茶园施用豆粕发酵肥对土壤理化性质与茶叶品质的影响

辛董董,葛兰英,张浩

（1.河南科技学院食品学院,河南新乡453003；2.中国农业科学院农产品加工研究所,北京100193；3.山东恒隆粮油有限公司,山东日照276800）

茶在中国历史上有悠久的历史记载,最初是作为药用进入人类社会[1].作为我国重要的经济作物之一,茶在我国区域经济和社会发展中占有重要地位[2].随着生活水平的提高,人们对茶叶品质越来越关注.茶叶品质是茶叶中多种生化成分的综合体现,受茶园土壤营养与施肥种类、用量及方式等因素影响[3-5].长期选施化肥,造成茶园土壤板结、酸化、有机质含量降低,对茶叶品质和产量造成影响[6-8].科学施用有机肥是确保茶叶品质和产量的重要前提,是农业绿色转型的关键,是保持土壤良好生态环境的重要条件[9-10].豆粕肥是一种发酵有机肥料,富含植物生长所需的多种微量元素,长期施用有利于茶园土壤理化性能改良、有机质含量提高及氮磷钾营养物质平衡,满足茶树对养分的需要,对茶叶品质的影响起到重要作用[11-13].本文通过混合追施豆粕发酵固体肥料和液体肥料,旨在进一步考察茶园施用豆粕发酵肥对土壤理化性质及茶叶品质的影响,从而为豆粕发酵肥的大面积推广应用提供依据.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年4月至2019年9月在山东省日照市盛润茶园合作社进行.试验地块为丘陵地,地势较为平坦,排灌条件良好；土壤呈微酸性,属黄棕土壤.茶树种植密度为4 000株/667m2.土壤基本理化性质为pH值5.50、含有机质量10.51 g/kg、含碱解氮量57.22 mg/kg、含速效磷量30.14 mg/kg、含速效钾量74.62 mg/kg、含全氮量0.74 g/kg、含全磷量0.67 g/kg、含全钾量1.67 g/kg.

1.2 试验材料

茶树品种选自山东省日照市东港区后村镇独垛村盛润茶叶合作村日照绿茶,品种为黄山群体,树龄40 a,长势较强,茶园肥培管理水平较好.

在前期实验室研究基础上,采用优选微生物（4号复合菌）进行纯豆粕好氧发酵,整个发酵结束,烘干可以做固体肥料,采用料水比1∶3浸提,做液体肥料,浸提后的固体烘干做固体基肥.生产固液豆粕肥,主要目的是茶园施肥时由含有豆粕的液体肥溶解固体肥,使其豆粕中的营养成分完全溶解，输送到茶园土壤中供给茶树吸收利用.豆粕发酵固体和液体肥主要营养成分见表1.

1.3 试验方法

试验设两个处理,试验（T）：豆粕发酵固态肥750 kg/hm2和豆粕发酵液态肥1 800 kg/hm2以300倍液施用,于茶树越冬芽萌发时期（2018年3月）以追肥的方式采用常规沟施方式施入；对照（CK）：施入与豆粕发酵液态肥相同量的清水；每个处理设3次重复,共6个小区,每个小区66.7 m2.施肥时间为晴天下午5点后,在试验期间各处理与田间管理措施一致.

1.3.1 土壤理化性质测定

1.3.1.1 土壤采样及处理 采用“五点法”,施肥前（2019年3月）和施肥后（2019年4月）采取环刀法分别取茶蓬下0～20 cm和20～40 cm土层土样,每个处理三次重复,采集后的土样置于通风的条件下阴干,剔除杂物,敲碎大块土,最后按四分法选取分析样品,过1 mm筛子后放在塑封袋中于庇荫处封闭保存备用.

1.3.1.2 土壤pH值的测定 称取12.0 g风干土壤,加35 mL超纯水,搅拌溶解,混合均匀,静置30 min，取上清液进行测定,每个样品测定3次,取平均值.

1.3.1.3 土壤有机质含量测定 参照刘新[14]的试验方法.具体步骤如下：

滴定时观察溶液颜色由黄变绿,再突变到棕红色时到达滴定终点.测定时用二氧化硅代替土样做空白组.土壤有机质含量的计算公式

式（1）中：V0/mL-表示空白组所用FeSO4体积；V/mL-表示试样所用FeSO4体积.

