杭州西湖龙井茶地质地球化学环境研究
(1)西湖龙井茶产地分布
杭州西湖龙井茶产地位于西湖风景区，这里“春夏秋冬皆美，雨雪晴阴皆奇”。传统产地分布在海拔500米以下的丘陵和低山中，呈马蹄形，四面环山。根据《杭州西湖龙井茶基地保护条例》的区划，杭州西湖龙井茶基地和储备基地包括西湖风景名胜区和西湖区，东起虎跑、毛家埠，西至杨府庙、龙门坎、何家村，南至社井、浮山，北至老东岳、金鱼井茶场。其中，西湖龙井茶基地一级保护区范围为东至南山村，西至灵隐、梅家坞，南至樊村，北至新玉泉。该区现有茶田459.2hm2，纳入保护基地面积328.6hm2，保护率71.6%，纳入保护基地面积41.7hm2，西湖龙井茶基地二级保护区在西湖龙井茶基地一级保护区之外。现有茶叶面积932.5hm2，纳入保护基地面积583.3hm2，保护率62.6%，纳入保护基地162.4hm2。
杭州西湖龙井茶产地东临西湖，南临钱塘江。受“一湖一河”水、气调节和东南季风影响，气候温暖，年平均16.1℃，≥10℃活动积温约5 100℃，无霜期250d，降水量65438。
由于应时砂岩、石灰岩、页岩等不同岩石的风化和抗侵蚀能力的差异以及地质构造的影响，杭州西湖周边形成了天柱山(413m)、北峰(314m)、仁美峰(355m)、天马山(275m)。南峰(257m)、凤凰山(157m)、宝云山(118m)、葛岭(125m)、宝石山(7m)、丁家山(49m)、吴山(63m)等不同高度的丘陵。
产茶区土壤以黄红壤及其变种为主，以黄沙土为主，土壤pH值为4.5 ~ 6.0。以常绿阔叶树或落叶阔叶树为周围植被的常绿落叶阔叶混交林，以及人工培育的马尾松、毛竹林。虎跑溪、九溪、梅坞溪、白龙潭溪发源于西湖群山，流经茶区，直入钱塘江。地下水资源丰富，常以泉点出现。著名的有虎跑泉(一种裂隙泉)、龙井泉(一种岩溶泉)和玉泉泉(一种孔隙泉)。独特的生态环境为优质茶叶提供了良好的自然条件。
(2)西湖龙井茶产地的地质背景
杭州地区在构造位置上属于长江-钱塘江准褶皱带，早古生代属准地槽区。在二级单元上，杭州恰好处于钱塘准地槽背斜和太湖-吴淞内陆断陷的结合部，具有自东南向西北的构造起伏特征。杭州西部山区的地质构造以NE-SW向褶皱为主，称为“西湖向斜”。褶皱轴走向北东，倾向北东。向斜由11单褶皱组成，构成丘陵和山地的地形特征。单体褶皱均为短轴不对称倾伏褶皱，向斜一般完整，背斜常断裂。西湖向斜的东北倾端被第四系覆盖。其次，本区发育了一系列北东向和北西向断裂构造。受西湖向斜控制，杭州地势自西南向东北逐渐降低，东部与杭嘉湖平原相连。
杭州地区属于浙西北地层区，从元古代到第四纪均有地层出露。西湖龙井茶产区及其附近的地层分布主要受西湖向斜控制。向斜两翼主要为志留系和泥盆系应时砂岩、细砂岩、泥岩、砂砾岩等沉积碎屑岩，核心为石炭-二叠系灰岩。
(3)西湖龙井茶产地地球化学特征
为了详细了解西湖龙井茶产区的地球化学特征，在系统收集西湖龙井茶产区基础地质、土壤资料和西湖龙井茶主产区分布的基础上，选取了九里松、老东岳、石峰、梅家坞四个龙井茶主产区进行对比研究(图3-5)。
图3-5西湖龙井茶产地地质背景示意图
Q4-四元；JBOY3乐队-上侏罗统中酸性火山碎屑岩；C-P-石炭纪-二叠纪碳酸盐岩；D3-上泥盆统应时砂岩；S3-上志留统紫红色细砂岩；S2—中志留统泥质砂岩
1.土壤和茶叶取样
在早春采茶季节，每个茶园采集嫩叶和相应成熟叶各3个样品，土壤样品分层采集(10 ~ 20 cm，60 ~ 80 cm)(石峰仅采集10 ~ 30 cm一层)。
采集茶叶样品，晒干，粉碎至80目，用X射线荧光、原子荧光和原子吸收光谱法测定了20多种元素。
土样采集后，过20目筛，研磨至80目，分析元素总量和有效量。元素总量由常规地球化学分析方法和质量要求确定，有效量的提取和测定参照农业部门常用的方法。
