武夷巖茶中礦質(zhì)養(yǎng)分的地域性差異及影響因素

　　摘 要：武夷巖茶是一種傳統(tǒng)名優(yōu)烏龍茶，其品質(zhì)差異具有明顯的地域性。本研究旨在探索不同產(chǎn)地武夷巖茶茶青中礦質(zhì)養(yǎng)分的差異規(guī)律，以期了解茶青養(yǎng)分對武夷巖茶品質(zhì)的貢獻。共采集武夷山 112 個茶園的茶青和土壤樣品，主要測定了茶青中 12 種礦質(zhì)元素和土壤中 5 項肥力指標(biāo)(pH、堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì))。通過主成分分析發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地茶青礦質(zhì)元素差異明顯;利用隨機森林分析，明確了不同巖區(qū)的茶青中磷、銅和氮元素的差異貢獻最大，且總體上濃度由高到低依次為洲茶區(qū)、半巖區(qū)、正巖區(qū)，表明高品質(zhì)的正巖茶中存在較低濃度的磷、銅和氮;皮爾森相關(guān)分析顯示，土壤肥力 5 項指標(biāo)與茶青中上述三種元素濃度相關(guān)性較弱，說明茶青養(yǎng)分受到綜合環(huán)境因素的影響。綜上所述，茶青中磷、銅和氮的水平與武夷巖茶的品質(zhì)存在一定的負相關(guān)，可為茶園土壤養(yǎng)分管理提供參考依據(jù)。

　　本文源自土壤學(xué)報 發(fā)表時間：2021-01-20《土壤學(xué)報》(雙月刊)創(chuàng)刊于1948年，是由中國科學(xué)院主管、中國土壤學(xué)會主辦、中國科學(xué)院南京土壤研究所承辦、科學(xué)出版社出版的中文(含英文摘要、圖、表和關(guān)鍵詞)核心科技學(xué)術(shù)期刊。辦刊宗旨：堅持四項基本原則，理論聯(lián)系實際，貫徹"雙百"方針，為發(fā)展國民經(jīng)濟服務(wù)，為科教興國服務(wù)，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化服務(wù)，為土壤學(xué)科發(fā)展服務(wù)。

　　關(guān)鍵詞：武夷巖茶;地域性;礦質(zhì)元素;土壤肥力;茶葉品質(zhì)

　　茶(Camellia sinensis (L.) O. Kuntze)是世界上最普遍的非酒精飲料作物，屬于山茶科山茶屬，其中，中國種(Camellia sinensis var. sinensis)包括云南亞種和武夷亞種[1-3]。巖茶是武夷山最具代表性的茶類，屬于半發(fā)酵型的閩北烏龍茶[4]。武夷巖茶的品質(zhì)具有明顯的地域特性(俗稱：山場)，民間根據(jù)茶葉品質(zhì)的高低，大致將武夷山分為三個茶區(qū)，包括正巖區(qū)、半巖區(qū)和洲茶區(qū)[5]。正巖區(qū)主要是指武夷山景區(qū)內(nèi)“三坑兩澗”的茶園，品質(zhì)最高;半巖區(qū)為九曲溪內(nèi)、“三坑兩澗”外的茶園，品質(zhì)較好;洲茶區(qū)則為景區(qū)外的茶園，品質(zhì)一般[5]。有研究利用超高效液相色譜-四級桿-飛行時間質(zhì)譜(UPLC-Q-TOF-MS)分析方法，揭示了武夷巖茶的品質(zhì)是一系列代謝物的綜合效果，并且與產(chǎn)地的密切關(guān)系客觀存在[6]。

　　不同茶區(qū)的土壤成土母質(zhì)差別很大，其礦質(zhì)養(yǎng)分含量也不同[7]，唐代陸羽在《茶經(jīng)》中提到，不同類型的土壤上種植出來的茶葉等級不同，表明土壤養(yǎng)分可能影響茶葉的品質(zhì)。通過對福建省茶葉主產(chǎn)區(qū)武夷山和安溪茶園進行調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，茶園的土壤肥力顯著影響茶葉的品質(zhì)，肥力不足或過量均會導(dǎo)致茶葉的品質(zhì)下降[8-9]。土壤中氮過高會顯著降低茶園土壤的酶活性，不利于茶樹養(yǎng)分的吸收轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致茶葉代謝物的累積減少[10]。此外，土壤中的微量元素也會影響茶葉的生化成分[11]，通過外施微量元素可調(diào)控茶葉的品質(zhì)，銅和鋅肥均可提高茶葉中茶多酚、咖啡堿和游離氨基酸等主要代謝物的含量[12]，施加適量錳能夠降低茶葉中茶多酚的含量[13]。以上研究表明，茶園土壤的養(yǎng)分狀況顯著影響茶葉的品質(zhì)。

