基于計(jì)算機(jī)技術(shù)下氟鋁交互化學(xué)處理對(duì)茶葉化學(xué)成分的影響分析

于靜怡,王 軍,于曉峰

(1.北京理工大學(xué),北京 100081；2.鄭州市科技工業(yè)學(xué)校,河南鄭州 450052)

根據(jù)資料到2017年6月,我國(guó)干毛茶產(chǎn)量達(dá)到268萬(wàn)噸,茶園面積約4500萬(wàn)畝。隨著茶葉產(chǎn)量不斷增加,茶葉的質(zhì)量與品質(zhì),決定著茶產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的走向,影響著茶葉經(jīng)濟(jì)效益的提升。特別是近年來(lái),全國(guó)各地的茶園出現(xiàn)土壤酸化嚴(yán)重、茶葉農(nóng)殘、重金屬富集嚴(yán)重等問(wèn)題,嚴(yán)重阻礙了我國(guó)茶葉產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展。因此,加大茶葉化學(xué)成分分析、剖析茶園土壤特性、深化茶葉生長(zhǎng)機(jī)理等,成為當(dāng)下提升茶葉品質(zhì)的重要舉措。其中,探討氟、鋁等茶樹(shù)高富集元素對(duì)茶葉品質(zhì)的影響,是優(yōu)化茶樹(shù)栽培技術(shù)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的主要方式。

1 茶葉生長(zhǎng)機(jī)理與化學(xué)品質(zhì)研究現(xiàn)狀

茶葉的生長(zhǎng)依賴(lài)于茶園的各種介質(zhì),例如,土壤、大氣、雨水、農(nóng)肥等。這些介質(zhì)因素,往往決定了茶葉的色、香、味、型等品質(zhì)的高低,特別是影響了茶葉中富含的化學(xué)成分。

1.1 茶葉品質(zhì)研究進(jìn)展

據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn),茶葉在浸泡過(guò)程中散發(fā)出的香氣與濃厚的口感,主要來(lái)源于茶葉中不同化學(xué)成分含量。比如,在茶葉中富含了澀味的茶多酚；香味的氨基酸；苦味的咖啡堿；以及甜味的可溶性糖。當(dāng)茶葉中富含的咖啡堿含量,超過(guò)固定的閾值時(shí),茶葉的品質(zhì)會(huì)逐漸降低,茶湯出現(xiàn)明顯的苦味。為了改善茶葉中各種化學(xué)成分組成結(jié)構(gòu),目前主要是通過(guò)施肥的方法進(jìn)行干預(yù)調(diào)控,可以少量施加一些鉀肥、磷肥、氮肥等,不僅能夠促進(jìn)茶樹(shù)的生長(zhǎng),還能保障茶葉營(yíng)養(yǎng)的均衡。

1.2 氟、鋁對(duì)茶葉品質(zhì)的影響

氟、鋁是茶樹(shù)中含量比較高的兩種元素,尤其是我國(guó)南方地區(qū)的茶園,多為富鋁酸性土壤,導(dǎo)致茶葉中的鋁元素含量比較高。研究表明,茶葉中的氟、鋁元素不是茶樹(shù)生長(zhǎng)的必需元素,但是卻對(duì)茶樹(shù)的生長(zhǎng)與茶葉的品質(zhì)有著十分重要的影響。例如,氟處理后的茶葉中葉綠素含量會(huì)降低,葉片結(jié)構(gòu)變得松散,而含氟量高的茶葉,沒(méi)食子兒茶素含量降低；適量的鋁元素可以提高兒茶素的含量,尤其是在紅茶中適當(dāng)添加一些鋁鹽能夠提升茶葉的品質(zhì),無(wú)論是色、香、味上都具有明顯的提升。所以,合理的控制茶葉中氟、鋁含量,能夠促進(jìn)茶葉品質(zhì)的提升。

2 氟鋁交互化學(xué)處理對(duì)茶葉化學(xué)成分的影響分析

由于氟、鋁兩種元素對(duì)于茶葉中化學(xué)成分有突出的影響效果,所以越來(lái)越多的研究人員參與到這方面的研究中。但是大多數(shù)人主要是關(guān)注氟或鋁,單一元素對(duì)于茶葉品質(zhì)的影響,而對(duì)于氟鋁交互研究相對(duì)較少。

