茶园土壤及与茶叶中微量元素锌硒含量相关性的研究

刘海燕;黄彩梅;周盛勇;汪建文;邹天才

【摘 要】植物生长的环境适应及其内含物质功能和变化规律的研究已成为热点问题。该研究对贵州省地标品牌湄潭翠芽、凤冈锌硒茶4个样地12个样点茶园土壤及其对应种植点茶叶样品中锌硒含量变化进行了检测与分析。结果表明：(1)4个样地中,3个样地的锌含量都是原土高于种植土,而硒含量没有明显规律性变化；各主产区土壤锌硒含量的标准差均大于均值的5％,土质均匀度都较低；(2)4个样地新叶(一芽二叶)与老叶的锌含量都呈现显著差异,而硒在新叶和老叶中的含量差异无明显变化规律；(3)锌元素在茶树体内转移现象明显,由老叶向新叶中转移,新叶中含量较高；硒元素在新叶和老叶中的含量变化不明显。新叶中锌的含量与其0~20 cm 表层土样和21~40 cm 深层土样中锌的含量呈极显著正相关(P ＜0．01),相关系数为0．768；而新叶硒的含量与0~20 cm 表层土中硒含量呈显著正相关(P ＜0．05)。茶叶中锌硒主要是通过茶树根系从土壤中吸收和传输,但其吸收转移效率不由土壤中的含量多少直接决定,还受到茶园土壤质地、茶园温湿度等环境管控因素的影响,锌硒微量元素参与茶树体内的生理作用和代谢途径具有较大的差异。因此,进一步探索茶树吸收与转化锌硒微量元素的存在形态和作用机理,了解不同产区茶叶中微量元素锌硒含量与其茶园土壤的关系,对于生产适宜于人类身体健康适当锌硒含量的有机茶具有重要意义。%The discussion for the plant adaptation to environment and the function and transition of inclusions has be-come a hot research topic.This article selected four plots from Guizhou famous Fenggang zinc-selenium tea and Meit-an Tsui bud production regions,established twelve samples,studied the change of trace

elements,zinc and selenium contents,in different tea garden soils and the

tea in corresponding.The results were as follows:(1)In four plots, the contents of zinc in the uncultivated original soil were higher than sample soil in three plots,but the contents of se-lenium had no obvious regular change.The standard deviations of zinc and selenium contents were greater than 5% of average in all samples,that mean the soil uniformity of the four plots were all relatively low;(2)Significant differ-ences were exhibited in the zinc content between new leaves(one bud and two leaves)and old leaves in four plots,while the difference in selenium content had no obvious regular change.(3)The transfer of zinc was obvious in tea,it transferred from old leaves to new leaves,and new leaves was higher.The content of selenium was rare in tea and no obvious rule between old leaves and new leaves.The content of zinc in new leaves was highly significant positive cor-relation with the zinc content in 0-20 cm surface soil and 21-40 cm deep soil samples(P <0.01),the coefficient correlation was 0.768.The selenium content in new leaves had a significant positive correlation with the 0-20 cm surface soil (P <0.05).The zinc and selenium were absorbed and translocated from soil by tea roots usually.The ab-sorption and transfer efficiency was not only decided by the content in soil,but also related to soil texture,tempera-ture,humidity and other external factors in the tea garden.There was a great difference between zinc and selenium in the physiological and metabolic pathway of tea.Therefore,we need to further research the the absorption and trans-formation of trace elements zinc,selenium in tea,the existing form and mechanism of action,the correlation of the zinc and selenium content in

tea and garden planting soil in different production regions.These are of great significant application values for producing organic tea with appropriate zinc and selenium contents to human’s health. 【期刊名称】《广西植物》 【年(卷),期】2015(000)006 【总页数】8页(P868-874,941)

【关键词】茶园土壤;锌;硒;茶树吸收;含量分析 【作 者】刘海燕;黄彩梅;周盛勇;汪建文;邹天才

【作者单位】贵州省植物园，贵阳 550004;贵州省第三测绘院，贵阳 550004;贵州省第三测绘院，贵阳 550004;贵州科学院，贵阳 550001;贵州科学院，贵阳 550001

