西湖龙井因其独特的色、香、味，如今已香飘万里，誉满全球。西湖龙井产茶的历史可追溯到唐代。世界第一部茶书，唐·陆羽《茶经》载：杭州天竺，灵隐二寺产茶。龙井茶始于宋朝，闻于元朝，扬于明朝，盛于清朝；在1000多年的历史演变过程中，从平民百姓待客礼仪的家常饮料到成为皇室的贡品，留下了许多神话般美好的传奇故事和赞美龙井茶的诗、词、歌、舞。明代高濂在《四时幽赏录》中说：“西湖之泉，以虎跑为最，两山之茶，以龙井为佳。”乾隆皇帝六下江南，四次驾临龙井茶区，观茶做诗，赐封御茶，故有“龙井18棵御茶”之古典。西湖龙井茶独特的色、香、味与其产地的地质-地球化学环境密切相关。
（一）西湖龙井茶产区分布
杭州西湖龙井茶产区分布于“春夏秋冬皆好景，雨雪晴阴各显奇”的西湖风景区，传统产地分布在海拔500m以下的丘陵低山，呈马蹄形分布于群山环抱之中。根据《杭州市西湖龙井茶基地保护条例》的划区定界，西湖龙井茶基地和后备基地包括杭州市西湖风景名胜区和西湖区境内，东起虎跑、茅家埠，西至杨府庙、龙门坎、何家村，南起社井、浮山，北至老东岳、金鱼井范围内的茶地。其中，西湖龙井茶基地一级保护区范围：东至南山村，西至灵隐、梅家坞，南至梵村，北至新玉泉。该范围内现有茶地459.2hm2，划入保护基地面积328.6hm2，保护率为71.6%，划入后备基地41.7hm2。西湖龙井茶基地二级保护区范围为西湖龙井茶基地一级保护区范围以外的区域，现有茶地932.5hm2，划入保护基地面积583.3hm2，保护率为62.6%，划入后备基地162.4hm2。
杭州西湖龙井茶产区东临西湖，南临钱塘江，受“一湖一江”的水、气调节和东南季风的影响，气候温暖，年平均16.1℃，≥10℃的活动积温约5 100℃，无霜期250d，降水量1 500mm左右，年均空气相对湿度80%，年均光照时数约2 100 h。
龙井茶产区周围的丘陵低山由于石英砂岩、石灰岩、泥页岩等不同岩石抗风化侵蚀能力的差异和地质构造的影响，围绕杭州西湖形成天竺山（413m）、北高峰（314m）、美人峰（355m）、天马山（275m），南高峰（257m）、凤凰山（157m）、宝云山（118m）、葛岭（125m）、宝石山（7m）、丁家山（49m）、吴山（63m）等不同高度的山丘，大致呈弧形排列，形成圈状地形，具有“三面环山，重重叠叠”的地貌特征。
产茶区土壤主要为黄红壤及其变种，以黄泥沙土土种居多，土壤pH值在4.5～6.0。四周植被以常绿阔叶树为主或落叶阔叶树为主的常绿落叶阔叶混交林，以及人工培育的马尾松和毛竹林。虎跑溪、九溪、梅坞溪和白龙潭溪发源于西湖群山，流经茶区，直接注入钱塘江；地下水资源丰富，常出露成泉点，著名的有虎跑泉（属裂隙泉）、龙井泉（属岩溶泉）、玉泉（属孔隙泉）。独特的生态环境为上乘的茶叶品质，提供了良好的自然条件。
（二）西湖龙井茶产区地质背景
杭州地区在大地构造位置上属于扬子-钱塘江准褶皱带，是早古生代的准地槽区。在次一级单元上，杭州恰好处于钱塘准地槽背斜与太湖-吴淞内陆断陷的交接处，自东南向西北有构造升沉转折的特点。杭州市西部山区地质构造主要为北东-南西向的褶皱，称为“西湖复向斜”，褶皱轴走向北东，向北东倾伏，复向斜由11个单体褶皱组成，构成丘陵山区峰岭地形特征。单体褶皱均为短轴、不对称倾伏褶皱，向斜一般较完整，背斜常被断裂破坏。西湖复向斜东北倾伏端被第四系所覆盖。其次，区内还发育了一系列北东及北西向断裂构造。受西湖复向斜的控制，杭州地势自南西向北东逐渐降低，东部与杭嘉湖平原相接。
杭州地区属浙西北地层区，自元古宙至第四纪地层均有出露。西湖龙井茶产区及附近地区的地层分布主要受西湖复向斜控制，复向斜两翼主要为志留系、泥盆系石英砂岩、细砂岩、泥岩、砂砾岩等沉积碎屑岩，核部由石炭—二叠系灰岩组成。
（三）西湖龙井茶产区地球化学特征
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和土壤资料的基础上，根据西湖龙井茶主要产地分布情况，选择九里松、老东岳、狮峰、梅家坞4处龙井茶主产区进行对比研究（图3-5）。
图3-5 西湖龙井茶主产区地质背景示意图
Q4—第四系；J3—上侏罗统中酸性火山碎屑岩；C—P—石炭系—二叠系碳酸盐岩；D3—上泥盆统石英砂岩；S3—上志留统紫红色细砂岩；S2—中志留统泥质砂岩
1.土壤及茶叶的样品采集
在初春茶采摘季节，每处茶园分片分别采3个嫩芽叶样及相应的成熟叶样，同时分层（10～20cm、60～80cm）采集土壤样（狮峰一处仅采10～30cm一层）。
