雷山縣清水江組分布區(qū)茶葉種植區(qū)礦質(zhì)元素分析

彭益書，陳 蓉，楊瑞東，張 建，文雪峰

（1.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；3.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽(yáng) 550025）

雷山縣清水江組分布區(qū)茶葉種植區(qū)礦質(zhì)元素分析

彭益書1，陳 蓉2*，楊瑞東1，張 建1，文雪峰3

（1.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；3.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽(yáng) 550025）

【目的】了解雷山縣清水江組分布區(qū)茶葉種植區(qū)的礦質(zhì)元素特征，進(jìn)而判斷研究區(qū)茶葉種植的適宜性?！痉椒ā坎杉咨娇h分布較廣的清水江組分布區(qū)典型茶園的基巖、土壤和老茶葉樣品共19份，分別測(cè)定了各樣品礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和潛在有害重金屬共20個(gè)元素的含量?！窘Y(jié)果】雷山縣下江群清水江組分布區(qū)的基巖主要以變質(zhì)巖中的變余砂巖、變余凝灰?guī)r和板巖為主。這些基巖風(fēng)化形成母質(zhì)后，其發(fā)育的土壤以壤土為主。土壤繼承了基巖中大多數(shù)元素的特征并富含Al，且潛在有害重金屬元素As、Cd、Cu、Cr、Hg和Pb的含量均在無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件（NY 5020-2001）限定值范圍內(nèi)。老茶葉中大多元素主要繼承了土壤和基巖的元素特性，且對(duì)Ca、K、Mn、P和S等富集能力較強(qiáng)。老茶葉中As、Cd、Cr和Hg等含量均遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)（NY 659-2003）的限定值，其Pb含量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2012）中的限定值。【結(jié)論】研究區(qū)下江群清水江組分布區(qū)的土壤能夠?yàn)椴铇渖L(zhǎng)提供充足的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素和安全的土壤環(huán)境，適宜茶葉種植。

茶葉；礦質(zhì)元素；潛在有害重金屬元素；生物富集系數(shù)；富集因子；雷山縣

茶是一種很受歡迎的飲料，這主要是由于優(yōu)質(zhì)茶葉含豐富的礦質(zhì)元素、氨基酸和茶多酚等有益成分且不含酒精。對(duì)于飲用者而言，優(yōu)質(zhì)茶不但可以補(bǔ)充一些營(yíng)養(yǎng)元素，而且可以減輕精神疲勞和預(yù)防疾病。茶葉中有益成分對(duì)消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、血壓和心血管功能等有益[1]。然而，茶葉等作物品質(zhì)的影響因素有很多，據(jù)其類型大致分為生態(tài)環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境和人類活動(dòng)3方面[2]。生態(tài)環(huán)境（如氣候、海拔、植被覆蓋率等）是滿足茶樹生長(zhǎng)所必需的條件之一；地質(zhì)環(huán)境（地層、基巖類型、土壤元素地球化學(xué)等）是影響茶葉品質(zhì)的決定性因素；人類活動(dòng)（茶葉種植和管理方式、采集、加工、儲(chǔ)存等）是影響茶葉生長(zhǎng)和品質(zhì)的重要因素。農(nóng)作物品質(zhì)的優(yōu)劣，又與其所在區(qū)域的農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景條件有著密切的關(guān)系[2]。海拔與茶多酚和水浸出物成正相關(guān)、與氨基酸呈負(fù)相關(guān)、與咖啡堿呈不顯著負(fù)相關(guān)[3]。茶葉中多種礦質(zhì)元素含量會(huì)因氣候、土壤、管理措施、茶樹品種、鮮葉成熟度和加工方式等不同而表現(xiàn)出明顯的差異[4]。在生態(tài)環(huán)境和人為活動(dòng)都相似的情況下，地質(zhì)環(huán)境（尤其是礦質(zhì)元素）對(duì)茶葉品質(zhì)的影響尤為重要。在茶樹品種、氣候、管理和加工方式等相似的條件下，茶葉品質(zhì)優(yōu)劣取決于地質(zhì)環(huán)境[5]，地質(zhì)環(huán)境是控制茶葉品質(zhì)的先決條件之一[6]。茶葉的礦質(zhì)元素含量受產(chǎn)區(qū)影響，進(jìn)而可以通過礦質(zhì)元素分析研究茶葉產(chǎn)地特性[7]。此外，周定生[8]認(rèn)為雷山縣生態(tài)環(huán)境條件優(yōu)越，大部分區(qū)域適宜茶樹的生長(zhǎng)。本文主要從礦質(zhì)元素方面分析雷山縣清水江組分布區(qū)的典型茶園，從基巖-土壤-茶葉體系來觀察元素的遷移變化情況，為研究區(qū)優(yōu)質(zhì)茶葉規(guī)?；N植提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

