不同茶樹品種中9種礦質(zhì)元素的含量及富集特性

時鵬濤 秦玉燕 陸仲煙 蔣越華 於艷萍 王運儒 藍唯 農(nóng)耀京

摘要：以7個茶樹品種（湘波綠、碧香早、福鼎大毫、黃觀音、紫鵑、玉麒麟、黃金芽）的茶葉為研究對象，采用火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法，測定其當年生倒二葉新芽及對應(yīng)種植土壤中的鈣（Ca）、鎂（Mg）、錳（Mn）、鐵（Fe）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鎳（Ni）、鉛（Pb）、鎘（Cd）共9種礦質(zhì)元素含量，并計算茶葉對土壤礦質(zhì)元素的富集系數(shù)。結(jié)果表明，（1）礦質(zhì)元素在不同茶葉中的含量存在一定差異，但也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，各種礦質(zhì)元素在茶葉中的含量排序基本表現(xiàn)為Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu>Ni>Cd、Pb;Ca含量最高的是黃觀音，Mg含量最高的是玉麒麟，Mn、Ni含量最高的是黃金芽，F(xiàn)e、Zn、Cu含量最高的是湘波綠;湘波綠為7個茶葉品種中品質(zhì)較優(yōu)的。（2）茶葉對不同礦質(zhì)元素的富集能力差異較大，茶葉對Mg、Ca、Mn的富集能力最強，對Zn、Cu、Ni、Cd的富集能力一般，對Fe、Pb的富集能力較弱;不同茶葉品種對礦質(zhì)元素的富集規(guī)律存在一定的差異。（4）不同品種的茶葉對礦質(zhì)元素的富集能力存在較大差異，湘波綠對Cu、Mg、Mn、Fe的富集能力最強;玉麒麟對Cd的富集能力最強;紫鵑對Zn的富集能力最強;黃觀音對Ca、Ni的富集能力最強。黃金芽、玉麒麟對Mn、Fe的富集能力較弱;紫鵑對Ca的富集能力最弱;黃金芽對Zn、Cu、Ni的富集能力最弱;玉麒麟對Mg的富集能力最弱;湘波綠對Cd的富集能力最弱。研究結(jié)果為茶葉的進一步研究和利用提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：茶葉;礦質(zhì)元素;元素分析;富集特性;原子吸收光譜法

中圖分類號： S571.101? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）10-0144-03

茶（Camellia sinensis）是山茶科山茶屬常綠灌木或小喬木，喜溫濕潤，適合在酸性土壤中種植。茶起源于我國的西南部，在我國已經(jīng)有幾千年的種植歷史，是我國乃至全世界人民喜愛的富含礦質(zhì)元素的健康飲品，同時也是我國重要的經(jīng)濟作物。茶葉中富含對人體有益的各種礦質(zhì)營養(yǎng)元素，如鋅（Zn）、鐵（Fe）、銅（Cu）、鎳（Ni）、錳（Mn）等[1]，有益礦質(zhì)元素含量的高低是茶葉品質(zhì)好壞的指標之一[2-4]。雖然各地對茶葉中的微量元素和金屬元素含量的報道均較多[3，5-8]，但是有關(guān)本研究所選的種植于廣西的7個茶樹品種（湘波綠、碧香早、福鼎大毫、黃觀音、紫鵑、玉麒麟、黃金芽）茶葉中的礦質(zhì)元素的分析及富集特性未見報道。茶葉中礦質(zhì)元素的含量與生長環(huán)境、土壤背景值、施肥情況、降水量及茶樹的遺傳特異性有關(guān)，本研究以7個不同品種的茶葉為材料，對茶葉中的礦質(zhì)元素含量及富集特性進行研究，以期為廣西茶葉資源的開發(fā)和優(yōu)質(zhì)茶篩選、種植及科學管理提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 茶葉與土壤樣品