1.3.1.4 土壤中全氮、全磷、全钾含量的测定 参照鲁如坤[15]的方法,分别称取4 g土样置于样品瓶中,加超纯水溶解样品,加入1号粉1 g,混匀,用纱布过滤,此溶液为氮、磷、钾样品待测液.遵循等量原则配置空白液、含氮量为20 mg/kg、磷标准液和含钾量为100 mg/kg的标准液,上机测定.

1.3.2 茶叶中内含成分测定 茶树施肥处理后观察叶片生长情况并采样,采集的样品分别按绿茶工艺（鲜叶-杀青-揉捻-干燥）加工成干茶.将所得茶样进行水浸出物、茶多酚、儿茶素类、可溶性糖类、水溶性维生素和咖啡碱含量等进行测定.水浸出物采用全量法（GB/T 8305-2013）；茶多酚采用福林酚试剂比色法（GB/T 8313-2018）；游离氨基酸采用全自动氨基酸分析仪（GB/T 30987-2014）；酚氨比为茶多酚含量与氨基酸含量的比值[16]；维生素采用高效液相色谱法[17-18]；儿茶素类采用高效液相色谱法（GB/T 8313-2018）；可溶性糖含量测定采用Ma等[19]报道的方法.

1.4 数据处理

采用Excel 2010处理原始数据,使用Origin 8.5制作图表.采用SPSS 20统计分析软件进行方差分析（P＜0.05）和相关性分析（P＜0.05；P＜0.01）.

2 结果与分析

2.1 施用豆粕发酵肥对茶园土样理化性质的影响

施用豆粕发酵肥对茶园土壤理化性质的影响见表2.

表2 施用豆粕发酵肥对茶园土壤理化性质的影响Tab.2 Effects of soybean meal fermented fertilizer on physical and chemical properties of tea garden soil

由表2可知,各施肥处理土层的pH值均高于CK.其中,0～20 cm土层中施肥处理的土壤pH值显著升高,较CK增加15.46%,但在深层土壤中（20～40 cm）差异不显著.施用豆粕发酵肥促进茶园土壤中有机质的积累,0～20 cm和20～40 cm土层中有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷和速效钾等营养元素的含量均高于CK,其中,0～20 cm土层中施肥处理土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷和速效钾等分别较对照增加7.03%、29.82%、28.85%、14.38%、15.51%、17.92%和17.98%.土壤越深,影响越小.

2.2 对茶叶水浸出物含量的影响

施用豆粕发酵肥对水浸出物含量的影响见图1.

图1 施用豆粕发酵肥对水浸出物含量的影响Fig.1 Effect of soybean meal fermented fertilizer on water extract content

水浸出物主要成分含量的高低决定着茶叶品质.研究表明,水浸出物与茶叶品质之间的品质逆转阈值为32%～40%.由图1可知,水浸出物的含量随着采收期的变化呈现增加状态,施肥处理后,4月份开始有所增加,其中,7月份达到最大值.8到9月份水浸出物含量逐渐降低,但仍然高于CK,分别高4.05%和3.17%.由于在不同采收期测定的可浸出物含量在水浸出物品质逆转阈值范围内,所以可浸出物含量高的处理品质较优.

2.3 对儿茶素类和咖啡碱含量的影响

标准儿茶素类混标色谱图和施用豆粕发酵肥对儿茶素类和咖啡碱含量的影响见图2和图3。

图2 标准儿茶素类混标色谱图Fig.2 HPLC chromatograms of the six catechins

图3 施用豆粕发酵肥对儿茶素类和咖啡碱含量的影响Fig.3 Effect of soybean meal fermented fertilizer on catechin and theobroine contents

由图3可知,施肥处理茶叶中表没食子酸儿茶素（EGC）、表儿茶素（EC）、儿茶素（C）、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）、表儿茶素没食子酸酯（ECG）和咖啡碱（CAF）含量均高于CK,茶叶中儿茶素类与咖啡碱含量的高低顺序EGCG＞EGC＞ECG＞CAF＞EC＞C.不同采收期条件下,儿茶素类和咖啡碱含量也逐渐增加,且均显著高于CK.其中EGCG含量最高,4至7月份,分别增加4.27%、4.59%、6.27%和8.00%；4至6月份EGC的含量分别增加8.44%、9.05%和10.10%；4至7月份ECG显著增加,分别增加7.34%、8.89%、9.84%和17.74%,而8、9月份则分别减少5.58%和3.57%,但是仍然高于CK组；CAF含量7月份达到最大值,分别增加6.76%、8.67%、10.46%和12.90%；4至7月份EC含量显著增加,分别增加5.77%、5.79%、11.94%和10.26%；C含量7月份达到最大值,与CK相比,分别增加7.27%、8.77%、10.29%和11.39%.可见,施用豆粕发酵肥对提高茶叶中儿茶素类与咖啡碱含量有促进作用.