【正文语种】中 文 【中图分类】Q945.78

对植物生长与其环境因素所产生的形态上和生理适应方面的研究,一直是植物生理学和现代农业关注的热点问题,这种研究有助于揭示特殊环境条件下的植物生理学规律、提高作物的品质和产量,以及培育抗逆品种和优良品种等。茶叶是人类的健康饮料,茶叶中微量元素的成分及其含量多少是茶叶品质好坏的物质基础,测试分析茶园环境对茶叶品质及其微量元素含量的影响,探讨茶叶中的化学成分及其来源在生产上具有重要价值和意义。

锌、硒是人和动物生命所必需的微量元素,也是茶树生长的有益元素。茶园土壤养分与茶叶品质研究表明,茶园土壤有效锌含量与茶叶氨基酸含量显著相关,锌对氨基

酸的形成和茶多酚含量提高有促进作用(何电源等,19)。在茶树的生长发育过程中,锌是诸多新陈代谢酶的组成成分,如碳酸酐酶、磷酸酯酶、苹果酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶等都含有锌,而且参与了光合作用的全过程,可促使芽叶对CO2的吸收和同化,同时促进蛋白质的合成与转化。锌还能增强茶树根系对氮和磷的吸收,从而促进茶树萌芽和旺盛生长(刘小文等,2010;Chandra et al.,2012)。茶树是一种吸收、富集硒元素能力很强的植物,茶树通过生物富集和转化作用,能把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(温立香,2013)。硒对茶叶产量和品质的影响可能是通过间接作用实现的,或通过对土壤中的酶类活性产生影响,进而影响茶树的养分吸收,最终对茶叶的产量和品质产生作用(董广辉等,2002)。土壤含硒量是茶叶含硒量的决定因素(唐颢,2012)。因此,本文选择了湄潭翠芽、凤冈锌硒茶主产区的本地优势栽培种黔湄809开展检测分析,就茶园土壤中的锌硒含量以及与其茶叶中锌硒含量之间的相互关系及其规律进行了研究和讨论。 1.1 材料

在对贵州锌硒茶主产区开展广泛调查研究的基础上,选取湄潭翠芽主产区的核桃坝茶场(坪坝)、云贵山茶场(山区)和凤冈锌硒茶主产区的田坝仙人岭山上茶场(山区)和田坝仙人岭山下茶场(坪坝)为样地,采集土样和茶叶嫰叶。茶树品种为抗寒性强的当地栽培优势品种—黔湄809,树龄5 a,茶园管理同步,在冬季12月施过有机肥的种植茶园。

2012年1－2 月,在湄潭、凤冈各选取生境和海拔差异明显的2个样地(茶场),每个样点随机选取样点3个,样点选择用罗盘仪定向、皮尺量距离,设置面积为10 m×10 m。对每个样点按照五点法设置5个采样点,茶叶种植带宽的采用蓬下取土,种植带窄的采用蓬心取土,取土时将上层的腐殖质去掉,每个采样点的取土深度相同、采样量均等。取样器垂直于地面入土,土样上层与下层的厚度一致。每个点用取土器分别取表层0～20 cm和深层21～40 cm土样1 kg,同时在该样地周围等距离

选取三点取样非耕作的原土土样各1 kg做对照试验。土样用密封袋封装,贴好标签,标注编号、土壤类型、采样地点、时间、土层深度等,带回实验室检测。 2012年和2013年的4月1－16日期间,在试验样地的每个土样采样点对应种植的茶树上采取刚发出的茶叶新叶50 g,采取方式为一芽两叶,用密封袋封装,贴上标签,标注编号、采样茶叶名称、地点、时间,采后12 h内烘干保存,及时固定绿茶营养成分,带回实验室检测。 1.2 检测与分析方法

