湖北、湖南砖茶主产区茶园土壤有效氟的背景调查

张永利　廖万有　王烨军　等

摘要：为了解砖茶主产区茶园表层土壤有效氟含量背景特征，对湖北、湖南4个县市139个典型茶园0～30 cm土层土壤水溶态氟、交换态氟含量和pH值进行了调查分析。结果表明，湖北省水溶态氟和交换态氟平均含量分别为 0.67 mg/kg 和0.49 mg/kg，主要分布区间分别为0.51～1.00 mg/kg和0.61～0.80 mg/kg；湖南省水溶态氟和交换态氟平均含量分别为0.39 mg/kg和0.26 mg/kg，主要分布区间分别为0～0.5 mg/kg和0.21～0.40 mg/kg；各地区水溶态氟含量顺序为咸宁>长沙>安化>桃源，交换态氟含量为咸宁>安化>长沙>桃源；湖北省大部分土壤pH值<4.5，湖南pH值主要分布在4.5～5.5，各地区间差异较大。整个调查区土壤pH值与水溶态氟、交换态氟均呈显著负相关，但不同县（市）茶园土壤pH值与水溶态氟含量的关系有所不同，调查地点对土壤有效氟含量状况起决定作用，土壤pH值对土壤有效氟含量的影响相对较小。

关键词：茶园土壤；砖茶；水溶态氟；交换态氟；pH值

中图分类号： S159.2文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）01-0318-04

收稿日期：2014-04-22

基金项目：现代农业产业技术体系建设专项（编号：CARS-23-01A）；安徽省农业科学院院长青年创新基金（编号：13B0839）。

作者简介：张永利（1986—），女，硕士，助理研究员，主要从事植物营养与土壤质量研究。E-mail：zh042zyl@126.com。

通信作者：廖万有，研究员，研究方向为茶园土壤肥料与茶树栽培生理及茶叶质量安全。Tel：（0559）4512865；E-mail：lwanyou@126.com。氟作为一种人体必需的微量元素，在人体生长发育和骨骼代谢中起着重要作用，摄入适量的氟对机体、牙齿和骨骼的钙化、神经兴奋性传导、酶系统的代谢和机体的正常生长代谢等具有促进作用，而摄入过量的氟则会破坏人体正常的钙、磷代谢，导致氟斑牙、氟骨症[1-2]、神经毒害[3]、原发性高血压[4]、颈动脉粥样硬化[5]等。砖茶是边疆少数民族的生活必需品，由含氟量较高的粗老原料制成，因此砖茶的氟含量也较高，赵晓宇等在蒙、甘、新、青、川等省区习惯饮用砖茶的地区收集了33份茶叶主产区砖茶样品，测定结果，砖茶氟含量均值为431.92 mg/kg，是普通茶叶氟含量的9.18倍，且不同产地和品种的砖茶氟含量的差异明显[6]。对川西高原的甘孜和阿坝州10个县632份砖茶的调查表明，各品种砖茶的平均氟含量在367.00～1 671.20 mg/kg之间，平均为905 mg/kg，含氟量最低的是云南大理下关砖茶，最高的是雅安砖茶[7]。艾亥特·艾萨等的调查显示，新疆5县250份砖茶样的氟含量范围为51.68～1 151.48 mg/kg，均值为553.11 mg/kg，氟含量超标率高达85.20%[8]。由于长时间饮用砖茶（或砖茶制品），摄入过量的氟而导致一种慢性中毒性疾病——饮茶型氟中毒，是中国所特有的一种地方性氟中毒类型，也是我国西部少数民族地区较为严重的公共卫生问题[9-11]。

相关研究表明，茶树老叶含氟量与土壤水溶态氟含量呈显著或极显著正相关[12-13]，1芽4、5叶含氟量与土壤水溶态氟呈显著正相关[14]。因此，选择与低氟茶树品种相配套的低氟立地茶园可能是降低砖茶含氟量的重要途径之一。但是，目前有关茶园土壤有效氟含量的调查较少，低氟土壤的标准尚不清晰。本研究对湖北、湖南砖茶主产区4个县市的茶园表层土壤水溶态氟、交换态氟含量和土壤pH值进行测定，分析土壤湘、鄂砖茶主产区0～30 cm土壤水溶态氟和交换态氟含量背景特征，以期为制定我国低氟茶园土壤水溶态氟含量标准提供科学依据。

1材料与方法

1.1取样地点与方法

2011年10月，在湖北咸宁、湖南长沙、桃源、安化等砖茶主产区选择典型茶园，采集0～30 cm土层土壤样品，每个茶园取3～4点混合样，其中咸宁共采集样品10份，长沙共采集23份、桃源92份、安化14份，共计139份。同时记录地点、经纬度、海拔、地貌、土壤类型、茶树品种、树龄等信息。土壤样品带回实验室，遮阴风干，剔除杂物，磨碎过 2 mm 和 0.25 mm 筛后储存备用。

