山东不同茶区土壤和茶叶全硒含量及其相关性分析

吴焕焕，张虹，任志红，肖文敏，段刚，刘慧，刘广荣，孙海伟

（1.泰安市农业科学研究院，山东泰安 271000；2.济南市长清区农业环境保护站，山东 济南 250300；3.济南市长清北方茶产业发展研究中心，山东济南 250300）

硒（Se）是人体必需的微量元素之一［1］，是机体内不可缺少的谷胱甘肽过氧化物酶（GSHPx）的活性成分。研究表明，人类的克山病、大骨节病、心血管疾病、白内障等均与缺硒密切相关，目前世界上有40多个国家和地区缺硒，我国有72%的地区缺硒或低硒［2］。

茶树是一种吸收、富集硒能力很强的植物，它能将非生物活性和毒性高的无机硒转化为安全有效、毒性低的有机硒［3］。茶叶中80%硒是对人体有益的蛋白有机硒［4］。我国饮茶历史悠久，茶叶又是世界三大保健饮料之一，因此开发富硒茶对人体健康有着重要意义。目前，关于山东茶区土壤和茶叶硒含量及其相关性研究较少。为探究山东不同茶区土壤硒水平及其对茶叶中硒含量的影响，本试验选择长清和泰安茶区的典型茶园，采集土壤和茶叶分别进行硒含量测定，并对不同茶区土壤全硒含量与土壤理化性状以及茶叶全硒含量与土壤全硒含量的相关性进行分析，以期为阐明土壤和茶叶硒水平影响因素以及富硒名优绿茶生产和茶园管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

长清茶区（东经 116°43′～117°03′、北纬 36°23′～37°30′）和泰安茶区（东经 116°46′～117°35′、北纬35°46′～36°20′）位于山东省中部偏西南。两茶区的年平均气温分别为14.3、12.8℃，年平均降水量分别为654.7、728.0 mm，均属于茶树生长的次适宜区。所产茶叶品质优良，鲜爽浓郁，耐冲泡，深受消费者喜爱，为山东重要的绿茶产区［5，6］。茶园土壤基本理化性状如表1所示。

表1 茶园土壤基本理化性状

1.2 试验材料

供试材料为长清茶区（4个茶园）和泰安茶区（17个茶园）面积较大、生产稳定、具有代表性的茶园土壤和茶树鲜叶。

1.3 试验方法

于2019年3月从21个茶园中分别进行土样和茶叶采集。其中土壤取样遵循土壤样品采集原则，按照S形曲线随机多点采集0～20 cm表层土壤，组成1个混合样；茶叶取样时选择生长年限相同、生长状态良好的茶树，随机采集新梢往下数第5～6片成熟叶，组成鲜重约500 g的混合样品。

1.4 指标测定及方法

土壤全硒含量：土壤经风干，过0.15 mm孔径筛。利用 HNO3∶HClO4∶HF＝8∶1∶2（体积比）消化液于165～175℃砂浴消化，再加入50%HCl溶液还原，后使用AF-610A原子荧光光谱仪进行测定［7］。为保证处理和测定数据的准确性，内插国家1级标准物质GSS-34控制分析质量，该标样的质控范围是 （0.21±0.02）mg／kg。

根据测得的土壤硒含量水平，参照我国硒元素生态景观安全阈值［8］（表2）进行茶园硒效应评价。

茶叶全硒含量：鲜叶采摘后按照制作工序杀青，100℃烘干1 h，粉碎并储存于干燥器中。利用HNO3∶HClO4＝4∶1（体积比）消化液于 165～175℃砂浴消化，再加入50%HCl溶液还原，后于120℃消化1 h，再使用AF-610A原子荧光光谱仪进行测定［9］。采用国家标准物质GSB-11（柑橘叶）内插法控制分析质量，该标样的质控范围是 （0.17±0.03）mg／kg。硒富集系数 ＝茶叶全硒含量／土壤全硒含量。

表2 硒元素生态景观安全阈值

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据整理及图表制作，利用SPSS 21.0统计软件进行Pearson相关分析。

2 结果与分析

2.1 土壤全硒含量及茶园硒效应评价

由表3可以看出，长清茶区0～20 cm土层全硒含量在 0.021～0.208 mg／kg之间，平均值为0.113 mg／kg，变异系数为69%。泰安茶区0～20 cm土层全硒含量在 0.011～0.469 mg／kg之间，平均值为 0.171 mg／kg，变异系数 74%。

表3 茶园表层土壤全硒含量

由表4可以看出，仅泰安茶区1个茶园的表层土壤达到富硒水平，其余茶园均处于中低硒及硒不足水平。

2.2 土壤全硒含量与土壤理化性状的相关性分析

由表5可以看出，长清和泰安茶区土壤全硒含量与土壤pH值均呈负相关，其中泰安茶区两者显著相关。表明在一定pH值范围内，土壤全硒含量随土壤pH值升高而降低。长清和泰安茶区土壤全硒含量与土壤有机质含量均呈正相关，表明有机质对硒有一定的吸附和固定作用。土壤全硒含量与速效氮、速效钾、有效磷含量均呈正相关，表明三者均利于土壤硒的固定。