土壤锌采用原子吸收光谱分析法,参照GB/T 15337-2008。土壤硒采用原子荧光光度法,参照GB/T 21729-2008。茶叶锌采用原子吸收光谱分析法,参照GB/T 599.14-2003。茶叶硒采用原子荧光光度法,参照GB/T 21729-2008(阮宇成等,1983)。土壤和茶叶样品中所测锌、硒含量均为全量。 1.3 数据统计分析

采用SPSS 17.0软件进行数据处理及分析,用Excel 2003软件制图。 2.1 茶园土壤与原土的锌硒差异

对种植茶园土壤和试验样地非耕作原土的锌硒含量进行了检测分析(表1)。从表1可以看出,除湄潭云贵山原土样的锌含量略高于种植区并表现出显著性差异外,其他3个样地原土样的土壤锌含量显著高于种植区。从表1的差异性分析可以看出,凤冈田坝仙人岭山上和湄潭云贵山原土与种植茶园土壤的硒含量差异均达到显著水平;检测点的平均值显示了凤冈田坝仙人岭山下和湄潭核桃坝的硒含量差异不显著。湄潭云贵山、核桃坝的原土硒含量高于种植土,但凤冈田坝仙人岭茶产区的原土硒含量则略低于种植土,这是因为湄潭云贵山和核桃坝的原土表层0～20 cm p H值为4.49、4.59,深层21～40 cm p H值为4.9、4.67,凤冈田坝仙人岭山上和山下茶场的原土表层0～20 cm p H值为4.51、4.27,深层21～40 cm p H值为4.55、4.55,硒的存在形态和土壤类型是影响植物吸收硒的重要因素,土壤中的硒消耗减少

而使检测出的含量增加。此外,凤冈田坝仙人岭茶场主要是以生产富锌富硒有机绿茶为主,在管理上注重了锌硒肥的施用,由此有可能导致种植土硒含量高于非种耕作原土的含量。

2.2 4种不同茶园样地中土壤锌硒含量的比较

从表2得知,除凤冈田坝仙人岭山上外,其他3个产区的样地都是表层土的锌硒含量略低于深层土,原因可能是茶园中茶树对表层土锌硒的吸收消耗,同时由于灌溉雨水等的渗透作用使锌硒成分向深层土转移。凤冈田坝仙人岭山上、凤冈田坝仙人岭山下、湄潭云贵山这3个样地的土壤类型都是砂页岩黄壤,而湄潭核桃坝的土壤类型为小黄泥,小黄泥粘性比较大,土壤通透性较差,影响茶树对于微量元素的吸收。对0～20 cm表层土样中的各组数据分析显示:锌含量以核桃坝最大,为87.82 mg· kg-1,湄潭云贵山最低,为50.50 mg·kg-1,总体上是D＞B＞A＞C。方差分析结果显示,A与D、B与D、C与D之间的差异性达到极显著水平(P＜0.01)。这表明湄潭核桃坝(D组)与其他各组的锌元素含量相比较时存在显著差异。

0～20 cm表层土样中硒含量为A＞D＞B＞C,方差分析结果显示A与B、A与C、A与D之间的差异性达到了极显著水平(P＜0.01)。这表明凤冈田坝仙人岭山上(A组)与其他各组的硒元素含量相比较时有显著差异。

对21～40 cm深层土样中各组数据进行分析显示:锌含量为D＞B＞A＞C。方差分析结果显示A与D、B与D、C与D之间的差异性达到了极显著水平(P＜0.01)。这表明湄潭核桃坝(D组)与其他各组的锌元素含量相比较时存在显著差异。其他各组之间的差异均不显著。