茶叶样采集后晒干，粉碎至80目，应用X射线荧光、原子荧光和原子吸收等分析方法测定20多种元素。
土样采集后，过20目筛，研磨至80目分析元素全量和有效量，元素全量测定采用常规化探分析方法和质量要求进行，有效量的溶提和测定参照农业部门常用方法进行。
2.成土母岩元素地球化学特征
西湖龙井茶产区土壤成土母质除局部为第四系覆盖外，主要分布有古生代—中生代沉积地层，志留系的主要岩性为泥质砂岩（S2）、紫红色细砂岩（S3），泥盆系为石英砂岩（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（J3）。
表3-11列出了西湖龙井茶区主要的几种成土母岩的元素平均含量，从表中可以看出，不同种类岩石的微量元素含量有很大差异。对比不同成土母质，除灰岩之外，其他几类成土母质均具有高硅（Si）、钾（K），低钙（Ca）特点；而灰岩则呈低硅（Si）、高钙（Ca）的特征。成土母质的元素含量特征为土壤中元素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mg/kg。
3.土壤元素地球化学特征
西湖龙井茶产区土壤主要为黄红壤亚类的黄泥砂土、黄泥土、石砂土等，局部有斓土等分布。老东岳、九里松主要发育黄泥土，狮蜂、梅家坞以黄泥砂土为主。黄泥土粘闭性重，透气性差，对养分的转化、迁移不利，不利于植物根系发育及对养分的有效利用。黄泥砂土透气持水性较好，有利于植物根系发育对养分吸收利用。
表3-12为西湖龙井茶区土壤微量元素的平均含量，与表3-11相比，在亚热带湿热气候下，土壤元素含量很大程度上继承了母岩元素含量特点，然而在母岩风化过程中，K、Na、Ca和Mg 等表生活动性强的元素相对淋失，而Fe、Al等相对富集，微量元素Mn、Cu、B和As、Hg等趋于富集。
表3-12 西湖龙井茶区土壤主要元素含量
注：含量单位氧化物和OM为%，其余为mg/kg；样品数为3。
土壤性质对地球化学元素的贫化或富集也有一定影响，黄泥砂土较黄泥土透气、渗水性好，淋洗作用较强，元素淋失程度大，岩石风化成土使元素分布趋于均匀化。土壤性质还表现为对元素富集层位的作用，轻质土（黄泥砂土）中多数元素由于淋洗较强而富集层位较深，粘质土（黄泥土）则由于淋洗作用较弱，除Fe、S、Pb、Hg以深部富集，B、Mo、Co、P呈浅层富集外，多数元素富集层变化不一。
4.地球化学环境与茶叶质量
前人研究认为，成土母岩中高Si、P、K，低Ca、Mn、Mg有利于茶树生长，是茶叶高质因子，茶树为“嫌钙作物”，土壤中Ca超过10×10-3对茶树有害，有效 Mn 超过80×10-3会发生Mn 毒害症，同时，茶叶中 P、K、Zn、Se、Co、Ni 等有益元素，以及Hg、Pb、As、Cd、Al等人体有害元素的含量也与茶叶质量有密切关系。
众所周知，嫩叶茶质量优于成叶茶，表3-13所示的茶叶中元素含量表明，嫩叶中富含K、Zn、P、Se、Ni、Co等人体有益元素，而Al、Hg、Cd、As、Sb等含量则远低于成叶。这表明不仅在表观特征（形、味、香、色）方面，而且在元素含量上，不同质量的茶叶有其各自的特征。
表3-13 西湖龙井茶嫩叶、成叶中元素含量对比
注：含量单位Cd、Hg、Sb、Se为ng/g，其余为mg/kg；样品数为12。
前述成土母岩类型、土壤理化性状差异是决定狮峰、梅家坞茶优于老东岳、九里松的重要因素。从土壤元素全量和有效量来看，狮峰、梅家坞茶园土Fe、Zn、Mo等含量适中，Hg、Al、Pb低，P、K有效量高，Ca、Ma、Mg、Cu等适中或偏低，营养元素基本平衡，从而有利于茶树生长和茶叶品质。由表3-14 可见，狮峰、梅家坞茶叶富含P、K、Zn、Cl、Se，适量的Ca、Mn、Mg，而Al、As等较低，与之相比，老东岳、九里松两地Ca、Mn含量和有效量过高，老东岳茶园P、K有效量过低，九里松Hg、Pb、As等有害元素含量偏高，这些因素影响了茶树生长，不利于茶叶质量，在茶树嫩叶元素含量上也有一定的体现。
上述结果表明，成土母岩、土壤的性质及其元素地球化学特征等因素与龙井茶的生长和品质有密切的关系，适宜的母岩类型、土壤性状及其元素含量是茶叶优质的基本自然条件。对于杭州一带的龙井茶而言，发育于泥盆纪石英岩上的质地适中的黄泥砂土是适宜发展优质茶叶的土壤类型。
表3-14 西湖龙井茶产茶区嫩叶中元素含量对比表
注：含量单位Cd、Hg、Sb、Se为ng/g，其余为mg/kg；样品数为12。