贵州富锌硒茶产区地质环境条件与土壤元素地球化学特征

刘元生 刘方 陈祖拥 朱健 卜通达

摘 要：通过对贵州不同区域典型茶园进行野外调查，在每个茶叶主产区选择代表性的茶园进行土壤剖面样品采集，探讨贵州富锌硒茶产区地质环境条件与土壤元素地球化学特征。结果表明：贵州茶叶主产区成土母岩及土壤中主要元素含量水平存在明显的区域差异，富锌硒茶产区成土母岩中S、Ca、Fe、P、Mo含量均明显高于非富锌硒茶产区，其次是Zn、Se、Cu;而对应土壤中Mo、Cu、Mn、Zn、Fe、Ca含量均显著大于非富锌硒茶产区，其次是Se、Mg、P、S、Al。成土母岩的Zn、Se含量直接影响茶园土壤中Zn、Se的含量水平，土壤Zn、Se含量还受其他元素含量的影响，土壤Zn含量与Al、Fe、Ca、Mg、Mn、Mo含量之间达到极显著正相关，而土壤Se含量与Al、Fe、Cu、Mg、P、S含量存在极显著正相关。贵州境内富锌硒茶产区地质环境条件与土壤元素地球化学组成存在明显的空间异质性。

关键词：富锌硒茶;地质环境条件;土壤元素组成;地球化学特征

中图分类号：S153.6

文献标志码：A

茶叶是贵州省重要的生态产业，至2020年茶叶种植面积达49.0万hm2，在全省9个市区均有茶园分布。目前贵州省已形成优质茶生产和富硒茶生产并举的区域特色茶叶产业，例如，“开阳富硒茶”、“凤冈富锌硒茶”、“丹寨硒茶”、“水城春富硒茶”、“夜郎富硒茶”等品牌产品[1-2]。地质环境条件是影响茶叶品质的主要因素，富锌硒茶的出现与产地土壤Zn、Se含量水平有密切的关联性[3]。贵州省富硒土壤（大于0.4 mg/kg）有广泛分布，天然富硒茶資源面广、量大。据贵州省茶科所对全省21个县市的40家茶场的茶样进行检测分析[2]，茶叶Se含量范围为0.403～4.107 mg/kg（平均值1.082 mg/kg），富硒茶分布地域主要在普安、水城、六枝、沿河、凤冈、湄潭、开阳、丹寨、都匀等县市。任明强等对普安县优质茶叶及产地土壤环境进行调查[4]，普安茶场的春茶中Se元素含量为0.28～0.33 mg/kg，达国家富硒茶标准，茶园多分布于二叠系上统龙潭组地层之上，茶园土壤Se含量达0.59～3.07 mg/kg。刘义等调查贵州凤冈县田坝村茶园土壤Se含量范围为0.45～1.97 mg/kg，茶园土壤属富硒土壤，成土母质为寒武系高台组、金顶山组地层中的粉砂岩风化物[5]。从目前我国茶园土壤和茶叶中Zn、Se含量的调查结果来看，茶园土壤Zn、Se含量与茶叶Zn、Se含量之间存在显著的相关性[6-11]。不同茶叶产地岩性变化及土壤地球化学元素组成的差异性是影响茶叶Zn、Se含量水平的主导因素，从地层分布、岩性组合、岩石地球化学及土壤地球化学等角度出发，研究贵州茶叶主产区的基岩、土壤、茶叶中的无机元素的含量及空间分布规律，分析富锌硒茶产区的土壤元素地球化学特点，有利于打造规模化、产业化、高效化的富锌硒茶生产基地[12-17]。因此，本文通过对贵州境内主要富锌硒茶产区土壤进行实地调查及采样分析，探讨富锌硒茶产区岩石和土壤元素地球化学特征及其关联性，为贵州富锌硒茶的规模化种植及产业化发展提供科学依据。

