粤东凤凰山茶园茶叶及土壤矿质元素的含量分析

李张伟，陈俊锋

（韩山师范学院化学系，广东潮州 521041）

茶树是多年生木本植物，茶树在生长过程中会大量吸收土壤中的Na、K、Ca、Mg和Fe等矿物元素，以维持自身正常的生理生化功能.不同的矿质元素有着不同的生理作用，任何一种矿质元素的缺乏都会影响茶树的正常生长发育，进而影响茶叶的品质和产量.因此，茶叶中矿质元素的含量与土壤中矿质元素的含量和化学形态之间有着重要的联系.

粤东凤凰山茶区是我国著名的茶叶品种——凤凰单枞茶的生产基地，茶区面积达到数万亩，年产茶叶数百吨，茶叶品种有蜜兰香、桂花香、雪片和水仙等，茶叶质量优异，产品远销海内外.但到目前为止，有关凤凰单枞茶茶叶和土壤的矿质元素含量的研究还鲜有报道，对茶叶与土壤矿质元素含量及化学形态之间的相关性也未见报道，这对于提高茶叶品质，优化茶园土壤质量是很不利的.因此本文通过对粤东凤凰山区10个大型茶园的土壤Na、K、Ca、Mg和Fe等矿物元素的含量及其可交换化学形态含量进行研究，从而探讨茶树从土壤中吸收矿质元素的规律，为综合优化茶园土壤提供了科学依据，也为生产优质绿色健康茶叶提供重要的理论基础.

1 材料与方法

1.1 材料

土壤样品采自粤东潮安县凤凰山茶区10个茶园，在每个茶园设立3个采样点，共获得30个土壤样品.每个取样点按5点取样法混合土样，取样时分点挖取表层0-20 cm土样，剔除大的根系和砾石等杂物，充分混合后用四分法反复取舍，最后保留1 kg左右土样作为该取样点混合样品.样品装入干净布袋，室内经风干、木棍碾碎、去渣、过100目筛，供分析测试用.同时在土壤取样点相应茶园摘取成熟新鲜茶叶，80℃烘箱烘至干燥，再将其研磨成粉末状后过20目筛，备用.

1.2 方法

1.2.1 茶叶中Na、K、Mg、Ca和Fe总量的消解及测定方法

取0.500 0 g茶叶样品于烧杯中加入10 mL硝酸和3 mL高氯酸，盖上表面皿浸泡过夜，然后用小火加热使之完全溶解再改用大火加热至溶液变为浅黄色并冒白烟为止，揭开表面皿继续加热至近干，冷却后用1%硝酸定容至10 mL.消解后的样品采用原子吸收分光光度计法测定（TAS-990AFG型原子吸收分光光度计，北京普析分析仪器公司）.

1.2.2 土壤中Na、K、Mg、Ca和Fe总量的消解及测定方法

土壤消解方法采用HNO3-HClO4-HF三酸联合消化法.称取0.300 0 g土壤样品于聚四氟乙烯烧杯中，分数次加硝酸10 mL，待剧烈反应后，移至电热板上，加热至近干，冷却，加氢氟酸15 mL，煮沸10 min，加入高氯酸8 mL蒸至近干，残渣为灰白色，冷却，加入适量1%HNO3温热溶解，转移至25 mL容量瓶，摇匀，立即转移至聚乙烯瓶中贮存备用.消解后的样品采用原子吸收分光光度计法测定.

1.2.3 茶园土壤中可交换性盐基阳离子Na、K、Mg、Ca的测定

土壤可交换性阳离子Ca2+、Mg2+、K+和Na+的测定：用1 mol/L的乙酸铵浸提，过滤后用火焰原子吸收分光光度法测定.

