陜南茶園茶葉品質(zhì)分析及重金屬含量現(xiàn)狀評估

趙佐平，付 靜，岳思羽，王 蒙，王 琦，劉智峰，湯 波 ，同延安

（1. 陜西理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，漢中 723001；2. 秦巴生物資源與生態(tài)環(huán)境省部共建國家重點實驗室，漢中 723001；3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，楊凌 712100）

0 引 言

茶葉中含有的生化成分具有抗癌、消炎[1-3]，驅(qū)除人體自由基[4-5]、抗氧化等奇特的保健功能，被譽為“東方文明的象征”[6]。有研究證實茶葉中有600 多種生化成分，主要成分有茶多酚、兒茶素、游離氨基酸、茶氨酸、咖啡堿等營養(yǎng)物質(zhì)。但不同品種，不同種植基地茶葉中這些主要成分含量差異較大。

茶葉作為特殊的飲品植物，生產(chǎn)時通常是茶樹上采下的鮮葉不經(jīng)洗滌直接加工，與其他作物相比，茶葉上的污染物殘留水平會較高；飲用時用水連續(xù)浸泡茶葉，因此浸出的可能性較大。首先，茶樹本身為多年生常綠植物，其葉片與其他一年生植物相比有更多的時間吸附和沉積空氣中的污染物。其次，茶樹是一種能富集土壤和環(huán)境中重金屬的植物，如果茶園土壤被污染，污染物富集在葉片中，連續(xù)浸泡后，浸出污染物的可能性則較大，對人體健康則會造成潛在威脅。因此，茶園土壤重金屬含量，茶葉的營養(yǎng)物質(zhì)指標(biāo)及茶葉浸泡后浸出液中礦質(zhì)元素含量應(yīng)引起關(guān)注。近年來，有關(guān)茶園土壤肥力特征、理化性狀和有益礦質(zhì)元素對茶葉品質(zhì)的影響等方面的報道較多[7-8]，同時茶園土壤重金屬污染問題也引起了更多關(guān)注[9-10]。陳宗懋等[10]研究發(fā)現(xiàn)，茶樹本身為多年生的常青植物，其在土壤中富集重金屬的能力比在相同條件下的其他植物具有更高的敏感性。當(dāng)外源重金屬進入茶園土壤時，很難被微生物降解，常在土壤環(huán)境中富集，甚至轉(zhuǎn)化成毒性更大的化合物[11]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化肥、農(nóng)藥的大量施用、污泥和動物糞便等有機肥的施用都會造成外源重金屬進入土壤，并使其含量富集升高。敖明等[12]研究表明，由于大量化肥和農(nóng)藥的施用，土壤中鎘（Cd）和鉛（Pb）的含量都有可能增加。

綜上，茶葉作為特殊的飲品植物，如果產(chǎn)地環(huán)境被污染，或污染物存在于空氣中從而富集在葉片中，浸泡后，浸出污染物的可能性則較大，對人體健康則會造成潛在威脅。茶園土壤重金屬和茶葉中重金屬含量及茶葉浸出液中重金屬含量三者之間的關(guān)系及產(chǎn)地環(huán)境對茶葉品質(zhì)的影響等相關(guān)研究報道甚少。

陜西屬中國 4 大茶區(qū)中的江北茶區(qū)，作為西北地區(qū)最大的茶葉的種植基地，茶園面積達到了 14.4 萬 hm2，占全國茶園總面積5%，近年來，隨著陜西茶葉知名度的不斷增加，特別是綠茶知名度不斷提升，在第31 屆巴拿馬國際博覽會上，“漢中仙毫”獲得綠茶類唯一金獎，“漢中仙毫”茶品牌知名度大為提升，陜西茶園增長面積也迅速增加，近 5 年來，增加面積始終排在全國前列，而陜西茶園則主要集中在陜南，該區(qū)域茶葉種植生產(chǎn)已成為農(nóng)民群眾脫貧致富和生態(tài)保護的主要產(chǎn)業(yè)。在大力發(fā)展種植茶樹的同時卻少有學(xué)者對該區(qū)域茶葉營養(yǎng)物質(zhì)及種植環(huán)境進行系統(tǒng)調(diào)查研究。因此，本研究自2015 年起以陜南茶葉主要種植區(qū)8 個縣區(qū)33 個茶園33 個茶葉樣品和 330 個土壤樣本為研究對象，對其茶園土壤重金屬含量及茶葉品質(zhì)及茶葉浸出液礦質(zhì)元素含量進行分析研究，以期為陜南茶園無公害種植、生態(tài)風(fēng)險預(yù)警和茶葉安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料方法