雷山縣地處黔東南苗族侗族自治州西南部，坐標(biāo)為東經(jīng) 107°55′～108°22′、北緯 26°02′～26°34′。苗嶺山脈自西南向東北橫亙?nèi)?，地?shì)東北高，西南低，最高峰雷公山海拔為2178.8 m，最低海拔位于南部背略亞麻河口為484 m，相對(duì)高差1694.8 m，境內(nèi)山巒重疊，谷深壑幽。出露地層多為元古界下江群，震旦系和新生界僅有零星出露。研究區(qū)屬臺(tái)狀高中山、波狀中山、脊?fàn)畹椭猩郊暗蜕綅{谷地貌，溪河深切，崩塌滑坡、溝蝕等動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象十分普遍。氣候?qū)儆诒眮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，大部分地區(qū)年均氣溫在14～15℃之間，無霜期 248～259 d，年降雨量1250～1500mm，年日照1225 h，日照率為28%，氣候溫和，雨量充沛，雨熱同步，無霜期較長(zhǎng)，土壤多呈酸性，適宜發(fā)展農(nóng)林牧業(yè)[9]。

雷山縣茶葉種植歷史久遠(yuǎn)，至今已有1000多年的歷史，名茶較多，如“銀球茶”、“龍珠茶”、“清明茶”、“天麻茶”、“云霧綠茶”和“珍珠茶”等。中國(guó)國(guó)際茶文化研究會(huì)授予雷山縣“中國(guó)茶文化之鄉(xiāng)”，雷公山銀球茶被授予“中華文化名茶”榮譽(yù)稱號(hào)。在國(guó)家質(zhì)檢總局剛剛發(fā)布的2015年第127號(hào)公告中，雷山縣與鳳崗縣、湄潭縣的茶葉種植區(qū)被列為“國(guó)家級(jí)出口食品農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全示范區(qū)”。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

本課題組于2015年5月對(duì)雷山縣變質(zhì)巖分布區(qū)的茶葉種植區(qū)進(jìn)行調(diào)查。經(jīng)資料分析及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，雷山縣茶葉種植區(qū)主要分布在地層分布較廣的清水江組第一段和第二段的變余砂巖、變余凝灰?guī)r分布區(qū)，其次清水江組第三段和番召組地層也有零星分布。因而，本文主要調(diào)查和研究雷山縣清水江組第一段和第二段分布區(qū)的典型茶園。土壤剖面是據(jù)該地層出露土壤剖面的情況選取最具代表性的剖面，采樣位置如圖1所示。具體采樣情況：選取清水江組第一段分布區(qū)茶葉種植區(qū)五星村的典型剖面（采集凝灰質(zhì)變余砂巖、強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)變余砂巖、靠近強(qiáng)風(fēng)化基巖的黃色原生土、黃色原生土之上的棕黃色原生土和最上面表層棕黑色表土以及對(duì)應(yīng)種植區(qū)老茶葉各1件）、清水江組第二段分布區(qū)茶葉種植區(qū)陶?qǐng)虻牡湫推拭妫ú杉瘍蓚€(gè)基巖類型的剖面：變余砂巖、黃棕色原生土、棕黑色表土和對(duì)應(yīng)種植點(diǎn)的老茶葉以及變余層凝灰?guī)r、棕黃色表土和對(duì)應(yīng)種植點(diǎn)的老茶葉各1件）、新塘水庫(kù)剖面（采集變余砂巖、黃色原生土、棕色表土和相應(yīng)種植點(diǎn)的老茶葉各1件）和清水江組第三段分布區(qū)大塘剖面（采集砂巖和棕黃色原生土各1件），合計(jì)老茶葉（品種屬于龍井茶）4件、基巖6件、原生土5件和表土4件共19件樣品。老茶葉樣品主要采自春茶采摘過后留下的當(dāng)年生成熟葉，根據(jù)采樣點(diǎn)種植情況選取3～5點(diǎn)采集混合樣1000 g左右；表層土樣品是除去地表0～5cm的覆蓋物后采集其下15～20cm以內(nèi)的新鮮土壤1000 g左右（每個(gè)采樣點(diǎn)的采樣位置與老茶葉采樣位置相對(duì)應(yīng)）；原生土樣品根據(jù)選取剖面的實(shí)際情況（土層厚度、顏色和質(zhì)地等）確定采樣位置并采取約1000 g左右；基巖樣品用地質(zhì)錘敲去表層，從新鮮面上再敲下基巖500～1000 g。

