山東不同茶區(qū)土壤和茶葉全硒含量及其相關(guān)性分析

吳煥煥，張虹，任志紅，肖文敏，段剛，劉慧，劉廣榮，孫海偉

（1.泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東泰安 271000；2.濟(jì)南市長清區(qū)農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)站，山東 濟(jì)南 250300；3.濟(jì)南市長清北方茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心，山東濟(jì)南 250300）

硒（Se）是人體必需的微量元素之一［1］，是機(jī)體內(nèi)不可缺少的谷胱甘肽過氧化物酶（GSHPx）的活性成分。研究表明，人類的克山病、大骨節(jié)病、心血管疾病、白內(nèi)障等均與缺硒密切相關(guān)，目前世界上有40多個國家和地區(qū)缺硒，我國有72%的地區(qū)缺硒或低硒［2］。

茶樹是一種吸收、富集硒能力很強(qiáng)的植物，它能將非生物活性和毒性高的無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為安全有效、毒性低的有機(jī)硒［3］。茶葉中80%硒是對人體有益的蛋白有機(jī)硒［4］。我國飲茶歷史悠久，茶葉又是世界三大保健飲料之一，因此開發(fā)富硒茶對人體健康有著重要意義。目前，關(guān)于山東茶區(qū)土壤和茶葉硒含量及其相關(guān)性研究較少。為探究山東不同茶區(qū)土壤硒水平及其對茶葉中硒含量的影響，本試驗選擇長清和泰安茶區(qū)的典型茶園，采集土壤和茶葉分別進(jìn)行硒含量測定，并對不同茶區(qū)土壤全硒含量與土壤理化性狀以及茶葉全硒含量與土壤全硒含量的相關(guān)性進(jìn)行分析，以期為闡明土壤和茶葉硒水平影響因素以及富硒名優(yōu)綠茶生產(chǎn)和茶園管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

長清茶區(qū)（東經(jīng) 116°43′～117°03′、北緯 36°23′～37°30′）和泰安茶區(qū)（東經(jīng) 116°46′～117°35′、北緯35°46′～36°20′）位于山東省中部偏西南。兩茶區(qū)的年平均氣溫分別為14.3、12.8℃，年平均降水量分別為654.7、728.0 mm，均屬于茶樹生長的次適宜區(qū)。所產(chǎn)茶葉品質(zhì)優(yōu)良，鮮爽濃郁，耐沖泡，深受消費者喜愛，為山東重要的綠茶產(chǎn)區(qū)［5，6］。茶園土壤基本理化性狀如表1所示。

表1 茶園土壤基本理化性狀

1.2 試驗材料

供試材料為長清茶區(qū)（4個茶園）和泰安茶區(qū)（17個茶園）面積較大、生產(chǎn)穩(wěn)定、具有代表性的茶園土壤和茶樹鮮葉。

1.3 試驗方法

于2019年3月從21個茶園中分別進(jìn)行土樣和茶葉采集。其中土壤取樣遵循土壤樣品采集原則，按照S形曲線隨機(jī)多點采集0～20 cm表層土壤，組成1個混合樣；茶葉取樣時選擇生長年限相同、生長狀態(tài)良好的茶樹，隨機(jī)采集新梢往下數(shù)第5～6片成熟葉，組成鮮重約500 g的混合樣品。

1.4 指標(biāo)測定及方法

土壤全硒含量：土壤經(jīng)風(fēng)干，過0.15 mm孔徑篩。利用 HNO3∶HClO4∶HF＝8∶1∶2（體積比）消化液于165～175℃砂浴消化，再加入50%HCl溶液還原，后使用AF-610A原子熒光光譜儀進(jìn)行測定［7］。為保證處理和測定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，內(nèi)插國家1級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSS-34控制分析質(zhì)量，該標(biāo)樣的質(zhì)控范圍是 （0.21±0.02）mg／kg。

根據(jù)測得的土壤硒含量水平，參照我國硒元素生態(tài)景觀安全閾值［8］（表2）進(jìn)行茶園硒效應(yīng)評價。

茶葉全硒含量：鮮葉采摘后按照制作工序殺青，100℃烘干1 h，粉碎并儲存于干燥器中。利用HNO3∶HClO4＝4∶1（體積比）消化液于 165～175℃砂浴消化，再加入50%HCl溶液還原，后于120℃消化1 h，再使用AF-610A原子熒光光譜儀進(jìn)行測定［9］。采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSB-11（柑橘葉）內(nèi)插法控制分析質(zhì)量，該標(biāo)樣的質(zhì)控范圍是 （0.17±0.03）mg／kg。硒富集系數(shù) ＝茶葉全硒含量／土壤全硒含量。

表2 硒元素生態(tài)景觀安全閾值

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及圖表制作，利用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤全硒含量及茶園硒效應(yīng)評價

由表3可以看出，長清茶區(qū)0～20 cm土層全硒含量在 0.021～0.208 mg／kg之間，平均值為0.113 mg／kg，變異系數(shù)為69%。泰安茶區(qū)0～20 cm土層全硒含量在 0.011～0.469 mg／kg之間，平均值為 0.171 mg／kg，變異系數(shù) 74%。

表3 茶園表層土壤全硒含量

由表4可以看出，僅泰安茶區(qū)1個茶園的表層土壤達(dá)到富硒水平，其余茶園均處于中低硒及硒不足水平。

2.2 土壤全硒含量與土壤理化性狀的相關(guān)性分析

由表5可以看出，長清和泰安茶區(qū)土壤全硒含量與土壤pH值均呈負(fù)相關(guān)，其中泰安茶區(qū)兩者顯著相關(guān)。表明在一定pH值范圍內(nèi)，土壤全硒含量隨土壤pH值升高而降低。長清和泰安茶區(qū)土壤全硒含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈正相關(guān)，表明有機(jī)質(zhì)對硒有一定的吸附和固定作用。土壤全硒含量與速效氮、速效鉀、有效磷含量均呈正相關(guān)，表明三者均利于土壤硒的固定。

