亚热带低山丘陵区桐茶复合经营对茶叶品质的影响_赵阳.pdf

学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c h4 6 F O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y二二三年第五期 林业科技通讯亚热带低山丘陵区桐茶复合经营对茶叶品质的影响*赵 阳1,2,杨超伟1,2,冯延芝1,2,乔 杰1,王保平1,周海江1(1.中国林业科学研究院经济林研究所,郑州 4 5 0 0 0 3;2.经济林种质创新与利用国家林业和草原局重点实验室,郑州 4 5 0 0 0 3)摘要:在亚热带低山丘陵区,选择6 6 7、5 0 0、4 0 0和3 3 3株/h m2等4种密度的泡桐林分林下间作的茶树为研究对象,单作茶园为对照,研究不同桐茶间作模式对茶叶品质的影响。结果表明:泡桐林分密度不同,对间作茶叶品质产生的影响也不尽相同。与对照相比,桐茶间作可显著提升茶鲜叶含水量,且增幅随林分密度增大而增加;高林分密度的3种间作模式可显著提升茶叶水浸出物、咖啡碱、茶多酚含量以及酚氨比;除最高林分密度间作模式外,其余模式均可显著提升中抗坏血酸含量;各间作模式游离氨基酸含量与对照无显著差异;对各模式茶叶品质综合分析,结果显示5 0 0株/h m2林分密度间作茶叶品质最高。正交偏最小二乘法-判别分析同样证实了不同模式间茶叶品质的差异,并筛选出抗坏血酸、水浸出物和茶多酚是标志性差异成分。研究结果可为今后系统开展该区域桐茶复合经营模式优化提供参考。关键词:桐茶复合经营;林分密度;正交偏最小二乘法-判别分析;茶叶品质中图分类号:S 5 7 1.1 文献标识号:A文章编号:2 0 9 70 2 8 5(2 0 2 3)0 50 0 4 60 6D O I:1 0.1 3 4 5 6/j.c n k i.l y k t.2 0 2 2.0 9.1 9.0 0 0 2*国家重点研发计划课题泡桐速生大径材林高效培育技术研究(2 0 1 7 Y F D 0 6 0 0 5 0 6)。第一作者:赵阳,助理研究员,从事泡桐人工林定向培育与农桐复合经营研究。E-m a i l:z h a o 5 9 8 01 2 6.c o m通讯作者:王保平,研究员。E-m a i l:p a u l o w n i a w a n g 1 6 3.c o m 茶C a m e l l i as i n e n s i s(L.)O.K u n t z e,山茶属,茶种是世界三大无酒精饮料之一1,具有独特的口感、香 气 及 延 缓 衰 老、活 血 化 瘀 等 药 用 和 保 健 功效2-3。茶树原产我国云贵高原及其边缘密林地带,属于典型亚热带常绿阔叶树种之一,具有喜阴耐湿、好漫射光和畏寒等生态习性,其生长受光照、温度和湿度的影响较大4。作为亚热带低山丘陵地区重要经济作物,当前茶树栽培模式主要有单作茶园、林茶间作和林篱3种。多数茶农为了便于生产,在茶园建设过程中,单作的纯茶园栽培模式应用尤为普遍。该模式阳光直射、漫射光少,导致光照、高温和干旱成为限制 亚 热 带 低 山 丘 陵 区 域 茶 叶 品 质 的 主 导 生 态因子5-6。大量研究表明,林茶复合经营,乔木冠层对茶树的遮阴可以有效调节茶园微域生态环境,改变茶园的光、热和水等生态条件,有利于提高茶叶品质。例如,王恒明等7研究表明,得益于板栗树的遮光效应、防风效应、缓热缓冷和保湿作用等方面,栗茶间作与单作茶园相比,系统内空气和土壤温度更为稳定,空气湿度有所增加,茶叶品质显著提升。王丽娟等8发现茶与杉木(C u n n i n g h a m i al a n c e o l a t a)、樟树(C i n n a-m o m u mp a t h e n o x y l u m)和山苍子(L i t s e ac u b e b a)复合经营,茶叶中的咖啡碱含量均高于纯茶园,茶多酚及酚氨比均低于纯茶园。张晓磊9不仅发现了相似的规律,还发现,间作茶园中游离氨基酸含量显著高于单作茶园。肖润林等1 0通过对茶园设置不同水平遮阳的控制试验,发现8 0%、6 1%和3 7%遮光率的茶叶酚氨比明显低于对照茶园,达到高档绿茶标准,而且酚氨比随着遮光率的增加而降低。泡桐(P a u l o w n i a)是原产我国的重要优质速生用材树种之一,传统的人工栽培集中在黄淮海平原区。