圖1 采樣位置及地層分布圖Figure 1 Sampling location and the stratum distribution

1.3 樣品處理及分析方法

1.3.1 基巖樣品

將基巖樣品用實(shí)驗(yàn)室高壓水沖洗以除去表面泥土和其他雜物，然后放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，在105℃條件下烘干，稱取烘干后的樣品100 g左右送至澳實(shí)分析檢測(cè)（廣州）有限公司，應(yīng)用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP——AES，Agilent VISTA）和電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP——MS，Agilent 7700x）測(cè)定元素含量[10]。

1.3.2 土壤樣品

將土壤樣品（表土及原生土）剔除根系、礫石及其他雜物后，放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，在30℃條件下烘干，將烘干后的樣品過2mm的尼龍篩，稱取過篩后的樣品10 g用pH計(jì)測(cè)定土壤樣品的pH值（水土比1∶2.5），另外稱取100 g左右送至澳實(shí)分析檢測(cè)（廣州）有限公司，應(yīng)用ICP—AES和ICP—MS測(cè)定元素含量[10]。

1.3.3 茶葉樣品

將茶葉樣品用實(shí)驗(yàn)室高壓水沖洗2～3次（以充分地除去茶葉表面的其他雜物），再用去離子水潤(rùn)洗1～2次。將清洗后的樣品放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱中在50℃條件下烘2 h，再調(diào)到30℃烘干。稱取烘干后的樣品20 g，應(yīng)用瑪瑙研缽研磨并全部過100目的尼龍篩。將過篩后的茶葉樣5 g左右送至澳實(shí)分析檢測(cè)（廣州）有限公司，應(yīng)用ICP—AES和ICP—MS測(cè)定元素含量[11-12]。

1.3.4 生物富集系數(shù)

生物富集系數(shù)指的是植物中元素含量與其生長(zhǎng)土壤中相應(yīng)元素含量的比值，用于評(píng)價(jià)該元素在植物中的富集能力。為表示植物中As的生物量，將生物富集系數(shù)定義為As在植物中和土壤中的含量比值[13]。

1.3.5 富集因子

富集因子表示一個(gè)元素的相對(duì)豐度，是一個(gè)鑒別元素自然來源或人為活動(dòng)來源的工具。K.A.Rahn首先提出富集因子概念，用來判斷一個(gè)特定元素相對(duì)于地殼來源的豐度情況[14]。富集因子用于判斷空氣顆粒物中微量元素[15]、沉積物和土壤中重金屬[10，16-17]的人為活動(dòng)來源和自然來源。富集因子的計(jì)算公式[10]如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 地質(zhì)環(huán)境特征

2.1.1 研究區(qū)基巖地層

研究區(qū)出露地層主要以元古界下江群為主，震旦系和新生界僅有零星出露。元古界下江群又以番召組（Pt3f）和清水江組（Pt3q）地層分布較廣（見圖1）。清水江組（Pt3q）地層主要分布在達(dá)地水族鄉(xiāng)、望豐鄉(xiāng)、朗德鎮(zhèn)等全區(qū)，大塘鎮(zhèn)、丹江鎮(zhèn)、西江鎮(zhèn)一帶和永樂鎮(zhèn)南部的大部分地區(qū)，桃江東部的部分地區(qū)；番召組（Pt3f）主要分布在桃江大部分地區(qū)，永樂鎮(zhèn)、大塘鎮(zhèn)、丹江鎮(zhèn)、西江鎮(zhèn)、方祥鄉(xiāng)的部分地區(qū)；烏葉組（Pt3w）主要分布在西江鎮(zhèn)、方祥鄉(xiāng)和永樂鎮(zhèn)的部分地區(qū)；甲路組（Pt3j）主要分布在方祥鄉(xiāng)的部分地區(qū)；震旦系南沱組（Zan）主要出現(xiàn)在西江鎮(zhèn)附近，新生界僅見于雷山縣城以南的斷陷盆地中。研究區(qū)清水江組（Pt3q）主要以清水江組第一段（Pt3q1）地層為主，其基巖主要由灰至深灰色塊狀變余凝灰?guī)r、淺炭至煙灰色厚層至塊狀變余砂巖、灰色中厚層狀變余層凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂質(zhì)板巖組成；其次為清水江組第二段（Ptq2）地層，該地層基巖以灰色薄層至中厚層狀變層凝灰?guī)r為主，夾變余砂巖及板巖；清水江組第三段（Pt3q3）地層在該區(qū)分布較少，該地層基巖為淺灰、淺灰綠色薄層狀硅質(zhì)絹云母板巖、粉砂質(zhì)絹云母板巖。

