論重金屬與茶樹、茶葉的關(guān)系

毛平生 李延升 張斌

(1.江西省蠶桑茶葉研究所 330202；2.江西省經(jīng)濟(jì)作物研究所 330202；3.江西省茶葉質(zhì)量與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 330202)

化學(xué)中的重金屬是指比重大于5的金屬元素，如有生命活動中需要的Cu、Mn、Zn等，也有生命活動中并不必需的Cd、Hg、Cr等，由于類金屬As的來源、危害都與重金屬相似，所以，人們常把它與其他重金屬一起進(jìn)行研究。由于重金屬在人體內(nèi)超過一定的濃度，會對人體造成急性中毒或慢性中毒，甚至奪去人的生命。所以，人們十分重視食品安全中的重金屬的污染問題。在茶葉生產(chǎn)過程中，諸如茶樹栽培、加工、包裝、貯運(yùn)等環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都可能對茶葉產(chǎn)生重金屬污染。

1 茶樹對重金屬富集情況

1.1 不同茶樹部位富集重金屬的能力不同

我國科研工作者在茶樹不同部位(器官)富集Cd、Pb、Cr、As、Hg、Cu、Zn等重金屬的能力方面，進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得了大量成果。研究結(jié)果表明，Cd、Pb、As在茶樹體內(nèi)活性較低，大部分被吸收根固定，向地上部運(yùn)輸?shù)谋壤^低[1]，吸收根對阻止土壤Cd、As向新梢轉(zhuǎn)運(yùn)起到明顯的緩沖和屏障作用[1]。正常情況下，在茶樹體內(nèi)Cd、Pb、As含量依次為，吸收根>莖(生產(chǎn)枝)或主根>老葉(當(dāng)年生成熟葉)>1芽2葉[1～3]。王小平等[4]通過原子熒光光譜法探討了As、Se、Hg和Bi在幼齡茶樹不同部位的含量分布特征，結(jié)果表明，As、Se、Hg主要積累于幼齡茶樹的樹皮、根系、老葉等部位，并初步斷定，茶樹并非是一種Se積累植物。方云山等[5]采用石墨爐原子吸收光譜法測定3個不同地區(qū)茶園的土壤、茶嫩葉、茶老葉中5種重金屬元素的含量，得出結(jié)論，Cd、Pb、Cu元素嫩葉中含量高于老葉，而Zn、Cr元素老葉中的含量高于嫩葉。

因此，茶樹不同部位(或器官)對重金屬的富集能力存在差異，茶樹各器官中對重金屬的富集能力基本次序是：根>莖>成熟葉>嫩葉，也說明茶樹根莖對重金屬的富集能力強(qiáng)于茶樹的主要利用部位，在茶園重金屬輕度污染時，有利于減少對茶園經(jīng)濟(jì)效益的損失。

1.2 不同茶樹品種富集重金屬的能力不同

不同茶樹品種從土壤中吸收的各種物質(zhì)(包括重金屬)存在個體差異，在體內(nèi)的轉(zhuǎn)換也存在差異，從而形成了不同品質(zhì)的茶葉。從我國科研工作者利用不同茶樹品種對重金屬的富集能力以及在茶樹體內(nèi)轉(zhuǎn)移系數(shù)的大量研究中發(fā)現(xiàn)，不同茶樹品種對重金屬的富集能力、轉(zhuǎn)移系數(shù)存在差異。比如，戴斯佳利用湖南省9個主栽品種對Cd、Pb、As、Hg的富集能力的研究表明，各品種對重金屬的富集能力不同，碧香早、湘波綠、桃源大葉對以上四種重金屬的富集能力比較低[6]。秦玉燕等利用湘波綠、金牡丹、白葉一號、福鼎大白、碧香早等10個不同茶樹品種對Se、As、Hg富集特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明茶樹對Se、Hg、As的富集能力與茶樹品種有關(guān)聯(lián)，10個茶樹品種中，福鼎大毫、湘波綠和碧香早3個品種對Se富集能力達(dá)中等以上，對Hg和As富集能力卻較弱[7]。