2 结果与讨论

2.1 粤东凤凰山茶园茶叶的矿质元素含量

矿质元素在茶树的生长过程中有着重要的作用.如铁是多种茶树抗氧化酶的组成成分，对茶树消除自由基有着重要的作用；钾和钙是茶树必需的矿质元素，在茶树体内代谢和叶绿素的合成过程中具有重要的作用，因此茶叶中含有大量的Na、K、Ca等矿质元素[1].从表1中可知，凤凰山10个茶园的茶叶中，Na元素的含量范围为914～1 178 mg/kg，平均为1 056 mg/kg.其中含量最高的是中段茶园为1 178 mg/kg，含量最低的是欧坑茶园为914 mg/kg.K元素的含量范围为6 594～16 942 mg/kg，平均为12 792 mg/kg.其中含量最高的是欧坑茶园为16 942 mg/kg，含量最低的是庵下茶园为6 594 mg/kg.Ca元素的含量范围为3 282～6 383 mg/kg，平均为4 992 mg/kg，其中含量最高的是大洋茶园为6 383 mg/kg，含量最低的是三平标茶园为3 282 mg/kg.Mg元素的含量范围为1 393～1 497 mg/kg，平均为1 451 mg/kg，其中含量最高的是中段茶园为1 497 mg/kg，含量最低的是黄竹洋茶园为1 393 mg/kg.Fe元素的含量范围为145～307 mg/kg，平均为251 mg/kg，其中含量最高的是欧坑茶园为307 mg/kg，含量最低的是中段茶园为145.6 mg/kg.茶叶中5种矿物元素的含量大小是K＞Ca＞Mg＞Na＞Fe.茶叶富含矿质元素，且不同品种的茶叶含有的矿质元素量也不同.韩立新等采用ICP-AES法测定了不同品种的茶叶样品中的矿质元素，结果显示在红茶、绿茶和花茶中，绿茶含K量最高达到45 102 mg/kg，而红茶和花茶含Ca量远远高于绿茶，红茶和花茶含Ca量分别为6 083 mg/kg和5 070 mg/kg，绿茶只有1 229 mg/kg；绿茶含Mg量高于红茶和花茶，达到6 805 mg/kg；三种茶叶的含Fe量均较低，红茶为32.5 mg/kg，花茶为13.7 mg/kg，绿茶仅为0.27 mg/kg[2].从实验结果看，本实验的茶叶K含量要高于红茶，但比绿茶低，与花茶含量接近；茶叶Ca含量高于绿茶，与红茶和花茶接近；Mg的含量也低于绿茶和红茶；但是本实验的茶叶含Fe量远远高于红茶、绿茶和花茶，说明凤凰单枞茶是一种富含Fe的茶叶.Fe是人体必需的化学元素之一，它是人体许多生理过程中不可缺少的物质，也是血红蛋白的核心部分.因此，长期饮用凤凰单枞茶可以有效补充人体Fe元素，预防贫血等疾病的发生.

表1 粤东凤凰山茶园茶叶的矿质元素含量mg/kg

2.2 粤东凤凰山茶园土壤的矿质元素含量

从表2中可以看到，凤凰山10个茶园的土壤中，Na元素的含量范围为7 778～8 905 mg/kg，平均为8 279 mg/kg，其中庵下茶园含量最高为8 905 mg/kg，含量最低的是新村茶园为7 778 mg/kg.K元素的含量范围为7 267～19 403 mg/kg，平均为15 570 mg/kg，大洋茶园含量最高为19 403 mg/kg，含量最低的是新村茶园为7 267 mg/kg.Ca元素的含量范围为1 052～9 348 mg/kg，平均为3 458 mg/kg，其中含量最高的是大洋茶园为9 348 mg/kg，含量最低的是新村茶园为1 052 mg/kg.Mg元素的含量范围为1 655～3 843 mg/kg，平均为2 774 mg/kg，其中含量最高的是黄竹洋茶园为3 843 mg/kg，含量最低的是新村茶园为1 655 mg/kg.Fe元素的含量范围为15 551～17 863 mg/kg，平均为16 553 mg/kg，其中含量最高的是欧坑茶园为17 863 mg/kg，含量最低的是大洋茶园为15 551 mg/kg.从实验结果看，凤凰山茶园的矿质元素含量普遍低于全国的平均水平，但比广东省的平均水平要高一些[3].例如全国土壤平均含Ca量为15 400 mg/kg，广东省土壤平均含Ca量只有600 mg/kg，这主要是因为，西北地区和东北地区黑钙土和棕钙土等土壤类型含Ca量高，而广东地区因为地处亚热带，土壤淋溶水平高，土壤多为含铁量高的红壤、赤红壤等类型土壤，因此土壤含Ca量低.在本研究中土壤Ca量低于全国水平，而高于广东省土壤平均含Ca量.有研究指出，优质茶树适合种植在Ca含量低的土壤上，茶园土壤含Ca量不超过5 000 mg/kg[4].本研究中大多数茶园土壤中Ca含量都不超过5 000 mg/kg，适合优质茶树的生长.粤东地区属亚热带地区，水热条件充足，土壤脱硅富铁化现象明显，茶园土壤中含Fe量也比较高.

