论重金属与茶树、茶叶的关系

毛平生 李延升 张斌

(1.江西省蚕桑茶叶研究所 330202；2.江西省经济作物研究所 330202；3.江西省茶叶质量与安全控制重点实验室 330202)

化学中的重金属是指比重大于5的金属元素，如有生命活动中需要的Cu、Mn、Zn等，也有生命活动中并不必需的Cd、Hg、Cr等，由于类金属As的来源、危害都与重金属相似，所以，人们常把它与其他重金属一起进行研究。由于重金属在人体内超过一定的浓度，会对人体造成急性中毒或慢性中毒，甚至夺去人的生命。所以，人们十分重视食品安全中的重金属的污染问题。在茶叶生产过程中，诸如茶树栽培、加工、包装、贮运等环节，每个环节都可能对茶叶产生重金属污染。

1 茶树对重金属富集情况

1.1 不同茶树部位富集重金属的能力不同

我国科研工作者在茶树不同部位(器官)富集Cd、Pb、Cr、As、Hg、Cu、Zn等重金属的能力方面，进行了系统的研究，取得了大量成果。研究结果表明，Cd、Pb、As在茶树体内活性较低，大部分被吸收根固定，向地上部运输的比例较低[1]，吸收根对阻止土壤Cd、As向新梢转运起到明显的缓冲和屏障作用[1]。正常情况下，在茶树体内Cd、Pb、As含量依次为，吸收根>茎(生产枝)或主根>老叶(当年生成熟叶)>1芽2叶[1～3]。王小平等[4]通过原子荧光光谱法探讨了As、Se、Hg和Bi在幼龄茶树不同部位的含量分布特征，结果表明，As、Se、Hg主要积累于幼龄茶树的树皮、根系、老叶等部位，并初步断定，茶树并非是一种Se积累植物。方云山等[5]采用石墨炉原子吸收光谱法测定3个不同地区茶园的土壤、茶嫩叶、茶老叶中5种重金属元素的含量，得出结论，Cd、Pb、Cu元素嫩叶中含量高于老叶，而Zn、Cr元素老叶中的含量高于嫩叶。

因此，茶树不同部位(或器官)对重金属的富集能力存在差异，茶树各器官中对重金属的富集能力基本次序是：根>茎>成熟叶>嫩叶，也说明茶树根茎对重金属的富集能力强于茶树的主要利用部位，在茶园重金属轻度污染时，有利于减少对茶园经济效益的损失。

1.2 不同茶树品种富集重金属的能力不同

不同茶树品种从土壤中吸收的各种物质(包括重金属)存在个体差异，在体内的转换也存在差异，从而形成了不同品质的茶叶。从我国科研工作者利用不同茶树品种对重金属的富集能力以及在茶树体内转移系数的大量研究中发现，不同茶树品种对重金属的富集能力、转移系数存在差异。比如，戴斯佳利用湖南省9个主栽品种对Cd、Pb、As、Hg的富集能力的研究表明，各品种对重金属的富集能力不同，碧香早、湘波绿、桃源大叶对以上四种重金属的富集能力比较低[6]。秦玉燕等利用湘波绿、金牡丹、白叶一号、福鼎大白、碧香早等10个不同茶树品种对Se、As、Hg富集特性进行了研究，结果表明茶树对Se、Hg、As的富集能力与茶树品种有关联，10个茶树品种中，福鼎大毫、湘波绿和碧香早3个品种对Se富集能力达中等以上，对Hg和As富集能力却较弱[7]。

刘声传等[8]在了解茶树对Pb、Cd、Cu的吸收累积规律时，分析了同一茶园5个茶树品种的土壤、侧根、老嫩叶中Pb、Cd、Cu的含量和5个品种对Pb、Cd、Cu的富集系数和转移系数，结果表明同一生境下，5个茶树品种体内Pb、Cd、Cu含量分布次序为侧根>老叶>嫩叶，品种间Pb、Cd、Cu含量存在一定差异，5个茶树品种老叶、嫩叶Pb、Cd、Cu富集系数和转移系数差异显著，Pb的富集系数分别为0.12～0.18和0.09～0.11；Cd富集系数分别为1.59～2.97和0.72～1.31；Cu转移系数分别为0.32～0.41和0.20～0.28。说明不同茶树品种对重金属的富集能力不同，茶树吸收重金属后，在茶树体内各器官中转移系数也存在差异，都与环境和遗传因素有关。

1.3 不同季节茶树富集重金属的能力不同

因为季节的不同，大气、土壤、光照、雨水、气温等茶园环境都不同，特别是四季分明的地区，茶园环境四季变化大，更能影响茶树的生长，进一步影响茶树从土壤中吸收富集重金属的含量。戴斯佳[6]通过对茶树在春、夏、秋三个季节对重金属Cd、Pb、As、Hg富集量的差异研究，分析发现4种重金属在三个季节里的富集规律不相同。其结果表明，重金属Cd、As含量随着春夏秋季节的变化有轻微的递增，重金属Hg、Pb含量在三个季节中的变化不大，重金属Hg含量有明显的递减。

