安徽“桐城小花”茶地质-地球化学适生模型研究

卢健，苏晶文，秦云飞，沈欢喜

（1.安徽省地质矿产勘查局311地质队，安徽安庆 246003；2.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京 210016）

0 引言

2017—2018 年，中国地质调查局部署了“皖江经济带安庆—马鞍山沿江段1∶5万环境地质调查”项目，安徽省地质矿产勘查局311 地质队受托在系统研究“桐城小花”茶核心主产区地貌、土壤、地质背景、土壤地球化学及耕地地力评价成果的基础上，通过进一步开展表层土壤、浅层地下水和地表水、农作物和根系土壤样品调查，分别评价了区内土壤、农作物及灌溉水的环境质量等级。本文通过茶产区的立地条件及各类样品测试结果，采用定量加定性的方式建立安徽“桐城小花”茶地质-地球化学适生模型，拟通过适生模型为桐城市其他地区推广种植“桐城小花”茶提供科学依据，同时对皖西大别山其他茶叶的研究提供了参考。

1 茶产区环境背景特征

1.1 茶产区概况

安徽省是我国江南茶产区的重要组成部分，皖西大别山区以独特的自然环境和地质背景盛产“六安瓜片、霍山黄芽、岳西翠兰、桐城小花”等名茶。“桐城小花”茶创制于明代，凭借独具特色的“兰香”享有“品不减龙井”之美誉，2015年入选“全国名特优新农产品目录”，2017年通过农产品地理标志登记保护。

“桐城小花”龙眠茶产区位于桐城市龙眠山、鲁谼山一带，地理中心点坐标为：东经116°54′20″、北纬31°06′30″[1]。茶园多分布在300～1000m 的低山缓坡地带，茶园样式以斜坡茶园为主，局部山体坡度较大区域为梯级茶园，茶园的开发与选址严格受地形地貌条件限制。

1.2 自然地理概况

“桐城小花”茶产区属亚热带季风湿润气候，年平均气温16℃，年平均降雨量1273mm，常年平均蒸发量1460.8mm，年平均日照1993.8h，无霜期234.5d[2]。区内水资源丰富，地表主水系龙眠河经境主庙水库最终注入嬉子湖。植被类型为落叶-常绿混交林，草本植物和灌木丛混杂分布，植被覆盖率在60%～90%。重峦叠嶂、水库环抱的微地貌为茶树生长提供了湿润的气候环境。

1.3 地质背景条件

“桐城小花”茶产区出露的岩层有小溪河组(Pt3x)云母石英片岩、变粒岩夹薄层大理岩，大别岩群黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩及大理岩组合；岩浆岩呈岩株、岩体出露，岩性主要为二长花岗岩、石英正长斑岩、角闪二长岩、石英二长岩等；在西部大徽尖一带分布有毛坦厂组(J3K1m)粗安斑岩、安山岩、安山质凝灰岩等。产茶区地层、岩体分布见图1。

1.4 土壤条件

图1 “桐城小花”茶产区地质简图Figure 1. Geological sketch map of the "Tongcheng Xiaohua" tea-producing area

“桐城小花”茶产区内土壤类型相对单一，大面积以麻石硅铝质粗骨土为主，麻石黄棕壤次之，分布特征与地质背景有关[1]。土壤中砂粒含量适中，但土层较薄，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层侵蚀殆尽后，构型以A-B-C 为主，风化碎屑层裸露，显粗骨特征，土壤特性为茶树生长提供了疏松透气的环境。

2 茶产区地球化学特征

2.1 样品采集与处理

本次根据《土地质量地球化学评价规范》、《茶叶抽样技术规范》要求，分别采集了表层（0～20cm）土壤样、灌溉水样（浅层地下水及地表水）、茶叶及根系土壤样。

（1）表层土壤样：采用网格+图斑的原则布设样点[6]，以二调图斑图为底图，单个图斑为基本采样单元，共采集土壤样572件，样点密度11.4点/km2。0～20cm为采样层，取样后剔去植物根系和砾石，经自然风干后，用-10目尼龙筛过筛，取筛下物称重后送实验室分析。

