趙 涵，方宏達，曹英蘭，葉 欣，楊祖潔

(1.集美大學海洋食品與生物工程學院，福建 廈門 361021；2.集美大學港口與海岸工程學院，福建 廈門 361021；3.中國科學院城市環(huán)境研究所，福建 廈門 361021；4.中科同恒環(huán)境科技有限公司，福建 廈門 361021)

0 引言

土壤質量是影響茶樹生長和茶葉品質的主要因素之一。由于茶樹長時間種植[1]、茶樹自身性質[2-3]、人為活動[4]、環(huán)境因素[5]和過度施肥等原因，部分茶園土壤出現(xiàn)酸化、重金屬污染和肥力不均等問題。土壤酸化使茶樹根尖生長受抑制，影響茶樹生長和茶葉品質。茶葉重金屬污染影響食品安全，危害人體健康。肥力不均影響茶葉品質，如氮肥過量會降低茶葉香氣前體物質的合成[6]，缺磷肥影響茶葉黃酮類物質的合成[7]等。這些問題嚴重影響了茶葉的品質，制約茶產業(yè)的發(fā)展。

對于存在土壤問題的茶園，土壤改良是提升茶葉品質最直接、最有效的方法。土壤改良不僅要考慮修復效果，還需兼顧經濟效益。所以，目前的改良劑已從傳統(tǒng)的堿性礦物[5,8]轉變?yōu)檫x用廉價易得的工業(yè)副產品[9-10]、有機物料[11-12]等材料。其中，由農業(yè)廢棄物制成的生物炭可增加土壤的持水和保肥性能，增加土壤中有機質的含量[13]；由廢棄牡蠣殼制成的牡蠣殼粉可以提高土壤pH值[14]，改善土壤根系通氣和排水能力，再輔以從高氮磷廢水中回收的鳥糞石緩釋肥[15]，可有效提升土壤磷、鎂含量，平衡土壤肥力，提高作物產量[16]。

然而，施加單一的土壤調理劑難以解決茶園土壤存在的復合問題。因此，本文嘗試使用生物炭、牡蠣殼粉和鳥糞石為原料復配成土壤調理劑，考察其在土壤改良和茶葉品質提升方面的性能，為副產物的加工再利用、茶園土壤改良和茶葉品質提升提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

生物炭購于鄭州竹林活性炭開發(fā)公司，牡蠣殼粉來源于漳浦縣國民貝殼加工廠，鳥糞石由中國科學院城市環(huán)境研究所提供。3種材料的基本理化性質見表1。

表1 供試材料基本理化性質

1.2 儀器設備

pH211C型酸度計，意大利哈納；7000DV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國珀金埃爾默儀器；UV-5200型紫外-可見分光光度計,上海元析儀器有限公司；AR224CN型電子天平，奧豪斯儀器有限公司；ZQTY-70型恒溫振蕩培養(yǎng)箱，上海知楚儀器有限公司；H2-16K型臺式高速離心機，湖南可成儀器設備有限公司；HH- 4型數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海梅香儀器有限公司。

1.3 試驗設計

試驗地位于福建省華安縣某茶園，地理坐標為25°00′29.55″'N，117°39′44.98″E，海拔(637.90±1.90)m，屬南亞熱帶與中亞地帶過渡段氣候，年降雨量為1 700 mm，年平均氣溫為20.9 ℃，全年無霜期357 d，土壤為磚紅壤。試驗田茶樹品種為鐵觀音，樹齡5 a。

以課題組前期試驗得出的調理劑最優(yōu)配方(50%生物炭+25%牡蠣殼粉+25%鳥糞石)開展大田試驗。選擇12塊土壤情況相當、茶樹長勢均一的試驗田地，每塊田地面積20 m2，間隔2 m。設置4種不同的調理劑施用劑量：不施加土壤調理劑(CK)，1 500 kg/hm2(T1)，3 000 kg/hm2(T2)，4 500 kg/hm2(T3)。每種處理設置3塊田地作為重復，各處理序號隨機排布見圖1。調理劑的施加方式為溝施，溝深控制在10～15 cm，所開溝距茶樹約10～15 cm。試驗期間，每塊地的施肥和日常管理均按照當?shù)夭柁r的種植習慣進行。肥料為有機肥，施加量為1 500 kg/(hm2·a)。2020年1月9日采集土樣測試背景值。采樣后施加調理劑，待5月茶葉采摘時再次采集土樣和茶葉，分析測試相關指標。

1.4 實驗方法

1.4.1 土壤采集及測定

按照梅花式布點法進行土壤樣品采集，每個點采集0～20 cm深度的土壤1 kg，去除樹枝、碎葉和石塊等雜物，將5個點位的土壤混勻后平均分成4份，舍棄其中的2份，剩下2份裝入袋中，做好標記，帶回實驗室。土壤采集后，置于室內陰涼通風處自然風干，期間將大土塊細分，并除去樹枝、碎葉等雜物，過10目尼龍網篩備用。

