/hm2(海南邦禾益生园生物科技有限公司，有机质45 %，总养分N，P2O5，K2O 5 %)。试验各处理田间管理措施均完全一样。

1.4 研究内容和测定方法

1.4.1 土壤含水量和容重 2017年1月初在每个试验小区，采用随机取样的方式，取0～20和20～40 cm土样分析。含水量采用烘干法，土壤容重采用环刀法[9]。

1.4.2 土壤温度 2017年7月初 15:00 在每个试验小区，每隔10 d随机设置6个监测点，用地温计分别测定 0～40 cm中每隔 5 cm 的土层温度。

1.4.3 土壤肥力 采用常规分析方法[10]：pH 采用电位法，有机质采用油浴重铬酸钾氧化容量法；速效氮用碱解扩散法；速效磷采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法；速效钾用乙酸铵浸提原子吸收分光光度法。

1.4.4 茶树生长指标 2017年5月采取S法在每个试验小区的茶树上定样方，样方长1 m，隔行定1个样方。测量叶片角度、芽长、一芽二叶长和百芽重。

1.4.5 茶叶化学指标 水浸出物含量测定参照GB/T8305-2002[11]；茶多酚含量测定采用酒石酸亚铁比色法[12]；氨基酸组分采用HPLC分析方法-AccQ·Tag[13]；咖啡碱采用HPLC法[13]；可溶性糖的测定采用蒽酮比色法，参照张志良的方法[14]；黄酮类化合物含量测定参照程红的方法[15]。

1.5 数据处理

采用 Microsoft Excel 进行统计，SPSS19.0进行数理统计和显著性检验(LDS 检验法)。

2 结果与分析

2.1 对茶园土壤物理性质的影响

2.1.1 对茶园土壤水的影响 由图1可知，0～20和20～40 cm土层土壤含水量T1较CK明显提高，分别增加了33.70 %和11.81 %，且差异显著(P<0.05)(图1)。表明黄槐+茶树+野花生复合种植模式能显著提高茶园表层土壤的水分含量，茶树+野花生种植模式也能提高茶园水土保持功能，但黄槐+茶树种植模式无显著作用。说明茶园复合种植越复杂越有利于茶园水土保持功能。

不同小写字母表示不同处理间存在显著差异，P<0.05，下同The different lowercase letters indicate significant difference at the P<0.05 level,the same as below

2.1.2 对茶园土壤容重的影响 各土层T1较CK土壤容重分别降低12.07 %和8.43 %(图2)，且差异显著(P<0.05)。表明黄槐+茶树+野花生复合种植模式，改善了茶园表层甚至更深层土壤的疏松度和空隙度，说明茶园复合种植结构降低茶园土壤的容重，提高了土壤的可耕性及通气性。

图2 不同处理对土壤容重的影响Fig.2 The effects of different treatments on soil bulk density

2.1.3 对茶园土壤温度的影响 对2017年7月的土壤平均气温统计结果(图3)表明，T1较CK，分别下降了 23.84 %、20.91 %、23.82 %、25.07 %、28.31 %、13.09 %、7.35 %和5.29 %。方差分析结果表明，T1较CK显著减低了(P<0.01)土壤温度，其中0～20 cm的土层降温效果最明显。表明在高温季节黄槐+茶树+野花生复合种植模式能有效减低各土层的温度，说明茶园复合种植结构能减低高温对茶树生长发育的伤害，减小温度变化幅度。林黎研究表明，组合套种平托花生和百喜草极显著降低了茶园土壤温度，特别是在0～20 cm土层中土壤温度降幅明显[20]。这可能与乔本和草本植物的营养根系大多分布在 0～20 cm土层中有关。

图3 不同处理对土壤温度的影响Fig.3 The effects of different treatments on soil temperature

2.2 对茶园土壤肥力的影响

由表1可知，0～20、20～40 cm 各土层T1较CK有机质分别增加25.86 %、23.14 %；碱解氮分别增加30.03 %、58.67 %；速效磷增加25.51 %、39.64 %，速效钾分别增加28.75 %、58.26 %。方差分析结果表明，T1与CK差异显著(P<0.05)，而对土壤 pH值影响不显著。表明黄槐+茶树+野花生复合种植模式改善了土壤化学性状，这就意味着复合种植结构提升土壤肥力，有效改善茶树生根区土壤的营养状况，促进土壤养分活化。

表1 不同处理对茶园土壤肥力的影响

2.3 对茶叶品质的影响

2.3.1 对茶树生长指标的影响 从表2可以看出，除了叶片角度，其它各指标T1较CK都有不同程度的增加，特别是芽长和百芽重分别增加17.58 %、33.12 %(鲜)和39.88 %(干)，且差异显著(P<0.05)。表明黄槐+茶树+野花生复合种植结构对茶树的生长产生明显促进作用，说明茶园复合种植结构有利于茶树叶片生长发育。