1.1 試驗材料

選取陜南漢中盆地茶葉主要種植區(qū)西鄉(xiāng)縣、寧強縣、南鄭區(qū)、勉縣、鎮(zhèn)巴縣、城固縣、洋縣和略陽縣的茶園土壤及茶葉為調(diào)查對象，以 8 個選定縣區(qū)的茶園種植區(qū)總面積和第 2 次土壤普查抽樣點的位置為依據(jù)，確定了土壤采樣點的數(shù)量和分布。

在8 個茶葉種植縣區(qū)的33 個茶園中，以網(wǎng)格化布點采集0～30 cm 土層土樣，網(wǎng)格范圍為500 m×500 m，網(wǎng)格內(nèi)對角線采集，同一網(wǎng)塊對角線5 個樣點混合為1 個混合樣，共采土壤樣品 330 個。網(wǎng)格內(nèi)采集茶葉鮮樣，共33 份。土壤混合樣品帶回實驗室內(nèi)，風(fēng)干后去除雜草、植物殘體、礫石等，然后用瑪瑙研缽研磨，分別過20 目和100 目尼龍篩，供pH 值和重金屬全量分析用。茶葉鮮樣殺青后烘干，研磨過20 目尼龍篩，供重金屬全量分析和茶葉品質(zhì)分析。

1.2 測定方法

1.2.1 重金屬測定分析

土壤樣品以HNO3-HClO4-HF 三酸消解后，用火焰原子吸收分光光度計測定鉛（Pb）、銅（Cu）、鉻（Cr）、鋅（Zn）含量；石墨爐原子吸收分光光度計測定鎘（Cd）含量。以 HNO3-H2SO4消解后，原子熒光光譜儀測定砷（As）和 汞（Hg）含量[13]。茶葉樣品重金屬分析測定采用 GB/T 30376—2013 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[14]。

圖1 研究區(qū)位置與采樣點位分布Fig.1 Study area and distribution of the sampling points

茶葉浸出液的制備，準(zhǔn)確稱取1.0 g 茶葉樣品，用研缽磨碎，置于 100 ml 錐形瓶中，加入煮沸的超純水50.0 ml，移入沸水浴中，浸提45 min（每隔10 min 搖動1 次）[15]。浸提結(jié)束后趁熱立即進行減壓過濾，濾液移入100 ml 容量瓶中，用少量熱超純水洗滌殘渣2～3 次，并將濾液并入上述容量瓶中，冷卻后用超純水稀釋定容至100 ml，待測。與此同時作空白對照。

重金屬元素分析的質(zhì)量控制，采用GSS—14 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)加標(biāo)回收，回收率分別為 Cr：96.4%～101.3%，Cu：95.9%～101.5%，Pb：96.5%～108.2%，Zn：92.9%～100.6%，Cd：93.2%～104.9% ，Hg：93.6%～99.8%，As：94.3%～99.59%。

采用過20 目尼龍篩土樣以土水比為1∶5 pH 電位法測定土樣pH 值。

1.2.2 茶葉品質(zhì)分析

1）兒茶素及茶多酚總量的測定

稱取0.2 g（精確到0.000 1 g）均勻磨碎的試樣于具塞離心管中，加入在70 oC 中預(yù)熱的70%的甲醇5 ml，用玻璃棒充分?jǐn)嚢杈鶆驖駶?，立即移入裝有70 oC 水的超聲波清洗器中，浸提15 min，于離心機中在5 000 r/min 的轉(zhuǎn)速下離心10 min，將上清液轉(zhuǎn)移至10 ml 容量瓶。殘渣再用5 ml 的70%甲醇溶液提取1 次，重復(fù)以上操作，合并提取液定容至 10 ml。搖勻（該提取液在 4 oC 可至多保存 24 h）。用移液管移取上述提取液2～10 ml 容量瓶，用穩(wěn)定溶液定容至刻度，搖勻過0.45μm 無機濾膜，待測[16]。