近年来,亚热带低山丘陵区因其良好的土壤、水热状况及充裕的泡桐宜林地,正在成为我国重要的泡桐速生丰产林基地1 1。泡桐是强阳性阔叶树种,主根深、须根少1 2,开展桐茶间作,不仅可以改善系统内光照、温度和湿度条件,还可以高效利用土壤各层水分和养分,既能增加木材产量,又能提高茶叶品质,提升林地生产力。虽然桐茶间作研究已有了一些进展,但仅有的几篇报道更倾向于关注“以茶为主”的间作模式,多研究12种较小林分密度桐茶间作下茶叶品质的变化1 3-1 5,而在不同泡桐林分密度对间作茶叶品质的影响方面相关研究不多,更是缺乏“桐茶并重”间作模式的相关报道。因此,笔者以亚热带低山丘陵区泡桐速生丰产林建设中广泛采用的4种泡桐林分密度下的学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c hF O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y4 7 二二三年第五期 林业科技通讯桐茶间作模式为研究对象,以单作茶园为对照,分析比较不同间作模式对茶叶氨基酸、咖啡碱、水浸出物和茶多酚等有效成分的影响,为今后系统开展该区域桐茶复合经营模式优化筛选提供科学依据。1 材料与方法1.1 试验地概况试验区域位于湖北省赤壁市中伙铺镇董家岭村(3 1 1 2 4 9 N,1 1 2 5 2 2 1 E),坡度1 0 1 5,海拔2 0 0m,为典型低山丘陵区,属亚热带季风湿润气候。年平均气温1 6.8,1 0 的活动积温54 7 0,年降雨量16 9 0mm,无霜期2 5 6d,年平均日照时数18 8 0h。土壤为黄红壤,质地中壤,p H值4.5 05.9 5,土壤肥力基本一致。1.2 试验设计试验设置4种不同的泡桐间作密度,对照为单作茶园(C ON)。茶树品种为 中茶1 0 8,茶树树龄4年,株距0.3m,行距1.2m,冠层平均宽度8 8c m,高度为9 6.5c m。泡桐品种为白花泡桐优树无性系1-5 8,林龄6年,4种间作模式的林分密度及林木生长状况见表1。表1 不同间作模式泡桐胸径、树高、冠幅和冠高间作模式林分密度/(株/h m2)树高/m胸径/c m冠幅/m冠高/mP D 16 6 71 1.6 31 5.4 84.8 25.6 3P D 25 0 01 1.0 51 7.2 65.0 35.2 2P D 34 0 01 0.9 21 8.0 25.8 94.5 6P D 43 3 31 0.3 51 8.4 56.3 64.2 8 于6月在每种间作模式和单作茶园中分别设置3块2 0m2 0m的标准地,每标准地的4个角及中心点各设置1个1m1m的样方(n=1 5)。采集每个样方内的一芽二叶鲜样,将每标准地的5个样方混合为1个样品。从采集的所有样品中各取3 0g测定茶鲜叶含水量,其余样品按照摊青-萎凋-烘焙-筛拣-复烘统一加工工艺制成茶叶样品1 6,用复合铝箔袋密封,保存于4冰箱待用。1.3 茶鲜叶含水量及有效成分测定茶鲜叶含水量的测定参考吴伟斌等1 7的恒温烘箱法;水浸出物含量的测定参考G B/T8 3 0 5-2 0 1 3 茶:水浸出物测定 中恒温干燥法;氨基酸测定参考莫润宏等(2 0 1 2)的方法;咖啡碱含量的检测参考G B/T8 3 1 2-2 0 1 3 茶咖啡碱测定 的方法;茶多酚含量的检测参考G B/T8 3 1 3-2 0 1 8 茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法 中福林酚法;总抗坏血酸含量的检测参考G B/T5 0 0 9.8 6-2 0 1 6 食品中抗坏血酸的测定 相关方法。1.4 数据处理采用M i c r o s o f to f f i c e2 0 1 0处理数据;采用S P S S2 0.0软 件 进 行 单 因 素 方 差 分 析(ANOVA)和D u n c a n s多重比较;采用O r i g i n2 0 2 0软件作图;综合考虑水浸出物、咖啡碱和茶多酚、抗坏血酸、游离氨基酸和酚氨比等指标,依据公式(1)对除酚氨比之外的5个指标计算权重并进行赋分,依据(1-wi j)对酚氨比进行赋分1 8,并按照公式(2)求取综合得分,对不同栽培模式的茶叶品质进行评价。