貴州沿河縣塘壩鎮古茶樹種植區土壤-茶葉元素含量分析

田永強， 楊再風， 劉林林， 彭益書， 楊瑞東*

(1.貴州大學 資源與環境工程學院，喀斯特地質資源與環境教育部重點實驗室， 貴州 貴陽 550025； 2.貴州大學 茶學院， 貴州 貴陽 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，人體可以通過喝茶直接攝入微量元素。對于飲用者而言，優質茶不但可以補充營養元素，而且可以減輕精神疲勞和預防疾病。茶葉中有益成分對消化系統、神經系統、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[2]。除茶葉品種外，生態環境(如氣候、海拔、植被覆蓋率等)、地質環境(地層、基巖類型、土壤元素地球化學等)、人類活動(茶葉種植和管理方式、采集、加工、儲存等)對茶葉品質也影響很大[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，已開展大量的茶葉種植環境研究，包括地層、土壤、茶葉中元素組成等。但作為貴州十大古茶樹之鄉、中國名茶之鄉、中國古茶樹之鄉的沿河古茶樹種植區，尚未開展環境地球化學、茶葉元素組成等研究。因此，以沿河古茶樹種植區、茶葉作為研究對象，開展茶葉種植區環境地球化學、茶葉中微量元素組成研究，對開發貴州古茶樹資源具有重要意義。

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(每個采樣點與茶葉采樣位置對應)，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 測定方法

巖石、土壤、茶葉元素測試工作在澳實分析檢測(廣州)有限公司完成。巖石和土壤采用王水、HNO3-HClO4-HF-HCl消解。分析過程中稱取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射光譜儀(ICP-AES)和電感耦合等離子體質譜儀(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射光譜儀(ICP-AES)分析。根據樣品的實際情況和消解效果，綜合取值即是最后的檢測結果。

2 結果與分析

2.1 研究區基巖中元素的分布特征

沿河縣塘壩鎮古茶樹種植區基巖主要為奧陶系粉砂質泥巖，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 研究區種植土壤中元素分布特征

研究區土壤所測元素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應，說明土

壤中大多數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無公害茶園環境土壤質量標準規定。

表1 沿河古茶樹種植區巖石、土壤元素含量 mg/kg

2.3 研究區古茶樹茶葉中元素分布特征

塘壩鎮榨子村古茶樹茶葉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綠色食品茶葉中規定Cu含量要≤30 μg/g，塘壩鎮榨子村古茶中Cu元素含量遠低于國家標準。

2.3.2 Ni Ni是人體必需微量元素，人可以通過茶湯直接攝取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，被譽為生命的火花，對人體的機理健康有重要作用。正常成年人每天需10～15 mg[4-5]。韓文等[6]研究表明，我國茶葉中Zn含量在22.6～89.3 mg/kg。塘壩鎮榨子村古茶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]，中國營養協會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當前面臨的最主要公共問題[5]。塘壩鎮榨子村古茶樹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號茶樣含量最高，為146 mg/kg；YanheCY-1號茶樣含量最低，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 沿河古茶樹茶葉中元素含量 mg/kg

2.3.5 Cr Cr作為非必需元素，在茶樹體內積累到一定程度，超過茶樹的生長極限值時，抑制茶樹新梢的生長[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，是對環境污染最嚴重污染物之一，對人體的傷害非常嚴重，特別是神經系統最易受損，還可對人體的消化系統、免疫系統、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含量過高影響茶葉生長和品質，還會隨茶湯進入人體，使體內具有重要生物活性的酶和基因功能活性受影響，阻礙了細胞正常的生物活性和生成代謝，最終導致細胞變性和壞死。塘壩鎮榨子村古茶樹茶葉中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該為0.02～0.03 mg[11]。塘壩鎮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，降低血糖等作用。8件古茶樣品，測試主要稀土元素La、Ce、Sc、Y(表3)，所測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 沿河古茶樹茶葉主要稀土元素含量 mg/kg

根據NY 659-2017，茶葉中Cr、Pb、Hg、Co、As、Cd限量規定：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。沿河古茶樹茶葉中上述元素含量均符合NY 659-2017質量要求。

3 結論與討論

研究區種植土壤中有益元素含量高，潛在有害元素含量低，能為古茶樹生長提供較好的生長環境。茶葉中元素主要來源于土壤，而土壤中元素含量又受基巖控制。茶葉中的無機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、葉綠素等物質形成和轉化，是影響茶葉生命活動的主要組分[12-13]。其中除C、H、O三者來自于大氣，其余養分主要來源于土壤供應。因此，土壤元素含量變化也會影響茶葉中元素含量，而研究區土壤有益元素Zn、Cu、Ni等含量較高，潛在有害重金屬含量均符合《NY 5020-2001》無公害茶園環境土壤質量標準。

研究區古茶樹茶葉中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充營養元素。研究中發現，YanheCY-4號樣品中有益元素Fe、Zn、Se、Mo等含量較高，而該樣品采樣于塘壩鎮榨子村古茶樹1號，估計其與茶樹年齡有關，有待進一步研究。

綜上，沿河古茶樹種植區基巖和土壤中重金屬含量均低于國家標準，古茶樹茶葉含有豐富的有益元素，潛在有害重金屬元素含量低，屬于生態茶、健康茶。