供試的7個茶樹品種（湘波綠、碧香早、福鼎大毫、黃觀音、紫鵑、玉麒麟、黃金芽）種植于廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所的生態(tài)茶園。采樣時間為2016年9月，采樣對象為當年生倒二葉新芽，每個品種設(shè)置3個平行樣，每個平行樣的采樣基數(shù)為50株以上，采樣量為250 g，共21份樣品。用去離子水洗凈，晾干，于105 ℃殺青后30 min后，于60 ℃烘干至恒質(zhì)量，制樣，過50目篩備用。土壤取自對應(yīng)茶葉種植區(qū)0～20 cm的耕作層，設(shè)置3個平行，每個土壤樣品采集2 kg，共21份樣品，自然風干、研磨后過100目篩備用。

1.2 主要儀器與試劑

主要儀器如下：MARS微波消解儀（美國CEM公司）;Varian SpectrAA 220FS原子吸收光譜儀、Varian SpectrAA 240Z石墨爐原子吸收光譜儀（美國Varian公司）。

在試驗過程中，各元素標準溶液均由購自國家標準物質(zhì)研究中心的標準儲備液逐級稀釋配制而成;試驗用試劑均為優(yōu)級純;試驗所用玻璃器皿均經(jīng)過泡酸處理（用硝酸、水體積比為3 ∶ 1的溶液浸泡24 h）;試驗用水為超純水。

1.3 樣品的消解及檢測

茶葉和土壤樣品的消解采用微波法，準確稱量0.3 g茶葉樣品（精確到0.000 1 g），向微波消解管中依次加入7 mL HNO3、3 mL H2O2，浸泡過夜后，微波消解。微波消解程序：（1）10 min內(nèi)升溫至120 ℃，保持20 min;（2）5 min內(nèi)升溫至150 ℃，保持20 min;（3）10 min內(nèi)升溫至200 ℃，保持 45 min。消解程序完成后，定容待測。在消解液中加入適量基體改進劑后，可直接用火焰原子吸收光譜儀測定鈣（Ca）、鎂（Mg）、Mn、Fe、Zn含量，用石墨爐原子吸收光譜儀分析測定Ni、Cu、鎘（Cd）、鉛（Pb）含量。

準確稱量0.25 g（精確到0.000 1 g）土壤樣品，加入8 mL王水（濃鹽酸和濃硝酸的體積比為3 ∶ 1）和4 mL HF，浸泡過夜后，微波消解。微波消解程序如下：（1）15 min內(nèi)升溫至150 ℃，保持30 min;（2）10 min內(nèi)升溫至 200 ℃，保持 40 min。消解完成后，將消解液轉(zhuǎn)移至電熱板上，趕酸至大豆大小時，用3% HNO3溶液定容至50 mL。在消解液中加適當基體改進劑后，可直接用火焰原子吸收光譜儀測定Ca、Mg、Mn、Fe、Zn含量，用石墨爐原子吸收光譜儀分析測定Ni、Cu、Cd、Pb含量。

1.4 計算方法

植物對礦質(zhì)元素的富集能力有一定的差異，通常用富集系數(shù)[8]來表示植物對元素富集程度的高低或富集能力的強弱。富集系數(shù)是指植物體內(nèi)某元素的含量與土壤中某元素含量的比值，它在一定程度上反映了土壤-植物系統(tǒng)中元素遷移的難易程度，富集系數(shù)越大，表明植物對某元素的富集能力越強。計算公式如下：

富集系數(shù)=植物體內(nèi)某元素含量/土壤中某元素含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同茶葉中礦質(zhì)元素含量的比較和分析

由表1可知，茶葉中各種礦質(zhì)元素含量差異較大，但在不同茶葉品種間呈現(xiàn)出一致性規(guī)律，各種礦質(zhì)元素含量在不同品種茶葉中的排序基本表現(xiàn)為Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu>Ni>Cd、Pb，與前人的研究結(jié)果[9-12]一致。其中重金屬元素Pb、Cd的含量遠低于無公害茶葉的限量值（Pb、Cd含量的限量值分別為5、1 mg/kg）。