2 土壤中重金属含量对茶树富集的影响

茶树中的重金属主要来源于土壤中原有的重金属化合物、灌溉水和肥料。茶树体内重金属含量与茶树生长环境、遗传因素有关。土壤酸度也起到很大作用，且茶园土壤中各种重金属含量与茶树富集量，有的呈正相关，且相关性有强有弱，表现不一。在茶树富集重金属Cd方面，有研究表明，当茶园土壤的Cd平均含量为0.022～0.076 mg/kg时，茶叶中Cd为0.003～0.054 mg/kg，茶树对重金属Cd的富集量与土壤中重金属Cd的含量呈现显著的正相关[6,9]。

茶叶中重金属Hg的富集量与土壤中重金属Hg的含量无显著性的正相关[6,9]。茶树对重金属As的富集量与土壤中重金属As的含量存在一定关系[6]。

土壤是各种化合物、微生物等的复合体，各种重金属的化合物也同时存在，也可能存在多种重金属复合污染的情况，茶园也不例外。在重金属复合污染的情况下，某一种化学元素在茶树体内的积累量除受该元素化合物本身的性质影响外，还受到该元素所处环境中其他元素化合物的性质与浓度(包括水分含量)的影响，并随茶树不同部位，其影响顺序和作用结果也存在差异性[10]。据研究，茶树叶片中的重金属Cd、Hg、As含量与土壤中的Cd、Hg、Ni、As含量存在密切的关系，且呈正相关[11]；王小平[4]等研究认为茶树从土壤中吸收Hg元素与土壤中Hg含量无明显联系，与戴斯佳等研究的研究结果一致[6,9]。

3 重金属对茶树生理的影响

重金属在茶树体内，会与氨基酸、蛋白质等化合物发生螯合作用，减少氨基酸等物质的供应，从而影响茶树生理活动。我国科技工作者，利用重金属复合污染与单一重金属污染的方式对茶树的生理影响进行了详细的研究。

茶树在受到重金属Cr、As、Cd、Pb复合污染的情况下，其春梢的生长会受到抑制，且不同茶树品种对复合污染的耐受力不同。复合污染明显影响茶树叶片叶绿素a、b含量合成，进而影响茶树的光合作用，复合污染也影响茶树净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)，以及明显影响茶树的SOD、POD、CAT活性和脯氨酸、丙二醛、相对电导率[11]。

在单一重金属元属污染的情况下，对茶树生理状况的影响研究中发现，Cd、As使茶树光合速率、蒸腾速率及气孔导度变化均产生显著的负面影响，但As对茶树叶绿素合成的影响不显著[1～3,11]。土壤中Hg的含量达到一定程度时，茶树的生长会受到抑制，但在土壤中添加外源Hg25～250mg/kg，盆栽茶树未出现表观伤害症状；在处理浓度≤150或200mg/kg时，其生长量和光合作用指标均超过对照，表现出了促进生长和光合作用的效应，但处理浓度>200mg/kg时，Hg污染对茶树生长和光合作用有明显的抑制作用。茶树的SOD、POD和CAT活性总体随Hg处理浓度的升高先上升后下降，在Hg处理浓度300mg/kg左右达到最大值[12～13]。在茶树对Cr的耐受性研究方面，茶树的表现与Hg具有相似性。土壤中Cr的含量≤50mg/kg时茶树的生长受促进，≥75mg/kg则生长受抑制。茶树SOD活性随Cr处理程度的升高而曲折下降，但均高于对照(250mg/kg处理除外)，POD和CAT活性均随Cr处理浓度的升高而先升高后下降，并在处理浓度150mg/kg左右达到最大值[11～12]。

4 茶叶中重金属的水浸出率

重金属是影响茶叶饮用安全的因素之一，在我国，茶叶主要的饮用方式是用开水冲泡后，再饮用茶水，所以，茶叶冲泡的温度、时间以及茶水比都影响茶叶水浸出物，也影响茶叶中重金属的浸出率。茶树体内的各种重金属化合物的性质和含量的不同，表现其在水中的浸出率不同。在戴斯佳的有关研究中表明，同一用水量，在相同时间内，4种重金属的浸出率表现为As>Hg>Pb>Cd，且在30min中最高。在一定的浸泡时间内，茶叶中的重金属浸出会随着时间的增加，浸出率会提高，随着茶水比的降低，茶叶中重金属的浸出率会不断提高[6]，但无论是重金属化合物还是其他物质，浸出率都有一定的上限。

5 结语

土壤中的化学成分十分复杂，茶园重金属种类及含量也存在差异，还存在其他的化合物，对茶树的影响具有复合性。茶树的生长发育在受到某一种重金属的影响外，同时还受到土壤中其他化学元素的影响，其影响较为复杂。影响茶树生理的具体程度，取决于各化学元素的浓度及不同的组合，在某一个量上共存元素的拮抗或协同作用最强。所以，重金属化合物复合污染对茶树生理特性的影响是一种综合效应，不同品种茶树由于遗传特性的差异与环境的不同，对重金属复合污染的生理响应有共性，也有差异性[6]。

茶园土壤重金属含量一种超标或多种超标，会对茶树的生长产生影响。茶叶重金属超标可能对人类造成中毒现象。具体的标准在我国的《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》GB15618—2018[14]中有明确的指标要求。

土壤中重金属在不同的土壤pH值下具有不同的溶出率，同时也受气候等环境因子的影响。因此，研究茶园土壤重金属污染要考虑综合因素。