兒茶素和茶多酚標(biāo)準(zhǔn)曲線制備方法：取標(biāo)準(zhǔn)儲備液，用穩(wěn)定溶液逐級稀釋得濃度分別為 51.9、103.8 和155.7μg/ml 的兒茶素（Catechins，C）標(biāo)準(zhǔn)溶液，41.1、82.2 和 123.3μg/ml 的表兒茶素（Epicatechin，EC）標(biāo)準(zhǔn)溶液，47.6、95.2 和142.8μg/ml 的表兒茶素沒食子酸酯（Epicatechin Gallate，ECG）標(biāo)準(zhǔn)溶液，56.7、113.4 和170.1μg/ml 的表沒食子兒茶素（Epigallocatechin，EGC）標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別將25 ml EDTA-2Na 溶液，25 ml 抗壞血酸溶液，50 ml 乙腈加入500 ml 容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度，搖勻，分別將4 種兒茶素的3 個濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液以10μl 進樣量在超高效液相質(zhì)譜聯(lián)用儀上進行分析，以峰面積為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線[17-18]。表1為標(biāo)準(zhǔn)工作曲線回歸方程和相關(guān)系數(shù)。

表1 兒茶素與茶多酚標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及相關(guān)系數(shù)Table 1 Standard curve equation and correlation coefficient of catechins and tea polyphenols

色譜條件：采用TC—C18（250 mm×4.6 mm，5μm）色譜柱，流動相為甲醇（A）—0.2%磷酸水溶液（B），梯度洗脫（100% A 相保持10 min；15 min 內(nèi)由100%A相至 68%A 相、32%B；68%A 相、32%B 保持 10 min，至100%A 相），流速為1.0 ml/min，檢測波長為278 nm，柱溫為35 ℃。

2）游離氨基酸總量測定

準(zhǔn)確稱取3.0 g（精確至0.001 g）磨碎的茶葉試樣置于500 ml 燒瓶中，加入煮沸的蒸餾水450 ml，迅速轉(zhuǎn)至放有沸水的恒溫超聲波，超聲時間20 min，完畢后立即進行減壓過濾，濾液移入500 ml 容量瓶中，冷卻后，用蒸餾水定容至刻度[19]。

游離氨基酸總量和茶氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線制備方法：分別吸取1 ml 茶氨酸或谷氨酸系列標(biāo)準(zhǔn)工作液于25 ml 比色管中，分別加入pH 值為8.0 的磷酸鹽緩沖液0.5 ml 和l2%茚三酮溶液0.5 ml，在沸水浴中加熱15 min。冷卻后加蒸餾水定容至25 ml。放置10 min 后，在570 nm 處，以試劑空白溶液作參比，測其吸光度。將測得的吸光度與對應(yīng)的茶氨酸或谷氨酸濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線見表2。

表2 氨基酸標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及相關(guān)系數(shù)Table 2 Standard curve equation and correlation coefficient of amino acids

3）茶氨酸測定

準(zhǔn)確稱取0.5 g（精確到0.001 g）磨碎的茶葉試樣，加入 80 ℃的蒸餾水 100 ml，超聲波提取 45 min，4 000 r/min 離心5 min，取上清液。將C18固相萃取柱經(jīng)5 ml 甲醇活化，用5 ml 蒸餾水平衡后，將試液過C18固相萃取柱進行凈化，再經(jīng)0.45μm 的微孔濾膜過濾到棕色自動進樣瓶中，待衍生用[20-22]。準(zhǔn)確吸取茶氨酸標(biāo)樣品試液 0.5 ml 于棕色自動進樣瓶中混勻，臨進樣前加人0.5 ml OPA 衍生試劑，反應(yīng) 2 min 后，立即取 10μl 進樣。

1.3 重金屬評價方法及評價標(biāo)準(zhǔn)

以陜西省土壤背景值作為參比值，采用 Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對供試茶園土壤污染風(fēng)險進行評價[23]。潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法主要用于對土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評估，其特點是綜合考慮了多元素的濃度、毒性、生態(tài)敏感性和協(xié)同作用[24-25]。其計算如式（1）～式 （4）所示

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

數(shù)據(jù)為平行樣測定結(jié)果的平均值，采用EXCEL2016、SPSS19. 0 等軟件進行統(tǒng)計分析。

表3 潛在生態(tài)危害指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Evaluation standard of potential ecological hazard indices

