茶葉中硒及重金屬含量與土壤的關系研究

關鍵詞：茶葉；土壤；硒；重金屬；相關性

中圖分類號：S571.1；S151.9+3 文獻標識碼：A 文章編號：1000－3150 （2024） 12-48-6

賀州位于廣西東北部，湘、粵、桂三省交界地，其氣候極適宜山茶科植物生長，茶樹資源豐富。目前，賀州茶園面積近2萬hm²，2023年干茶產量達2.23萬t，茶產業(yè)已經成為當地重要的優(yōu)勢特色農業(yè)產業(yè)之一。

硒（Se）是人體所必須的微量元素[1]，補充Se可明顯降低丙二醛水平，增長谷胱甘肽和總抗氧化能力水平，進而預防和舒緩氧化應激類疾病[2-4]。中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量標準對普通成年人Se的推薦攝入量（RNI）為60μg/d，可耐受最高攝入量（UL）為400μg/d[5]。中國Se資源分布十分不均衡，除極個別地區(qū)具有原生態(tài)富Se區(qū)域的優(yōu)勢，如陜西安康“中國硒谷”、湖北恩施“世界硒都”以及湖南桃源、廣西貴港等地區(qū)[6-7]外，大部分地區(qū)屬于Se缺乏地區(qū)，其居民每日Se攝入量均較低。

茶樹是一種富Se能力較強的植物，可以將環(huán)境中的無機Se轉化為有機Se形態(tài)。茶樹體內的Se主要以更有益于人體健康的有機Se（比例大于80%）形式存在，是非常理想的天然富Se資源[8]。土壤有效態(tài)Se含量與茶葉Se含量顯著相關，成為影響茶葉含Se量的主要因素之一[9]。土壤供Se能力取決于土壤Se的含量、賦存形態(tài)及有效性。因此研究茶葉與土壤Se含量的相關性有利于富Se茶的開發(fā)利用。另外，茶樹特別容易吸收土壤中的重金屬元素并在茶葉中不斷累積，通過食物鏈的方式向人體遷移，最終危害人體健康[10]。有研究表明，茶葉中各種元素之間的相互關系和作用對人體健康具有重要影響[11-12]。本文以賀州市行政區(qū)域內的茶園為研究對象，分析茶葉與土壤Se及相關重金屬元素的關系，開展質量評價等工作，以期為發(fā)展綠色富Se茶，進一步提高茶葉經濟價值、增加農民收入、助力鄉(xiāng)村振興提供依據。

1材料與方法

1.1樣品采集與處理

根據賀州市茶樹種植分布情況和茶園代表性，取樣范圍覆蓋賀州市三縣兩區(qū)（昭平縣、富川縣、鐘山縣、八步區(qū)、平桂區(qū)），參考《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T166），采集0～20cm表層土，去除礫石、根系以及殘留植物，裝入塑料自封袋，約1000g，經室內自然風干后用木棍碾碎，過100目尼龍篩，貼上標簽待測。在采集土壤樣品的同時，多點采集一芽二葉的茶葉樣品，用純凈水清洗干凈，放入105℃熱風烘箱殺青30min，再經80℃烘干至恒重，粉碎后過40目篩，貼上標簽待測。共采集茶葉、土壤樣品各47份。

1.2儀器與試劑

原子吸收分光光度計（美國Perkin elmer），原子熒光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司），電子天平（德國賽多利斯儀器有限公司），微波消解儀（美國CEM），刀式研磨儀（北京格瑞德曼儀器有限公司），消解趕酸恒溫加熱器（上海博通）。

鉛（Pb）單元素標準溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心，228040-7；1000μg/mL），鎘（Cd）單元素標準溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心，227021-7；1000μg/mL），砷（As）單元素標準溶液（中國計量科學研究院，21014；1000μg/mL），汞（Hg）單元素標準溶液（中國計量科學研究院，21032；1000μg/mL），Se單元素標準溶液（中國計量科學研究院，21074；100μg/mL），硝酸（優(yōu)級純，國藥集團），磷酸二氫銨（優(yōu)級純，國藥集團），氬氣（純度99.99%，華嗵儀器），氫氧化鉀（優(yōu)級純，國藥集團），硼氫化鉀（優(yōu)級純，國藥集團），實驗用水均為《分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法》（GB/T6682—2008）規(guī)定的二級水。

1.6數據處理與分析

采用Excel進行數據統(tǒng)計，使用SPSS26.0統(tǒng)計分析軟件進行相關性分析，Origin制作相關回歸曲線。

2結果與分析

2.1茶葉－土壤中Se含量統(tǒng)計分析

依據《富硒茶》（GH/T1090—2014）、《富硒茶》（NY/T600—2002）、《富硒農產品硒含量分類要求》（DB45/T1061—2014）和《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T0295—2016）評價標準（表1）對茶葉及土壤富Se狀況（表2）進行評價。

由表2可知，本研究范圍內土壤Se含量平均值為0.92mg/kg，每個采樣位點均超過0.4mg/kg，達到富Se土壤標準。而茶葉Se最低含量為0.02mg/kg，最高為0.58mg/kg，平均值為0.10mg/kg，僅有昭平縣4個采樣點Se含量大于0.20mg/kg，達到《富硒茶》（GH/T1090—2014）標準要求，占8.5%；3個采樣點硒含量大于0.25mg/kg，達到《富硒茶》（NY/T600—2002）和《富硒農產品硒含量分類要求》（DB45/T1061—2014）標準要求，占6.4%。研究茶樣Se含量變異系數為120.00%，各采樣點茶葉Se生物富集系數為0.04～0.72，平均值為0.11，表明茶葉Se生物富集系數范圍較大，各采樣點茶葉Se生物富集能力存在較大差異。