2.1.2 土壤物理性狀

雷山縣清水江組分布區(qū)大部分表土的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)好，透水透氣性好；原生土的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)一般，且基巖節(jié)理和裂隙發(fā)育，為茶樹的生長(zhǎng)起到固定作用，適宜茶葉等作物生長(zhǎng)。經(jīng)野外調(diào)查，研究區(qū)典型茶園土壤多數(shù)為凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r、變余凝灰層砂巖、變余砂巖、板巖等風(fēng)化發(fā)育形成的土壤。此外，研究區(qū)土壤pH值基本上呈現(xiàn)出表土＜原生土的趨勢(shì)，且從上往下逐層遞增的趨勢(shì)（見表1）。茶葉種植區(qū)的土壤均呈酸性，pH平均值在4.6左右。茶樹雖為喜酸性作物，但過度偏酸或偏堿會(huì)影響茶樹生長(zhǎng)及礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素吸收，從而影響茶葉品質(zhì)。

2.1.3 基巖和土壤中元素地球化學(xué)特征

研究區(qū)基巖、原生土和表土中元素豐度多數(shù)呈現(xiàn)出相似性：基巖、原生土和表土中各元素豐度最大的為 Al，最小的為 Cd；除 K、Ca、S、Mn、Sr、Pb 和As元素豐度順序不一致外，研究區(qū)基巖、表土和原生土中元素平均含量的大小順序?yàn)锳l＞Fe＞Mg＞Na＞P＞Zn＞Cr＞Cu ＞Ni＞Mo＞Sn＞Hg＞Cd（見表1）。基巖、原生土和表土中元素平均值均大于1000μg/g的有Al、K、Fe和 Mg，在 10～100μg/g 范圍內(nèi)的有 S、P 和Mn，在 1～10μg/g 范圍內(nèi)的有 Pb、Sr、Cu 和 Cr，在0.1～1μg/g范圍內(nèi)的有Mo和Sn。由圖2可知，研究區(qū)原生土、表土中大部分元素如 Al、Fe、K、Mg、Na、Mn、Mo、Ni、Sr、Zn、As、Cr、Cu、Pb 都呈現(xiàn)出在基巖中含量高，其原生土和表土中相應(yīng)元素含量也高，說明土壤中多數(shù)元素繼承了基巖中元素的特征。

研究區(qū)茶園表土僅有元素 Al、As、Cd、Hg 含量比背景值高，具有一定富集（見圖3）。且清水江組第三段中基巖（大塘基巖）和原生土（大塘原生土）與清水江組第二段和清水江組第一段中的基巖（陶?qǐng)蚧鶐r1、陶?qǐng)蚧鶐r2、新塘基巖、五星村基巖）和原生土（陶?qǐng)蛟?、新塘原生土、五星村原生土）中多?shù)元素地球化學(xué)特征相似（見圖4）。

圖2 研究區(qū)基巖、土壤、茶葉體系中元素含量Figure 2 The concentrations of elements of the bedrock，soil and old tea in the research area

圖3 研究區(qū)表土中元素含量與中國(guó)背景值比值Figure 3 Ratios between the concentrations of elements of topsoil in the research district and the background values in China

2.1.4 表土的富集因子

由表2可知，研究區(qū)表土和原生土中Ca、Fe、Mg、Na、Mn、Mo、Ni、Sn、Sr、Cr和 Cu 的富集因子均小于 1，屬于不富集；K、P、Zn、S、Hg和 Cd 的富集因子除個(gè)別土壤略超過1但都小于3（屬輕度富集）外，大多數(shù)土壤中的富集因子均小于1（屬不富集）；Pb的富集因子除大塘原生土的大于3（屬中度富集）外，其余都屬于輕度富集；As的富集因子都大于3（屬中度富集），個(gè)別甚至出現(xiàn)中度嚴(yán)重富集、嚴(yán)重富集。