表2 不同处理对茶叶叶芽生长的影响

2.3.2 对茶叶化学指标的影响 由表3可知，除了酚/氨和咖啡碱，其它各化学指标T1较CK都有不同程度的增加，其中水浸出物、茶多酚、氨基酸和黄酮分别增加14.41 %、18.71 %、14.21 %和32.87 %，且差异显著(P<0.05)。表明黄槐+茶树+野花生复合种植结构提升了茶叶的化学品质成分，说明茶园复合种植结构对于改善茶叶化学品质具有显著的促进作用。

表3 不同处理对茶叶化学指标的影响

3 讨 论

复合植被结构差异可显著影响当地作物生长发育和产品品质，本文通过人工构建茶园复合种植结构试验，系统研究了黄槐+茶树+野花生构建的生态结构对茶园土壤性状、茶叶生长和化学指标的影响。

本研究表明茶园复合种植结构显著增加茶园土壤含水量，提升茶园土壤保水能力，明显降低茶园土壤容重，增加了茶园土壤通透性，明显降低高温季节表层土壤温度，减少变化幅度，有利于保护高温天气茶树的生长。林黎[20]研究表明，人工茶园群落垂直结构有效地保持土壤含水率，增加地表植被的覆盖，能缓解干旱季节茶园土壤水热状况。土壤水是土壤的重要组成部分，是作物吸收水分的主要供给源，是影响土壤肥力和自净能力的主要因素之一[16]。土壤含水量能反映作物对水的需要情况，对农业生产有很重要的指导意义；土壤毛管水移动快，数量大，是植物利用土壤水的主要形态[17]。土壤容重反映土壤的熟化程度、结构性和松紧度。容重小表明土壤疏松和结构良好，容重大表明土壤紧实板硬，缺少团粒结构[16]。土壤容重直接影响孔隙大小分配和土壤孔隙度、土壤的穿透阻力及土壤水肥气热变化，并对土壤物理性质如土壤通气、持水性质、坚实度等产生显著影响[18]。土壤温度对农业生产产生直接影响，表现为在一定的温度范围内，土壤温度越高，作物生长发育越快；间接影响表现为土壤温度影响微生物活性、有机质转化速度、水分运动、溶质运移等，从而间接影响作物的生长发育[19]。

本试验研究结果显示复合种植结构显著增加茶园土壤肥力指标(有机质、碱解氮、速效磷和速效钾)含量，提升茶园土壤保肥能力。土壤肥力的重要标志之一是有机质含量，对茶树的生长发育、茶品质量和产量有显著影响[18]。研究证实，增加土壤有机质含量对改善茶叶的滋味、香气、汤色具有明显效果，并能提升茶叶水浸出物含量[21]。增加土壤氮含量有利于茶叶品质的提升，氮是构成蛋白质、氨基酸、咖啡碱等茶滋味的重要成分，氮对新芽生长发育和百芽重也有显著作用[18]。众多研究显示，茶汤中碳水化合物、氨基酸和儿茶素与茶树鲜叶含氮量相关性明显，其中氨基酸和含氮量呈显著正相关[22]。茶叶中特有的氨基酸是茶氨酸，它与绿茶滋味等级的相关系数达0.787[23]，大量研究显示，茶园土壤中的磷有利于茶氨酸的形成，钾能够提高茶叶中游离氨基酸、茶多酚等内含物的含量，适量多施钾肥，对茶叶品质的改善能起到明显的作用[24]。

茶叶的种植栽培是影响茶叶成品品质的关键，本研究显示茶园复合种植结构明显促进茶叶芽长、一芽二叶长和百芽重等生长指标，显著提升茶叶化学品质指标(水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡碱、可溶性糖和黄酮类化合物)的含量。芽长和百芽重直接影响茶叶外形和叶底。研究表明，水浸出物值越大，内含成分越丰富，则加工成的茶具有较好的品质[25]。茶多酚是茶叶内含成分和功能性成分，与茶叶品质呈正相关[26]。众多研究表明，氨基酸与茶叶的香气的形成密切相关，也是形成茶汤鲜爽味的主要成分[27-29]。黄酮对茶叶的感官品质和生理功能起重要作用，研究证实随着冲泡次数的增加，茶中黄酮类物质逐渐减少[30]；红茶中的涩味主要是黄酮类物质[31]。

4 结 论

茶园复合种植结构显著增加茶园土壤含水量，提升茶园土壤保水能力。

茶园复合种植结构显著增加茶园土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾等的含量，提升茶园土壤保肥能力。

茶园复合种植结构明显促进茶叶芽长、一芽二叶长和百芽重等生长指标，显著提升茶叶的水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡碱、可溶性糖和黄酮类化合物等的含量，提升茶叶品质质量。