表5 土壤全硒含量與其理化性狀的相關(guān)系數(shù)

2.3 茶葉全硒含量分析

由表6可以看出，長清茶區(qū)茶葉全硒含量最大值為 0.061 mg／kg，最小值為 0.005 mg／kg，平均值為0.037 mg／kg，未達(dá)到富硒茶硒含量標(biāo)準(zhǔn)（0.2～4.0 mg／kg）［10］；茶葉硒富集系數(shù)為 0.11～0.69，平均值為0.37。泰安茶區(qū)茶葉全硒含量在0.002～0.308 mg／kg，平均值為 0.083 mg／kg，僅有2個茶園達(dá)到富硒茶硒含量標(biāo)準(zhǔn)；茶葉硒富集系數(shù)為0.09～0.82，平均值為0.43。

表6 茶葉全硒含量

2.4 茶葉硒含量與土壤全硒含量的相關(guān)性分析

由圖1可以看出，茶園土壤全硒含量和茶葉全硒含量存在正相關(guān)，泰安茶區(qū)土壤全硒含量和茶葉全硒含量達(dá)到極顯著水平（R＝0.8312，P＜0.01）。說明茶葉全硒含量受到土壤硒營養(yǎng)水平的影響，在相對高硒土壤中，茶葉對硒的吸收累積強(qiáng)于低硒土壤。

圖1 土壤與茶葉全硒含量的相關(guān)性

3 討論與結(jié)論

土壤是母質(zhì)、母巖在生物、氣候、地形等綜合影響作用下形成的自然綜合體，成土過程及土壤基本性質(zhì)直接影響土壤中硒元素含量水平［11］。研究表明，山東土壤硒背景值為 0.130 mg／kg［12］，全國土壤硒背景值為 0.290 mg／kg［13］。本研究中，長清和泰安茶區(qū)茶園土壤全硒含量平均值分別為 0.113、0.171 mg／kg，泰安茶區(qū)土壤全硒含量平均值略高于山東土壤硒背景值，但兩茶區(qū)土壤全硒含量平均值均低于全國土壤硒背景值，按照生態(tài)景觀安全閾值的劃分，研究區(qū)表層土壤整體處于中低硒及硒不足狀態(tài)。與我國其它地區(qū)表層土壤全硒含量相比，兩茶區(qū)土壤硒水平與重慶三峽庫區(qū)結(jié)果［14］較為接近，但不到山東省濟(jì)南市章丘地區(qū)的 1／3［15］。

本研究中，土壤全硒含量與pH值呈負(fù)相關(guān)。土壤pH值是控制硒價態(tài)轉(zhuǎn)化的主要因素，硒在酸性和中性土壤中主要以亞硒酸鹽（Se）形式存在，而在通氣良好的堿性土壤中，主要以硒酸態(tài)（Se）存在［16，17］。一般地，Se與吸附質(zhì)的親和力較強(qiáng)，易受黏粒礦物和倍半氧化物固定，而Se與吸附質(zhì)的親和力較弱，溶解度大，因此pH值越高，土壤中硒越容易淋失［16，18］。土壤 pH值對土壤硒的甲基化也有影響，在一定范圍內(nèi)，土壤硒甲基化隨著pH值的升高而加強(qiáng)，產(chǎn)生易揮發(fā)的二甲基化合物，從而使硒移動和從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。本研究還發(fā)現(xiàn)，土壤全硒含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)。這與很多研究結(jié)論一致，只是相關(guān)程度有所差異［20-23］，這主要是因為有機(jī)質(zhì)對硒具有一定的吸附和固定作用［24］。本研究中，土壤速效氮、速效鉀和有效磷等速效養(yǎng)分與土壤硒含量均呈正相關(guān)。前人對磷與硒的研究發(fā)現(xiàn)，施磷會增加植物對硒的吸收［25］，這可能是土壤環(huán)境中，磷與硒均以陰離子形式存在，磷可與硒競爭土壤膠體表面的吸附位點，從而影響硒的生物有效性，導(dǎo)致硒在土壤中累積［26］。但其它常規(guī)速效養(yǎng)分對土壤硒的影響機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

長清和泰安茶區(qū)茶葉全硒含量平均值分別為0.037、0.087 mg／kg，硒富集系數(shù)平均值分別為0.37、0.43，僅有泰安茶區(qū)2個茶園達(dá)到富硒茶標(biāo)準(zhǔn)（0.2～4.0 mg／kg），因此，兩茶區(qū)天然茶園茶葉硒水平較低。而茶葉硒水平受土壤硒影響較大，土壤中含硒越多，茶葉可吸收利用的硒就越多。兩茶區(qū)茶葉硒富集系數(shù)偏低，這可能是由于茶葉全硒含量還與茶葉硒吸收特性、土壤硒形態(tài)及土壤理化性質(zhì)等條件有關(guān)［27，28］。

綜上可知，通過改變土壤pH值、增加土壤有機(jī)質(zhì)、調(diào)節(jié)土壤中常規(guī)養(yǎng)分含量與比例等措施，可提高土壤硒水平，促進(jìn)茶樹對土壤硒的吸收和轉(zhuǎn)化，進(jìn)而增加茶葉硒含量［28，29］，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)富硒泰山茶。然而，土壤硒含量及其存在形態(tài)是否還受其它因素的影響，有待于進(jìn)一步研究。