2.2 老茶葉中元素地球化學(xué)特征

2.2.1 老茶葉中各元素含量

研究區(qū)老茶葉中元素含量平均值的大小順序?yàn)?K＞Ca＞S＞P＞Al＞Mn＞Mg＞Na＞Fe＞Zn＞Sr＞Cu＞Ni＞Pb＞Cr＞Sn＞As＞Hg＞Cd＞Mo（見表1）。老茶葉中元素平均值大于 1000μg/g 的有 K、Ca、S、P、Al、Mn、Mg和 Na，在 10～100μg/g 范圍內(nèi)的有 Fe、Sr和 Zn，在1～10μg/g范圍內(nèi)的有 Cu 和 Ni，在 0.1～1μg/g 范圍內(nèi)的有 As、Cr、Pb 和 Sn，在 0.01～0.1μg/g 范圍內(nèi)的有 Cd、Hg 和 Mo。研究區(qū)老茶葉中 Cd、Cu、Hg、Na、Ni、Mg、Sn、Sr和 Zn 與表土、原生土和基巖中相應(yīng)含量變化大體上一致，基巖、表土、原生土中元素含量高的，其在老茶葉中也高（見圖2），說明老茶葉中多數(shù)元素繼承了表土、原生土和基巖中元素的特征。

2.2.2 老茶葉中各元素的生物富集系數(shù)

研究區(qū)老茶葉對(duì)Ca、K、Mn、P和S等具有較強(qiáng)的富集能力。如表3所示，雷山老茶葉對(duì)Ca、K、Mn、P和S生物富集系數(shù)平均值均大于1，其中Ca（生物富集系數(shù)在1.60～53.00范圍內(nèi)，平均值為18.91）、K（0.91～1.52，1.14）、Mn（3.48～6.92，5.18）、P（1.31～7.05，5.06）、S（4.38～14.00，7.80）；老茶葉中元素生物富集系數(shù)平均值在 0.1～1 之間的有 Cd、Cu、Hg、Na、Ni、Mg、Sn、Sr和 Zn；生物富集系數(shù)平均值在 0.01～0.1 之間的有 Al、Cr、Mo 和 Pb；As和 Fe 的生物富集系數(shù)平均值均小于0.01。

圖4 研究區(qū)原生土和基巖中元素含量Figure 4 The concentrations of elements of the primary soil and bedrock in the research area

3 討論與結(jié)論

3.1 研究區(qū)茶葉中含有豐富礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素且潛在有害重金屬元素含量較低

由于茶樹生長(zhǎng)過程中的生理特征變化，老茶葉中多數(shù)元素含量一般比茶葉（嫩）中的高。與茶葉中Mg最佳濃度在 0.1～0.18%范圍內(nèi)[24]及 Al（0.01%～0.07%）、Ca（0.14%～0.56%）、K（1.65%～2.50%）、Mn（200～4000μg/g）、P（400～1200μg/g）、Zn（20～65μg/g）、Cu（7.3～27.74μg/g）、Mo（0.5～5μg/g）[25]相比，該區(qū)老茶葉中 Ca、K、Mg、Mn、Cu 剛好在最佳濃度范圍內(nèi)，而Al和P偏高、Mo和Zn偏低。P、K、Cu和Zn在年輕的葉、莖、根等植物器官（干物質(zhì)）中的濃度要比老的植物器官中的高，Ca、Mg、Mn、Fe 和 Al則相反[26]；這主要是由于年輕的植物器官中含有較大的液泡和細(xì)胞質(zhì)且細(xì)胞壁分離得較少，而老的植物器官中含有較多的細(xì)胞壁[27]。Ca、Al和F在老茶葉中的含量高于嫩葉中的[28]。Mg、Cu、Zn、Ni在嫩茶葉中含量要高于老茶葉中的含量，而 Al、Fe、Mn、Cr、As、Pb 等則剛好相反[29]。福鼎大白茶樹老葉中Al、Fe和F等比嫩葉中的高[30]。一般情況下，As、Cd在茶樹體內(nèi)由高到低的分布次序是：吸收根＞莖（生產(chǎn)枝）或主根＞老葉（當(dāng)年生成熟葉）＞新梢（1芽2葉）[31]。P、Zn、S、Cu、K、Mg在幼嫩的茶尖含量高，并由上而下隨著葉位下降、葉片趨于老化成熟而遞減，Al、Mn、Ba、V 則呈現(xiàn)出相反趨勢(shì)[32]。因此，茶樹生長(zhǎng)過程中，嫩茶葉中 P、Zn、S、Cu、K、Mg、Ni等營(yíng)養(yǎng)元素含量相對(duì)較高，而老茶葉中 Ca、Al、Fe、Cr、As、Pb、Cd、Mn、Ba 和F等較嫩葉富集。說明多數(shù)營(yíng)養(yǎng)元素在嫩茶葉中的含量較老茶葉中高，為其快速生長(zhǎng)提供條件；而且大部分潛在有害重金屬元素在老茶葉中的含量較嫩茶葉中高，這可能與其代謝緩慢及機(jī)能老化有關(guān)。此外，研究區(qū)老茶葉中As、Cd、Cr和Hg均遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)（NY 659-2003）[21]中相應(yīng)元素的限定值，Pb遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2012）中Pb的限定值[22]。因此，在以老茶葉作為飲用茶葉使用時(shí)，一般應(yīng)注意其潛在有害重金屬含量，但研究區(qū)老茶葉中潛在有害重金屬含量均遠(yuǎn)低于安全限定值，對(duì)人體健康沒有不利的影響。

