崔莹莹，周 波，陈义勇，刘嘉裕，黎健龙，唐 颢，唐劲驰

（广东省农业科学院茶叶研究所/广东省茶树资源创新利用重点实验室，广州 510640）

0 引言

茶树(Camellia sinensis)在中国广泛分布，是重要的经济作物之一[1]。广东省2009年以来茶产业规模不断扩大，区域特色鲜明，现有茶园面积已达7.72万hm2，茶叶产量达11.07万t，2019年茶叶产值达89.7亿元[2]，主要分为粤东、粤西和粤北3个主要茶区[3]。虽然茶园面积增加，但是部分茶园管理水平不足，茶农科学施肥的意识和技术有限，茶树种植土壤酸化率高，茶园普遍存在土壤酸化问题，这些都限制着广东茶产业的可持续发展[4-5]。目前许多产茶大省都有对其茶园土壤养分特征进行分析，邵元海等[6]对江苏省8个主要产茶区茶园土壤主要养分现状进行分析，结果仅有37%的茶园土壤样品符合高产优质土壤的营养指标。林小兵等[7]对江西省21个地区茶园土壤肥力特征分析，明确其土壤养分的限制因子。张小琴等[8]对贵州重点茶园土壤pH和主要养分进行分析及综合评价，结果发现各茶园普遍缺磷和缺钾，极少能达到优质高效高产茶园土壤标准。土壤肥力如有机质、碱解氮、有效磷和速效钾等是茶树生长发育的基础，显著影响茶叶的产量和品质，茶园土壤中的中微量元素也是茶树进行生长代谢中必不可少的元素[9]，而土壤有机质、速效磷、酸碱度等也是表征土壤质量的重要评价指标[10]。广东省茶园土壤营养状况在2009年进行了调查分析，对3个茶区的土壤肥力进行评价并给出茶园培肥建议[11]，但是经过2009—2019年的发展，不同茶区的土壤肥力究竟产生了哪些变化，培肥效果如何，有哪些地方仍需要进一步改进，尚不清晰。因此，分析广东省主要茶区土壤的时空变化，有助于了解茶园土壤养分特征的变化，调整土壤养分管理策略，提高茶叶产量和品质。笔者以粤东、粤西和粤北3个主要茶区为研究区域，通过对2009年和2019年广东省3个主要茶区土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和中微量元素等指标的综合分析，了解2009年后广东省不同茶区10年土壤养分的时空变化特征，以期为茶园养分管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

按照地域及主栽品种和茶树种植管理习惯划分，广东省可以分为3个茶叶主产区：（1）粤东茶区，包括潮州、梅州、河源等，主要生产单丛乌龙茶、客家炒青绿茶等；（2）粤西茶区，包括湛江、茂名、阳江、云浮等，主要生产颗粒乌龙茶、绿茶、红茶等；（3）粤北茶区，包括清远、韶关等，主要生产红茶、绿茶，部分发展白茶、黄茶等。2009年的土壤肥力数据采用本课题组前期的调研数据[10]，共计53个调查点（粤东31个、粤西10个、粤北12个）。2019年10—11月，在第一次调研的基础上，根据各茶区现有茶园的分布特点调整了部分调查点，共计43个，其中粤东14个、粤西8个、粤北21个。在每个调查点采用五点法随机取0～20 cm土壤混合样，风干，用于测试土壤肥力指标。

1.2 测定方法

土壤pH采用pH计电位法（水土质量比为2.5）测定；有机质采用重铬酸钾容量法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用钼锑抗比色法测定；速效钾采用火焰分光光度法测定[12]；铁、锰、铜、锌采用1 mol/L盐酸浸提，原子吸收分光光度法测定；钙、镁采用1 mol/L乙酸铵浸提，原子吸收分光光度法测定[13]。土壤养分指标等级划分标准参照全国第二次土壤普查标准，见表 1[14]。