1 调查区概况及样品采集

1.1 调查区地质环境条件

贵州省位于云贵高原东部，属亚热带湿润季风气候，年均气温为15.3 ℃，年降雨量为 1 100～1 200 mm;境内地形起伏较大，主要以山地、丘陵分布为主，一般海拔在600～1 800 m。贵州地层发育齐全，从前震旦系到第三系及第四系均有分布，东部为前震旦系浅变质岩，东北部为下古生代及中生代碳酸岩及碎屑岩，南部为上古生代碳酸盐岩，西部为碎屑岩、玄武岩及碳酸盐岩，西北部为紫红色碎屑岩，西南部为碳酸盐岩及碎屑岩，在山麓地貌低凹部位及河流阶地有第四系松散堆积层[1]。境内碳酸盐岩分布面积占全省国土面积的61.9%，而浅变质岩区域占12.4%，碎屑岩区域占23.4%，火成岩区域占2.3%，形成了特殊的喀斯特地质环境。区内土壤类型主要有红壤、黄壤、黄棕壤、石灰土和紫色土，其中，黄壤分布面积最广，其次为石灰土，茶叶种植主要在黄壤区域。

1.2 岩石及土壤样品采集

在收集贵州省各茶叶主产区地质、土壤和茶产品等资料的基础上，结合各区域典型茶园的野外调查，在每个茶叶主要产区选择代表性的茶园进行土壤剖面挖掘，土壤剖面点设置综合考虑茶园土层厚度、种植年限和茶叶品种等条件相对一致，每个土壤剖面按发生层分A、B、C 3层及母岩采集。一共采集了18个土壤剖面54个土壤样品以及18个岩石样品，具体采样点分布见表1。

1.3 样品测定方法

岩石和土壤元素含量测定采用四酸（HNO3、HClO4、HF和HCl）混合体系进行消解，定容后，利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪 （ICP-AES）测定溶液中元素含量，并换算成相应的岩石和土壤中元素含量（Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、S、P、Se ）。

1.4 数据分析

数据采用DPS软件进行数理统计分析，并进行聚类分析及相关分析。

2 结果与分析

2.1 贵州主要产茶区地层及岩性组合特点

贵州省地壳结构主要以碎屑沉积和碳酸盐沉积为主，全省的地层及岩性分布具有明显的地域性。对贵州茶叶主产区地层分布及岩性组合统计分析列于表1。

贵州茶叶主产区出露的地层从老到新依次有震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、古近系和第四系。从整体来看，贵州省不同茶叶主产区岩性组合呈现多样化的特征，可以分为碎屑岩区、碎屑岩夹碳酸盐岩区、变质岩区，其中碎屑岩夹碳酸盐岩区的茶园面积较大（表1）。从贵州富锌硒茶产区地质环境条件来看，普安县富硒优质茶产区主要出露二叠系龙潭组地层（岩性以粘土岩或泥岩、页岩、砂岩夹煤层为主）以及三叠系飞仙关组（岩性为紫红色砂岩）、三叠系永宁镇组及关岭组地层（岩性为石灰岩、白云岩），有少量二叠系峨眉山玄武岩组地层出露（岩性为拉斑玄武岩）[4]。凤冈县“黔北富锌硒优质绿茶产业带”地处乌江北岸大娄山南麓富锌富硒地带，主要出露寒武系高台组地层（岩性为浅灰色泥质粉砂岩）、清虚洞组地层（岩性为白云岩、白云质灰岩）、金顶山组地层（岩性为绿色薄层粉砂岩）[5]。开阳县富硒茶产区主要出露寒武系明心寺组、清虚洞组地层（岩性为页岩、砂页岩、石灰岩、白云岩）、二叠系栖霞组和茅口组地层（岩性为砂岩、页岩、砂页岩，夹煤层）[13]。可见，贵州境内分布的富硒地层、岩性组合和土壤资源具有明显的空间异质性，特别是二叠系上统龙潭组地层上的土壤Se含量呈高背景分布，该地层在贵州省分布面积较大，为贵州省富硒茶生产提供了良好的地质环境。