2.1 氟鋁單一化學(xué)處理對(duì)茶葉的影響

2.1.1 茶葉化學(xué)成分含量的影響

通過(guò)根部施肥或者葉噴肥的方式,能夠改變茶樹(shù)所吸收F或者Al元素的含量。例如,通過(guò)施加鋁肥可以提高茶葉中氨基酸、咖啡堿、可溶性糖以及茶多酚的含量。其中,茶葉面施肥的方式比根部施肥的方式,能夠更快、更高的促進(jìn)化學(xué)元素的吸收。但是如果鋁肥添加過(guò)量,也很容易使得茶葉的品質(zhì)有所下降。例如,當(dāng)鋁肥用量超過(guò)2g/m2的時(shí)候,茶葉中咖啡堿與茶多酚的含量會(huì)增多,茶葉所浸泡出來(lái)的茶湯發(fā)苦發(fā)澀；而茶樹(shù)種植過(guò)程中氟元素的增加,會(huì)使茶葉顏色發(fā)黃,光合作用明顯減弱,茶葉中葉綠素、兒茶素含量降低,極大的影響了茶葉的品質(zhì)。

2.1.2 茶樹(shù)中氟、鋁元素濃度的影響

茶樹(shù)中所吸收的F、Al元素,主要來(lái)源于自然界與人為施肥,特別是近些年部分茶園為了提高茶葉的品質(zhì),會(huì)在茶園的土壤中會(huì)適當(dāng)?shù)奶砑右恍╀X肥。人為的施肥,一方面有利于茶葉品質(zhì)的提升；另一方面也影響了茶樹(shù)的生長(zhǎng)。據(jù)報(bào)道,隨著人為施肥過(guò)程中鋁元素濃度的增加,茶樹(shù)根、莖與葉對(duì)于鋁的吸收含量不斷增加。合理的鋁元素濃度,可以促進(jìn)鋁元素的吸收,提高茶葉的品質(zhì)；而在高濃度鋁元素環(huán)境中,會(huì)直接的阻礙茶葉對(duì)于鋁元素的吸收,同時(shí)抑制了茶樹(shù)根部對(duì)鉀、鈣、鎂等元素吸收效果。所以,在進(jìn)行人工施肥的過(guò)程中,對(duì)于氟、鋁元素濃度的選擇是十分重要的。

2.2 氟鋁交互化學(xué)處理對(duì)茶葉的影響

2.2.1 氟鋁交互化學(xué)處理對(duì)茶葉化學(xué)成分的影響

單一化的施肥結(jié)構(gòu)體系,已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代茶葉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。主要是因?yàn)槲覈?guó)現(xiàn)有的茶葉產(chǎn)業(yè)園區(qū)中土壤成分不同,所構(gòu)成的茶葉生產(chǎn)環(huán)境,具有明顯的差異性。因此,研究者通過(guò)進(jìn)行氟、鋁交互處理茶葉的研究,探討其對(duì)于茶葉品質(zhì)的影響,為茶樹(shù)的種植提供合理的規(guī)劃。研究表明,在高鋁濃度下(80mg/L),氟含量添加到8mg/L時(shí),所處理的茶葉中氨基酸的含量為最佳,即該濃度下的氟元素,能夠緩解高鋁濃度對(duì)于茶葉的毒害。而在高氟濃度下(12mg/L),鋁元素含量越高,越有利于茶多酚含量降低,降低茶葉中所存在的苦澀味道。通過(guò)氟鋁交互化學(xué)處理,能夠清晰的掌握合理的施肥工藝,為茶樹(shù)的種植與茶葉的品質(zhì)提供穩(wěn)定而合理的保障。

2.2.2 氟鋁交互化學(xué)處理對(duì)茶葉研究的局限性

然而,在氟鋁交互化學(xué)處理的研究過(guò)程中,往往需要耗費(fèi)大量的人力、資源、時(shí)間等要素,這給研究的成果轉(zhuǎn)化并運(yùn)用到實(shí)際的種植中,帶來(lái)了嚴(yán)重的阻礙。尤其是,在考察氟鋁兩種元素在不同濃度下,對(duì)于茶葉中各個(gè)化學(xué)成分含量影響中,單是進(jìn)行施肥種植茶葉就要耗費(fèi)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的培養(yǎng)周期。與此同時(shí),在進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果處理的過(guò)程中,還需要合理的數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法。

