不同茶树品种中9种矿质元素的含量及富集特性

时鹏涛 秦玉燕 陆仲烟 蒋越华 於艳萍 王运儒 蓝唯 农耀京

摘要：以7个茶树品种（湘波绿、碧香早、福鼎大毫、黄观音、紫鹃、玉麒麟、黄金芽）的茶叶为研究对象，采用火焰原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法，测定其当年生倒二叶新芽及对应种植土壤中的钙（Ca）、镁（Mg）、锰（Mn）、铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）、铅（Pb）、镉（Cd）共9种矿质元素含量，并计算茶叶对土壤矿质元素的富集系数。结果表明，（1）矿质元素在不同茶叶中的含量存在一定差异，但也呈现出一定的规律，各种矿质元素在茶叶中的含量排序基本表现为Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu>Ni>Cd、Pb;Ca含量最高的是黃观音，Mg含量最高的是玉麒麟，Mn、Ni含量最高的是黄金芽，Fe、Zn、Cu含量最高的是湘波绿;湘波绿为7个茶叶品种中品质较优的。（2）茶叶对不同矿质元素的富集能力差异较大，茶叶对Mg、Ca、Mn的富集能力最强，对Zn、Cu、Ni、Cd的富集能力一般，对Fe、Pb的富集能力较弱;不同茶叶品种对矿质元素的富集规律存在一定的差异。（4）不同品种的茶叶对矿质元素的富集能力存在较大差异，湘波绿对Cu、Mg、Mn、Fe的富集能力最强;玉麒麟对Cd的富集能力最强;紫鹃对Zn的富集能力最强;黄观音对Ca、Ni的富集能力最强。黄金芽、玉麒麟对Mn、Fe的富集能力较弱;紫鹃对Ca的富集能力最弱;黄金芽对Zn、Cu、Ni的富集能力最弱;玉麒麟对Mg的富集能力最弱;湘波绿对Cd的富集能力最弱。研究结果为茶叶的进一步研究和利用提供了理论依据。

关键词：茶叶;矿质元素;元素分析;富集特性;原子吸收光谱法

中图分类号： S571.101  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）10-0144-03

茶（Camellia sinensis）是山茶科山茶属常绿灌木或小乔木，喜温湿润，适合在酸性土壤中种植。茶起源于我国的西南部，在我国已经有几千年的种植历史，是我国乃至全世界人民喜爱的富含矿质元素的健康饮品，同时也是我国重要的经济作物。茶叶中富含对人体有益的各种矿质营养元素，如锌（Zn）、铁（Fe）、铜（Cu）、镍（Ni）、锰（Mn）等[1]，有益矿质元素含量的高低是茶叶品质好坏的指标之一[2-4]。虽然各地对茶叶中的微量元素和金属元素含量的报道均较多[3，5-8]，但是有关本研究所选的种植于广西的7个茶树品种（湘波绿、碧香早、福鼎大毫、黄观音、紫鹃、玉麒麟、黄金芽）茶叶中的矿质元素的分析及富集特性未见报道。茶叶中矿质元素的含量与生长环境、土壤背景值、施肥情况、降水量及茶树的遗传特异性有关，本研究以7个不同品种的茶叶为材料，对茶叶中的矿质元素含量及富集特性进行研究，以期为广西茶叶资源的开发和优质茶筛选、种植及科学管理提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 茶叶与土壤样品

供试的7个茶树品种（湘波绿、碧香早、福鼎大毫、黄观音、紫鹃、玉麒麟、黄金芽）种植于广西壮族自治区亚热带作物研究所的生态茶园。采样时间为2016年9月，采样对象为当年生倒二叶新芽，每个品种设置3个平行样，每个平行样的采样基数为50株以上，采样量为250 g，共21份样品。用去离子水洗净，晾干，于105 ℃杀青后30 min后，于60 ℃烘干至恒质量，制样，过50目筛备用。土壤取自对应茶叶种植区0～20 cm的耕作层，设置3个平行，每个土壤样品采集2 kg，共21份样品，自然风干、研磨后过100目筛备用。

1.2 主要仪器与试剂

主要仪器如下：MARS微波消解仪（美国CEM公司）;Varian SpectrAA 220FS原子吸收光谱仪、Varian SpectrAA 240Z石墨炉原子吸收光谱仪（美国Varian公司）。

在试验过程中，各元素标准溶液均由购自国家标准物质研究中心的标准储备液逐级稀释配制而成;试验用试剂均为优级纯;试验所用玻璃器皿均经过泡酸处理（用硝酸、水体积比为3 ∶ 1的溶液浸泡24 h）;试验用水为超纯水。

