貴州沿河縣塘壩鎮(zhèn)古茶樹(shù)種植區(qū)土壤-茶葉元素含量分析

田永強(qiáng)， 楊再風(fēng)， 劉林林， 彭益書(shū)， 楊瑞東*

(1.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，喀斯特地質(zhì)資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 貴州 貴陽(yáng) 550025； 2.貴州大學(xué) 茶學(xué)院， 貴州 貴陽(yáng) 550025)

茶葉是世界三大飲料之一，其色、味清淡適口，茶葉除含有豐富的氨基酸和茶多酚外，還含有一定量的人體必需微量元素Fe、Zn、Cu、Se、Ni等有益成分，人體可以通過(guò)喝茶直接攝入微量元素。對(duì)于飲用者而言，優(yōu)質(zhì)茶不但可以補(bǔ)充營(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]。但茶葉中有害的微量元素Cd、Hg、Pb、As等含量高低直接影響茶葉的品質(zhì)[2]。除茶葉品種外，生態(tài)環(huán)境(如氣候、海拔、植被覆蓋率等)、地質(zhì)環(huán)境(地層、基巖類(lèi)型、土壤元素地球化學(xué)等)、人類(lèi)活動(dòng)(茶葉種植和管理方式、采集、加工、儲(chǔ)存等)對(duì)茶葉品質(zhì)也影響很大[3]。而地層、土壤中元素直接影響茶葉中微量元素含量。

貴州是茶葉種植大省，已開(kāi)展大量的茶葉種植環(huán)境研究，包括地層、土壤、茶葉中元素組成等。但作為貴州十大古茶樹(shù)之鄉(xiāng)、中國(guó)名茶之鄉(xiāng)、中國(guó)古茶樹(shù)之鄉(xiāng)的沿河古茶樹(shù)種植區(qū)，尚未開(kāi)展環(huán)境地球化學(xué)、茶葉元素組成等研究。因此，以沿河古茶樹(shù)種植區(qū)、茶葉作為研究對(duì)象，開(kāi)展茶葉種植區(qū)環(huán)境地球化學(xué)、茶葉中微量元素組成研究，對(duì)開(kāi)發(fā)貴州古茶樹(shù)資源具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

2020年3月赴沿河塘壩鎮(zhèn)榨子村馬家莊和大田組共采取基巖樣品2件(奧陶系粉砂質(zhì)泥巖，樣品為YanheJY-1和YanheJY-4)、土壤樣品6件(YanheT-1，YanheT-2，YanheT-3，YanheT-4，YanheT-5，YanheT-6)、鮮茶1芽2葉樣品6件(YanheCY-1，YanheCY-2，YanheCY-3，YanheCY-4，YanheCY-5，YanheCY-6)，取村民制好茶樣2件(YanheCY-7，YanheCY-8)。鮮茶樣品取樣間隔直線距離在400 m以上，每件取200 g左右。土壤樣品取樣深度為10～20 cm，樣重約1 000 g(每個(gè)采樣點(diǎn)與茶葉采樣位置對(duì)應(yīng))，基巖樣品約500 g。將采回新鮮茶葉放入干凈鍋爐炒干，密封。

1.2 測(cè)定方法

巖石、土壤、茶葉元素測(cè)試工作在澳實(shí)分析檢測(cè)(廣州)有限公司完成。巖石和土壤采用王水、HNO3-HClO4-HF-HCl消解。分析過(guò)程中稱(chēng)取2份試樣，一份加入王水，在石墨爐上消解，消解完成等待溶液冷卻后，于容量瓶中用去離子水定容，搖勻，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)綜合分析。另一份試樣采用高氯酸(HClO4)、硝酸(HNO3)、氫氟酸(HF)和鹽酸(HCl)進(jìn)行消解；蒸至近干后的樣品用稀鹽酸溶解定容，再用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)分析。根據(jù)樣品的實(shí)際情況和消解效果，綜合取值即是最后的檢測(cè)結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)基巖中元素的分布特征

沿河縣塘壩鎮(zhèn)古茶樹(shù)種植區(qū)基巖主要為奧陶系粉砂質(zhì)泥巖，其13種元素的平均含量為Pb>Cr>Zn>Ni>As>Cu>U>Co>Sb>Se>Mo>Cd>Hg(表1)。其中，平均值大于10 mg/kg的有Pb、As、Cr、Zn和Ni，在1～10 mg/kg的有Cu、U、Co和Sb，其余的Se、Mo和Cd均小于1 mg/kg。

2.2 研究區(qū)種植土壤中元素分布特征

研究區(qū)土壤所測(cè)元素13種，平均含量由高到低依次為Zn>Cr>Pb>Ni>As>Cu>Co>U>Sb>Se>Mo>Cd>Hg(表1)。其中平均值大于10 mg/kg的有Zn、Cr、Pb、Ni、As、Cu和Co，在1～10 mg/kg的有U和Sb，Mo、Se、Cd和Hg均小于1 mg/kg。土壤中元素含量變化與基巖基本對(duì)應(yīng)，說(shuō)明土