　　同時，茶青中的礦質(zhì)養(yǎng)分影響代謝物的合成和轉(zhuǎn)化，進而決定茶葉的品質(zhì)。通過大量分析安溪與武夷山茶青中代謝物與養(yǎng)分的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)茶青中的氮磷鉀存在一定的比例關(guān)系，養(yǎng)分過高或過低均不利于代謝物的積累，其中對茶氨酸濃度的影響最大[14]。茶葉中的氮直接參與茶氨酸和兒茶素的代謝[15-16]，鉀影響著氨基酸與咖啡因的代謝[17-18]，錳、鈣、鎂則與總糖存在一定關(guān)系[19]。因此，茶青中的礦質(zhì)元素對茶葉的品質(zhì)形成具有重要影響。本研究根據(jù)武夷山的不同茶葉等級劃分的傳統(tǒng)區(qū)域(正巖區(qū)、半巖區(qū)、洲茶區(qū))，選取代表性茶園，分析不同產(chǎn)地茶青中礦質(zhì)元素的差異，尋找土壤肥力與茶青養(yǎng)分的關(guān)系，旨在為茶園土壤養(yǎng)分管理提供科學(xué)依據(jù)。

　　1 材料與方法

　　1.1 樣品采集與處理

　　采樣概況：本研究以武夷山主栽茶樹品種肉桂為主要研究對象，采樣時間為 2018 年春季，主要采集茶青樣品和茶園對應(yīng)的土壤樣品。取樣茶園共計 112 個，涉及武夷山正巖區(qū)、半巖區(qū)和洲茶區(qū)三類茶區(qū)，茶園數(shù)分別為 41、21 和 50 個。具體采樣點包括正巖區(qū)：牛欄坑、慧苑坑、倒水坑、流香澗、悟源澗等;半巖區(qū)：巖茶村、乞丐巖、白云巖、一線天、燕子窠等;洲茶區(qū)：興田、黃柏、仙店、歷屯、太廟等(圖 1)。

　　茶葉樣品的處理：按照當(dāng)?shù)氐牟刹铇?biāo)準(zhǔn)采摘三葉一新(新葉為全開面)，樣品采集后 24 h 內(nèi)采用熱固樣法固定，105℃烘箱加熱 30 min，75℃烘干至恒重，研磨成粉末后稱樣消解，用于測定 12 種主要礦質(zhì)元素。每個茶園取 10 個茶青樣品，共計 1 120 個茶青樣品。

　　茶園土壤的處理：取土前，先清除土壤表層的雜草及落葉;取樣時，在茶樹滴水緣垂直向下、靠近茶樹根系的部位，使用鉆土器采集 0～20 cm 土層的土壤;取土后，土壤攤放于陰涼處風(fēng)干、研磨過篩后，用于檢測土壤理化性質(zhì)及養(yǎng)分指標(biāo)。每個茶園取 3 個土壤樣品，共計 336 個土壤樣品。

　　1.2 樣品檢測方法

　　茶青養(yǎng)分檢測[20]：濃硫酸-雙氧水消解法消解茶青獲得待測溶液，使用流動分析儀(Skalar，荷蘭)測定大量元素氮(N)和磷(P)濃度，使用火焰光度計(410 型，Sherwood，英國)測定鉀(K)濃度;硝酸消解法獲得茶葉樣品待測溶液，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 ICP-MS7900(Agilent，美國)檢測鈣(Ca)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、錳(Mn)、硼(B)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鉬(Mo)和鎳(Ni)等 9 種中微量元素。

　　土壤肥力檢測[20]：土壤酸堿度(pH)測定采用電位法;有機質(zhì)(OM)測定采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化—容量法;堿解氮(AN)測定采用堿解擴散吸收法;有效磷(AP)測定采用鉬銻抗比色法;速效鉀(AK)測定采用乙酸銨浸提—火焰光度法。

　　1.3 數(shù)據(jù)分析

　　采用 SPSS 19.0 對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(One-way ANOVA)并選用鄧肯(Duncan)法進行多重比較，使用 R 語言中的 Factoextra 和 FactoMineR 程序包進行主成分分析，RandomForest 程序包進行隨機森林分析，運用 ggplot2 程序包繪制小提琴圖，corrplot 和 RColorBrewer 程序包進行皮爾森相關(guān)性分析及可視化。