2.3 粤东凤凰山茶园土壤可交换性盐基阳离子Na+、K+、Mg2+、Ca2+含量

可交换性盐基阳离子是靠静电引力被吸附在土壤胶体表面的阳离子，它在环境中的可移动性和生物有效性最强.从表3中可知，凤凰山茶园可交换态Na+的含量范围在81.6-242.6 mg/kg之间，平均值为147.7 mg/kg，含量最高的是大洋茶园为242.6 mg/kg，含量最低的是南溪茶园为81.6 mg/kg.可交换态K+的含量范围在81.0-190.3 mg/kg之间，平均值为127.3 mg/kg；水坑茶园含量最高为190.3 mg/kg，含量最低的是上春茶园为81.0 mg/kg.可交换态Ca2+的含量范围在348.9～798.5 mg/kg之间，平均值为541.0 mg/kg，含量最高的是三平标茶园，为798.5 mg/kg，含量最低的是黄竹洋茶园为348.9 mg/kg.可交换态Mg2+的含量范围在124.7～212.4 mg/kg之间，平均值为158.8 mg/kg，上春茶园可交换态Mg2+的含量最高，为212.4 mg/kg，含量最低的是黄竹洋茶园，为124.7 mg/kg.土壤中四种可交换性盐基阳离子含量大小是Ca＞Mg＞Na＞K.

表2 粤东凤凰山茶园土壤的矿质元素含量mg/kg

表3 粤东凤凰山茶园土壤可交换性盐基阳离子Na+、K+、Mg2+、Ca2+含量mg/kg

2.4 粤东凤凰山茶园茶叶矿质元素与土壤矿质元素和土壤可交换性阳离子含量之间的相关性研究

根据Tessier理论，土壤中金属元素主要分为5种化学形态，分别为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态[5].在这5种化学形态中，可交换态普遍被认为是迁移性和生物有效性最高的化学形态.这种化学形态以静电引力的作用被吸附在土壤胶体表面上，容易被其他阳离子所置换出来，溶解于土壤水溶液中而被植物吸收利用.因此，土壤中可交换态金属元素含量被认为与植物体内相关金属元素的相关性最强.从统计的结果看，凤凰山茶园茶叶中的Na、K和Mg含量与土壤可交换态Na+、K+和Mg2+含量呈显著正相关性（r=0.596、0.531、0.506），而与土壤总Na、K和Mg含量没有显著相关性，说明茶叶中的Na、K和Mg元素主要来自于这三种元素在土壤中的可交换性形态.而茶叶中的Ca2+含量则与土壤中可交换性Ca2+含量没有显著相关性，而与土壤中总Ca2+的含量呈显著正相关性（r=0.561）.这可能是茶园土壤呈酸性，酸性土壤中的H+大量与土壤中可交换性Ca2+发生置换反应，使土壤可交换性Ca2+含量下降，而土壤其他形态的Ca2+含量增高有关.

3 结论

粤东凤凰山茶园茶叶含有较丰富的Na、K、Mg、Ca和Fe等矿质元素，具有较高的营养价值，长期饮用可以补充人体所需的矿质元素，保持人体健康.凤凰山茶园土壤Na、K、Mg、Ca和Fe等矿质元素含量高于广东省土壤平均水平，说明凤凰山茶园土质肥沃，矿质元素含量丰富，适合种植优质凤凰茶.茶叶中的Na、K和Mg含量与栽培土壤中这三种矿质元素的可交换态含量呈显著正相关性，而茶叶中的Ca与土壤中总Ca含量呈显著正相关性.因此可以适当施加含矿质元素的肥料，提高土壤矿质元素含量，从而进一步提高茶园茶叶的品质质量.

[1]龚自明，王雪萍，高士伟，等.湖北名优绿茶矿质元素含量研究[J].湖北农业科学，2010，49(11)：2093-2095.

[2]韩立新，李冉.ICP-AES法测定茶叶、茶水中的矿物质和微量元素[J].光谱学与光谱分析，2002，22(2)：304-306.

[3]国家环境保护局.中国土壤元素背景值[M].北京：中国环境科学出版社，1990：400-475.

[4]李灵，张洪江，张玉，等.岩茶种类和种植年限对茶园土壤中、微量元素含量分异特征的影响[J].扬州大学学报：农业与生命科学版，2010，31(2):53-58.

[5]TESSIER A，CAMPBELL P G C,BISSON M.Sequentialextraction procedure for the speciation ofparticulate trace Metals[J].AnalChem，1979，51:844-851.