采用S I MC A1 4.1软件进行正交偏最小二乘法-判别分析(O P L S-D A)和变量投影重要性分析(V a r i a b l e i m p o r t a n tp l o t,V I P)。wi j=xi j-xm i njxm a xj-xm i nj(1)Wi=i=6j=1wi j(2)式中:xi j表示第i个栽培模式茶叶第j个品质指标的得分。xm i nj和xm a xj分别表示所有栽培模式茶叶第j个品质指标的最小值和最大值。Wi表示第i种栽培模式茶叶品质的综合得分。2 结果与分析2.1 不同间作模式对茶鲜叶含水量的影响茶鲜叶含水量是表征茶叶持嫩度的一个重要指标,含水量越高,茶叶持嫩度越高。遮阳可以降低空气温度,增加土壤含水量,是提高茶鲜叶含水量的有效措施。本研究中不同模式茶鲜叶含水量的差异达到显著水平(P0.0 1),桐茶间作茶鲜叶含水量较对照增加2.5 7%7.3 4%,且增幅有随林分密度增加而增大的趋势(表2)。表2 不同间作模式对间作茶树鲜叶含水量的影响间作模式栽培模式茶鲜叶含水量/%增幅/%P D 17 0.4 60.9 3a7.3 4P D 26 9.2 72.1 9a b5.5 3P D 36 8.4 11.2 3b c4.2 2P D 46 7.3 32.0 1c2.5 7C ON6 5.6 41.7 3 c 注:同列数字后不同字母表示P0.0 5水平上差异显著,数据为平均值标准差,下同。2.2 不同间作模式对茶叶有效成分的影响茶叶中能溶于热水的物质通常被称为水浸出物学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c h4 8 F O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y二二三年第五期 林业科技通讯(WE),是茶汤的主要呈味和呈色物质,影响茶汤滋味的厚薄与浓淡程度,一般水浸出物含量越高,茶叶质量越好1 9。咖啡碱(C A)是茶叶中最为重要的生物碱类物质,与茶黄素反应形成的复合物可增加茶汤的鲜爽滋味。茶多酚(T P)是构成茶叶滋味品质的重要化学物质之一,也是一类天然健康的抗氧化剂。酚氨比表示茶多酚含量与氨基酸含量的比值,可作为茶树品种适制性的参考。酚氨比小于8适制绿茶,在81 5之间红绿茶兼制,大于1 5适制红茶2 0-2 1。从表3可以看出,高林分密度的3种间作模式可显著提升茶叶中水浸出物、咖啡碱和茶多酚的含量及酚氨比(P0.0 5)。抗坏血酸(A S A)是一种常见的水溶性维生素,是常见的天然抗氧化物质。氨基酸(AA)是人体健康的基本营养元素,同时茶叶中游离氨基酸味多鲜甜,对于提升茶汤的鲜爽度和缓解苦涩味具有重要作用。由表3可知,P D 2、P D 3和P D 4等3种模式可显著提升茶叶中抗坏血酸含量(P0.0 5)。表3 不同间作模式茶叶主要生化成分含量间作模式水浸出物/%咖啡碱/%茶多酚/%抗坏血酸/(m g/1 0 0 g)游离氨基酸/(m g/g)酚氨比P D 15 5.9 71.1 9a5.2 20.2 4a2 2.2 70.5 9a4 1 8.1 95.4 2b c8.9 30.6 0a2 5.9 12.2 1aP D 25 5.7 70.6 5a5.2 70.0 9a2 3.3 30.2 1a4 4 0.8 01 3.5 7b8.9 20.2 2b2 6.1 80.5 7aP D 35 6.1 70.9 1a5.4 70.0 1a2 3.3 20.5 7a4 3 2.9 82 2.6 2b8.5 80.1 3b2 7.5 10.2 9aP D 45 2.6 70.6 7b4.8 80.2 7b2 0.5 70.7 5b4 7 1.3 39.1 6a9.2 10.2 2b2 3.7 81.0 4bC ON5 3.1 30.4 7b4.9 10.0 5b2 0.7 70.2 9b4 0 9.9 31 6.8 6c8.8 70.5 7b2 1.1 01.1 5b 进一步分析不同模式下茶叶的1 8种氨基酸含量,结果见图1。游离氨基酸中以茶氨酸(T h e a)的含量最 高,约 占4 0%左 右。精 氨 酸(A r g)、赖 氨 酸(L y s)和组氨酸(H i s)由于水解后生成的氢氧根负离子多于氢正离子而被称为碱性氨基酸,与对照相比,P D 3模式可显著提升茶叶的赖氨酸和精氨酸的含量(P0.0 5),而组氨酸含量无显著性变化。