（2）茶叶样：清明—谷雨期间在茶叶集中区随机选取15～20 个植株组成1 件样品，共采集茶叶样60件，以0.83km2为评价单元，鲜叶经脱水焙干后送实验室分析。在原点配套采集根系土壤样60组，加工方法同表层土壤样。

（3）浅层地下水样：茶叶采摘期在茶园集中种植区采集裂隙水、泉水及与茶叶生长关系密切的民井水，共采集水样56件，样点密度1点/0.89km2。在晴朗天气用玻璃瓶分别盛装原水样、酸化水样、碱化水样、特殊水样，现场加入相应的保护剂后封蜡按时送实验室分析。

（4）地表水样：根据地貌特点和茶园现状划分10个评价单元，每个评价单位控制1件样品，共采集水样10 件，样点密度5 点/km2。采集和处理方法同浅层地下水。

各样点分布见图2。

图2 “桐城小花”茶产区样点分布示意图Figure 2. Sketch map of distribution of sampling spots in the "Tongcheng Xiaohua" tea-producing area

2.2 样品分析方法

（1）土壤分析：依据《区域地球化学勘查样品分析方法》要求，选择粉末压片-XX射线荧光光谱法(XRF)测定Cl、S、MgO、P、K2O、CaO、Cr、Mn、TFe2O3、Ni、Cu、Zn、Pb 等13 种元素或氧化物；四酸溶样-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定Mo、Cd元素；王水溶样-原子荧光光谱法(AFS)测定As、Hg元素；交流电弧-原子发射光谱法(ES)测定B 元素；酸溶-原子荧光法(AFS)测定Se元素；凯氏氮容量法(VOL)测定N元素；重铬酸钾氧化还原容量法(VOL)测定有机质；离子选择性电极法(ISE)测定pH值。

（2）农作物分析：依据《生态地球化学评价样品分析方法和技术要求》，选择微波消解熔样-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定As、Hg、Cd、Cr、Pb、Zn元素；碰撞池-等离子体质谱法(ICP-MS)测定Se 元素；依据《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》《茶咖啡碱测定》及《茶游离氨基酸总量的测定》要求分别测定茶多酚、儿茶素、咖啡碱及游离氨基酸元素。

（3）水质分析：依据《生活饮用水标准检验方法》和《地下水质检验方法》，采用等离子体质谱法(ICPMS)、原子荧光法(AFS)为主的配套方案分析水样。选择加酸水王水分解-原子荧光法(AFS)测定As；加重铬酸钾水王水分解-原子荧光法(AFS)测定Hg；原水-分光光度法(COL)测定Cr6+；原水-离子选择性电极法(ISE)测定F-；原水-硝酸银滴定法(VOL)测定Cl-；加碱水-异烟酸-吡唑酮分光光度法测定氰化物。

2.3 土壤地球化学背景

茶叶的正常生长与40多种土壤元素有关，茶叶产量、品质与大量营养元素、微量营养元素均有着密切关系[5]。通过表层土壤（0～20cm）地球化学调查对茶产区的土壤元素含量进行了研究，具有以下特征：

（1）酸碱度：土壤pH值范围在4.33～7.28，一般在4.5～5.5，整体呈酸性。强酸性(pH＜4.5)土壤多分布在西部杨头村石英正长斑岩母质区。酸性土壤利于茶叶品质的提升。

（2）养分元素：“桐城小花”茶产区土壤有机质含量水平在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元素能有效提高茶叶的氨基酸、儿茶素、茶多酚及碳水化合物含量，且茶树对氮元素的吸收呈明显的专一性、连续性；土壤Zn 可提高茶叶氨基酸、茶多酚和咖啡碱含量，降低酸氨比，有利于提高茶叶品质[5]。