表2 研究區(qū)表土和相應(yīng)原生土中的元素富集因子Table 2 Enrichment factors of the elements of the topsoil and primary soil in the research area

表3 研究區(qū)老茶葉中元素的生物富集系數(shù)Table 3 Bioconcentration factors of the elements of the old tea in the research area

此外，茶葉中各元素的浸出率是不同的，高浸出（浸出率大于55%）元素有K、Na等，中等浸出（浸出率在 20%～55%之間）的有 Al、Cu、Mg、Mn、P 和 Zn等，不易浸出（浸出率小于 20%）元素有 As、Ca、Cd、Fe、Mo、Pb、S、Sn 和 Sr等[33]。該區(qū)茶葉中多數(shù)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量豐富且泡制的茶湯中元素浸出率較高（如 K、P、Al、Mn、Mg 和 Na），因而茶湯能為人體補(bǔ)充一定的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素。相比Na來說，茶葉能為人體提供Mn和K，這可能有益于高血壓患者[34]。同時(shí)多數(shù)潛在有害重金屬含量不但較低，而且大部分屬于不易浸出元素（如As、Cd和Pb）。由此可以推斷研究區(qū)茶葉中潛在有害重金屬含量低，對(duì)人體健康沒有不利影響。

3.2 茶葉中元素與地質(zhì)環(huán)境關(guān)系

茶葉中多數(shù)元素主要來源于土壤，而土壤中這些元素又受基巖控制。茶葉中的無機(jī)組分是由非金屬元素C、H、O和N形成的碳水化合物和其他元素Ca、Mg、P、K、Fe、Si、Al、Zn、Cu、Mn、Mo 等組成，并參與茶葉活性酶、葉綠素等物質(zhì)形成和轉(zhuǎn)化，是影響茶葉生命活動(dòng)的主要組分[25]。茶樹生長(zhǎng)所必需的養(yǎng)分 有 C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、Cl、Mo、B等，其中除C、H、O三者主要來自大氣中的CO2和H2O外，其他的養(yǎng)分主要由土壤供應(yīng)[35]。同一巖（地）層單位在不同地點(diǎn)有著相同的巖-土系統(tǒng)遷移規(guī)律，基巖控制了土壤中微量元素區(qū)域分布特點(diǎn)[36]。此外，某元素的富集因子小于或接近1說明該元素主要來源于自然風(fēng)化[37]，富集因子大于2則說明該元素主要來源于人為活動(dòng)輸入[17]，富集因子大于2，其值越大就說明其受人為活動(dòng)輸入的影響就越大[10，35]。說明研究區(qū)土壤除As、Pb和個(gè)別種植點(diǎn)的S、Hg主要來源于人為活動(dòng)輸入的影響外，其余元素來均主要源于自然風(fēng)化。因此，這也進(jìn)一步說明老茶葉中多數(shù)元素主要繼承土壤中元素的特征，而土壤中這些元素又繼承了基巖中元素的特征。

3.3 研究區(qū)茶葉生物富集能力

研究區(qū)老茶葉中Ca、K、Mn、P和S的生物富集系數(shù)均值都大于1，說明該區(qū)老茶葉對(duì)Ca、K、Mn、P和S等具有較強(qiáng)的富集能力。埃塞俄比亞Wushwush茶園中無性系茶樹對(duì)K和Mn具有高富集能力[38]。廣西兩茶園中茶葉對(duì)Ca和Mn的富集能力較強(qiáng)[39]，皖南典型茶園老茶葉和嫩茶葉中都對(duì)Mn有一定的富集作用，尤其是在老茶葉中[29]，說明茶葉對(duì)Ca、K、Mn、P和S等的富集能力較強(qiáng)，尤其是Mn和S。因此，茶葉可能對(duì)Ca、K、Mn、P和S具有較強(qiáng)的富集能力。