2.4 对可溶性糖含量的影响

离子色谱法测定四种糖标样和施用豆粕发酵肥对可溶性糖类含量的影响见图4和图5.

图4 离子色谱法测定四种糖标样Fig.4 The chromatogram of four standards

图5 施用豆粕发酵肥对可溶性糖类含量的影响Fig.5 Effect of soybean meal fermented fertilizer on soluble sugar contents

由图5可知,施肥处理三个生长周期茶叶中蔗糖、果糖、葡萄糖和半乳糖含量均高于CK,含量高低顺序为：蔗糖＞果糖＞葡萄糖＞半乳糖；其中蔗糖含量最高,4月份开始增加至7月份达到最高,比CK高29.26%,8和9月份有所下降,和CK几乎处于同一水平；果糖4月份开始增加至7月份达到最大值,分别比CK高21.28%、10.17%、38.33%和18.02%；葡萄糖含量从4月份开始增加至8月份达到最大值,并趋于稳定；半乳糖含量6月份开始增加至8月份达到最大值,与CK相比,增加了12.5%.可见,施用豆粕发酵肥对提高茶叶中可溶性糖含量有促进作用.表明施肥可改善茶汤中滋味和香气,对提高茶汤中的甜味成分具有重要作用.

2.5 对维生素类含量的影响

标准维生素类混标色谱图和豆粕发酵肥对茶叶中五种水溶性维生素含量的影响见图6和图7.

图6 标准维生素类混标色谱图Fig 6 HPLC chromatograms of the four water-soluble vitamins

图7 豆粕发酵肥对茶叶中五种水溶性维生素含量的影响Fig.7 Effects of soybean meal fermented fertilizer on the contents of five water-soluble vitamins in tea

由图7可知,施肥处理三个生长周期茶叶中维生素C（VC）、维生素B3（VB3）、维生素B6（VB6）、维生素B2（VB2）和维生素B1（VB1）含量均高于CK.与CK相比,VC含量4至7月份呈上升趋势,分别增加5.66%、7.81%、8.49%和9.13%；VB3含量4至9月份呈上升趋势,分别增加6.94%、3.43%、4.33%、7.60%、1.35%和4.88%；VB2含量4至6月份呈上升趋势,分别增加7.26%、7.56%和16.87%,而8和9月份茶叶中VB2含量有所降低,但仍高于CK,分别增加4.15%和3.14%；4至6月份茶叶中的VB1含量呈递增状态,分别增加22.12%、11.95%、10.91%和15.24%,8和9月份有所降低,但仍高于CK,分别增加14.29%和8.14%；VB6的含量4至7月份呈增加状态,分别比CK高7.69%、12.34%、24.84%和16.67%.可见,施用豆粕发酵肥对提高茶叶中维生素类含量有促进作用.

2.6 土壤中理化性质与茶叶中内含成分的相关性

土壤中的五个理化性质与茶叶中内含成分的相关性分析见表3.

表3 土壤中的五个理化性质与茶叶中内含成分的相关性分析Tab.3 Correlation analysis of the five properties in soil and the contents of tea ingredients

由表3可知,土壤中pH值对茶叶中茶多酚的作用效果呈显著正相关（P＜0.05）,相关系数为0.829,对茶叶中其他内含成分相关性较小.土壤全氮对茶叶中茶多酚、游离氨基酸、水浸出物、半乳糖、葡萄糖、蔗糖的作用效果具有明显相关性,其中对水浸出物、半乳糖、蔗糖的作用效果最为明显,呈极显著负相关（P＜0.05）,相关系数分别为-0.947、-0.961、-0.954；对茶叶中游离氨基酸和茶多酚的作用效果呈显著正相关（P＜0.05）,相关系数为0.950和0.890.土壤中的五个理化性质与茶叶中儿茶素类的相关性分析见表4.