表1 土壤养分指标等级划分标准

1.3 统计分析

数据的计算整理采用Microsoft Excel 2010；用SPSS 25.0统计软件对不同年代不同茶区的土壤养分差异采用单因素方差分析(One-way ANOVA)和独立样本t检验进行数据分析，显著性水平取P＜0.05。文中数据以平均值±标准误表示；通过在R中导入ADE-4软件包，对不同年代不同茶区土壤养分差异特征进行主成分分析[15]。

2 结果与分析

2.1 广东省主要茶区近10年土壤肥力变化分析

2.1.1 粤东茶区 粤东茶区2009—2019年主要土壤肥力指标变化情况如图1所示。2009—2019年间土壤pH基本稳定，未出现明显酸化。有机质和速效钾的含量均显著增加(P＜0.05)，其中，根据土壤养分指标等级划分标准，有机质含量增加到22.87 g/kg，达到中等水平(20～30 g/kg)，速效钾含量增加到123.00 mg/kg，接近较丰富水平(150～200 mg/kg)。碱解氮的含量显著下降(P＜0.05)，从中等水平(90～120 mg/kg)下降到缺乏水平(≤60 mg/kg)。有效磷的含量也有下降，但是未达到显著水平。

图1 不同年代粤东茶区土壤肥力的情况

为综合分析不同年代粤东茶区土壤肥力的差异，对2009年和2019年粤东茶区土壤基础肥力的变化进行主成分分析（图2）。第一主成分(PC1)累计方差贡献率32.4%，其主要与pH和碱解氮的含量变化有关；第二主成分(PC2)累计方差贡献率28.0%，其主要与有机质和速效钾含量的变化有关（图2a）。第一主成分和第二主成分的累计方差贡献率达到60.4%，基本可以反映不同年代粤东茶区土壤基础肥力变化的大部分信息，且受第一、二主成分的综合影响，2009年和2019年粤东茶区土壤肥力差异显著（P=0.001，图2b）。2009年土壤肥力主要偏向较高的碱解氮含量和较低的速效钾含量，其土壤肥力主要决定指标是碱解氮，主要限制因素是钾素的缺乏。2019年土壤肥力主要偏向较高的速效钾含量和较低的碱解氮含量，其肥力主要决定指标是速效钾，主要限制因素是碱解氮。2个年代的主要决定指标和限制因素均发生改变（图2b）。

图2 不同年代粤东茶区土壤肥力的主成分分析

2.1.2 粤西茶区 经过2009—2019年的发展，粤西茶区土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量均表现出下降趋势，同时土壤pH也出现显著下降(P＜0.05)，土壤酸化程度加剧（图3）。

图3 不同年代粤西茶区土壤肥力的情况

对2009年和2019年粤西茶区土壤基础肥力的变化进行主成分分析（图4）。第一主成分(PC1)累计方差贡献率58.0%，其主要与有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量变化有关；第二主成分(PC2)累计方差贡献率21.5%，其主要与pH的变化有关（图4a）。第一主成分和第二主成分的累计方差贡献率达到79.5%，基本可以反映2009—2019年粤西茶区土壤基础肥力变化的大部分信息。2009年和2019年粤西茶区土壤受pH的影响较大，2009年主要偏向茶区土壤pH较高的方向，而2019年主要偏向pH较低的方向。2009年和2019年粤西茶区土壤肥力差异并不显著（P=0.4，图4b）。

图4 不同年代粤西茶区土壤肥力的主成分分析

2.1.3 粤北茶区 经过2009—2019年的茶树种植，粤北茶区土壤肥力不同年代差异情况如图5所示。土壤有机质含量显著增加(P＜0.05)，从18.46 g/kg增加至26.27 g/kg，根据土壤养分指标等级划分标准，达到中等水平(20～30 mg/kg)。此外，土壤有效磷和速效钾含量也均有不同程度的上升，但两者仍在低的水平。土壤逐渐肥沃，土壤碱解氮含量显著下降至63.42 mg/kg(P＜0.05)，下降幅度达到29.74%。但土壤从pH 4.9下降至pH 4.4，土壤酸化程度加剧，下降幅度达到显著水平。