2 結(jié)果與分析

2.1 不同茶園茶葉品質(zhì)分析

2.1.1 兒茶素與茶多酚含量分析

兒茶素類為茶湯苦澀味的主要貢獻因子，主要由兒茶素（C）、表兒茶素（EC）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）、表沒食子兒茶素（EGC）等構(gòu)成，通常占茶多酚總量的60%～80%[26]，茶多酚不僅是描述茶湯滋味濃度和湯色的一個重要指標(biāo)，也是評價茶葉品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，茶多酚和兒茶素類都具有較強的抗氧化、降血糖、降血脂、防癌抗癌、預(yù)防動脈粥樣硬化和心血管疾病等多種生物學(xué)作用[27]，其在食品工業(yè)領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用，可用作保鮮劑、抗氧化劑等。本研究測定分析結(jié)果顯示（表4），33個茶葉樣品中兒茶素類含量相差未達到顯著水平，兒茶素含量范圍18.48%～22.37%，平均總量為20.74%；其中C、ECG、EGC 和EC 含量范圍分別為0.32%～0.62%、1.48～2.18%、4.38～5.85%和 12.06%～13.96%，平均含量依次為0.45%、1.70%、5.25%和13.33%。33 個茶園茶葉樣品茶多酚平均含量為 25.58%，其范圍為 22.23%～27.55%。通常情況，茶鮮葉中多酚類物質(zhì)含量一般在18%～36%（干質(zhì)量）之間[28]，每100 g 所測試茶葉樣品中茶多酚含量均在22 g 以上，單從多酚類含量角度評價，其多酚類含量均在范圍之間。說明陜南綠茶品質(zhì)良好。

表4 不同區(qū)域茶園茶葉中兒茶素、茶多酚、游離氨基酸總量、茶氨酸含量分析Table 4 Analysis of catechins, tea polyphenols, total free amino acid and theanine content in tea leaves samples from different tea plantations %

2.1.2 游離氨基酸總量及茶氨酸含量分析

氨基酸對人體的營養(yǎng)吸收和生理發(fā)育有著重要的影響，茶葉中含有多種氨基酸，其中茶氨酸是茶科植物特有的氨基酸，是綠茶鮮爽滋味的主要來源，可緩解茶的苦澀味，增強其甜味，是構(gòu)成茶葉品質(zhì)的重要成分之一[27]。有研究表明茶氨酸具有一定的降壓、保護神經(jīng)細(xì)胞、提高人體免疫力等生理功能[29-30]。由表 4 可知，本研究區(qū)域33 個茶園茶葉游離氨基酸含量范圍在3.37%～6.42%，平均值為4.86%。有研究表明氨基酸含量一般在1%～4%左右[29]。本研究測定結(jié)果中游離氨基酸含量范圍與前人研究結(jié)果相比，含量高于前人研究結(jié)果，說明供試茶葉口感香甜，品質(zhì)良好。通常情況下茶氨酸含量占游離氨基酸含量的 50%以上，而研究區(qū)域茶葉中茶氨酸含量范圍在 1.70%～3.18%，平均值為 2.45%，占游離氨基酸平均含量的51%，進一步說明漢中茶葉鮮爽香甜，品質(zhì)優(yōu)良。

2.2 不同茶園土壤和茶葉中重金屬含量評估分析

2.2.1 茶園土壤重金屬含量特征分析

以陜西省土壤重金屬背景值和《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618—2018）[31]中農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值對供試茶園的 330 個土樣 7種重金屬含量進行統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示，供試茶園各重金屬元素含量差異較大，Cd 為 0.03～0.32 mg/kg、Cu 為 7.48～29.03 mg/kg、Pb 為 2.45～29.16 mg/kg、Cr 為 0.83～27.76 mg/kg、Hg 為 0.08～0.38 mg/kg、As 為 2.12～13.97 mg/kg、Zn 為25.73～146.94 mg/kg（表5）。依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)險篩選值結(jié)合pH 值分段評價，供試土壤樣本中有5.76%的樣本Cd 含量高于土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)險篩選值，但遠低于風(fēng)險管控值（1.50 mg/kg，pH 值≤5.5）。而農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)險篩選值指的是土壤中污染物的含量等于或低于該值的，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)作物生長或土壤生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險低，一般可以忽略，超過該值的，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)作物生長或土壤生態(tài)環(huán)境可能存在風(fēng)險，應(yīng)當(dāng)加強土壤環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測，原則上應(yīng)當(dāng)采取安全利用措施。其他6 種重金屬（Cu、Pb、Cr、Hg、As 和Zn）含量均未超過土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)險篩選值。7 種重金屬平均含量遠低于土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)險篩選值。