表5 土壤全硒含量与其理化性状的相关系数

2.3 茶叶全硒含量分析

由表6可以看出，长清茶区茶叶全硒含量最大值为 0.061 mg／kg，最小值为 0.005 mg／kg，平均值为0.037 mg／kg，未达到富硒茶硒含量标准（0.2～4.0 mg／kg）［10］；茶叶硒富集系数为 0.11～0.69，平均值为0.37。泰安茶区茶叶全硒含量在0.002～0.308 mg／kg，平均值为 0.083 mg／kg，仅有2个茶园达到富硒茶硒含量标准；茶叶硒富集系数为0.09～0.82，平均值为0.43。

表6 茶叶全硒含量

2.4 茶叶硒含量与土壤全硒含量的相关性分析

由图1可以看出，茶园土壤全硒含量和茶叶全硒含量存在正相关，泰安茶区土壤全硒含量和茶叶全硒含量达到极显著水平（R＝0.8312，P＜0.01）。说明茶叶全硒含量受到土壤硒营养水平的影响，在相对高硒土壤中，茶叶对硒的吸收累积强于低硒土壤。

图1 土壤与茶叶全硒含量的相关性

3 讨论与结论

土壤是母质、母岩在生物、气候、地形等综合影响作用下形成的自然综合体，成土过程及土壤基本性质直接影响土壤中硒元素含量水平［11］。研究表明，山东土壤硒背景值为 0.130 mg／kg［12］，全国土壤硒背景值为 0.290 mg／kg［13］。本研究中，长清和泰安茶区茶园土壤全硒含量平均值分别为 0.113、0.171 mg／kg，泰安茶区土壤全硒含量平均值略高于山东土壤硒背景值，但两茶区土壤全硒含量平均值均低于全国土壤硒背景值，按照生态景观安全阈值的划分，研究区表层土壤整体处于中低硒及硒不足状态。与我国其它地区表层土壤全硒含量相比，两茶区土壤硒水平与重庆三峡库区结果［14］较为接近，但不到山东省济南市章丘地区的 1／3［15］。

本研究中，土壤全硒含量与pH值呈负相关。土壤pH值是控制硒价态转化的主要因素，硒在酸性和中性土壤中主要以亚硒酸盐（Se）形式存在，而在通气良好的碱性土壤中，主要以硒酸态（Se）存在［16，17］。一般地，Se与吸附质的亲和力较强，易受黏粒矿物和倍半氧化物固定，而Se与吸附质的亲和力较弱，溶解度大，因此pH值越高，土壤中硒越容易淋失［16，18］。土壤 pH值对土壤硒的甲基化也有影响，在一定范围内，土壤硒甲基化随着pH值的升高而加强，产生易挥发的二甲基化合物，从而使硒移动和从表土中溢出的可能性增加［16，19］，因此，pH值越高，土壤硒含量越低。本研究还发现，土壤全硒含量与土壤有机质含量呈正相关。这与很多研究结论一致，只是相关程度有所差异［20-23］，这主要是因为有机质对硒具有一定的吸附和固定作用［24］。本研究中，土壤速效氮、速效钾和有效磷等速效养分与土壤硒含量均呈正相关。前人对磷与硒的研究发现，施磷会增加植物对硒的吸收［25］，这可能是土壤环境中，磷与硒均以阴离子形式存在，磷可与硒竞争土壤胶体表面的吸附位点，从而影响硒的生物有效性，导致硒在土壤中累积［26］。但其它常规速效养分对土壤硒的影响机制还有待进一步研究。

长清和泰安茶区茶叶全硒含量平均值分别为0.037、0.087 mg／kg，硒富集系数平均值分别为0.37、0.43，仅有泰安茶区2个茶园达到富硒茶标准（0.2～4.0 mg／kg），因此，两茶区天然茶园茶叶硒水平较低。而茶叶硒水平受土壤硒影响较大，土壤中含硒越多，茶叶可吸收利用的硒就越多。两茶区茶叶硒富集系数偏低，这可能是由于茶叶全硒含量还与茶叶硒吸收特性、土壤硒形态及土壤理化性质等条件有关［27，28］。

综上可知，通过改变土壤pH值、增加土壤有机质、调节土壤中常规养分含量与比例等措施，可提高土壤硒水平，促进茶树对土壤硒的吸收和转化，进而增加茶叶硒含量［28，29］，生产优质富硒泰山茶。然而，土壤硒含量及其存在形态是否还受其它因素的影响，有待于进一步研究。