天冬氨酸(A s p)和谷氨酸(G l u)由于水解后生成的氢正离子多于氢氧根负离子而被称为酸性氨基酸,与单作茶园相比,P D 3模式可显著提升茶叶的天冬氨酸的含量(P0.0 5),谷氨酸含量无显著性差异。P D 4模式对茶 叶 的 苏 氨 酸(T h r)、甘 氨 酸(G l y)、丙 氨 酸(A l a)、蛋氨酸(M e t)、异亮氨酸(I l e)、亮氨酸(L e u)、半胱氨酸(C y s)和-氨基正丁酸(G A B A)含量无显著性影响,但可显著提升茶叶中缬氨酸(V a l)、酪氨酸(T y r)、脯氨酸(P r o)和茶氨酸的含量(P0.0 5),P D 1、P D 2和P D 3等3种模式可显著提升茶叶中酪氨酸和茶氨酸含量(P0.0 5)。采用赋分法进一步对不同栽培模式的茶叶品质进行综合评价,结果见表4。按照综合得分大小排序,不同模式的茶叶品质综合得分由高到低依次为P D 2、P D 3、P D 1、P D 4和单作茶园,即5 0 0株/h m2泡桐林分密度下间作茶树,茶叶的综合品质最高。表4 不同间作模式茶叶品质综合得分栽培模式得分水浸出物 咖啡碱 茶多酚 抗坏血酸 游离氨基酸酚氨比综合得分P D 10.9 40.5 80.6 20.1 30.5 60.2 53.0 7P D 20.8 90.6 61.0 00.5 00.5 40.2 13.8 0P D 31.0 01.0 01.0 00.3 80.0 00.0 03.3 7P D 40.0 00.0 00.0 01.0 01.0 00.5 82.5 8C O N0.1 30.0 50.0 70.0 00.4 61.0 01.7 22.3 O P L S-D A分析O P L S-D A分析结合了正交信号矫正(O S C)和偏最小二乘法回归分析(P L S-D A),可将X矩阵信息分解成与Y相关与不相关的两类信息,通过去除与分类信息无关的噪音,提高模型有效性筛选差异变量2 2。为了鉴定出不同间作模式及单作茶园中茶叶品质的标志性差异成分,对不同栽培模式下茶叶的水浸出物、咖 啡 碱 以 及 各 类 氨 基 酸 等2 2个 指 标 进 行 了O P L S-D A分析,得到载荷散点图(图2 A)。图中每个点代表一份样品,聚合程度反映样品间的相似度。可以看出,不同栽培模式的茶叶样品被区分为5组,说明所不同模式的茶叶样品成分存在差异。同时,各组样品都位于9 5%置信区间内,模型质量参数R2X=学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c hF O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y4 9 二二三年第五期 林业科技通讯图1 不同间作模式茶叶氨基酸含量的影响0.9 9 9,R2Y=0.9 9 7,Q2=0.9 7 4,表明模型拟合较好。运用统计推断分析(n=2 0 0,2 0 0次排列试验),进一步验证鉴别模型,得到O P L S-D A模型置换验证图(图2 B)。置 换 后 的R2和Q2截 距 值 分 别 为0.6 7 6和-1.8 9,说明建立的O P L S-D A模型没有出现过拟合现象,预测能力较好。O P L S-D A载荷图中每1个点代表1种成分,距离原点越远的点权重值越大,对决定样本之间差异起的决定性作用越大(图3 A)。为进一步找出对不同间作模式间的差异起贡献作用的变量,制作了O P L S-D A模型的V I P图(图3 B),V I P值可反映变量对模型分类的整体贡献度,值越大,贡献越大。以V I P值大于1为标准进行筛选2 3,发 现A S A、WE和T P的V I P值大于1,说明此3种成分是不同模式茶叶品质学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c h5 0 F O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y二二三年第五期 林业科技通讯图2 不同间作模式茶叶样品成分O P L S-D A得分(A)和置换检验(B)图3 O P L S-D A载荷散点图(A)和V I P值图(B)间差异的标志性成分。