　　2 結(jié) 果

　　2.1 巖茶茶青中主要礦質(zhì)元素差異

　　對武夷山 112 個茶園采集的 1 120 個茶青樣品進行 12 種主要礦質(zhì)元素的測定分析，發(fā)現(xiàn)茶青中各礦質(zhì)元素的含量差異很大(表 1)。大量元素中，氮的含量最高，為 23.48 g·kg-1;鉀和磷次之，分別為 14.41 和 3.13 g·kg-1，氮:磷:鉀的比例約為(7~8):1:(4~5)，表明大量元素中磷的含量相對較低(表 1)。中量元素中，鈣和鎂的含量分別約為磷的 82.0%和 57.8%，表明茶樹對鈣和鎂的需求量較大(表 1)。微量元素中，錳的含量最高，達到了 551.77 mg·kg-1，約為鐵的 4.3 倍，但其變異系數(shù)也是所分析元素中最大的，為 51.11%，表明茶樹需要大量的錳，且其閾值范圍較廣(表 1)。

　　2.2 巖茶茶青中形成產(chǎn)地差異的主要貢獻元素

　　針對 12 種礦質(zhì)元素含量進行主成分分析，僅前兩個主成分就可解釋茶青養(yǎng)分整體差異的 52%(第一主成分和第二主成分可分別解釋差異的 38.2%和 13.8%)(圖 2)。基于第一主成分和第二主成分，不同產(chǎn)地之間的茶青樣品差異較大，尤其是正巖區(qū)與洲茶區(qū)之間，僅存在少許疊加;而半巖區(qū)的茶青樣品之間差異較大，明顯分隔成兩個部分，其中一部分完全與正巖重疊，另一部分則趨近于洲茶區(qū)(圖 2)。上述結(jié)果可以說明正巖區(qū)與洲茶區(qū)的茶青養(yǎng)分含量差異明顯，而半巖茶則介于正巖茶與洲茶之間。

　　為了篩選形成產(chǎn)地差異的主要貢獻元素，以產(chǎn)地作為分類依據(jù)進行隨機森林分析，得到每個元素的平均精度下降值(mean decrease accuracy)和平均基尼指數(shù)降低值(mean decrease Gini)。結(jié)果顯示磷的平均精度下降值和平均基尼指數(shù)降低值均為最高，銅和氮次之，表明對產(chǎn)地差異貢獻最大的三種礦質(zhì)元素依次為磷、銅和氮(圖 3)。因此，在分析的 12 種礦質(zhì)元素中，這三種元素可能對不同產(chǎn)地茶葉的品質(zhì)差異起到主要貢獻。

　　同時，本研究發(fā)現(xiàn)磷、銅、氮含量在正巖區(qū)、半巖區(qū)以及洲茶區(qū)之間確實存在著顯著差異(圖 4)。正巖區(qū)茶青中這三種元素的含量總體低于洲茶，表明高品質(zhì)的正巖茶中含有較低含量的磷、銅、氮;而半巖茶居于正巖茶與洲茶之間，半巖茶中的磷和氮含量與正巖茶無顯著差異，銅則與洲茶無差異(圖 4)。以上結(jié)果表明，茶青中過高的磷、銅、氮含量可能不利于高品質(zhì)茶葉的形成。

　　2.3 土壤肥力對茶青中主要貢獻元素的影響

　　為了探究土壤肥力與茶青養(yǎng)分的關(guān)系，本研究將土壤肥力(pH、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀)與茶青礦質(zhì)元素含量(磷、銅和氮)進行皮爾森相關(guān)性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤 pH 與有效磷、速效鉀不相關(guān)，而與有機質(zhì)、堿解氮呈很弱的負相關(guān)，表明茶園土壤酸堿度與土壤養(yǎng)分關(guān)系不明顯;土壤速效鉀分別與堿解氮、有效磷的關(guān)系較為密切，這可能與茶農(nóng)施用等配比氮磷鉀肥的習(xí)慣有關(guān)(圖 5)。茶青中，磷與氮含量呈現(xiàn)較強的正相關(guān)，說明茶葉中磷和氮的吸收存在協(xié)同效應(yīng)(圖 5)。而就土壤與茶青的關(guān)系而言，相關(guān)系數(shù)的絕對值最高為 0.11，表明二者幾乎不相關(guān)，即土壤肥力對茶青中主要貢獻元素磷、銅、氮的水平影響不明顯(圖 5)。