結(jié)合陜西省土壤重金屬背景值累計分析，供試茶園土壤樣本中Pb 和Cu 的最大含量較高超過陜西土壤重金屬背景值，但其平均濃度低于背景值。而 Zn、Hg、As和Cd 的平均含量高于陜西省土壤背景值，表明這 6 種重金屬在采樣區(qū)茶園土壤上有一定程度的累積。特別是Zn、Hg、As 和Cd 的平均濃度為陜西土壤重金屬背景值1.26、1.11、1.07 和1.11 倍。其中Cd 含量超過背景值的比例為41.17%，Hg 含量超過背景值的比例為35.29%，Pb 含量超過背景值的比例為15.68%，Cu 含量超過背景值的比例為19.60%，Zn 含量超過背景值的比例為43.13%，As 含量超過背景值的比例為27.45%，表明在種植環(huán)境中，外界因素已經(jīng)導(dǎo)致研究區(qū)域部分土壤中重金屬含量升高，并以Zn、Cd 和Hg 的累積效應(yīng)較大。

表5 研究區(qū)域土壤重金屬匯總統(tǒng)計Table 5 Summary statistics of heavy metal concentrations in the topsoil of study areas

有研究在評價中采用變異系數(shù)（Coefficient of Variation，CV）來反映重金屬在研究區(qū)域分布和污染程度的差異大小，變異系數(shù)越大，則采樣點在總體樣本中平均變異程度越大[32-34]。供試茶園土壤中這 7 種重金屬含量變異系數(shù)（CV）由大到小依次為As、Cd、Hg、Cr、Zn、Pb 和Cu（表 5），其中 As、Cd 和Hg 的變異系數(shù)分別達52.24%、49.30%和48.55%，而Cr、Zn、Pb 的變異系數(shù)均>30%，說明研究區(qū)不同茶園間土壤As、Cd 和Hg 的分布差異較大。Pb 和Zn 變異系數(shù)介于 30%～40%間，Cu 變異系數(shù)CV 為29.10%（＜30%），表明其空間分布相對均勻。

2.2.2 茶葉中重金屬含量評價分析

農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《有機茶》（NY5196—2002）規(guī)定茶葉中Cu≤30 mg/kg[35]。《無公害食品茶葉》標(biāo)準(zhǔn)（NY5244—2004）和 NY659—2003 標(biāo)準(zhǔn)[36-37]中規(guī)定茶葉中 Cd、Cr、As、Hg 和 Pb 的限量標(biāo)準(zhǔn)分別為 Cd≤1 mg/kg、Cr≤5 mg/kg、As≤2 mg/kg、Hg≤0.3 mg/kg 和 Pb≤5 mg/kg。茶葉中 Zn的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)暫無，故不做評價。依此評價供試茶園33 個茶葉樣本中重金屬含量，結(jié)果顯示，茶葉中各重金屬含量差異較大，Cd 為 0.02～0.19 mg/kg、Cu 為 3.18～20.16 mg/kg、Pb 為 0.04～2.65 mg/kg、Cr 為 0.09～4.89 mg/kg、Hg 為 0.02～0.30 mg/kg、As 為 0.66～1.16 mg/kg 和 Zn 為 34.82～55.38 mg/kg（表 6）。33 個茶園中茶葉Cu 含量標(biāo)準(zhǔn)符合《有機茶》（NY5196—2002）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，32 個茶葉樣本符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無公害食品茶葉》（NY5244—2004）和NY659—2003 標(biāo)準(zhǔn)。1 個樣品中 Hg 含量高于農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無公害食品茶葉》（NY5244—2004），超過標(biāo)準(zhǔn)限值1.66%，說明研究區(qū)域茶葉中相關(guān)重金屬含量可能受土壤重金屬含量的影響，也可能受其他外界因素影響。變異系數(shù)值表明，茶葉中Cd、Cu、Pb、Cr 和 Hg 含量變動幅度較大，分別為81.86%、69.56%、73.08%、81.34%和85.04%。Zn 和As變動幅度小，一定程度上反應(yīng)出供試茶園茶葉中 Zn 和As 含量比較接近。

表6 研究區(qū)域茶葉重金屬匯總統(tǒng)計Table 6 Summary statistics of heavy metal concentrations in tea leaves of study areas