图5 不同年代粤北茶区土壤肥力的情况

对2009年和2019年粤北茶区土壤基础肥力的变化进行主成分分析（图6）。第一主成分(PC1)累计方差贡献率44.9%，其主要与土壤pH、碱解氮和有机质的含量变化有关；第二主成分(PC2)累计方差贡献率22.2%，其主要与有效磷和速效钾含量的变化有关（图6a）。第一主成分和第二主成分的累计方差贡献率达到67.1%，基本可以反映不同年代粤北茶区土壤基础肥力变化的大部分信息，2009年和2019年粤北茶区土壤肥力差异显著（P=0.038，图6b）。经过10年的变化，2019年的土壤肥力逐渐偏向有机质和有效磷含量较高的方向。

图6 不同年代粤北茶区土壤肥力的主成分分析

2.2 广东不同茶区土壤肥力空间差异分析

2019年3个茶区的土壤肥力属性指标差异情况如图7所示。粤东茶区的土壤pH稍高于其他2个茶区，但差异未达显著水平。根据土壤养分指标等级划分标准，粤西茶区的土壤有机质含量显著低于其他2个茶区(P＜0.05)，仅有13.86 mg/kg，为较缺乏水平(10～20 mg/kg)。速效钾的规律与有机质类似，也是粤西含量最低，达到缺乏的水平(≤50 mg/kg)。3个茶区的碱解氮和有效磷的含量差异均不显著(P＞0.05)。

2019年3个茶区的有效性铁、锰、铜、锌、钙和镁的含量差异情况如图7所示。铁、锰、铜、锌和镁的含量均具有类似的规律性，粤北和粤东茶区其含量均高于粤西茶区，部分差异达到显著水平(P＜0.05)，3个茶区土壤中的中微量元素含量均达到较丰富水平以上，短期内不会出现元素缺乏的状况。

图7 2019年广东省不同茶区土壤肥力的情况

为综合分析广东省不同茶区土壤现阶段营养情况的差异，对2019年粤东、粤西和粤北3个茶区土壤基础肥力和中微量元素含量的变化进行主成分分析（图8）。第一主成分(PC1)累计方差贡献率29.4%，其主要与有机质、Mg、Fe和Cu的含量变化有关；第二主成分(PC2)累计方差贡献率20.5%，其主要与pH、速效钾、碱解氮、有效磷、Mn和Zn含量的变化有关（图8a）。第一主成分和第二主成分的累计方差贡献率达到49.9%，基本可以反映广东省不同茶区土壤基础肥力和中微量元素含量的大部分信息，且受第一、二主成分的综合影响，粤东、粤西和粤北3个茶区土壤现阶段营养情况差异显著（P=0.001，图8b）。粤北茶区土壤主要偏向有机质、碱解氮、Mg、Cu和Zn含量较高的方向；粤东茶区土壤主要偏向速效钾、Mn和Zn含量较高的方向；粤西茶区土壤主要偏向速效钾和微量元素含量较低的方向（图8b）。

图8 广东省不同茶区土壤肥力的主成分分析

3 结论

经过2009—2019年的茶树栽培，粤东茶区土壤养分管理趋向合理，土壤维持在pH 4.5以上，有机质和速效钾含量显著增加，但是碱解氮和有效磷的含量偏低，在今后施用有机肥的过程中可适当注重氮磷肥的配施。粤北茶区土壤养分管理尚可，茶企普遍重视有机肥的施用，但是部分有机肥的种类需要调整为偏碱性的肥料并需配施适量土壤调理剂，以改善土壤酸化加剧的情况，同时需要加强磷钾肥的施用。粤西茶区土壤肥力较差，并且土壤酸化加剧，应适当增施优质有机肥并需配施适量土壤调理剂，以改善土壤肥力质量。

4 讨论

早在2016年中国已提出化肥零增长的目标，化肥减量增效的作用得以实现，在减少化肥施用量的同时茶园土壤肥力如何变化是许多茶农关注的问题[16-17]。只有合理施肥才是提高茶叶产量和品质的关键，而有机肥是重要的养分资源，可以有效改良土壤结构和微生物种群[5]。研究表明，目前中国茶园过量施用化肥的问题依旧突出，有机肥所占比例较低[18]。本研究从时间和空间上对广东省主要茶区土壤肥力的变化进行分析，了解了广东省茶园土壤的养分特征，制定了茶园化肥减施和有机肥施用策略。