　　3 討 論

　　3.1 武夷巖茶品質(zhì)與茶青養(yǎng)分的相關(guān)性

　　武夷山的茶葉根據(jù)產(chǎn)地所在區(qū)域劃分為正巖區(qū)(高品質(zhì))、半巖區(qū)(中等品質(zhì))和洲茶區(qū)(一般品質(zhì)) [5]。本研究在三個不同品質(zhì)區(qū)域分別選取代表性茶園(圖1)，分析不同產(chǎn)地茶青中礦質(zhì)元素的差異。通過主成分分析方法，發(fā)現(xiàn)正巖區(qū)與洲茶區(qū)的茶青養(yǎng)分含量差異明顯(圖2);此外，利用隨機森林分析方法中的平均精度下降值和平均基尼指數(shù)降低值作為判斷指標(biāo)，來反映變量對決策樹節(jié)點純度的影響。一般而言，兩個指標(biāo)的數(shù)值越大，代表該變量在分類中的重要性越大。從圖3結(jié)果可發(fā)現(xiàn)對產(chǎn)地差異貢獻最大的三種礦質(zhì)元素，其中就包括大量元素氮和磷。氮和磷是茶樹生長發(fā)育過程中需求量較大的兩個礦質(zhì)元素。Sun等[14] 在對福建武夷山與安溪的茶葉樣品進行養(yǎng)分測定后，認(rèn)為茶青中氮磷比例范圍為6:1~13:1，磷含量顯著低于氮。本研究發(fā)現(xiàn)，武夷山肉桂茶青樣品的總體氮磷比例較為恒定，約為7.5:1(表1)，符合前期研究比例范圍。進一步對武夷山不同品質(zhì)茶區(qū)洲茶區(qū)、半巖區(qū)和正巖區(qū)的茶青樣品進行分析后，得出這三個區(qū)域的氮磷比例分別為6.8:1、7.7:1和8.0:1，雖較為相近，但存在一定的趨勢，隨著品質(zhì)的提高而逐漸增大，即高品質(zhì)的茶青中磷與氮的比例較低;并且，正巖茶青中的氮和磷含量均顯著低于洲茶茶青，分別為洲茶的86.8% 與74.2%(圖4)。綜合以上研究得出，高品質(zhì)的茶青中磷與氮的含量及其比例均較低。

　　3.2 土壤肥力與茶青礦質(zhì)元素的關(guān)系

　　植物的養(yǎng)分主要通過根系從土壤中吸收獲得，通常情況下，土壤養(yǎng)分狀況能夠影響植物體內(nèi)的養(yǎng)分，比如，高磷處理能夠分別提高柱花草與大豆中全磷或可溶性磷的含量[21-22]。因此，本研究對土壤主要肥力指標(biāo)與茶青中對產(chǎn)地差異貢獻最大的三種礦質(zhì)元素進行皮爾森相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤肥力對茶青中主要貢獻元素磷、銅、氮的水平影響并不明顯(圖5)。周志等[6]研究發(fā)現(xiàn)，相比洲茶區(qū)土壤，正巖區(qū)土壤為高磷低氮;同樣地，早在20年前，姚月明[23]認(rèn)為正巖茶園土壤的磷較洲茶區(qū)高，而氮要低;然而，品質(zhì)更優(yōu)的名巖區(qū)土壤中的銅含量較品質(zhì)一般的丹巖區(qū)低[7]。本研究中正巖區(qū)茶青中的磷、銅、氮含量均低于洲茶區(qū)(圖4)，說明土壤肥力部分影響茶青的礦質(zhì)元素組成，但不是決定因素。

　　武夷巖茶中的礦質(zhì)養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分的關(guān)系形成可能受兩個因素的影響，一是茶樹自身的養(yǎng)分需求，即不同茶區(qū)的茶樹品種對礦質(zhì)養(yǎng)分的需求存在差異。孫威江等[24]研究發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)區(qū)的武夷巖茶鮮葉中營養(yǎng)元素存在顯著差異，這與本身的土壤營養(yǎng)環(huán)境之間并不存在很好的相關(guān)性。因此，植物對養(yǎng)分的吸收和需求以植物自身的響應(yīng)為判斷標(biāo)準(zhǔn)，土壤狀況僅能作為參考。二是不同巖區(qū)的地理環(huán)境差異。武夷山作為中國著名的風(fēng)景旅游區(qū)，具有典型的丹霞地貌特征[25]。與洲茶區(qū)相比，位于武夷山核心地段的正巖區(qū)，具有降水量多，濕度大，霧日長等氣候特點，這些因素將綜合影響茶樹中離子組和代謝組的變化，并最終形成其獨特的口感和品質(zhì)[5]。

　　4 結(jié) 論

　　不同產(chǎn)地的茶青中 12 種主要礦質(zhì)元素存在一定的差異，尤其是磷、銅和氮元素，對不同巖區(qū)茶青中礦質(zhì)元素的整體差異貢獻最大，且均在正巖區(qū)茶青中濃度最低，洲茶中最高，而土壤肥力 5 項指標(biāo)(pH、堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì))與茶青養(yǎng)分的累積相關(guān)性較弱。