1.2测定项目与方法

土壤pH值采用酸度计测定，用无CO2水浸提，土水比 1 ∶2.5。土壤有效氟的测定采用连续浸提法。称取过 0.25 mm 筛的风干土10.00 g于100 mL离心管中，加 50.00 mL 蒸馏水，加塞称重后，70±2℃下恒温振荡30 min，离心 5 min，倾出上清液。用氟电极法测定土壤水溶态氟。将上述离心管和剩余物称重后，加入1 mol/L MgCl2溶液3000 mL，25 ℃ 恒温振荡1 h，离心5 min，倾出上清液。用氟电极法测定溶液中氟含量，减去残留液中残留的氟，即得土壤交换态氟。

1.3数据分析

数据采用Microsoft Excel 2007 进行处理，采用IBM SPSS Statistics 19软件进行描述统计和方差分析。

2结果与分析

2.1湖北、湖南砖茶产区茶园土壤有效氟含量

水溶态氟主要指以离子或络合物形式存在于土壤溶液中的氟，交换态氟是指通过静电引力吸附于黏粒、有机质颗粒和水合氧化物的可交换正电荷的氟阴离子，两者容易被植物吸收，被称为土壤有效氟。湖北省和湖南省茶园土壤有效氟含量的描述统计见表1，频率分布见图1。结果表明，湖北省砖茶产区茶园土壤水溶态氟含量变化范围在0.35～1.06 mg/kg，平均含量为0.67 mg/kg，水溶态氟含量低于1.0 mg/kg 的土壤占90.0%，水溶态氟含量在0.51～1.00 mg/kg 的土壤占70.0%（图1-a）；湖北省砖茶产区茶园土壤交换态氟含量的分布范围为0.14～0.95 mg/kg，平均值为0.49 mg/kg，不同茶园土壤交换态氟含量差异较大，变异系数高达58.2%，其中土壤交换态氟含量为0～0.5 mg/kg和0.51～1.00 mg/kg的土壤各占50%（图1-b）。湖南省土壤水溶态氟含量的分布范围为0.11～0.93 mg/kg，平均含量 0.39 mg/kg，72.1%的茶园土壤水溶态氟含量分布在0～0.5 mg/kg，且水溶态氟含量越高分布频率越低（图1-c）；土壤交换态氟含量的分布范围为0.00～0.64 mg/kg，平均含量为0.26 mg/kg，其中94.6%分布在0～0.5 mg/kg范围内（图1-d）。整个调查区域土壤水溶态氟含量范围为0.11～1.06 mg/kg，平均含量为0.41 mg/kg，变异系数高达51.2%；交换态氟含量范围为0.00～0.95 mg/kg，平均含量 0.27 mg/kg，变异系数59.3%；调查区域茶园表层土壤水溶态氟和交换态氟含量均为湖北高于湖南。endprint

表1不同省份砖茶产区茶园土壤有效氟含量的描述统计

省份样本数

（个）形态有效氟含量（mg/kg）范围平均值标准差变异系数

（%）湖北省10水溶态氟0.35～1.060.670.2233.3交换态氟0.14～0.950.490.2958.2湖南省129水溶态氟0.11～0.930.390.2051.7交换态氟0.00～0.640.260.1350.1调查区139水溶态氟0.11～1.060.410.2151.2交换态氟0.00～0.950.270.1659.3

2.2不同砖茶主产县（市）茶园土壤的有效氟含量

湖北、湖南各县（市）砖茶产区0～30cm茶园土壤水溶态氟和交换态氟含量的调查结果见表2和图2。总体上湖北茶园土壤水溶态氟含量显著高于湖南各地；湖南省3个县的茶园土壤水溶态氟含量顺序为：长沙（0.45±0.24） mg/kg>安化（0.40±0.20） mg/kg>桃源（0.37±0.18） mg/kg，地区间无显著性差异。湖北茶园土壤交换态氟含量变化范围较大，湖南各县交换态氟含量分布较为集中，土壤交换态氟含量顺序为：湖北咸宁（0.49±0.29） mg/kg>湖南安化（0.36±015） mg/kg>湖南长沙（0.30±0.16） mg/kg>湖南桃源（023±0.10） mg/kg。

2.3调查区域砖茶茶园的土壤pH值

湖北和湖南省砖茶主产区茶园土壤pH值调查结果见表

表2各砖茶主产县（市）茶园土壤有效氟含量

调查地区样本数

（个）有效氟含量（mg/kg）水溶态氟交换态氟有效氟总量湖北咸宁100.67±0.220.49±0.291.16±0.30湖南长沙230.45±0.240.30±0.160.76±0.26湖南桃源920.37±0.180.23±0.100.59±0.22湖南安化140.40±0.200.36±0.150.76±0.32