土壤pH值測定采用電位法；有機質測定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法；堿解氮測定采用氫氧化鈉擴散法；有效磷測定采用NH4F-HCI浸提法[17]；速效鉀測定采用乙酸銨浸提法。

1.4.2 茶葉采集及測定

2020年5月進行茶葉采摘工作。每塊試驗茶葉地采摘茶葉300 g，采摘葉樣為茶樹的“一芽三葉”，茶葉采摘后低溫運輸保存，運至實驗室當天進行蒸青和殺青，所得樣品進行后續(xù)實驗測試。

茶多酚的測定采用福林酚法；游離氨基酸的測定采用茚三酮法；水浸出物測定采用茶水浸出物法；茶葉重金屬含量測定參考NY 659—2003規(guī)定的方法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用MS Office 2018系列軟件進行數(shù)據(jù)處理，SPSS 24.0進行統(tǒng)計分析，Origin 2017進行作圖。

2 結果與討論

2.1 不同施用量調理劑對茶園土壤肥力的影響

2.1.1 對土壤pH值的影響

土壤pH值影響土壤的化學和生物學性質，土壤酸化程度加重會導致重金屬活化、鹽基離子淋失和土壤微生物種群失衡等，影響茶樹的生長。圖2為不同施用量調理劑對茶園土壤pH值的影響情況，可見，與CK組相比，T1、T2和T3處理組的土壤pH值分別增加了12.20%，19.07%，27.72%，存在顯著差異(P<0.05)。

2.1.2 對土壤有機質含量的影響

土壤有機質主要來源于動植物的殘體，是土壤重要的構成組分和植物營養(yǎng)來源之一，與土壤微生物的生長和土壤結構密切相關。圖3給出了不同施用量調理劑對茶園土壤有機質含量的影響情況，可見，與CK組相比，T1、T2和T3處理組的土壤有機質含量分別增加了19.32%，31.07%，42.90%，T2、T3組與CK組存在顯著差異(P<0.05)。

有機碳是有機質含量的一個評價標準[22]。已有報道指出,添加生物炭可以增加土壤的有機碳含量[23-24]，生物炭含碳豐富(>60%)[25]，生物炭施入土壤后可以直接增加土壤的碳庫存，促進土壤微生物對其進行分解，從而提高土壤有機碳含量。另外，生物炭和牡蠣殼粉能增加土壤的持水能力，降低土壤容重[26]，適宜土壤微生物的生長繁殖，有利于土壤微生物數(shù)量的增加，提高土壤生物的活性[27]。此外，土壤pH值影響微生物的結構和活性，土壤酸化嚴重，有利于真菌的繁殖，但抑制細菌和放線菌[28]。施加復配調理劑后，土壤pH值提高，有利于細菌生長繁殖，提高生物活性，從而提高土壤的有機質含量。同時，生物炭還可以吸持有機肥中的有機質[29]，提高有機肥的利用率。綜上所述，復配調理劑除自帶碳素增加土壤有機質含量外，還可以改善土壤微生物的環(huán)境，提高土壤生物的活性和微生物數(shù)量，從而提高土壤肥力。

2.1.3 對土壤堿解氮含量的影響

圖4給出了不同施用量調理劑對茶園土壤堿解氮含量的影響情況，可見，與第一次采樣的初始值相比，CK、T1、T2和T3處理組的堿解氮含量分別增加了21.09，23.57，19.42，21.29 mg/kg。

實驗結果表明，施加土壤調理劑對茶園土壤堿解氮含量影響較小，甚至可以降低其含量，黃連喜等[30]和劉濤等[31]也得到類似結論。這可能是因為生物炭中含有豐富的碳，施加復配調理劑后，土壤中的碳含量增加，未能及時補充氮肥，使C/N比值增加，促進土壤微生物對氮的固定[32]。此外，土壤堿解氮含量會隨著土壤pH值升高而降低[33]。

2.1.4 對土壤有效磷含量的影響

圖5給出了不同施用量調理劑對茶園土壤有效磷含量的影響情況，可見，與第一次采樣的初始值相比，CK、T1、T2和T3處理組的有效磷含量分別增加了12.73，22.82，25.31，39.18 mg/kg，3個處理組均與CK組存在顯著差異(P<0.05)，但相互之間差異性不顯著。

2.1.5 對土壤速效鉀含量的影響

圖6給出了不同施用量調理劑對茶園土壤速效鉀含量的影響情況，可見,與第一次采樣的初始值相比，CK、T1、T2和T3處理組的速效鉀含量分別增加了33.72，86.23，86.47，108.04 mg/kg，3個處理組均與CK組存在顯著差異(P<0.05)。

T1、T2和T3處理組速效鉀增加的原因與施加復配調理劑有關。首先，生物炭自身含有鉀[38]，且多為交換性鉀，施加在土壤中可及時釋放，被植物吸收[39]。其次，牡蠣殼粉、生物炭和鳥糞石可以提高土壤陽離子交換量，增強土壤對K+的吸附能力。最后，3種材料可以提高土壤的pH值，當OH-增加時，土壤表面負電荷增加，可以吸附更多的K+。同時，3種材料還可以降低土壤中的Al3+，使更多的K+可以進入層間穴位，從而減少K+的淋失，提高土壤中速效鉀的含量。