由表1還可看出，在7個茶葉品種中，Ca含量排序為黃觀音>黃金芽>玉麒麟>碧香早>湘波綠>福鼎大毫>紫鵑;Mg含量排序為玉麒麟、黃金芽>碧香早、湘波綠>黃觀音、福鼎大毫>紫鵑;Mn含量排序為黃金芽>湘波綠>黃觀音>玉麒麟>福鼎大毫>紫鵑>碧香早;Fe含量排序為湘波綠>黃觀音>碧香早>黃金芽>紫鵑>福鼎大毫>玉麒麟;Zn含量排序為湘波綠>紫鵑>玉麒麟>黃觀音>福鼎大 毫> 黃金芽>碧香早;Cu含量排序為湘波綠>福鼎大毫>碧香早>玉麒麟>黃金芽>紫鵑、黃觀音;Ni含量排序為黃金芽>玉麒麟>湘波綠>福鼎大毫>黃觀音>碧香早>紫鵑。從有益礦質(zhì)元素含量上分析可知，湘波綠中Fe、Zn、Cu含量最高，Mn含量次之，Ni含量再次之，而Ca含量較低（Ca含量越高，茶葉品質(zhì)相對越差）。由此可知，湘波綠為7種茶中品質(zhì)較優(yōu)的茶葉[13]。

不同礦質(zhì)元素在不同茶葉中的含量有較大差異，有的差異不明顯，如Ca在黃觀音中的含量最高（4.60 g/kg），在紫鵑中的含量最低（2.21 g/kg），在黃觀音中的含量為紫鵑的2.08倍;Mn在黃金芽中的含量最高（775 mg/kg），在碧香早中的含量最低（283 mg/kg），在黃金芽中的含量為碧香早中的 2.74倍;Mg在黃金芽中的含量最高（2.75 g/kg），但僅為含量最低的紫鵑（2.01 g/kg）的1.37倍;湘波綠中的Zn含量僅為碧香早中Zn含量的1.14倍;湘波綠中的Cu含量僅為黃觀音中Cu含量的1.37倍等。

2.2 土壤礦質(zhì)元素含量分析

茶樹種植所需土壤均為酸性土壤，本研究中土壤的pH值范圍在4.34～5.07之間，非常適合茶樹種植。由表2可以看出，7種礦質(zhì)元素在土壤中的含量較低，根據(jù)GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》和NY 5199—2002《有機茶產(chǎn)地環(huán)境條件》，土壤中的Pb、Cd含量達到一級土壤和有機茶園的環(huán)境質(zhì)量標準。

2.3 茶葉對礦質(zhì)元素的富集特征分析

茶園土壤是茶葉中礦質(zhì)元素的主要來源，茶葉中不同礦質(zhì)元素的富集能力存在差異，為了反映這樣的差異，一般用富集系數(shù)來表征。由表3可知，茶葉對土壤中各類礦質(zhì)元素的富集能力存在較大差異，7種茶葉對Mg、Ca、Mn的富集能力最強，富集系數(shù)均大于1，在9.2～261.9之間，對Zn、Cu、Ni、Cd的富集能力一般，富集系數(shù)在0.2～1.2之間，對Fe、Pb的富集能力較弱，富集系數(shù)在0～0.03之間，與前人的研究結(jié)果[14]一致。不同品種的茶葉對同種礦質(zhì)元素的富集能力也存在較大差異，湘波綠對Cu、Mg、Mn、Fe的富集能力最強;玉麒麟對Cd的富集能力最強;紫鵑對Zn的富集能力最強;黃觀音對Ca、Ni的富集能力最強。黃金芽和玉麒麟對Mn、Fe的富集能力最弱，紫鵑對Ca的富集能力最弱，黃金芽對Zn、Cu、Ni的富集能力最弱，玉麒麟對Mg的富集能力最弱，湘波綠對Cd的富集能力最弱。

不同茶葉品種對礦質(zhì)元素存在一定的富集規(guī)律，湘波綠、碧香早和福鼎大毫中各種礦質(zhì)元素的富集系數(shù)排序為Mg>Ca>Mn>Cu>Zn>Ni>Cd>Fe、Pb;黃觀音和紫鵑中各種礦質(zhì)元素的富集系數(shù)排序為Mg>Ca>Mn>Zn>Cu>Ni、Cd>Fe、Pb;玉麒麟和黃金芽中各種礦質(zhì)元素的富集系數(shù)排序為Ca>Mg>Mn>Cd>Zn>Cu>Ni>Fe、Pb（表3）。以上結(jié)果表明，不同茶葉品種對礦質(zhì)元素的富集規(guī)律存在一定的差異，可能與品種的遺傳學特性相關(guān)。