表4 土壤中的五个理化性质与茶叶中儿茶素类的相关性分析Tab.4 Correlation analysis of five properties in soil and catechins in tea

由表4可知,土壤中pH值对茶叶中C的作用效果呈显著负相关（P＜0.05）,相关系数为-0.849,对茶叶中ECG的作用效果呈显著正相关（P＜0.05）,相关系数为0.891,其余过低,没有明显的相关性；土壤全氮对茶叶中EGC、EC的作用效果较为明显,其中对EC的作用效果最为明显,呈极显著负相关（P＜0.05）,相关系数为-0.924,对茶叶中其他儿茶素类相关性较小,没有明显相关性.土壤中的五个理化性质与茶叶中维生素类的相关性见表5.

表5 土壤中的五个理化性质与茶叶中维生素类的相关性Tab.5 Correlation analysis of five properties in soil and vitamins in tea

由表5可知,土壤中pH值对茶叶中VC的作用效果呈显著负相关（P＜0.05）,相关系数为-0.858,对茶叶中VB2的作用效果呈显著正相关（P＜0.05）,相关系数为0.883；土壤全氮对茶叶中VC、VB3、VB6的作用效果较为明显,其中对VB3和VB6的作用效果最为明显,呈极显著负相关（P＜0.05）,相关系数分别为-0.945、-0.936,对茶叶中其他维生素类相关性较小,没有明显相关性.土壤中有机质、全磷、全钾对茶叶中内含成分影响没有明显相关性.可见,茶叶中化学成分含量与土壤中pH值和全氮含量有一定的相关性,土壤中pH值和全氮含量对茶叶中化学成分含量的影响具有重要作用.

3 结论与讨论

茶叶的水浸出物主要组成成分含有多酚类物质、糖类、维生素、咖啡碱和游离氨基酸等.水浸出物主要组成及其含量的综合作用及高低反映了茶叶中可溶性物质的多少,决定着茶叶品质[20].从供试茶样检出的主要品质成分来看,施肥处理茶叶中游离氨基酸含量、水浸出物含量、维生素类和可溶性糖类含量等均高于CK,与张钦等[21]和李磊[4]研究结果一致.施肥处理茶叶中茶多酚的含量和酚氨比值低于CK,可有效提高成茶滋味浓醇、鲜爽,减少茶汤苦涩味,提高茶叶甘醇、鲜爽、香甜等滋味,提高茶叶品质[22-23],与沈星荣[11]和李磊[4]研究结果一致.

茶树生长的土壤类型十分广泛,由于施肥会影响土壤的水、肥、气、热以及有机质、矿质元素、酸碱度和氮磷钾含量等,与茶树生长密切相关,很大程度上决定了茶叶的品质[24].许春霞等[25]研究表明,陕西省山地黄壤和山地黄棕壤中土壤养分较高，茶叶氨基酸、咖啡碱、儿茶素及矿质营养含量丰富,宜于植茶.梁远发等[26]调查表明,土壤的理化性状与茶叶品质的形成具有相关性.有研究表明,减少化肥施用量,还可以促进土壤物质良性循环,提高土壤质量,进而从根本上提高茶园土壤的肥力水平,利于茶树生长和茶叶品质的提高,实现茶树的优质高产[11].

施用豆粕发酵肥可有效提高茶园土壤理化性质,可以提高茶叶中的茶多酚、游离氨基酸、儿茶素类、维生素类及可溶性糖类,其中对游离氨基酸和茶多酚的作用效果呈显著正相关.对葡萄糖、EGC、VC的作用效果呈显著负相关；对游离氨基酸、水浸出物、半乳糖、蔗糖、EC、VB3、VB6的作用效果呈极显著负相关。土壤中pH值对茶叶中茶多酚、ECG的作用效果呈显著正相关，对茶叶中VC、VB3、VB6的作用效果呈显著负相关.与田永[27]研究结果一致.茶园土壤物理性状影响茶叶的品质,优良的物理性状,肥力也高,从而提高茶叶的品质.当然茶叶品质好坏不仅与土壤物理性状存在着相关性,同时与施肥、气候、采摘和品质等因子相关.因此,关于茶叶品质与气候和采摘的关系还需进一步研究.