21～40 cm深层土样中硒含量A＞D＞B＞C,方差分析结果显示各处理组间的差异性未达到显著性水平,表明各组之间硒元素含量差异不显著。

综合表层土和深层土的分析结果发现,湄潭核桃坝的锌含量最高。湄潭核桃坝的土壤为富锌土,表层土平均含量为87.82 mg·kg-1,深层土平均含量高达95.38

mg·kg-1。

综合分析表层土和深层土中硒元素的含量发现,凤冈田坝仙人岭山上(A组)的硒元素偏高,0～20 cm表层土的含量比21～40 cm深层土的含量略高。根据李家熙等(2000)的划分标准,0.10～0.20 mg·kg-1为低硒土壤,0.20～0.40 mg·kg-1为中硒土壤,大于0.40 mg·kg-1为富硒土壤。这4个试验选点茶园的土壤硒含量均小于0.10 mg·kg-1,表明选点茶园土壤硒含量较低。植株硒含量主要受土壤硒水平的影响,低硒水平下,土壤硒的吸收利用程度极高,而高硒水平下,植株吸收的土壤硒向生殖器官的迁移程度较高。硒是人体内必需之微量元素,若硒摄取不足或摄取过量,均可能导致疾病产生,而这4个选点茶园中表层土和深土层的硒含量分别为0.035～0.128、0.043～0.102 mg·kg-1,根据我国饮用天然矿泉水国家标准(GB8537)中硒含量为0.010～0.050 mg·L-1的限量指标,可以认为选点茶园对种植适宜人体健康所需硒含量的优质绿茶是比较适宜的。 2.3 同一样方内土壤锌硒含量均匀度分析

根据表2的检测结果,对同一样方内0～20 cm表层土和21～40 cm深层土的锌硒含量均匀与否进行分析得图1和图2。在图1、图2中,工字型图样代表各样地中5个采样点土壤锌硒含量均值的标准差,若标准差＞均值的5%,则说明这5个采样点土壤锌硒含量差异显著,此样地的土质均匀度较低;反之则该样地的土质均匀度较高。从表2和图1、图2中都可以算出,其锌硒含量均值的5%分别为2.53～4.77和0.002～0.005,而锌硒含量的标准差分别为6.26～19.41和0.004～0.034,其标准差皆大于均值的5%,因此4个样地的土质均匀度都较低。 2.4 各样地茶叶老叶与新叶中锌硒含量比较

从表3看出,各样地茶叶样品中老叶与新叶锌含量都呈现显著差异,硒含量在凤冈田坝仙人岭山上和湄潭云贵山呈现差异显著,而在凤冈田坝仙人岭山下和湄潭核桃坝则差异不显著。一般植物体内锌浓度达到约100μg·g-1时就表现为过量,浓度为

400μg·g-1时就造成严重毒害(汪洪等,2009)。供试茶叶样品中的锌含量都在安全标准范围内,参与茶树体内的锌离子的跨膜运输蛋白:锌铁控制运转相关蛋白(ZIP)、自然抵抗相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)、重金属ATPase酶、阳离子扩散协助蛋白(CDF)、Mg2＋/H＋反向转运蛋白等能帮助锌从老叶向新叶中转移,因此老叶中含量明显低于新叶。而茶树对硒的积聚能力较弱,大部分的可溶性硒被转移到种子中,叶片中含量较少,并且在老叶和新叶中的含量无明显规律性变化。 2.5 土壤中锌硒含量与茶叶中锌硒含量相关性分析

从表4可以看出,0～20 cm表层土和21～40 cm深层土中的锌含量呈极显著正相关(P＜0.01),相关系数为0.768;茶叶新叶中硒含量与表层0～20 cm土样中硒含量呈显著正相关(P＜0.05)。

