茶园间作不同植物对茶叶产量和品质及茶园土壤的影响

谢克孝，薛志慧，陈志丹

福建农林大学 安溪茶学院，福建 泉州 362000

茶（Camellia sinensis L.）是世界三大无酒精健康饮料之一，提高茶叶品质和茶园经济效益是茶产业始终追求的目标。目前我国大部分茶园都是单一种植茶树，很多茶园都有水土流失、土壤肥力降低、茶叶产量与质量不稳定等问题，很大方面与茶树单作有关[1]。间作套种是农业中常用的生态治理方法，具有增产和提高养分资源利用率的作用[2]。茶园间作可以培肥土壤，改良土壤养分状况，从而提高茶叶品质、增加产量与提高经济收益[3-6]；同时能够防止水土流失，稳定茶园生态系统[7-10]。国内外对于茶园间作提高茶园总体效益已有一些研究，如严芳[11]等研究发现茶树-白三叶间作对改善土壤养分有积极效果，其中有机质提升9.6%、碱解氮提升23%、速效钾和有效磷分别增加9.46%和20.51%；王慧敏[12-13]等人研究得出间作芳香植被可以增加土壤pH值，提高含水量，抑制茶园土壤严重酸化状况，有益于茶叶生产和品质的提高；宋莉[14]等人研究得出间作绿肥可提供土壤养分，改善土壤状况，进而改善生态环境效应，提升作物品质和经济效益。Shahram Sedaghathoor, Terry J. Rose[15-16]等人研究证实，在茶园中间作豆科植物可固定茶园中的氮含量从而减少氮肥投入，提高茶树百芽重、发芽密度以及茶叶产量。吴红敏[17]等人证明在大田中间作菊科植物有利于提高作物产量及与产量的相关指标，原因是菊科植物能有效降低大田中各类病虫害发生和危害率，保证作物的正常生长发育[18-19]。但现有研究所提供的可选择的茶园间作模式有限，许多有潜质的可用来间作的作物有待挖掘利用，可见，筛选多样化的间作植物是必要的。本试验通过设置间作白三叶、金盏菊和金花菜三种间作模式，探讨不同间作模式条件下对土壤营养成分及茶叶品质成分与茶叶产量的影响，旨在为茶园间作模式的合理选择和科学发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点：位于福建省泉州市安溪县举源茶叶合作社福建农林大学实验基地内，该地区临边安溪县西南方位，属于亚热带季风气候，年平均气温16℃ ～ 18℃，年降水量在800 mm左右，终年温暖湿润，无霜期较长。

供试茶树品种：铁观音。

供试茶园：海拔800 m左右，土壤为红壤和红黄壤。茶园为茶树树龄三年以上，均达到采摘标准的成熟茶园，均按照国家规定的生态茶园的标准严格执行，周围生态稳定，无水土流失和土壤异常情况。

供试间作植物：白三叶（Trifolium repens L.），豆科车轴草属，茎匍匐蔓生，具有蝶形花冠，是短期多年生草本植物，适应性广，具有一定的抗旱性和耐寒性，喜酸性土壤不耐盐碱；金花菜（Medicago polymorpha L.），豆科苜蓿属，为一年生或多年生草本植物，对土壤的适应性广，能耐一定酸性；金盏菊（Calendula officinalis L.），菊科金盏菊属，在干旱贫瘠的地带中生长良好，能够忍受低温和寒冷的气候，是一年生草本植物。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

于2018年底在安溪县举源茶叶合作社的茶园基地按随机区组试验方法，随机序列将CK对照组、白三叶、金盏菊、金花菜各设3个重复区组共12个小区，且各组间之间设置2个留白小区，各小区种植面积均约为180 m2。

1.2.2 样品采集

茶样：于2019年春茶季（4月28日、4月29日）进行采样，采摘标准一芽三叶茶鲜叶，采后立即使用烘箱固样，取回后冰箱低温保存备用。土样：采用5点取样法，在离茶树根系较近地方取0 ～ 20 cm土壤，剔除杂物，充分混合后四分法分离多出来的土壤，自然风干，再磨碎过1 mm筛，备用。

1.2.3 测定方法

发芽密度：采用0.1 m2样框5点取样调查法（33 cm*33 cm），从上至下采摘方框内驻芽小开面一芽三叶，记录发芽密度，每个小区重复6次；百芽重（鲜重）：对各试验小区内每个小区采摘足量的新梢（一芽三叶）随机快速选取100个新梢称重，称重后混合至原来的茶鲜叶中，重新选取100个新梢称重，如此重复6次[20]；茶叶产量：采用全小区记产（不包含保护行）测量春茶鲜叶产量（kg/小区），通过小区产量换算得出公顷产量（kg/hm2）。

茶叶主要品质成分检测：水浸出物含量参照GB/T 8305—2013水浴浸提烘干法；茶多酚参照GB/T 8313—2018福林酚法；游离氨基酸总量参照GB/T 8314—2013茚三酮比色法；咖啡碱参照GB/T 8312—2013紫外分光光度法。