2.2.3 茶園土壤重金屬含量對茶葉中重金屬含量的影響

土壤中各重金屬相關(guān)性顯示，Cd 與Pb、Hg、As 的相關(guān)系數(shù)分別為0.319、0.858、0.865，均>0.224，達極顯著水平；Cu 與 Cr、Zn 的相關(guān)系數(shù)及 Pb 與 Hg、Zn 的相關(guān)系數(shù)均達極顯著水平；Cd 與Zn 的相關(guān)系數(shù)為0.139，相關(guān)性達顯著水平（表7）。由相關(guān)系數(shù)分析可知土壤中Cd、Pb、Hg 和As 可能具有相似的來源，且呈現(xiàn)相互伴隨的復(fù)合污染現(xiàn)象；Cu、Cr 和Zn 來源途徑也可能相同。

供試茶葉與對應(yīng)的茶園土壤中各重金屬相關(guān)性分析顯示，茶葉中As、Cd、Cr、Pb 含量與對應(yīng)的土壤中重金屬含量相關(guān)性不強，甚至茶葉中Cr、As 與土壤中Cr、As 存在負(fù)相關(guān)，說明茶葉中As、Cd、Cr、Pb 來源與土壤中的全量重金屬相關(guān)性不大，而茶葉中Hg 含量與土壤中Hg 含量相關(guān)系數(shù)為0.216，達顯著水平（P＜0.05）。茶葉中Cu 和Zn含量與土壤中Cu 和Zn 含量相關(guān)系數(shù)分別為0.121 和0.108。由相關(guān)系數(shù)分析可知，茶葉中重金屬（As、Cd、Cr、Pb）含量與土壤全量重金屬含量相關(guān)性不顯著，但并不能簡單判斷茶葉中這些重金屬不受土壤中重金屬的影響。因為，土壤pH 值和氧化還原電位也會影響茶葉對土壤中相關(guān)成分的吸收。謝忠雷等[38]研究表明茶園土壤pH 值和氧化還原電位共同控制各形態(tài)重金屬的轉(zhuǎn)換平衡，當(dāng)pH 值<5 以下，pH 會成為控制重金屬存在形態(tài)的主要因素。供試茶園土壤pH 值范圍為4.19～5.54，均值為4.78，隨著pH 值的降低，難溶態(tài)轉(zhuǎn)為易溶態(tài)的量會增加，進而會影響茶葉中重金屬含量的增加?；谝陨戏治?，土壤中重金屬Hg 對茶葉中 Hg 含量存在一定的正相關(guān)性的特點，可能是pH 值影響了茶園土壤中易溶態(tài)Hg 的量的增加；也可能是空氣中Hg 長期富集在茶葉中所致。該問題有待結(jié)合茶葉浸出液一起討論分析。

表7 茶園土壤重金屬間及與茶葉重金屬的相關(guān)性分析Table 7 Correlation analysis of heavy metal contents between tea leaves and topsoil in tea plantations

2.2.4 茶葉浸出液中重金屬含量及健康風(fēng)險評價

重金屬通過飲茶途徑進入人體后所引起的健康風(fēng)險包括致癌物和非致癌物，而茶葉浸出率決定了重金屬從茶葉到茶湯的遷移能力[39]。本研究從浸出率來評價重金屬可能對人體造成的健康風(fēng)險危害。結(jié)合表6 和表 8顯示，浸出液中重金屬含量明顯小于茶葉中的各重金屬的含量，甚至出現(xiàn)葉片中重金屬含量低時，浸出液中無法檢出。Zn 和Cu 在33 個茶葉浸出液樣本均有檢出，其含量范圍分別為 8.56～21.29μg/g 和 2.28～5.59μg/g，浸出液樣本中有17 個樣本中檢出Cr。茶葉中Pb、Hg、As 和Cd 的含量較低，在浸出液中均無法檢出，7 種重金屬檢出限范圍為3.0×10-6～2.5×10-4μg/g。茶葉浸出液中各重金屬的含量與茶葉本體中重金屬的含量有一定的正相關(guān)關(guān)系。僅Zn、Cu 和Cr 有浸出，平均浸出率分別為32.65%、24.96%和10.50%。結(jié)合土壤-茶葉-浸出液系統(tǒng)（表6、表7 和表8），茶葉樣品中Hg 含量與土壤樣品中的 Hg 含量有較為明顯的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.216 這可能是pH 值影響了茶園土壤中易溶態(tài)Hg 的量的增加，導(dǎo)致其向葉片中轉(zhuǎn)移；也可能是 Hg在茶葉中具有較高富集能力，吸附了存在于空氣中的Hg。但本研究主要采集的是茶葉嫩芽，并非多年生老葉，因此葉片在空氣中暴露的時間不足以吸附空氣中的Hg。而浸出液系統(tǒng)未浸出Hg 元素，可能與其存在狀態(tài)有關(guān)，也可能與其葉片中Hg 含量高低有關(guān)。若Hg 以水溶性強的形式存在，則相應(yīng)的浸出率會較高。當(dāng)然除受上述原因影響外，還與浸泡時間、次數(shù)、溫度等有關(guān)。