1.3 样品的消解及检测

茶叶和土壤样品的消解采用微波法，准确称量0.3 g茶叶样品（精确到0.000 1 g），向微波消解管中依次加入7 mL HNO3、3 mL H2O2，浸泡过夜后，微波消解。微波消解程序：（1）10 min内升温至120 ℃，保持20 min;（2）5 min内升温至150 ℃，保持20 min;（3）10 min内升温至200 ℃，保持 45 min。消解程序完成后，定容待测。在消解液中加入适量基体改进剂后，可直接用火焰原子吸收光谱仪测定钙（Ca）、镁（Mg）、Mn、Fe、Zn含量，用石墨炉原子吸收光谱仪分析测定Ni、Cu、镉（Cd）、铅（Pb）含量。

准确称量0.25 g（精确到0.000 1 g）土壤样品，加入8 mL王水（浓盐酸和浓硝酸的体积比为3 ∶ 1）和4 mL HF，浸泡过夜后，微波消解。微波消解程序如下：（1）15 min内升温至150 ℃，保持30 min;（2）10 min内升温至 200 ℃，保持 40 min。消解完成后，将消解液转移至电热板上，赶酸至大豆大小时，用3% HNO3溶液定容至50 mL。在消解液中加适当基体改进剂后，可直接用火焰原子吸收光谱仪测定Ca、Mg、Mn、Fe、Zn含量，用石墨炉原子吸收光谱仪分析测定Ni、Cu、Cd、Pb含量。

1.4 计算方法

植物对矿质元素的富集能力有一定的差异，通常用富集系数[8]来表示植物对元素富集程度的高低或富集能力的强弱。富集系数是指植物体内某元素的含量与土壤中某元素含量的比值，它在一定程度上反映了土壤-植物系统中元素迁移的难易程度，富集系数越大，表明植物对某元素的富集能力越强。计算公式如下：

富集系数=植物体内某元素含量/土壤中某元素含量。

2 结果与分析

2.1 不同茶叶中矿质元素含量的比较和分析

由表1可知，茶叶中各种矿质元素含量差异较大，但在不同茶叶品种间呈现出一致性规律，各种矿质元素含量在不同品种茶叶中的排序基本表现为Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu>Ni>Cd、Pb，与前人的研究结果[9-12]一致。其中重金属元素Pb、Cd的含量远低于无公害茶叶的限量值（Pb、Cd含量的限量值分别为5、1 mg/kg）。

由表1还可看出，在7个茶叶品种中，Ca含量排序为黄观音>黄金芽>玉麒麟>碧香早>湘波绿>福鼎大毫>紫鹃;Mg含量排序为玉麒麟、黄金芽>碧香早、湘波绿>黄观音、福鼎大毫>紫鹃;Mn含量排序为黄金芽>湘波绿>黄观音>玉麒麟>福鼎大毫>紫鹃>碧香早;Fe含量排序为湘波绿>黄观音>碧香早>黄金芽>紫鹃>福鼎大毫>玉麒麟;Zn含量排序为湘波绿>紫鹃>玉麒麟>黄观音>福鼎大 毫> 黄金芽>碧香早;Cu含量排序为湘波绿>福鼎大毫>碧香早>玉麒麟>黄金芽>紫鹃、黄观音;Ni含量排序为黄金芽>玉麒麟>湘波绿>福鼎大毫>黄观音>碧香早>紫鹃。从有益矿质元素含量上分析可知，湘波绿中Fe、Zn、Cu含量最高，Mn含量次之，Ni含量再次之，而Ca含量较低（Ca含量越高，茶叶品质相对越差）。由此可知，湘波绿为7种茶中品质较优的茶叶[13]。

不同矿质元素在不同茶叶中的含量有较大差异，有的差异不明显，如Ca在黄观音中的含量最高（4.60 g/kg），在紫鹃中的含量最低（2.21 g/kg），在黄观音中的含量为紫鹃的2.08倍;Mn在黄金芽中的含量最高（775 mg/kg），在碧香早中的含量最低（283 mg/kg），在黄金芽中的含量为碧香早中的 2.74倍;Mg在黄金芽中的含量最高（2.75 g/kg），但仅为含量最低的紫鹃（2.01 g/kg）的1.37倍;湘波绿中的Zn含量仅为碧香早中Zn含量的1.14倍;湘波绿中的Cu含量仅为黄观音中Cu含量的1.37倍等。

2.2 土壤矿质元素含量分析

茶树种植所需土壤均为酸性土壤，本研究中土壤的pH值范围在4.34～5.07之间，非常适合茶树种植。由表2可以看出，7种矿质元素在土壤中的含量较低，根据GB 15618—1995《土壤环境质量标准》和NY 5199—2002《有機茶产地环境条件》，土壤中的Pb、Cd含量达到一级土壤和有机茶园的环境质量标准。