2.母岩的元素地球化学特征
西湖龙井茶产区成土母质除部分被第四系覆盖外，主要分布于古生代-中生代沉积地层中。志留系主要岩性为泥质砂岩(S2)和紫红色细砂岩(S3)，泥盆系为应时砂岩(D3)，石炭-二叠系为碳酸盐岩(C-P)，局部侏罗系为中酸性火山碎屑岩(JBOY3乐队)。
表3-11列出了西湖龙井茶区几种主要成土母质的平均元素含量。从表中可以看出，不同种类岩石的微量元素含量差异很大。与不同成土物质相比，除石灰岩外，其他成土物质都具有高硅、低钾、低钙的特点。石灰石的特点是低硅和高钙。成土母质的元素含量特征为元素在土壤中的迁移和富集提供了基础。
表3-11西湖龙井茶区成土母岩主要元素含量
注:含量单位氧化物为%，其余为毫克/千克。
3.土壤元素的地球化学特征
西湖龙井茶产区的土壤主要有黄沙土、黄沙土、石沙土等。黄红壤亚型，局部地区有一些蓝色土壤。老东岳和九里松主要发育黄壤，狮蜂和梅家坞主要发育黄沙。黄壤粘着性重，透气性差，不利于养分的转化和迁移，不利于植物根系的发育和养分的有效利用。黄沙土具有良好的透气性和持水能力，有利于植物根系发育对养分的吸收和利用。
表3-12给出了西湖龙井茶区土壤微量元素的平均含量。与表3-11相比，土壤元素含量很大程度上继承了亚热带湿润气候的母岩元素特征。而在母岩风化过程中，K、Na、Ca、Mg等表生活动较强的元素相对淋溶，Fe、Al相对富集。
表3-12西湖龙井茶产区土壤常量元素含量
注:氧化物和OM含量为%，其余为mg/kg；样本数量为3。
土壤性质对地球化学元素的贫化或富集也有一定的影响。黄沙土壤比黄沙土壤具有更好的透气性和透水性，更强的淋溶作用和更大的元素淋失量，岩石风化成土使元素分布趋于均匀。土壤的性质也显示了对元素富集层的影响。轻质土(黄沙土)中的大部分元素因强淋溶而深度富集，而粘质土(黄沙土)因淋溶而弱富集。除铁、硫、铅、汞外，硼、钼、钴、磷浅度富集，大部分元素富集层位变化不一。
4.地球化学环境与茶叶品质
以往的研究表明，成土母岩中硅、磷、钾含量高，钙、锰、镁含量低，有利于茶树的生长，是优质因子。茶树是“喜钙作物”，土壤中超过10×10-3的Ca对茶树有害，超过80×10-3的有效Mn会引起Mn中毒。
众所周知，幼叶茶的品质要优于成年叶茶。表3-13所示的茶叶中元素含量表明，嫩叶中含有丰富的K、Zn、P、Se、Ni、Co等有益元素，而al、Hg、Cd、as、Sb的含量远低于成年叶。这说明不同品质的茶叶不仅在外观特征(形、味、香、色)上有各自的特点，在元素含量上也有各自的特点。
表3-13西湖龙井茶幼叶和成年叶元素含量比较
注:镉、汞、锑、硒含量为ng/g，其余为mg/kg；样本数为12。
成土母岩类型和土壤理化性质的差异是决定石峰和梅家坞茶优于老东岳和九里松的重要因素。从土壤元素总含量和有效量来看，石峰和梅家坞茶园土壤铁、锌、钼含量中等，汞、铝、铅含量较低，磷、钾有效量较高，钙、马、镁、铜含量中等或较低，营养元素基本平衡，有利于茶树的生长和品质。从表3-14可以看出，石峰和梅家坞茶富含磷、钾、锌、氯、硒，钙、锰、镁含量适中，铝、砷含量较低。与之相比，老东岳和九里松的Ca、Mn含量和有效量过高，而老东岳茶园的P、K有效量过低，九里松的Hg、Pb含量过低。
以上结果表明，龙井茶的生长和品质与成土母岩、土壤性质及其元素地球化学特征等因素密切相关，适宜的母岩类型、土壤性质及其元素含量是优质茶叶的基本自然条件。对于杭州的龙井茶来说，发育在泥盆纪石英岩上的质地中等的黄沙土壤是发展优质茶叶的适宜土壤类型。
表3-14西湖龙井茶产区嫩叶元素含量对照表
注:镉、汞、锑、硒含量为ng/g，其余为mg/kg；样本数为12。