表8 茶葉浸出液中重金屬元素的含量Table 8 The content of heavy metal elements in the tea leaching liquid

2.4 茶園重金屬綜合評估

對重金屬單項生態(tài)風(fēng)險進行了評價，評價結(jié)果見表 9，Cd、Cu、Pb、Cr、Hg、As 和 Zn 的單項生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值分別為33.89、4.26、2.32、0.41、44.46、9.37和0.83，除重金屬Hg 外，其他6 種重金屬元素的單項生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值均＜40，盡管重金屬Hg 單項生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值為44.46（＞40），但指數(shù)值的范圍較窄為17.67～83.97。采樣區(qū)重金屬 As、Pb、Cu、Zn、Cr 單項生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的最大值均＜40，說明采樣區(qū)這 5 種重金屬都處于低度生態(tài)風(fēng)險等級，對研究區(qū)域茶園土壤潛在生態(tài)風(fēng)險貢獻較低。研究區(qū)域土壤中Cd、Cu、Pb、Cr、Hg、As 和 Zn 的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)IR最大值為226.90，最小值為 23.58，平均值為95.37（＜150），表明該研究區(qū)域總體上處于較低的潛在生態(tài)風(fēng)險水平。

表9 土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險指數(shù)統(tǒng)計Table 9 Statistical analysis of the ecological risk index of soil heavy metals

3 討 論

茶多酚是多經(jīng)基酚類衍生物的總稱，對茶葉的保健功能和茶湯的滋味具有非常重要的影響。藥理學(xué)研究顯示，茶多酚不僅具備多種藥理功效和生理活性，如抗輻射、抗菌、抗病毒、抗癌變、抗氧化、抗突變、降血脂、降低膽固醇、預(yù)防冠狀動脈粥樣硬化、清除自由基等，而且還是一種天然抗氧化劑。本研究采集的茶葉樣品中茶多酚含量范圍為22.23%～27.55%，國內(nèi)綠茶茶多酚一般含量為25.00%[40]，本研究與前人研究基本一致，而張軍安[41]研究發(fā)現(xiàn)漢中綠茶的茶多酚含量為30.07%，這可能與供試茶葉土壤肥力不同或采收時間及加工工藝有所不同造成，也可能是茶樹生長條件不同、品種來源不同造成的，新嫩葉比粗老葉含量高，夏茶比春茶含量高，茶葉部位不同含量也不同。

茶氨酸是茶葉中重要的生理活性成分，具有增強免疫力、降血壓、降血糖、降血脂、減慢心率、抗凝血、抗腫瘤、抗血栓、耐缺氧、增加冠脈流量、清除自由基等作用[29]。而供試茶葉茶氨酸平均含量為2.46%，高于王峰等[39]研究的炒青綠茶中的含量 1.83%。何金明等[40]的研究發(fā)現(xiàn)嶗山綠茶中游離氨基酸的含量為10.761%。而供試33 個茶園綠茶游離氨基酸含量范圍在3.37%～6.42%，平均值為4.86%，最高含量達到6.11%，與其游離氨基酸含量相差較大，可能是由于生長環(huán)境、管理方式、茶葉品種等不同引起的。

在茶園重金屬評估分析中，依據(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[36-37]，32 茶園茶葉樣品符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無公害食品茶葉》（NY5244—2004）和NY659—2003 標(biāo)準(zhǔn)，33 個茶園中茶葉Cu 含量標(biāo)準(zhǔn)符合有機茶相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。此外，浸出液中重金屬含量明顯小于葉片中各元素的含量，并且葉片中含量多的重金屬在浸出液中含量亦多；由于 Pb、Hg、As和Cd 的含量較低，在浸出液中無法檢出。茶葉浸出液中各重金屬的含量與茶葉本體中重金屬的含量有一定的正相關(guān)關(guān)系。