由表3還可知，湘波綠、碧香早、福鼎大毫、黃觀音、紫鵑對Mg的富集系數(shù)是玉麒麟、黃金芽的3～15倍，而7個茶葉品種中的Mg含量接近，可能是由種植土壤中Mg含量差異較大引起的。研究表明，交換性及有效態(tài)礦質(zhì)元素才能被植物吸收轉(zhuǎn)運，富集系數(shù)計算時用的是土壤中礦質(zhì)元素的總量而非活性態(tài)，才導致出現(xiàn)富集系數(shù)差異巨大，而茶葉中該元素含量卻接近的情況。Ca、Mg、Mn的富集系數(shù)都大于9，最高達到261.516。出現(xiàn)過大富集系數(shù)的原因可能有以下幾點：（1）每個地區(qū)的元素含量有區(qū)別，（2）茶葉獲取礦質(zhì)元素并非土壤1種途徑，（3）富集系數(shù)是質(zhì)量分數(shù)的比值，并不代表茶葉中各礦質(zhì)元素的總量比土壤中的多。由此可見，出現(xiàn)這樣的情況也是合理的。

3 結(jié)論

在本研究中，茶樹種植區(qū)的土壤為酸性土壤，礦質(zhì)元素豐富，且有害重金屬含量低，滿足優(yōu)質(zhì)茶的種植需求。Mg、Ca、Mn、Cu、Fe、Zn、Ni等礦質(zhì)元素在7個茶葉品種中含量豐富，Pb、Cd等有害重金屬元素含量低，土壤和茶葉中的重金屬含量都達到無公害食品的要求。

各種礦質(zhì)元素在茶葉中的含量排序基本表現(xiàn)為Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu>Ni>Cd、Pb;Ca含量最高的是黃觀音，Mg含量最高的是玉麒麟，Mn、Ni含量最高的是黃金芽，F(xiàn)e、Zn、Cu含量最高的是湘波綠。綜合各種礦質(zhì)元素的含量可知，湘波綠為7個品種中品質(zhì)較優(yōu)的茶。

由富集系數(shù)可知，茶葉對Mg、Ca、Mn的富集達到超富集，對Zn、Cu、Ni、Cd的富集能力一般，對Fe、Pb的富集能力較弱。茶葉對Ca、Mg、Mn的富集系數(shù)過大，且品種間差異較大，可能與土壤中Ca、Mg、Mn總量低、計算方法及礦質(zhì)元素來源途徑較多有關(guān)。

不同茶葉對各礦質(zhì)元素的富集能力存在差異，湘波綠、碧香早和福鼎大毫的富集系數(shù)排序為Mg>Ca>Mn>Cu>Zn>Ni>Cd>Fe、Pb;黃觀音、紫鵑的富集系數(shù)排序為Mg>Ca>Mn>Zn>Cu>Ni、Cd>Fe、Pb;玉麒麟、黃金芽的富集系數(shù)排序為Ca>Mg>Mn>Cd>Zn>Cu>Ni>Fe、Pb。富集系數(shù)的差異可能與土壤中各礦質(zhì)元素的總量及品種遺傳學特性相關(guān)。

元素的富集系數(shù)高，不代表該元素在茶葉中的累積量就多，例如湘波綠對Mn的富集系數(shù)為16.960，Mn含量為 501 mg/kg，而黃金芽對Mn的富集系數(shù)為9.215，Mn含量卻為775 mg/kg。茶樹對礦質(zhì)元素的吸收除了與土壤中的礦質(zhì)元素總量相關(guān)外，還與灌溉、施肥、土壤理化性質(zhì)、降水量、元素的存在形態(tài)以及茶樹對礦質(zhì)元素的選擇性吸收有關(guān)。因此，富集系數(shù)只能在一定程度上反映植物對土壤元素的吸收富集能力，為了更好更精確地表示植物對元素的富集能力及累積情況，不能僅從富集系數(shù)判斷，需要從多方面進行補充和評價。

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