3.4 研究區(qū)茶葉種植的適宜性

研究區(qū)以板巖、變余凝灰?guī)r和變余砂巖為主，這為優(yōu)質(zhì)茶葉生長(zhǎng)提供基礎(chǔ)條件。浙江省優(yōu)質(zhì)茶葉主要生長(zhǎng)在花崗巖、石英砂巖、變質(zhì)巖系（片麻巖為主）及部分凝灰?guī)r上[40]。貴州泥盆系邦寨組的灰黃色石英砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、砂質(zhì)泥巖分布區(qū)茶葉品質(zhì)好[41]。此外，雷山縣另一分布較廣的地層為番召組（Pt3f），該地層又以番召組第二段（Pt3f2）為主，其基巖以灰綠、灰、深灰色薄層至中厚層狀絹云母板巖、硅質(zhì)絹云板巖、粉砂質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)板巖等為主且夾少量變余砂巖；其次為番召組第一段（Pt3f1）地層，其基巖主要為淺灰至煙灰色中厚層至塊狀變余砂巖與粉砂質(zhì)板巖及硅質(zhì)絹云母板巖互層。因而雷山縣番召組地層的基巖與清水江組的類似。并且這兩個(gè)地層都處在相近的地理位置和生態(tài)環(huán)境，其基巖風(fēng)化形成土壤的環(huán)境相似。因此，可以推斷雷山縣番召組分布區(qū)可能是潛在的茶葉種植適宜區(qū)。

研究區(qū)茶園表土僅有元素 Al、As、Cd、Hg 含量比背景值高，具有一定富集。雖然變質(zhì)巖形成的土壤相對(duì)較薄且微量稀土元素含量低[42-43]，但木本植物根系深入并從原生土層、強(qiáng)風(fēng)化層，甚至是基巖的節(jié)理或裂隙中吸收營(yíng)養(yǎng)元素，或從風(fēng)化的基巖中吸收元素[42]。故該區(qū)能為茶樹提供豐富的營(yíng)養(yǎng)元素。這正解釋了研究區(qū)茶樹雖然生長(zhǎng)在部分礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素相對(duì)貧乏的土壤中，但茶葉中的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素并不缺乏的現(xiàn)象。此外，表土中各潛在有害重金屬As、Cd、Cu、Cr、Hg 和 Pb 含量均在無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件（NY 5020-2001）限定值[20]內(nèi)，且 Cu、Cr和Pb遠(yuǎn)低于該限定值。茶樹作為一種多年生喜酸聚Al性植物。Al在茶樹中生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)元素吸收和茶葉中有效成分合成等方面起著重要作用。Al能夠促進(jìn)茶樹生長(zhǎng)發(fā)育、光合作用和Ca、K等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，抑制高濃度氮肥造成的危害，還參與茶氨酸轉(zhuǎn)化合成兒茶素的過程[32]。因此，研究區(qū)茶園土壤中富含Al和變質(zhì)巖風(fēng)化形成特殊的土壤剖面以及基巖節(jié)理或裂隙（特殊的地質(zhì)環(huán)境）能夠?yàn)椴铇渖L(zhǎng)提供豐富的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素和安全的土壤環(huán)境。而清水江組第三段中基巖和原生土與清水江組第二段和清水江組第一段中的基巖和原生土中多數(shù)元素地球化學(xué)特征相似，這可以推斷該地層分布區(qū)的土壤與清水江組第一段和第二段的相似，適合茶葉種植，但需注意Pb含量。

此外，研究區(qū)茶葉種植區(qū)的土壤均呈酸性，pH平均值在4.6左右。然而，茶葉種植土壤的pH在5.0～6.0之間較好，有利于茶葉對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素Al、Mn、Ca、Mo、Be的吸收，且在此環(huán)境下生長(zhǎng)的茶葉相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)整體上也較好[44]。一般認(rèn)為茶樹適宜的pH上限為6.0～6.5，超過這一范圍就難以生長(zhǎng)，但pH下限不明顯，4.0以下也能生長(zhǎng)[45]，但pH過低對(duì)茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)都有影響。因此，研究區(qū)部分茶園出現(xiàn)了土壤酸化現(xiàn)象，應(yīng)注意對(duì)其土壤的改良，尤其是種植時(shí)間較長(zhǎng)的茶園。而土壤酸化改良可根據(jù)茶園土壤的具體情況選擇一些適合的措施，如控制酸雨、合理施用氮肥、施用化學(xué)改良劑（白云石粉、生理堿性肥料、有機(jī)物料[46]及石灰氮[47]）。