（3）有益元素：“桐城小花”茶产区土壤Zn含量水平在41.3～191.0μg/g，平均值88.62μg/g，该元素空间分布相对零散；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%，该元素空间分布不均匀[1]。

2.4 浅层地下水地球化学特征

对茶产区分布的民井及岩石裂隙水、泉水采集了浅层地下水样品，分别测试了总Cu、总Pb、总Zn、总Cd、总As、总Hg、Cr6+、氰化物、氯化物、氟化物共10项指标。依据《地下水水质标准》(DZ/T0290-2015)，采集的62 件样品符合Ⅰ类水标准比例达88.71%，优质的浅层地下水资源可为茶叶生长提供更加丰富的碳水化合物。

2.5 生物地球化学特征

在清明-谷雨期间系统采集了茶叶样品，分别测试了7 项微量元素(Se、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As)及4 项品质指标(氨基酸、儿茶素、咖啡碱、茶多酚)。

（1）微量元素：根据《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2012)标准，本次送检的63件茶叶样品全部优于食品安全标准，未出现超标。

（2）品质指标：氨基酸、儿茶素、咖啡碱、茶多酚指标是构成茶叶品质的主要成分，也是鉴定绿茶品质优劣的公认指标。送检的63件样品中茶多酚、咖啡碱指标含量全部优于《绿茶 第二部分：大叶种绿茶》(GB/T14456-2018)标准(茶多酚≥16%、咖啡碱≥3%)；儿茶素含量优于标准(≥11%)样数达44件，占73%；氨基酸优于行业标准(≥3%)样数达18 件，占30%。说明“桐城小花”茶产区的绿茶品质优良。

从各品质指标的分布规律来看，花岗岩母质区茶叶茶多酚、咖啡碱、儿茶素平均含量(20.68%、4.21%、12.12%)明显高于片麻岩母质区[1]，氨基酸含量则在片麻岩母质区上呈较高趋势。

3 优质茶产区特征

根据“桐城小花”茶产区不同茶园的地质背景及茶叶品质统计结果，显示杨头村茶园所产茶叶明显优于其他茶产区，是“桐城小花”茶的优质茶园。其立地条件具备以下特征：

（1）海拔高度500～900m低山区向阳斜坡地带；

（2）茶产区土壤母质以花岗岩类为佳，次为火山岩类；

（3）土壤高K、Se、Zn、SiO2，低Fe、Ca、Mg，土壤呈酸—强酸性[2]；

（4）茶园周边植被类型以针阔叶、乔木混合林为主，满足茶叶喜阴的生长环境[4]，野生兰草的分布对茶叶香气提升具有重要作用；

（5）丰富的浅层地下水资源及优质的浅层地下水环境是优质茶叶生长的必备条件，可为茶叶生长提供有利的碳水化合物，有助于茶多酚的提升[4]；

（6）利用有机肥代替化肥，在茶园建设、技术培训、采摘工艺等方面做到要求统一。

4 地质-地球化学适生模型

茶树的生长与特定的地质环境关系密切，影响茶叶品质优劣的主要因素有茶园的立地条件(地形地貌、植被类型、日照、成土母质、土壤类型等)及地球化学条件(土壤元素、水质等)。本文以杨头村优质茶园的立地条件及地球化学条件为基础，确定一级评价因子自然地理条件为茶园开发布局的主控因素，地质背景为次要因素，土壤地球化学与灌溉水环境为一般因素。

本文采用定性加定量评价相结合的方式建立地质-地球化学适生模型。

4.1 定性评价

根据杨头村优质茶园的立地条件，“桐城小花”茶种植适宜性定性评价标准见表1。

表1 “桐城小花”茶适生模型定性评价标准一览表Table 1. Qualitative evaluation criteria of the "Tongcheng Xiaohua" tea growth adaptibility model