(1)锌是茶树必需微量元素,茶叶中锌元素的来源及其含量高低,在自然状态下主要取决于土壤中有效锌的分布,土壤有效锌的多少与土壤中的全锌含量成正相关,并与成土母岩类型随母质风化程度及其酸碱性有直接关系,并受土壤理化性质的影响。硒是茶树的非必需元素,茶叶中硒含量的高低主要取决于土壤中的含硒量,土壤中的含硒量与土壤母质含硒量成正相关趋势,同时茶树体内含硒量也与茶树聚硒能力的强弱密切相关(顾谦等,2002)。研究表明,试验选择的茶园,其土壤或其土壤母质的锌硒含量已能供给茶树对锌硒微量元素的吸收,施用锌硒肥能够提高土壤中锌硒的含量,但对茶树及其茶叶中锌硒的含量影响并不明显。低浓度的锌硒可以促进茶树的健康生长,但超过一定量后会使茶树中毒死亡。因此,在生产中要专门针对所选择茶园的土壤特性及其生态环境开展科学管理和合理施肥,通过土壤成分与茶树养分的测试,制定科学合理的测土配方施肥方案,指导茶园生产,是提高茶叶产品质量和效益的有效措施。

(2)茶树中锌的转移规律很明显,由老叶向新叶中转移,新叶中含量较高。茶树中硒的含量极微,虽然茶树体内的硒元素主要是通过根系从土壤中吸收的,但经过一系列的

迁移和转化后,形成的有机硒化合物,只有较少的部分输送到枝叶中,因此茶叶中硒的含量相对较少,且老叶和新叶中含量无明显规律性。这说明锌硒两种微量元素参与茶树体内的生理作用和代谢途径具有较大的差异,在茶树生长发育过程中,锌的活力强,是必需元素,硒则比较惰性,是非必需元素,深入研究茶树同时吸收与转化锌硒微量元素的存在形态及其作用机理,对于生产适宜于人类身体健康适当锌硒含量的优质有机茶具有重要应用价值。

(3)茶园土壤及其茶叶中锌硒微量元素含量的相关性分析表明,0～20 cm表层土和21～40 cm深层土中的锌含量呈极显著正相关(P＜0.01),相关系数为0.768。茶叶新叶中硒含量与0～20 cm表层土中硒含量呈显著正相关(P＜0.05),这说明土壤中锌元素含量与成土母岩锌含量密切相关,因此,增加土壤中锌、硒有效态的存在及其含量能够显著提高茶树对锌硒元素的吸收。虽然茶树主要是通过根系从土壤中吸收锌硒微量元素,但并不是仅由含量多少决定吸收效率的,这与土壤质地、温湿度等许多外界因素密切相关。这一研究结果可为茶产业发展中茶园土壤类型的选择及其田间管理提供参考。

(4)茶树对环境的适应性,不仅表现在树形、叶形、叶的柔软度等物理性状上,其内含物质的组成及其变化在科研和生产上意义重大。茶树是多年生木本植物,生长过程中选择性地从环境和土壤中吸收多种矿质元素,为其生长发育所需。茶叶中含有的锌硒微量元素是人体正常生长发育的必需元素,锌元素能够抑制脂质过氧化,起到抗衰老作用,人体所有的器官都含有锌,锌对人体生长、智力发育、视觉及创伤愈合等有重要功效,锌元素在人体内的含量被视为对身体健康至关重要。1978年联合国卫生组织正式宣布“硒为人体必需微量元素”,硒元素是人体内谷胱甘肽过氧化物酶的活动中心元素、是甲状腺激素脱碘酶的必需元素,具有抑制细胞增生和防治癌变的作用,被誉为“生命的奇特元素”。茶树是天然富硒能力较强的植物,在众多富硒农产品中具有一定的优势,且茶树的利用部位叶片是硒积累的主要器官(温立香

等,2013)。在人们生活质量不断提高的今天,健康长寿是人们的渴求,富锌富硒有机优质茶深受人们的青睐,发展富含锌硒微量元素的有机优质茶是现代农业和经济发展的需要,同时有效保护环境和维持生态平衡,也是保障人类健康和科学发展的基本要求。因此,合理规划和有效选择土壤富含锌硒的地区发展茶叶种植业,采用测土配方施肥技术,有针对性地补充供给土壤锌硒被茶树吸收后的缺失,保持土壤环境的锌硒平衡,可持续地生产富锌富硒有机优质茶,对推进农业科技进步和促进经济社会又好又快发展具有重要的现实意义。

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