3和图3。湖北省土壤pH值由于样本较少，分布较为集中，变异系数5.1%，pH值分布范围为4.12～4.71，平均值为439，均为强酸性土壤，其中60%土壤pH值<4.5。湖南省调查区域的土壤pH值范围为4.04～6.18，不同地区pH值差异较大，变异系数9.4%，平均值为4.96，主要分布在4.5～55，占总样本的70.54%。

表3不同省份砖茶主产区茶园土壤pH值

省份样本数

（个）pH值最小值最大值平均值标准差变异系数

（%）湖北省104.124.714.390.225.1湖南省1294.046.185.000.479.4调查区1394.046.184.960.489.8

不同地区土壤pH值描述统计结果见表4，湖北咸宁、湖南长沙土壤pH值均低于5.5，湖北咸宁60.0%的土壤pH

值<4.5，湖南长沙、桃源、安化主要分布在4.5～5.5之间，各占56.52%、72.83%、78.57%，桃源有17.39%的土壤 pH值>5.5，安化有7.14%。总体来看湖北土壤pH值低于湖南各县，土壤pH均值依次为湖北咸宁<湖南长沙<湖南安化<湖南桃源，其中湖北咸宁和湖南长沙土壤pH值显著低于湖南安化和湖南桃源。表4各砖茶主产县（市）茶园土壤pH值的描述统计

调查地区样本数

（个）pH值范围均值±标准差变异系数

（%）分布频率（%）<4.54.5～5.5>5.5湖北咸宁104.12～4.714.39±0.225.1260.0040.000湖南长沙234.11～4.964.50±0.245.2643.4856.520湖南桃源924.04～6.185.14±0.448.639.7872.8317.39湖南安化144.30～5.584.94±0.367.3214.2978.577.14

2.4茶园土壤pH值与水溶态氟和交换态氟含量的相关性

目前，对于茶园土壤水溶态氟和交换态氟与土壤pH值的关系尚无明确定论，本研究调查的4个不同地区3者相关关系有很大差别（表5），结果表明，pH值与水溶态氟、交换态氟均呈负相关，达显著水平。在调查地区作为控制变量条件下，对茶园表层土壤pH值与土壤水溶态氟和交换态氟含量进行了偏相关分析，土壤pH值与土壤水溶态氟、土壤交换态氟含量的偏相关系数分别为-0.084和-0.071，而土壤pH值与土壤水溶态氟、土壤交换态氟含量的简单相关系数分别为-0.208和-0.177（P<0.05），表明调查地区对土壤有效氟含量状况起决定作用，土壤pH值对土壤水溶态氟、土壤交换态氟含量的影响较小。表5茶园土壤pH值与土壤有效氟含量的相关系数

氟形态湖北咸宁湖南长沙湖南桃源湖南安化湖南调查区偏相关水溶态氟-0.648*-0.580**0.302**-0.1530.120-0.208*-0.084交换态氟0.841**0.367-0.240*0.209-0.211*-0.177*-0.071

3讨论与结论

3.1调查区域与其他地区和土地利用方式的土壤水溶态氟含量比较

马立峰等测得湖南砖茶产区桃江县茶园0～20 cm土层土壤水溶态氟含量在（0.03～0.26） mg/kg之间，平均含量为（011±0.06） mg/kg；临湘市0～20 cm土层土壤水溶态氟含量在0.07～0.67 mg/kg之间，平均含量为（0.22±0.18） mg/kg，属于土壤水溶性氟含量较低的地区[14]。杨阳调查结果，湖南益阳和安化水溶态氟含量分别为0.63 mg/kg 和0.66 mg/kg，桃江和临湘水溶态氟含量分别为0.45 mg/kg和0.46 mg/kg[15]。本研究调查结果，湖南长沙、安化、桃源砖茶主产区茶园土壤水溶态氟含量分别为（0.45±0.24）、（040±0.20）、（0.37±0.18） mg/kg。相同地区调查结果差异较大，主要由调查地区的土壤差异、土样采集及测定的方法差异所致。endprint

王凌霞等调查显示，湖北省赤壁、谷城、英山、大悟、咸安、竹山、夷陵等地0～20 cm茶园土壤水溶态氟含量为0.2～6.1 mg/kg（均值1.8 mg/kg）[16]。恩施地区5 种茶园土壤的水溶态氟含量为0.47～1.18 mg/kg（均值0.97 mg/kg）[17]。荆州市农田和草地0～20 cm土层土壤水溶态氟含量变化范围为0.22～4.56 mg/kg，平均值为1.74 mg/kg，土壤水溶态氟含量>1.25 mg/kg的占66.09%，>2.25 mg/kg的占 2994%，>3.25 mg/kg的占4.52%[18]。本研究调查的湖北咸宁砖茶产区茶园表层土壤水溶态氟含量在湖北省属于较低水平。