綜上所述，雷山縣下江群清水江組分布區(qū)的基巖以變余砂巖、變余凝灰?guī)r和板巖等變質(zhì)巖為主。這些基巖風(fēng)化形成土壤母質(zhì)，其發(fā)育的土壤以壤土為主。土壤繼承了基巖中多數(shù)元素的特征并富含Al，且潛在有害重金屬 As、Cd、Cu、Cr、Hg、Pb 含量均在無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件（NY 5020-2001）限定值范圍內(nèi)。研究區(qū)茶園土壤中富含Al和變質(zhì)巖風(fēng)化形成特殊的土壤剖面（基巖節(jié)理或裂隙）能夠?yàn)椴铇渖L(zhǎng)提供充足的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素和安全的土壤環(huán)境。老茶葉中多數(shù)元素主要繼承了土壤和基巖中元素的特征，且對(duì)Ca、K、Mn、P和S等富集能力較強(qiáng)。老茶葉中As、Cd、Cr和Hg含量均遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)（NY 659-2003）的限定值，其Pb含量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2012）中的限定值。此外，老茶葉中潛在重金屬含量一般比嫩茶葉的要高，故推斷該區(qū)清水江組分布區(qū)茶葉潛在重金屬含量均在安全范圍內(nèi)。因此，研究區(qū)下江群清水江組分布區(qū)主要以變余砂巖、變余凝灰?guī)r和板巖分布為主，這些基巖風(fēng)化發(fā)育形成的土壤能夠?yàn)椴铇渖L(zhǎng)提供優(yōu)良安全的土壤環(huán)境，適宜茶葉種植。同時(shí)，研究區(qū)下江群番召組分布區(qū)基巖類型與清水江地層的相似，由此推斷下江群番召組分布區(qū)可能是潛在的茶葉種植適宜區(qū)。這可以作為下一步調(diào)查研究對(duì)象，為后期茶葉規(guī)?；N植提供參考和依據(jù)。此外，研究區(qū)部分茶園出現(xiàn)了土壤酸化現(xiàn)象，應(yīng)注意對(duì)其土壤的改良，尤其是種植時(shí)間較長(zhǎng)的茶園。

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Analysis on Mineral Elements of Camellia sinensis Plantations in the Qingshuijiang of Leishan County

PENG Yi-shu1，CHEN Rong2*，YANG Rui-dong1，ZHANG Jian1，WEN Xue-feng3
（1.College of Resource and Environmental Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China；2.Mining College of Guizhou University，Guiyang 550025，China；3.College of Agriculture，Guizhou University，Guiyang 550025，China)

【Objective】The main objective of this study was to understand themineral elements of C.sinensis plantation in the Qingshuijiang Formation distribution of Leishan County，and to evaluate the suitability of the tea cultivation in the area.【Methods】19 samples including bedrock，soil and old tea were collected and 20 kinds ofmineral elements and potentially harmful heavy metals were determined.【Results】 The stratum in the Qingshuijiang of Xiajiang group mainly were metamorphic sandstone，blasto tuff and slate of metamorphic rock.The loam was developed from weathering the soil parent materials which came from the bedrocks with abundant Al.The concentrations of potentially harmful heavy metals such as As，Cd，Cu，Cr，Hg and Pb were below the standard limit value of pollution-free food for the planting soil of tea production area (NY 5020-2001).Mostly elements of old tea resulted from their soil and bedrock and old tea had strong accumulation ability to Ca，K，Mn，P and S.The potentially harmful heavy metals(e.g.，As，Cd，Cr and Hg)in old tea were much lower than the limit standard values（NY 659-2003）and Pb concentration was much lower than the limit standard value（GB 2762-2012）.【Conclusions】The soil of Qingshuijiang Formation distribution is abundant inmineral elements and is safe and suitable for tea growth and cultivation.

Camellia sinensis；mineral elements；potentially harmful heavy metals；bioconcentration factor；enrichment factor；Leishan County

P595；X56；S151.9

A

1000-2650（2017）03-0359-11

10.16036/j.issn.1000-2650.2017.03.012

2016-12-14

國(guó)家自然科學(xué)基金（41463009，41563011）；貴州省教育廳創(chuàng)新群體重大研究項(xiàng)目（黔教合KY字[2016]024）資助。

彭益書，博士研究生，主要從事土壤地球化學(xué)研究，E-mail：pengys520@126.com。*責(zé)任作者：陳蓉，教授，主要從事農(nóng)業(yè)地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)科研與教學(xué)，E-mail：re.rchen@gzu.edu.cn。

（本文審稿：劉 洋；責(zé)任編輯：鞏艷紅；英文編輯：徐振鋒）