土壤主要养分成分检测：pH值参照NY/T 1377—2007电位测定法；有效磷参照NY/T 1121.7—2014钼锑抗比色法；速效钾参照NY/T 889—2004火焰光度计法；碱解氮参照LY/T 1229—1999碱解扩散法；全磷参照NY/T 88—1988氢氧化钠熔融法；全钾参照NY/T 87—1988氢氧化钠熔融法；全氮参照LY/T 1228—2015开氏消煮法；有机质参照NY/T 1121.6—2006高温外热重铬酸钾氧化法。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据预处理与作图。用SPSS 20.0 软件分析对数据进行单因素差异性分析、主成分分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 茶叶主要品质成分

表1结果表明，三种间作模式处理的茶叶中水浸出物含量均高于纯茶园（单一茶树茶园）种植模式，但未达显著差异；茶多酚含量分别降低10.72%、14.59%和21.44%，均达显著差异；游离氨基酸总量方面，间作金花菜降低4.7%，而间作白三叶提高2.4%，差异显著；咖啡碱含量方面，三种间作模式对比纯茶园模式均达显著差异，其中间作金盏菊和白三叶分别降低1.44%和0.96%，间作金花菜提高2.08%。此外，间作金盏菊、金花菜和白三叶均能显著降低茶叶中的酚氨比，下降比率分别达9.72%、10.47%和23.46%，说明三种间作模式有助于提升成茶品质的鲜爽度。

表1 不同种植模式下茶叶品质成分的变化Table 1 Changes of tea quality components under different planting patterns

2.2 茶园土壤理化性质

图1可看出，对比纯茶园模式，方差分析结果显示，间作白三叶的土壤pH值降低0.16%，间作金花菜和金盏菊分别提高0.50%和0.34%，差异均不显著；三种间作模式茶园土壤有效磷均有提高，其中间作白三叶、金盏菊的茶园土壤有效磷含量分别提高45.7%和30.0%，差异显著；间作白三叶、金花菜和金盏菊的茶园土壤速效钾含量分别提高39.6%、47.2%和60.0%，也均达显著差异；间作白三叶、金花菜的茶园土壤碱解氮提高16.9%和17.7%，差异显著；间作白三叶的土壤全磷增加19.5%，间作金花菜与间作金盏菊的茶园土壤全磷分别降低48.8%和29.3%。间作白三叶与间作金花菜、金盏菊的茶园土壤之间有极显著差异，间作白三叶比间作金花菜的茶园土壤全磷含量增加57.1%，比间作金盏菊的茶园土壤全磷含量提高40.8%。对比纯茶园模式，间作金盏菊的茶园土壤全钾含量降低13.8%，差异显著；间作白三叶与金花菜的茶园土壤全氮含量分别提高66.7%和83.3%，差异显著。三种间作模式土壤有机质均有提高，其中间作金盏菊的茶园土壤中提高27.6%，最为显著，说明间作金盏菊能有效提升土壤中有机质含量。

图1 不同种植模式下茶园土壤养分的变化Figure 1 Changes of soil nutrients in tea garden under different planting patterns

2.3 茶树百芽重、发芽密度和茶叶产量

如图2所示，与纯茶园模式对比，间作白三叶、金盏菊和金花菜的茶树百芽重分别增重8.86%、9.05%及15.55%，均呈现出显著性差异。

图2 不同种植模式下茶树百芽重的变化Figure 2 Changes of hundred bud weight of tea plant under different planting patterns

如表2所示，与纯茶园模式对比，间作白三叶和金盏菊的茶园茶树发芽密度呈现显著性差异，分别提升了12.94%和23.46%，而间作金花菜未达显著差异；茶叶产量方面，根据方差分析结果显示，三种间作模式对比纯茶园模式虽然均未达显著差异，但均有提高，与百芽重以及发芽密度的分析结果较符合。结果表明茶园内间作金花菜、白三叶和金盏菊都有助于提升茶树百芽重和发芽密度以及茶叶产量。

表2 不同种植模式下茶树发芽密度和产量的变化Table 2 Changes of germination density and yield of tea plant under different planting patterns

2.4 茶园土壤各养分指标主成分分析

结果如表2，PC1、PC2与PC3的方差贡献率分别为55.37%、28.03%和16.60%，故前3个主成分的累积方差贡献率达到100.00%，包含了全部的茶树土壤肥力信息。其中，主成分1的主要成分解析表达式F1=0.125x1+0.119x2+0.2 25x3+0.200x4-0.115x5-0.186x6+0.117x7+0.210x8，对其影响较大的变量有有效磷、碱解氮、全钾和有机质；主成分2的主要成分解析表达式F2=-0.371x1+0.379x2+0.013x3+0.077x4+0.38 4x5-0.190x6+0.019x7+0.103x8，主要的代表变量有有效磷、全磷和有机质；主成分3的主要成分解析表达式F3=-0.020x1-0.037x2-0.037x3+0.326x4+0.002x5+0.427x6+0.643x7-0.218x8，碱解氮、全钾、全氮和有机质对其影响较大。将每个主成分各自的得分情况乘以各自的贡献率，排序后得到4种种植模式的土壤肥力最终排名（表4），结果表明，三种间作模式土壤的综合得分F高于纯茶园模式土壤，茶树与三种间作物间作可有效提高土壤肥力水平。