2.2土壤重金屬元素含量特征與污染現狀評價

研究區(qū)范圍內的土壤pH為5.5～6.5，土壤中Pb、Cd、Hg、As含量分別為10.98～48.48、0.02～0.30、0.07～0.16、3.44～28.94mg/kg，平均值分別為25.00、0.11、0.15、12.78mg/kg（表3），均低于《土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618—2018）中農用地土壤重金屬污染風險篩選值，土壤污染風險低。根據單因子污染指數法和綜合污染指數法對土壤重金屬污染狀況進行評價，由表3可知，研究區(qū)域中Pb、Cd、Hg、As單因子污染指數的平均值遠低于1.0，表明研究區(qū)域的4種重金屬污染屬于清潔等級。Pb、Hg、As綜合污染指數均小于0.7，表明研究區(qū)土壤未受到Pb、Hg、As重金屬污染，屬于安全、清潔等級；Cd的綜合污染指數為0.75，屬于警戒線、尚清潔等級，總體來說研究區(qū)域土壤未受到Pb、Hg、As、Cd重金屬污染，土壤質量良好。從變異系數分析，土壤樣品中Cd變異系數較大，為90.91%，表明Cd元素含量在不同的土壤中存在比較明顯的差異，可能因其含量受土壤理化性質、生物種類以及環(huán)境條件等各個方面因素影響[16]。Pb、Hg、As變異系數均小于50%，處于中等水平，表明3種元素含量基本穩(wěn)定，相較于Cd差異不大。

2.3茶葉與土壤中重金屬含量關系分析

由表4可知，本研究范圍內的茶葉Pb、Cd、Hg、As含量的平均值分別0.410、0.029、0.018、0.086mg/kg，均遠未達到《食品安全國家標準食品中污染物限量》（GB2762—2022）以及《茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量》（NY659—2003）標準限量值，說明該區(qū)茶葉未受到這4種重金屬元素的污染；從變異系數分析，Pb、Cd、Hg、As含量的變異系數均較大，其中Cd變異系數為62.07%，Pb、Hg、As變異系數均大于83%，這可能與采樣位點、土壤理化性質以及土壤重金屬含量差異有關。有研究表明茶樹從土壤中的吸收重金屬會富集到鮮葉中。本研究參考周玉嬋等[17]研究方法，采用富集系數來評價茶葉對土壤中重金屬的富集能力。比較表3與表4可知，研究范圍內土壤樣品4種重金屬元素含量Pb＞As＞Hg＞Cd，而茶葉中Pb＞As＞Cd＞Hg；茶葉對4種重金屬元素生物富集系數均小于1，從大到小依次為Cd＞Hg＞Pb＞As，其中對Cd的生物富集系數最高，為0.26，表明茶葉對Cd元素的富集能力較強[18]。而Pb和As的生物富集系數分別為0.02和0.01，幾乎不發(fā)生遷移。綜上所述，研究地區(qū)土壤和茶葉中Pb、Cd、Hg、As的含量都較低，基本上未受這幾種重金屬的污染，茶葉生產環(huán)境質量總體良好。

2.4茶葉與土壤中Se及重金屬含量相關性分析

對47批茶葉中Se及重金屬含量與土壤中Se及重金屬含量進行相關性分析，結果（表5）表明，茶葉中Se的含量與土壤樣品中Se的含量呈極顯著正相關，與文獻[19-20]報道茶葉中Se含量主要受到土壤全Se及有效態(tài)Se含量的影響，且與土壤Se含量呈正相關一致。土壤中Se與茶葉中Pb、As的含量呈極顯著正相關，與Hg含量呈顯著正相關，表明Se與Pb、Hg、As存在協(xié)同關系。土壤中的Cd含量與茶葉的Hg含量呈極顯著正相關，與其他重金屬元素之間相關性不顯著。

由于研究區(qū)域土壤達到富Se土壤標準，進一步對土壤Se含量與茶葉中As、Hg、Pb、Cd含量進行回歸線性分析。采用線性回歸模型進行擬合，擬合方程及線性相關系數如圖1所示。茶葉中As、Hg、Pb與土壤Se均呈顯著正相關，與顯著性分析結論一致，其正相關性由大到小為：As＞Pb＞Hg，表明茶葉中As、Pb、Hg含量受土壤Se含量的影響，且影響趨勢和程度存在差異。茶葉中Cd與土壤Se相關性不強。

3小結與討論

賀州市三縣兩區(qū)采集的47份茶葉中Se含量平均值為0.10mg/kg，總體未達到富Se茶標準，只有昭平縣4個采樣點達到富Se茶的標準。每個采樣位點土壤中Se含量均超過0.4mg/kg，平均值為0.92mg/kg，達到富Se土壤標準。茶葉的Se含量變異系數為120.00%，富集系數為0.11，不同位點的Se含量差異顯著。研究區(qū)域中土壤未受到Pb、Hg、As等重金屬污染，土壤質量良好；Cd的綜合污染指數為0.75，處在警戒線、尚清潔等級。茶葉對Cd的富集系數較高，對Cd元素的富集能力較強，茶葉中重金屬元素含量與土壤中重金屬元素含量密切相關。

茶葉中Se的含量與土壤樣品中Se的含量呈極顯著正相關，與土壤樣品中Cd含量呈顯著正相關。茶葉中As、Hg、Pb與土壤Se均顯著正相關，相關系數As＞Pb＞Hg，表明茶葉中As、Pb、Hg含量可能受土壤Se的協(xié)同影響，且影響趨勢和程度存在差異，而茶葉中Cd與土壤Se相關性不強。