粤东茶区土壤基础肥力在时间上差异显著(P=0.001)，其主要决定指标和限制因素均发生改变（图2），土壤碱解氮含量显著降低，土壤有机质和速效钾含量显著提高（P＜0.05，图1）。粤东茶区主要茶树品种为单丛，其是广东特有的乌龙茶[19]，2009年以来人们更关注茶叶品质，很多研究发现施用钾肥能增加游离氨基酸、水浸出物、茶多酚、咖啡碱等茶叶品质物质的含量[20-21]，也会增加异戊烯二磷酸类、苯丙氨酸类等香气物质的含量[22]。土壤钾含量增加不仅可增产，还可提升品质物质如茶氨酸和儿茶素含量，增强抗旱和抗病能力[23]。过量施用氮肥会导致精氨酸累积，降低儿茶素含量，苦味增强，滋味变淡[24]。粤东茶区2019年土壤pH无明显变化，保持在pH 4.5以上（图1），说明2009—2019年来粤东茶区土壤养分管理合理。粤西茶区土壤基础肥力在时间上差异并不显著（P=0.4，图4），但是其土壤pH显著降低（P＜0.05，图3），土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量均表现出下降趋势，这说明粤西茶区土壤肥力下降，养分管理水平不足。粤北茶区土壤肥力差异显著（P=0.038，图6b），其土壤有机质含量显著增加，但是土壤碱解氮显著降低，土壤酸化加剧（P＜0.05，图5），主要栽种优质高产的‘英红九号’。2016年以来化肥施用量减少，但是施肥模式逐渐变得复杂，建设生态茶园已成为现在茶园发展的趋势，茶农观念转变，不再单一追求茶叶产量，开始注重茶叶品质[25-26]。王建华等[27]的试验表明，有机肥部分替代化肥不仅提高茶叶鲜叶产量，更能提高茶叶中叶绿素和游离氨基酸含量，降低酚氨比，提升茶叶品质。经过2009—2019年的茶树栽培，粤西和粤北茶区土壤pH显著下降，土壤酸化问题突出。有研究表明，长期施用生物有机肥，土壤肥力会有所提高，但是土壤pH会下降[28]。田小明等[29]通过盆栽试验，连续3年施用有机肥，结果发现其土壤pH均下降。茶农多施用粪肥，作为有机肥来源，长期施用结果会导致土壤酸化[3]，这与本研究结果基本一致。因此，在减施化肥的同时，不应过度施用粪肥等生物有机肥作为有机肥来源，应选择pH稍高的商品有机肥，并适量配施土壤改良剂[30]，更好地改善土壤结构，提高施肥效率。

2019年广东省3个主要茶区土壤营养状况在空间上的差异显著（P＜0.05，图8）。粤西茶区土壤有机质和速效钾含量均显著低于粤东和粤北茶区（P＜0.05，图7），土壤有机质和速效钾含量显著影响茶叶产量和质量[5]，可见粤西茶区的土壤养分管理水平低于粤东和粤北茶区。仅有粤东茶区土壤pH＞4.5，其他2个茶区土壤酸化问题突出。中微量元素同样在茶树生长发育过程中必不可少，能直接或间接影响茶叶的品质，是酶蛋白组成成分和酶促反应的催化剂[1]，目前3个茶区土壤中的中微量元素含量均达到较丰富水平以上，短期内不会出现元素缺乏的状况。现阶段广东省主要茶区土壤营养状况差异显著（P=0.001，图8），合理的土壤养分管理是茶叶可持续发展的关键，显著影响茶叶产量和品质。由图8可见，粤东茶区土壤养分平衡，粤北更偏重有机肥的施用，这可能与当地栽培习惯有关。粤西茶区土壤养分管理水平较低，土壤酸化严重，有机质含量均显著低于其他2个茶区，需要增施优质有机肥和氮钾肥，改善土壤结构，提高茶叶品质。