其余活性成分的V I P值均小于1,表明对不同模式茶叶品质的差异性贡献不大。3 结论与讨论茶树生长需要合适的光照、温度和湿度条件2 4。诸多研究表明,林茶复合经营,乔木冠层能够对茶园进行有效遮阳,并通过降低土壤和空气温度、提高湿度及影响土壤的物理性状,进而影响茶树的光合作用、物质吸收及再分配等生理过程,最终影响茶叶的品质6,2 5。本研究中,与单作茶园相比,4种桐茶间作模式均能提高茶鲜叶含水量,提升茶叶的持嫩度。高林分密度的3种间作模式可显著提升茶叶中水浸出物和咖啡碱的含量(P0.0 5),与唐茜等1 4的研究结果相似。以往多数研究均显示林茶间作降低茶叶茶多酚含量6,1 6,2 6,少有茶多酚含量增加的报道2 7,但本研究取得结果却可支持林茶间作提升茶多酚含量这一结论,并且高林分密度的3种间作模式对茶多酚含量的提升均达到显著水平。本研究还发现4种桐茶间作模式均可提高茶叶中抗坏血酸含量,且除林分密度最高的P D 1模式外,另3种间作模式对抗坏血酸含量的提高均达到显著水平。史锋厚等1 6发现林分密度最低的榉(Z e l k o v as c h n e i d e r i a n aH a n d.)茶间作模式茶叶游离氨基酸含量较单作茶园显著提升,而较高林分密度的2种间作模式与单作茶园无显著差异,本研究也发现了相似的规律。虽然林分密度最低的P D 4模式对茶叶游离氨基酸含量的提升未达显著水平,但该模式游离氨基酸含量在4种间作模式及单作茶园中居于最高。P D 1、P D 2和P D 3间作模式虽然显著提 升 了 茶 叶 的 酚 氨 比,但 并 未 改 变 茶 叶 的 适制性2 1。基于上述结果,单一遮阳树种泡桐与茶树进行间作,林分密度不同,对茶叶品质各指标产生的影响也不尽相同。采用赋分法比较分析不同栽培模式的茶叶综合品质,发现5 0 0株/h m2林分密度间作茶树,茶叶综合品质最高。以包括水浸出物、咖啡碱以及各类氨基酸等2 2个指标在内的茶叶品质指标进行O P L S-D A分析,进一步证实了各栽培模式在茶叶品质指标上的差异。同时还可以看出,影响不同栽培模式茶叶品质的标志性成分为抗坏血酸、水浸出物和咖啡碱,说明在对不同栽培模式茶叶品质进行评价时,应重点关注此3种指标。本研究分析了亚热带低山丘陵区泡桐速生丰产林建设中广泛采用的4种林分密度下的桐茶间作模式及单作茶园中茶叶的品质特征,筛选 出“桐茶并重”、茶叶综合品质较高的栽培模式,可以为该区域桐学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c hF O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y5 1 二二三年第五期 林业科技通讯茶复合经营模式的优化筛选提供参考。但是,本研究也存在一些不足,比如仅以6年生泡桐林分间作的茶树为对象,缺乏考虑一个泡桐轮伐内其它林龄的泡桐对间作茶树茶叶品质的影响,而林龄的差异导致的树高、冠幅和郁闭度等林分特征的变化,势必会影响到茶树生长的微气候条件,从而影响茶叶品质;再如缺乏考虑不同泡桐品系导致的林分特征差异对茶叶品质的影响,而泡桐品系不同,生长发育过程也有区别,也将通过影响茶树生长的微气候条件影响茶叶品质。因此,下一步还需要在泡桐品系和林龄等其它林分因子与间作茶树茶叶品质的关系方面开展研究,才能更加系统地评价不同栽培模式茶叶的品质特征,从而为亚热带低山丘陵区构建稳定、高效的落叶-常绿、乔-灌结合的桐茶复合生态系统提供科学依据。(本文彩图请参阅知网网络版)参考文献:1 周志,薛俊鹏,卓座品,等.一方水土养一方茶:产地影响武夷岩茶品质的代谢组基础J.中国科学:生命科学,2 0 1 9,4 9(8):1 0 1 3-1 0 2 3.2 刘腾飞,董明辉,张丽,等.不同间作模式对茶园土壤和茶叶营养品质的影响J.食品科学技术学报,2 0 1 7,3 5(6):6 7-7 6.3 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rm a x i m a le c o n o m i cr e t u r ni nN o r t hC h i n aP l a i nJ.A g r i c u l t u r a la n dF o r e s tM e t e o r o l o g y,2 0 1 9,2 6 9:1-9.