壤中大多數(shù)元素繼承了基巖中元素的特征。在基巖中元素Pb含量最高，平均59.85 mg/kg，而在土壤中Zn(平均76 mg/kg)含量最高，土壤中Zn含量比基巖大幅提升。而Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu均符合NY 5020—2001無(wú)公害茶園環(huán)境土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

表1 沿河古茶樹(shù)種植區(qū)巖石、土壤元素含量 mg/kg

2.3 研究區(qū)古茶樹(shù)茶葉中元素分布特征

塘壩鎮(zhèn)榨子村古茶樹(shù)茶葉8件，茶葉中Cu、Ni、Zn、Fe等含量及均值如表2所示。

2.3.1 Cu YanheCY-1樣品Cu含量最高，為15.9 mg/kg，平均含量為13.56 mg/kg。NY/T 288-2012綠色食品茶葉中規(guī)定Cu含量要≤30 μg/g，塘壩鎮(zhèn)榨子村古茶中Cu元素含量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 Ni Ni是人體必需微量元素，人可以通過(guò)茶湯直接攝取Ni。YanheCY-7樣品含量最高，為14.0 mg/kg，最低為YanheCY-4樣品，為6.64 mg/kg。平均含量為10.62 mg/kg。

2.3.3 Zn Zn是人體僅次于鐵的第二必需微量元素，被譽(yù)為生命的火花，對(duì)人體的機(jī)理健康有重要作用。正常成年人每天需10～15 mg[4-5]。韓文等[6]研究表明，我國(guó)茶葉中Zn含量在22.6～89.3 mg/kg。塘壩鎮(zhèn)榨子村古茶Zn含量差異較大(最大值與最小值的差為13.7 mg/kg)，8件樣品Zn含量依次為YanheCY-1(46.3 mg/kg)>YanheCY-7(44.6 mg/kg)>YanheCY-8(39.8 mg/kg)>YanheCY-6(39.4 mg/kg)>YanheCY-2(39.1 mg/kg)>YanheCY-3=YanheCY-4(37.9 mg/kg)>YanheCY-5(32.6 mg/kg)。8件茶樣的Zn平均含量為39.8 mg/kg，屬于富硒茶。

2.3.4 Fe Fe是人體中含量最高的微量元素，其可促進(jìn)人體血液中的血紅蛋白、肌紅蛋白和多種酶的形成，還可為人體提供能量。正常人每天需要9～27 mg[7]，中國(guó)營(yíng)養(yǎng)協(xié)會(huì)則建議正常人每天需鐵量為10～15 mg/kg。鐵缺乏和缺鐵貧血是我國(guó)當(dāng)前面臨的最主要公共問(wèn)題[5]。塘壩鎮(zhèn)榨子村古茶樹(shù)茶葉中鐵元素含量為85～146 mg/kg，平均值為106.5 mg/kg。其中，YanheCY-4號(hào)茶樣含量最高，為146 mg/kg；YanheCY-1號(hào)茶樣含量最低，為85 mg/kg。8件樣品鐵含量排序依次為YanheCY-4(146 mg/kg)>YanheCY-6(121 mg/kg)>YanheCY-7(110 mg/kg)>YanheCY-5(109 mg/kg)>YanheCY-8(99 mg/kg)>YanheCY-3(93 mg/kg)>YanheCY-2(89 mg/kg)>YanheCY-1(85 mg/kg)。

表2 沿河古茶樹(shù)茶葉中元素含量 mg/kg

2.3.5 Cr Cr作為非必需元素，在茶樹(shù)體內(nèi)積累到一定程度，超過(guò)茶樹(shù)的生長(zhǎng)極限值時(shí)，抑制茶樹(shù)新梢的生長(zhǎng)[9]。8件茶葉Cr含量依次為YanheCY-8(0.63 mg/kg)>YanheCY-7(0.39 mg/kg)>YanheCY-2(0.33 mg/kg)>YanheCY-1(0.28 mg/kg)=YanheCY-6(0.28 mg/kg)>YanheCY-4(0.27 mg/kg)>YanheCY-3(0.24 mg/kg)>YanheCY-5(0.22 mg/kg)，均值為0.33 mg/kg。

2.3.6 Pb Pb是一種重金屬元素，是對(duì)環(huán)境污染最嚴(yán)重污染物之一，對(duì)人體的傷害非常嚴(yán)重，特別是神經(jīng)系統(tǒng)最易受損，還可對(duì)人體的消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、造血功能造成危害，并有致癌作用[10]。茶葉Pb含量最高為YanheCY-4(0.583 mg/kg)，最低是YanheCY-1(0.244 mg/kg)，含量排序依次為YanheCY-4(0.583 mg/kg)>YanheCY-6(0.352 mg/kg)>YanheCY-7(0.338 mg/kg)>YanheCY-5(0.334 mg/kg)>YanheCY-2(0.323 mg/kg)>YanheCY-8(0.268 mg/kg)>YanheCY-3(0.259 mg/kg)>YanheCY-1(0.244 mg/kg)，平均為0.337 6 mg/kg。Pb含量≤5 mg/kg，屬于干凈茶。