羅杰等[42]研究表明，茶葉中對茶葉品質(zhì)產(chǎn)生重要影響的有機物（咖啡堿、茶多酚）還會受土壤中的重金屬含量的影響，土壤中 Cd、Cr、Pb、Hg 含量與茶葉中的咖啡堿呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤中重金屬含量越高，會降低咖啡堿的含量，研究還發(fā)現(xiàn)Cr 和Cd 含量與茶多酚也呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。同時重金屬Cd 如果在浸出液中溶出，則會與茶葉浸出物中的有機物發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，進而影響湯色和口感。盡管供試茶園土壤中重金屬含量現(xiàn)狀總體上是清潔的，但個別茶園受到Cd 含量的影響，最高生態(tài)風(fēng)險指數(shù)達 103.72，而 Hg 的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的平均值為44.4，最大值為83.97。因此個別茶園中土壤中Cd 和Hg等重金屬環(huán)境問題應(yīng)引起重視。因為除了土壤中的重金屬含量會影響茶葉品質(zhì)外，土壤如果被Cd 污染后，還會影響茶樹的生長發(fā)育，使茶葉葉片褪綠，呈現(xiàn)棕色，嚴(yán)重時會使茶樹生長遲緩、產(chǎn)量下降。特別是供試茶園中5.76%的Cd 含量高于土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)險篩選值。依據(jù)土壤污染風(fēng)險篩選值有關(guān)規(guī)定，超過該值的，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)作物生長或土壤生態(tài)環(huán)境可能存在風(fēng)險，應(yīng)當(dāng)加強土壤環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測，原則上應(yīng)當(dāng)采取安全利用措施。但本研究茶葉中Cd含量符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無公害食品茶葉》（NY5244—2004）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且土壤中 Cd 和茶葉中Cd 相關(guān)性不強，同時茶葉浸出液中并未檢出Cd；對這種現(xiàn)象可能有兩種原因：其一是茶樹對重金屬富集能力有差異性，換言之，土壤中重金屬含量高未必引起茶葉中相應(yīng)重金屬含量的超標(biāo)；其二是茶葉中的重金屬含量受多重因素影響，重金屬含量、形態(tài)、外界環(huán)境，諸如大氣污染等都可能會影響到土壤—茶葉—浸出液系統(tǒng)含量。茶葉樣品中1 個樣品Hg 含量高于農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無公害食品茶葉》（NY5244—2004），超過標(biāo)準(zhǔn)限值1.66%，結(jié)合該采樣點土壤中Hg 生態(tài)風(fēng)險指數(shù)為83.97，且茶葉樣品中Hg含量與土壤樣品中Hg含量相關(guān)系數(shù)為0.216，說明土壤中的累積可能導(dǎo)致茶葉樣品中的累積，這和已有文獻研究結(jié)論基本一致[43]，可用來判斷茶園茶樹是否適宜栽培種植的主要依據(jù)之一，應(yīng)該從源頭上加以控制。

4 結(jié) 論

1）供試茶葉兒茶素含量范圍18.48%～22.37%，平均總量為20.74%；其中兒茶素（Catechins，C）、表兒茶素沒食子酸酯含量（Epicatechin Gallate，ECG）、表沒食子兒茶素含量（Epigallocatechin，EGC）和表兒茶素含量（Epicatechin，EC）平均含量依次為0.45%、1.70%、5.25%和13.33%。茶多酚和游離氨基酸平均含量分別為25.58%和4.86%。

2）32 個茶園茶葉樣品符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無公害食品茶葉》（NY5244—2004）和 NY659—2003 標(biāo)準(zhǔn)，33個茶園中茶葉Cu 含量符合有機茶相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。浸出液中僅Zn、Cu、Cr 有浸出，平均浸出率分別為32.65%、24.9%和10.5%。

3）茶園土壤中，除重金屬Hg 外，其他6 種重金屬元素的單項生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值均＜40。Cd、Cu、Pb、Cr、Hg、As 和 Zn 的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)最大值為226.90，最小值為 23.58，平均值為95.37（＜150），總體上研究區(qū)域處于較低的潛在生態(tài)風(fēng)險水平。