2.3 茶叶对矿质元素的富集特征分析

茶园土壤是茶叶中矿质元素的主要来源，茶叶中不同矿质元素的富集能力存在差异，为了反映这样的差异，一般用富集系数来表征。由表3可知，茶叶对土壤中各类矿质元素的富集能力存在较大差异，7种茶叶对Mg、Ca、Mn的富集能力最强，富集系数均大于1，在9.2～261.9之间，对Zn、Cu、Ni、Cd的富集能力一般，富集系数在0.2～1.2之间，对Fe、Pb的富集能力较弱，富集系数在0～0.03之间，与前人的研究结果[14]一致。不同品种的茶叶对同种矿质元素的富集能力也存在较大差异，湘波绿对Cu、Mg、Mn、Fe的富集能力最强;玉麒麟对Cd的富集能力最强;紫鹃对Zn的富集能力最强;黄观音对Ca、Ni的富集能力最强。黄金芽和玉麒麟对Mn、Fe的富集能力最弱，紫鹃对Ca的富集能力最弱，黄金芽对Zn、Cu、Ni的富集能力最弱，玉麒麟对Mg的富集能力最弱，湘波绿对Cd的富集能力最弱。

不同茶叶品种对矿质元素存在一定的富集规律，湘波绿、碧香早和福鼎大毫中各种矿质元素的富集系数排序为Mg>Ca>Mn>Cu>Zn>Ni>Cd>Fe、Pb;黄观音和紫鹃中各种矿质元素的富集系数排序为Mg>Ca>Mn>Zn>Cu>Ni、Cd>Fe、Pb;玉麒麟和黄金芽中各种矿质元素的富集系数排序为Ca>Mg>Mn>Cd>Zn>Cu>Ni>Fe、Pb（表3）。以上结果表明，不同茶叶品种对矿质元素的富集规律存在一定的差异，可能与品种的遗传学特性相关。

由表3还可知，湘波绿、碧香早、福鼎大毫、黄观音、紫鹃对Mg的富集系数是玉麒麟、黄金芽的3～15倍，而7个茶叶品种中的Mg含量接近，可能是由种植土壤中Mg含量差异较大引起的。研究表明，交换性及有效态矿质元素才能被植物吸收转运，富集系数计算时用的是土壤中矿质元素的总量而非活性态，才导致出现富集系数差异巨大，而茶叶中该元素含量却接近的情况。Ca、Mg、Mn的富集系数都大于9，最高达到261.516。出现过大富集系数的原因可能有以下几点：（1）每个地区的元素含量有区别，（2）茶叶获取矿质元素并非土壤1种途径，（3）富集系数是质量分数的比值，并不代表茶叶中各矿质元素的总量比土壤中的多。由此可见，出现这样的情况也是合理的。

3 结论

在本研究中，茶树种植区的土壤为酸性土壤，矿质元素丰富，且有害重金属含量低，满足优质茶的种植需求。Mg、Ca、Mn、Cu、Fe、Zn、Ni等矿质元素在7个茶叶品种中含量丰富，Pb、Cd等有害重金属元素含量低，土壤和茶叶中的重金属含量都达到无公害食品的要求。

各种矿质元素在茶叶中的含量排序基本表现为Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu>Ni>Cd、Pb;Ca含量最高的是黄观音，Mg含量最高的是玉麒麟，Mn、Ni含量最高的是黄金芽，Fe、Zn、Cu含量最高的是湘波绿。综合各种矿质元素的含量可知，湘波绿为7个品种中品质较优的茶。

由富集系数可知，茶叶对Mg、Ca、Mn的富集达到超富集，对Zn、Cu、Ni、Cd的富集能力一般，对Fe、Pb的富集能力较弱。茶叶对Ca、Mg、Mn的富集系数过大，且品种间差异较大，可能与土壤中Ca、Mg、Mn总量低、计算方法及矿质元素来源途径较多有关。

不同茶叶对各矿质元素的富集能力存在差异，湘波绿、碧香早和福鼎大毫的富集系数排序为Mg>Ca>Mn>Cu>Zn>Ni>Cd>Fe、Pb;黄观音、紫鹃的富集系数排序为Mg>Ca>Mn>Zn>Cu>Ni、Cd>Fe、Pb;玉麒麟、黄金芽的富集系数排序为Ca>Mg>Mn>Cd>Zn>Cu>Ni>Fe、Pb。富集系数的差异可能与土壤中各矿质元素的总量及品种遗传学特性相关。

元素的富集系数高，不代表该元素在茶叶中的累积量就多，例如湘波绿对Mn的富集系数为16.960，Mn含量为 501 mg/kg，而黄金芽对Mn的富集系数为9.215，Mn含量却为775 mg/kg。茶树对矿质元素的吸收除了与土壤中的矿质元素总量相关外，还与灌溉、施肥、土壤理化性质、降水量、元素的存在形态以及茶树对矿质元素的选择性吸收有关。因此，富集系数只能在一定程度上反映植物对土壤元素的吸收富集能力，为了更好更精确地表示植物对元素的富集能力及累积情况，不能仅从富集系数判断，需要从多方面進行补充和评价。

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