2.3.7 Hg Hg含量過(guò)高影響茶葉生長(zhǎng)和品質(zhì)，還會(huì)隨茶湯進(jìn)入人體，使體內(nèi)具有重要生物活性的酶和基因功能活性受影響，阻礙了細(xì)胞正常的生物活性和生成代謝，最終導(dǎo)致細(xì)胞變性和壞死。塘壩鎮(zhèn)榨子村古茶樹(shù)茶葉中Hg含量最高是0.004 mg/kg，含量依次為YanheCY-4=YanheCY-3=YanheCY-6=YanheCY-8(0.004 mg/kg)>YanheCY-1和YanheCY-7(0.003 mg/kg)>YanheCY-2和YanheCY-5(0.002 mg/kg)，平均為0.003 3 mg/kg。

2.3.8 Co Co作為人體必需的微量元素，正常成人日需攝入量應(yīng)該為0.02～0.03 mg[11]。塘壩鎮(zhèn)榨子村茶葉中含量最高的為YanheCY-5(0.358 mg/kg)，最低為YanheCY-2(0.079 mg/kg)，8件樣品Co含量依次為YanheCY-5(0.358 mg/kg)>YanheCY-4(0.174 mg/kg)>YanheCY-7(0.171 mg/kg)>YanheCY-8(0.151 mg/kg)>YanheCY-6(0.135 mg/kg)>YanheCY-3(0.129 mg/kg)>YanheCY-1(0.083 mg/kg)>YanheCY-2(0.079 mg/kg)，平均值為0.16 mg/kg。

2.3.9 Mo Mo元素最高的是YanheCY-4和YanheCY-1，均為0.04 mg/kg，Mo含量依次為YanheCY-4=YanheCY-1(0.04 mg/kg)>YanheCY-2=YanheCY-3(0.03 mg/kg)>YanheCY-5=YanheCY-6=YanheCY-7=YanheCY-8(0.02 mg/kg)，平均值為0.027 5 mg/kg。

2.3.10 Se Se是人體必需微量元素之一，具有抗癌癥、抗衰老、調(diào)和各種功能等作用。YanheCY-4Se含量最高，為0.10 mg/kg，最低是YanheCY-5、YanheCY-7、YanheCY-8，均為0.04 mg/kg，YanheCY-3為0.06 mg/kg、YanheCY-1、YanheCY-2、YanheCY-6均為0.05 mg/kg，平均值為0.04 mg/kg。

2.3.11 稀土元素 稀土元素具有抗炎殺菌，燒傷治療、抗癌作用、參與免疫系統(tǒng)，降低血糖等作用。8件古茶樣品，測(cè)試主要稀土元素La、Ce、Sc、Y(表3)，所測(cè)4種稀土元素含量最高為YanheCY-4(0.828 mg/kg)，其余依次為YanheCY-3(0.706 mg/kg)>YanheCY-5(0.673 mg/kg)>YanheCY-2(0.550 mg/kg)>YanheCY-6(0.524 mg/kg)>YanheCY-1(0.487 mg/kg)>YanheCY-8(0.392 mg/kg)>YanheCY-7(0.340 mg/kg)，平均含量為0.562 5 mg/kg。

表3 沿河古茶樹(shù)茶葉主要稀土元素含量 mg/kg

根據(jù)NY 659-2017，茶葉中Cr、Pb、Hg、Co、As、Cd限量規(guī)定：茶葉中Cr、Pb含量≤5 mg/kg、Hg含量≤0.3 mg/kg、Cd含量≤1 mg/kg、As含量≤2 mg/kg。沿河古茶樹(shù)茶葉中上述元素含量均符合NY 659-2017質(zhì)量要求。

3 結(jié)論與討論

研究區(qū)種植土壤中有益元素含量高，潛在有害元素含量低，能為古茶樹(shù)生長(zhǎng)提供較好的生長(zhǎng)環(huán)境。茶葉中元素主要來(lái)源于土壤，而土壤中元素含量又受基巖控制。茶葉中的無(wú)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[12-13]。其中除C、H、O三者來(lái)自于大氣，其余養(yǎng)分主要來(lái)源于土壤供應(yīng)。因此，土壤元素含量變化也會(huì)影響茶葉中元素含量，而研究區(qū)土壤有益元素Zn、Cu、Ni等含量較高，潛在有害重金屬含量均符合《NY 5020-2001》無(wú)公害茶園環(huán)境土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

研究區(qū)古茶樹(shù)茶葉中Cu、Ni、Zn、Fe、Mo、Se及稀土元素含量都較高，茶葉泡制的茶湯中元素浸出可為人體補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)元素。研究中發(fā)現(xiàn)，YanheCY-4號(hào)樣品中有益元素Fe、Zn、Se、Mo等含量較高，而該樣品采樣于塘壩鎮(zhèn)榨子村古茶樹(shù)1號(hào)，估計(jì)其與茶樹(shù)年齡有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

綜上，沿河古茶樹(shù)種植區(qū)基巖和土壤中重金屬含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，古茶樹(shù)茶葉含有豐富的有益元素，潛在有害重金屬元素含量低，屬于生態(tài)茶、健康茶。