4.2 定量评价

在上述定性评价的基础上进行定量评价，采用一级因子和二级因子累加方式进行。其中一级因子包括地理条件、地质背景、土壤地球化学、地下水环境及茶叶品质等；二级因子系一级因子的具体指标，赋值时采用层次分析法进行确定。详见表2。

5 适生模型的应用

5.1 适宜性评价

根据上述定性、定量评价因子，在“桐城小花”茶产区建立了地质-地球化学适生模型。为了验证适生模型的实际应用，本次在龙眠地区进行“桐城小花”茶种植适宜性评价，具体评价按以下步骤进行：

（1）采用地理信息成图系统(MapGis)按要求将“桐城小花”茶产区进行图形数字化，然后进行评价单元网格划分，单个评价单元平面面积为0.04km2；

（2）在数字化图件中建立属性数据库，对每个评价单元的立地条件采用多图层叠置分析的方法生成和提取评价单元的数据，根据表2确定的定量评价指标赋予相应分值；

（3）将各二级评价因子的得分进行累加，计算出单个评价单元的总得分，进而评定单个评价单元的适宜性等级。

5.2 适宜性分区划定

根据评价单元的总得分进行适宜性指数（i）判定，判定标准见表3。进一步将评价区划分为“最适宜、适宜、较适宜”3个等级，适宜性指数（i）越大，代表适宜性越高。

本次在龙眠茶产区划分了1317个评价单元，从评价单元的适宜性指数来看，最适宜区、适宜区、较适宜区分别占茶产区总面积的18%、6%、76%，茶叶种植适宜性分区特征见图3。

5.3 适宜性评价结果评估

图3显示，“桐城小花”茶最适宜区多分布在西部杨头村、黄燕村北部及龙眠村一带，这与该地区现有茶园种植范围基本一致，且最适宜区分布的茶园多为茶龄10年以上的老茶树。据当地茶农所述，该类区域所产茶叶香气浓郁，品相较好，市场单价均高于其他产区；较适宜区茶园多位于耕地或梯田，茶叶产量高但品质逊于前者，本次送检结果也显示该区域茶叶的氨基酸和茶多酚含量明显低于最适宜区。因此，本次根据茶园现状，通过对比分析认为建立的“桐城小花”茶地质-地球化学适生模型在实际应用中具有重要参考意义，为“桐城小花”茶的推广种植提供了重要参考。

表2 “桐城小花”茶适生模型定量评价标准一览表Table 2. Quantitative evaluation criteria of the "Tongcheng Xiaohua" tea growth adaptibility model

表3 评价单元种植适宜性评价判定标准表Table 3. Criteria of planting suitability of evaluated units

图3 “桐城小花”茶产区种植适宜性分区图Figure 3. Zoning of the "Tongcheng Xiaohua" tea-growing area by suitability

6 结论

名茶生长具有特殊的地质环境条件[3]，本次通过生态地球化学、土壤地球化学等工作手段对“桐城小花”茶产区的地理条件、地质背景、土壤地球化学、地下水环境等特征进行对比研究，摸清了茶产区土壤-水-农作物之间元素迁移转化规律。最适宜区普遍具备低山斜坡向阳地貌、肥沃的花岗岩类母质深厚中壤及清洁的地下水环境特征；适宜区具备高丘低缓地貌、肥沃的花岗岩、火山岩类母质中壤及清洁的地下水环境；较适宜区具备低丘平缓地貌、贫瘠的片麻岩类母质轻壤及清洁的地下水环境特征。另外各适宜区的土壤地球化学成果与成土母质关系密切，结合各适宜区的立地条件差异建立了“桐城小花”茶种植地质-地球化学适生模型。据此对“桐城小花”茶产区的种植适宜性进行了分级评价，评价结果与茶园现状具有一致性，说明模型具备较强的可操作性和实用性。本次研究成果进一步丰富了“桐城小花”茶的种植研究水平，可为桐城市茶产业发展布局及种植结构优化提供重要技术支撑，对皖西大别山区其他茶种的种植研究也具有一定的指导意义。