其他非砖茶产区茶园土壤水溶态氟含量变化范围较大，如浙江部分绿茶产区茶园0～20 cm土层土壤水溶态氟含量为004～0.60 mg/kg，平均值为0.19 mg/kg[19]；浙江遂昌茶园 0～20 cm 土层土壤水溶态氟含量为1776～3.921 mg/kg[20]；江苏典型茶园0～20 cm土层土壤水溶态氟含量范围为 0.05～1.79 mg/kg[21]；安徽、江苏、浙江产茶区13个茶园土壤水溶态氟含量在0.71～6.78 mg/kg 之间[22]。本研究调查的湖北、湖南砖茶主产区茶园土壤有效氟含量并不属于高水平，土壤有效氟含量并不是砖茶中氟含量过高的主要因素。

3.2土壤水溶态氟含量的影响因素

母质是影响土壤水溶性氟含量的主要因素，而且土壤水溶性氟含量由北向南呈减少的趋势，地带性差异较为显著[23]。土壤水溶态氟含量与土壤类型有关，潮土中水溶态氟含量最高，为1.86 mg/kg，其次是水稻土，为1.76 mg/kg，酸性的棕红壤含量最低，为0.55 mg/kg[18]。

pH值是土壤化学性质的综合反映，土壤中氟的溶解度受pH值影响很大，土壤酸碱度是水溶态氟含量的重要影响因素之一，已有研究结果[24-25]与本研究的结论类似，即不同地区土壤pH值与水溶态氟含量的关系有所不同，一般土壤水溶态氟与pH值呈正相关，但也有可能呈负相关。如在湖北荆州pH值低于7.5的土壤中，水溶态氟含量随着pH值升高显著增加，但对于碱性土壤（pH值>7.5），水溶态氟含量与pH值之间并无明显相关性[18]。而在崂山地区，土壤水溶态氟含量与土壤pH值却呈极显著负相关[26]；安徽、江苏、浙江的数据显示，土壤水溶态氟含量随土壤pH值、阳离子交换量和黏粒含量的增大显著下降，随有机质含量增加而显著增加[22]。有的研究认为随着土层深度增加，土壤水溶态氟与pH值的相关性降低，0～20 cm土层二者存在显著正相关性，20～40 cm 土层二者存在相关性，40～60 cm土层二者无相关性[20]。

除此之外，土壤理化性质也对土壤水溶性氟含量产生影响。王凌霞等在湖北的研究表明，茶园土壤水溶态氟含量与土壤pH值、CEC和交换性Ca呈显著正相关，交换态氟含量与黏粒含量、CEC、无定形Al、游离Al和游离Fe都呈极显著正相关，水溶态氟与交换态氟亦呈显著正相关[16]。

3.3结论

湖北省砖茶主产区水溶态氟和交换态氟平均含量分别为（0.67±0.22） mg/kg和（0.49±0.29） mg/kg，湖南省砖茶主产区水溶态氟和交换态氟平均含量分别为（0.39±0.20） mg/kg 和（0.26±0.13） mg/kg，各地区水溶态氟含量顺序为咸宁（0.67±0.22） mg/kg>长沙（0.45±0.24） mg/kg>安化（0.40±0.20） mg/kg>桃源（0.37±0.18） mg/kg，交换态氟含量为咸宁（0.49±0.29） mg/kg>安化（0.36±015） mg/kg>长沙（0.30±0.16） mg/kg>桃源（0.23±010） mg/kg。湖北省大部分土壤pH值<4.5，湖南pH值主要分布在4.5～55。各地区茶园0～20 cm土壤pH值依次为湖南桃源（514±0.44）>湖南长沙（4.50±0.24）>湖南安化（4.94±0.36）>湖北咸宁（4.39±0.22）。

整个调查区的相关性分析结果表明，pH值与水溶态氟、交换态氟均呈显著负相关，但不同调查地区茶园土壤pH值与水溶态氟含量的关系有所不同，调查地点对土壤有效氟含量状况起决定作用，与之相比，土壤pH值对土壤水溶态氟、土壤交换态氟含量的影响相对较小。

本研究调查的湖南和湖北砖茶主产区茶园土壤水溶态氟和交换态氟含量背景值并不高，但是所生产的砖茶产品中氟含量却很高，因此茶树对土壤中氟的吸收和累积可能与其他土壤地理条件对茶园土壤的供氟能力、赋存形态转化的影响有关。茶树氟含量的调控，不仅要注重茶园选址，还要重视调控茶树对氟的吸收过程。

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