2.2 不同施加量調理劑對茶葉品質的影響

2.2.1 對茶葉水浸出物含量的影響

水浸出物是指茶葉中可被沸水浸出的物質，包括茶多酚、咖啡堿、氨基酸、水溶性果膠、可溶糖、維生素、色素、無機鹽和可溶蛋白等成分。水浸出物的含量是評價茶葉品質的指標之一，水浸出物與茶葉品質呈正相關。

圖7是不同施加量調理劑對茶葉水浸出物影響的結果。由圖7可知，與不施加調理劑的CK組相比，施加調理劑的3個處理組均可提高茶葉的水浸出物。和CK組相比，T1、T2和T3組的水浸出物分別增加了0.92%,1.52%,1.99%，3個處理組均與CK組存在顯著差異(P<0.05)。因此，施加調理劑可以增加茶葉的水浸出物含量，當施加量為4 500 kg/hm2時，茶葉的水浸出物含量最高。

2.2.2 對茶葉茶多酚含量的影響

圖8是不同施加量調理劑對茶葉茶多酚含量影響的結果，可見，和CK組相比，T1、T2和T3組的茶多酚含量分別降低了8.76%,2.19%,5.31%，3個處理組除T2外均與CK組存在顯著差異(P<0.05)。因此，施加調理劑會降低茶葉茶多酚的含量。

茶多酚在感官評價中主要為澀味，當茶多酚含量在20%以內時，與茶湯滋味呈正相關；當茶多酚含量大于24%時，茶湯苦澀味加重，鮮醇風味降低，茶湯滋味受到影響。在本研究中，CK組的茶葉茶多酚含量最高為268.59 mg/g，T1處理組的茶葉茶多酚含量最低為245.06 mg/g，均大于24%，可能與茶樹的品種有關。萬青等[40]研究發(fā)現(xiàn),在茶園施加生物炭會降低茶葉茶多酚的含量，與本研究所得結果一致。綜上所述，施加復配調理劑可以降低茶葉茶多酚含量，進而減輕茶湯的苦澀滋味。

2.2.3 對茶葉游離氨基酸含量的影響

圖9是不同施加量調理劑對茶葉游離氨基酸含量影響的結果，可見，和CK組相比，T1、T2和T3組的游離氨基酸含量分別增加了8.61%，3.59%，0.24%，3個處理組中，只有T1組與CK組存在顯著差異(P<0.05)。因此，施加調理劑會增加茶葉游離氨基酸的含量，當施加量為1 500 kg/hm2時，茶葉的游離氨基酸含量最高。

游離氨基酸主要為茶湯提供甜鮮味，其含量與茶葉品質呈正相關。游離氨基酸的含量與土壤中氮肥水平有一定關系。朱旭君等[41]研究發(fā)現(xiàn)，當有機肥施加占比為50%～75%時，施加氮肥可以顯著提高茶葉游離氨基酸的含量。在本實驗3個處理組中，T1組的茶葉游離氨基酸含量最高，而T2、T3組與CK組的茶葉游離氨基酸含量不存在顯著差異(P>0.05)?？赡苁且驗門2和T3組的生物炭施加量更多，土壤中有機質含量增加，但沒有及時補充氮肥，土壤中C/N比變大，更多的氮被微生物固定，可供茶樹吸收的氮減少，導致T2和T3組的茶葉游離氨基酸含量降低。

2.2.4 對茶葉酚氨比的影響

酚氨比是茶葉中茶多酚和氨基酸的比值，是衡量茶葉實質性的一個參數(shù)。酚氨比還能反映茶葉的品質，酚氨比小，則茶湯鮮香，品質越高[42]。

圖10是不同施加量調理劑對茶葉酚氨比影響的結果，可見，和CK組相比，T1、T2和T3組的酚氨比分別降低了15.89%，5.45%，5.45%，3個處理組均與CK組存在顯著差異(P<0.05)。其中，T2和T3組的酚氨比相同，T1組的酚氨比小于T2和T3組，且差異性顯著(P<0.05)。因此，施加調理劑會降低茶葉的酚氨比，當施加量為1 500 kg/hm2時，茶葉的酚氨比最低。

2.2.5 茶葉重金屬殘留量

茶葉中重金屬殘留量如表2所示，可見，各組茶葉中的Cd、Cr、Pb和As含量無顯著差異，均未超出殘留限值，說明施用調理劑不會影響茶葉的安全性。

表2 茶葉重金屬含量

3 結論

生物炭基土壤調理劑可有效修復茶園土壤，提高土壤pH值和有機質、有效磷和速效鉀含量，改善土壤肥力，更適宜茶樹的生長。施加調理劑后，茶葉水浸出物和游離氨基酸含量增加，茶多酚含量降低，酚氨比下降，且Cd、Cr、As和Pb含量在殘留限量規(guī)定范圍內。綜合土壤改良效果、茶葉品質和經濟效益考慮，推薦施加量為1 500 kg/hm2。