表3 总方差解释表Table 3 Table of total variance

表4 特征向量Table 4 Eigenvector

2.5 间作茶园土壤性状与茶叶品质成分含量的相关性

表5结果可知，茶叶中的水浸出物、茶多酚和氨基酸含量与茶树土壤营养成分间存在显著或极显著正相关或负相关性，其中水浸出物含量与土壤全钾含量之间存在显著性负相关，而与土壤有机质含量呈现极显著的正相关；茶多酚含量与土壤碱解氮含量之间存在显著性负相关性；氨基酸含量与土壤pH值呈现出显著性负相关，而与土壤全磷含量之间存在显著性正相关。说明茶叶品质成分与土壤营养成分之间存在密切的关系，尤其土壤pH值和土壤全磷、全钾及有机质含量变化对茶叶品质成分影响较大。

表5 土壤肥力评价Table 5 Evaluation of tea soil fertility

表6 土壤特性与茶叶营养品质的相关性Table 6 Correlations between soil characteristics and nutritional quality of tea

3 结论与讨论

3.1 茶园间作能降低茶叶中的酚氨比

茶园合理间作白三叶、金花菜和金盏菊能不同程度地改善茶叶品质。茶多酚与氨基酸都极大影响着茶汤风味品质，茶多酚在茶汤中主要呈现苦味，而氨基酸则是影响茶汤的鲜味，因而酚氨比是体现茶汤鲜爽度的直接指标，酚氨比越高，茶汤越苦涩，反之越低，茶汤越鲜爽。白三叶与金花菜为豆科植物，茶园间作豆科植物可降低茶叶中茶多酚含量，增加氨基酸含量，从而降低酚氨比，提升茶叶的鲜爽度，与宋同清、彭晚霞[21-23]等人的在茶园中间作白三叶的研究结论相似。在本次试验中，发现间作金盏菊也具有降低茶叶酚氨比的作用。茶园间作对茶叶酚氨比影响的主要原因可能是间作方式改变了茶园的整体生态环境，如湿度、温度以及土壤受光照程度等条件，导致茶树生理机制发生变化，氨基酸和咖啡碱在新陈代谢改变的影响下出现累积现象，而茶多酚的合成途径受阻等。

3.2 间作可使茶园土壤在不同程度上得到改良

茶园选择适当的间作植物可改善土壤质量，提升土壤肥力。目前的国内研究进展中，范玉贞[24]研究梨园间作白三叶得出土壤全钾的含量降低，宋同清[25]对白三叶在茶园中进行试验也得出速效磷、碱解氮、有机质及全氮含量提高。与张优[26]结论较为相似。本试验中，间作白三叶茶园土壤中有效磷、速效钾、碱解氮、全磷、全氮和有机质都有较大幅度乃至显著性提高，其中间作金花菜和金盏菊可有效提升有效磷、速效钾、碱解氮、全氮和有机质含量，而全磷和全钾呈现降低趋势，表明茶园间作白三叶能够全面改善土壤养分储量和转化率从而达到改良土壤及增强土壤肥力的目的；而间作金盏菊和金花菜则需要选择性种植，在一些由于常年过多施用磷肥和钾肥而导致土壤富营养化的茶园中适宜种植。通过对不同间作模式下8个土壤养分指标的SPSS主成分分析结果发现，土壤中有效磷、碱解氮、全磷、全钾、全氮及有机质含量等指标对土壤肥力的贡献较大；而利用主成分分析的各主成分得分权数以及各主成分对土壤肥力信息的贡献率构建出土壤肥力信息评价比较，得出三种间作模式下土壤的质量都高于纯茶园模式土壤。另一方面，在茶叶品质与土壤营养成分的相关性分析中发现，茶叶各品质成分与土壤养分各指标之间均存在不同程度正或负相关性，其中土壤pH值、碱解氮、全磷以及有机质含量与茶叶的营养品质成分的关系最为紧密。

3.3 间作可提高茶百芽重、发芽密度及产量

茶园不同间作模式对茶叶产量有着直接影响。本次试验结果表明，茶园间作金花菜、金盏菊和白三叶均提升了单位面积内茶树的百芽重和发芽密度，其中间作金花菜对百芽重的提升最明显，金盏菊则显著提升茶树的发芽密度；产量上，间作金花菜、金盏菊和白三叶均有提高。本试验结果与黎健龙[27-28]发现豆科植物能够提升茶树百芽重、发芽密度和产量的结果相符合。

综上，与纯茶园模式相比，在茶园中合理选择并间作作物有利于改造和改良土壤条件，进而有效改善茶汤的滋味，降低茶叶的苦涩味，提升茶叶品质。