3 計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)氟鋁交互化學(xué)處理對(duì)茶葉化學(xué)成分的影響

所以,為了便于試驗(yàn)成果的快速轉(zhuǎn)化,往往會(huì)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相互結(jié)合,無(wú)論是在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理,還是建立構(gòu)效模型中都有明顯優(yōu)勢(shì)。

3.1 加快交互數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理能力

在氟鋁交互化學(xué)處理茶葉的實(shí)驗(yàn)中,為了分析不同濃度氟、鋁濃度,對(duì)不同種類(lèi)茶葉以及土壤環(huán)境等的影響,需要建立合理的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃,正交實(shí)驗(yàn)室日常我們使用最多的實(shí)驗(yàn)方法,但是其得出來(lái)的結(jié)果,卻很難進(jìn)行顯著性分析。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù),例如,DPS分析軟件、SPSS分析軟件、Origin畫(huà)圖軟件等,能夠進(jìn)行氟鋁元素在各個(gè)處理濃度下,顯著性分析與相關(guān)性分析,為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性提供了穩(wěn)定的保障。與此同時(shí),利用這些軟件可以將實(shí)驗(yàn)結(jié)果從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖片,或者視頻的方式展示到人們的面前,提高實(shí)驗(yàn)成果的可讀性,在處理交互數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)問(wèn)題中起到了攻堅(jiān)作用。

3.2 提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可預(yù)測(cè)性

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)正朝著大數(shù)據(jù)處理的方向發(fā)展,通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)完成大數(shù)據(jù)處理,并提供科學(xué)的實(shí)驗(yàn)成果。例如,在氟鋁交互化學(xué)處理實(shí)驗(yàn)中,往往需要對(duì)茶葉中多種化學(xué)成分進(jìn)行分析,通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)可以利用少量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),構(gòu)建數(shù)學(xué)回歸方程模型；還可以結(jié)合主效因子分析或者交互效應(yīng)分析等方法,得出具有科學(xué)依據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這不但縮短了試驗(yàn)的過(guò)程,簡(jiǎn)化了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟,同時(shí)還提供了具有良好性能的數(shù)學(xué)模型,為后續(xù)的研究工作提供重要的參考依據(jù)。

3.3 提升實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分享性

計(jì)算機(jī)技術(shù)在處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中,不僅是提高了運(yùn)算的功能,還增加了對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能力。特別是通過(guò)氟鋁交互實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立,可以收集統(tǒng)計(jì)具有參考價(jià)值的實(shí)驗(yàn)成果數(shù)據(jù),并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與其他同行進(jìn)行分享交流,為后續(xù)的研究工作方向與重點(diǎn)提供合理的建議。例如,通過(guò)收集不同類(lèi)型茶,包括烏龍茶、紅茶、花茶等的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以建立不同屬性茶葉的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)；而收集不同茶園中所分析的數(shù)據(jù),結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)資料,可以為種植不同茶葉所需氟、鋁施肥用量提供指導(dǎo)。這在很大程度上,解決了現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)法實(shí)現(xiàn)分享的問(wèn)題。

4 結(jié)論

利用施肥的方式能夠有效調(diào)控茶葉品質(zhì),無(wú)論是在色、香、味還是茶葉內(nèi)部所蘊(yùn)含的各種化學(xué)成分。所以,越來(lái)越學(xué)者們?cè)陉P(guān)注茶葉的種植以及茶葉品質(zhì)問(wèn)題,合理的調(diào)控施肥中氟、鋁的含量,能夠有效的改善茶葉的品質(zhì)。通過(guò)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù),從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)處理與分享上能夠很好解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題,降低實(shí)驗(yàn)過(guò)程中帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)與能耗,這對(duì)完善茶園的種茶環(huán)境與土壤質(zhì)量,有十分重要的參考依據(jù)。

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