劉聲傳等[8]在了解茶樹對Pb、Cd、Cu的吸收累積規(guī)律時，分析了同一茶園5個茶樹品種的土壤、側(cè)根、老嫩葉中Pb、Cd、Cu的含量和5個品種對Pb、Cd、Cu的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)，結(jié)果表明同一生境下，5個茶樹品種體內(nèi)Pb、Cd、Cu含量分布次序?yàn)閭?cè)根>老葉>嫩葉，品種間Pb、Cd、Cu含量存在一定差異，5個茶樹品種老葉、嫩葉Pb、Cd、Cu富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)差異顯著，Pb的富集系數(shù)分別為0.12～0.18和0.09～0.11；Cd富集系數(shù)分別為1.59～2.97和0.72～1.31；Cu轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.32～0.41和0.20～0.28。說明不同茶樹品種對重金屬的富集能力不同，茶樹吸收重金屬后，在茶樹體內(nèi)各器官中轉(zhuǎn)移系數(shù)也存在差異，都與環(huán)境和遺傳因素有關(guān)。

1.3 不同季節(jié)茶樹富集重金屬的能力不同

因?yàn)榧竟?jié)的不同，大氣、土壤、光照、雨水、氣溫等茶園環(huán)境都不同，特別是四季分明的地區(qū)，茶園環(huán)境四季變化大，更能影響茶樹的生長，進(jìn)一步影響茶樹從土壤中吸收富集重金屬的含量。戴斯佳[6]通過對茶樹在春、夏、秋三個季節(jié)對重金屬Cd、Pb、As、Hg富集量的差異研究，分析發(fā)現(xiàn)4種重金屬在三個季節(jié)里的富集規(guī)律不相同。其結(jié)果表明，重金屬Cd、As含量隨著春夏秋季節(jié)的變化有輕微的遞增，重金屬Hg、Pb含量在三個季節(jié)中的變化不大，重金屬Hg含量有明顯的遞減。

2 土壤中重金屬含量對茶樹富集的影響

茶樹中的重金屬主要來源于土壤中原有的重金屬化合物、灌溉水和肥料。茶樹體內(nèi)重金屬含量與茶樹生長環(huán)境、遺傳因素有關(guān)。土壤酸度也起到很大作用，且茶園土壤中各種重金屬含量與茶樹富集量，有的呈正相關(guān)，且相關(guān)性有強(qiáng)有弱，表現(xiàn)不一。在茶樹富集重金屬Cd方面，有研究表明，當(dāng)茶園土壤的Cd平均含量為0.022～0.076 mg/kg時，茶葉中Cd為0.003～0.054 mg/kg，茶樹對重金屬Cd的富集量與土壤中重金屬Cd的含量呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)[6,9]。

茶葉中重金屬Hg的富集量與土壤中重金屬Hg的含量無顯著性的正相關(guān)[6,9]。茶樹對重金屬As的富集量與土壤中重金屬As的含量存在一定關(guān)系[6]。

土壤是各種化合物、微生物等的復(fù)合體，各種重金屬的化合物也同時存在，也可能存在多種重金屬復(fù)合污染的情況，茶園也不例外。在重金屬復(fù)合污染的情況下，某一種化學(xué)元素在茶樹體內(nèi)的積累量除受該元素化合物本身的性質(zhì)影響外，還受到該元素所處環(huán)境中其他元素化合物的性質(zhì)與濃度(包括水分含量)的影響，并隨茶樹不同部位，其影響順序和作用結(jié)果也存在差異性[10]。據(jù)研究，茶樹葉片中的重金屬Cd、Hg、As含量與土壤中的Cd、Hg、Ni、As含量存在密切的關(guān)系，且呈正相關(guān)[11]；王小平[4]等研究認(rèn)為茶樹從土壤中吸收Hg元素與土壤中Hg含量無明顯聯(lián)系，與戴斯佳等研究的研究結(jié)果一致[6,9]。

3 重金屬對茶樹生理的影響

重金屬在茶樹體內(nèi)，會與氨基酸、蛋白質(zhì)等化合物發(fā)生螯合作用，減少氨基酸等物質(zhì)的供應(yīng)，從而影響茶樹生理活動。我國科技工作者，利用重金屬復(fù)合污染與單一重金屬污染的方式對茶樹的生理影響進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

茶樹在受到重金屬Cr、As、Cd、Pb復(fù)合污染的情況下，其春梢的生長會受到抑制，且不同茶樹品種對復(fù)合污染的耐受力不同。復(fù)合污染明顯影響茶樹葉片葉綠素a、b含量合成，進(jìn)而影響茶樹的光合作用，復(fù)合污染也影響茶樹凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)，以及明顯影響茶樹的SOD、POD、CAT活性和脯氨酸、丙二醛、相對電導(dǎo)率[11]。

在單一重金屬元屬污染的情況下，對茶樹生理狀況的影響研究中發(fā)現(xiàn)，Cd、As使茶樹光合速率、蒸騰速率及氣孔導(dǎo)度變化均產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響，但As對茶樹葉綠素合成的影響不顯著[1～3,11]。土壤中Hg的含量達(dá)到一定程度時，茶樹的生長會受到抑制，但在土壤中添加外源Hg25～250mg/kg，盆栽茶樹未出現(xiàn)表觀傷害癥狀；在處理濃度≤150或200mg/kg時，其生長量和光合作用指標(biāo)均超過對照，表現(xiàn)出了促進(jìn)生長和光合作用的效應(yīng)，但處理濃度>200mg/kg時，Hg污染對茶樹生長和光合作用有明顯的抑制作用。茶樹的SOD、POD和CAT活性總體隨Hg處理濃度的升高先上升后下降，在Hg處理濃度300mg/kg左右達(dá)到最大值[12～13]。在茶樹對Cr的耐受性研究方面，茶樹的表現(xiàn)與Hg具有相似性。土壤中Cr的含量≤50mg/kg時茶樹的生長受促進(jìn)，≥75mg/kg則生長受抑制。茶樹SOD活性隨Cr處理程度的升高而曲折下降，但均高于對照(250mg/kg處理除外)，POD和CAT活性均隨Cr處理濃度的升高而先升高后下降，并在處理濃度150mg/kg左右達(dá)到最大值[11～12]。

4 茶葉中重金屬的水浸出率

重金屬是影響茶葉飲用安全的因素之一，在我國，茶葉主要的飲用方式是用開水沖泡后，再飲用茶水，所以，茶葉沖泡的溫度、時間以及茶水比都影響茶葉水浸出物，也影響茶葉中重金屬的浸出率。茶樹體內(nèi)的各種重金屬化合物的性質(zhì)和含量的不同，表現(xiàn)其在水中的浸出率不同。在戴斯佳的有關(guān)研究中表明，同一用水量，在相同時間內(nèi)，4種重金屬的浸出率表現(xiàn)為As>Hg>Pb>Cd，且在30min中最高。在一定的浸泡時間內(nèi)，茶葉中的重金屬浸出會隨著時間的增加，浸出率會提高，隨著茶水比的降低，茶葉中重金屬的浸出率會不斷提高[6]，但無論是重金屬化合物還是其他物質(zhì)，浸出率都有一定的上限。

5 結(jié)語

土壤中的化學(xué)成分十分復(fù)雜，茶園重金屬種類及含量也存在差異，還存在其他的化合物，對茶樹的影響具有復(fù)合性。茶樹的生長發(fā)育在受到某一種重金屬的影響外，同時還受到土壤中其他化學(xué)元素的影響，其影響較為復(fù)雜。影響茶樹生理的具體程度，取決于各化學(xué)元素的濃度及不同的組合，在某一個量上共存元素的拮抗或協(xié)同作用最強(qiáng)。所以，重金屬化合物復(fù)合污染對茶樹生理特性的影響是一種綜合效應(yīng)，不同品種茶樹由于遺傳特性的差異與環(huán)境的不同，對重金屬復(fù)合污染的生理響應(yīng)有共性，也有差異性[6]。

茶園土壤重金屬含量一種超標(biāo)或多種超標(biāo)，會對茶樹的生長產(chǎn)生影響。茶葉重金屬超標(biāo)可能對人類造成中毒現(xiàn)象。具體的標(biāo)準(zhǔn)在我國的《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》GB15618—2018[14]中有明確的指標(biāo)要求。

土壤中重金屬在不同的土壤pH值下具有不同的溶出率，同時也受氣候等環(huán)境因子的影響。因此，研究茶園土壤重金屬污染要考慮綜合因素。