2.2 贵州富锌硒茶区成土母岩及土壤主要元素的地球化学特征

调查区茶园分布于不同地层碎屑岩类及变质岩类风化物形成的土壤上，本研究重点对影响茶树生长及品质的Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、S、P、Se 等13种矿质元素含量水平进行统计分析。为了深入探究贵州省富锌硒茶园土壤元素的地球化学特点，先以土壤Zn、Se含量水平对调查区采集的18个茶园土壤剖面（分A、B、C层）的54个土壤样本进行聚类分析，在分成两大类（富锌硒区、非富锌硒区）的基础上再进行数据统计分析，统计结果见表2、表3、表4。

通过对贵州6大茶叶主产区土壤采样点对应的成土母岩中主要元素（Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、S、P、Se）含量的分布进行统计分析（表2），富锌硒茶产区母岩中S、Ca、Fe、P、Mo含量均明显高于非富锌硒茶产区，其平均含量分别是非富锌硒茶产区成土母岩的6.00倍、3.60倍、2.55倍、2.22倍和1.97倍;其次是Zn、Se、Cu，其平均含量分别是非富锌硒茶产区成土母岩的1.75倍、1.68倍和1.19倍;但富锌硒茶产区成土母岩中Mn、K含量明显低于非富锌硒茶产区，其平均含量仅是非富锌硒茶产区成土母岩的0.70倍、0.81倍;而不同茶叶产区成土母岩中Al、Mg、Na含量水平相近。

进一步对调查的贵州6大茶叶主产区土壤主要元素（Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、S、P、Se）含量分布进行统计分析（表3、表4），富锌硒茶产区土壤中Mo、Cu、Mn、Zn、Fe、Ca含量均显著高于非富锌硒茶产区，其平均含量分别是非富锌硒茶产区土壤的4.96倍、3.18倍、2.39倍、2.26倍、2.08倍和2.05倍;其次是Se、Mg、P、S、Al，其平均含量分別是非富锌硒茶产区土壤的1.66倍、1.65倍、1.45倍、1.33倍和1.25倍;而不同茶叶产区土壤中K、Na含量水平基本一致。从土壤元素富集系数（土壤含量/母岩含量）来看，富锌硒茶产区土壤Zn、Se富集系数分别是1.82、1.29，而非富锌硒茶产区土壤Zn、Se的富集系数分别是1.39、1.38，说明茶园土壤Zn、Se的含量水平主要受成土母岩中Zn、Se含量的影响。可见，地质环境条件是决定茶园土壤Zn、Se含量是否能达到富Zn、Se土壤标准的主要因素，目前对土壤Se含量大于0.4 mg/kg、Zn含量大于80.0 mg/kg，则达到富锌硒土壤等级[2，18]。在本研究调查区域范围内，“开阳富硒茶”产区土壤Zn、Se含量范围分别是250～399 mg/kg、0.64～0.82 mg/kg;“凤冈富锌硒茶”产区土壤Zn、Se含量范围分别是77～180 mg/kg、0.75～1.13 mg/kg;而“普安红”名茶产区土壤Zn、Se含量范围分别是50～179 mg/kg、0.64～1.24 mg/kg。从刘海燕等[11]对以贵州4个茶叶产地（贵定云雾山、都匀螺丝壳、凤冈仙人岭山、湄潭云贵山及核桃坝）生产的新鲜茶叶（贵定云雾茶、都匀毛尖、凤冈锌硒茶、湄潭翠芽）及土壤的Zn、Se含量的分析结果可知，各样地土壤Zn、Se含量出现明显的差异性，其中表层土壤Zn含量最高的是仙人岭山（267.0 mg/kg），Zn含量最低的是云雾山（21.4 mg/kg）;而表层土壤Se含量最高的为云贵山（0.99 mg/kg），Se含量最低的是云雾山（0.10 mg/kg）。任明强等[4]对普安县优质富硒茶及土壤环境调查，该区域茶园土壤Se含量达0.59～3.07 mg/kg，属富硒-高硒土壤。此外，宋志雪等[12]对都匀螺丝壳茶园、大定茶园和团山茶园土壤进行调查及采样分析，茶园土壤Se含量范围在0.91～1.84 mg/kg，土壤Zn含量范围在24.1～107.2 mg/kg，其中大定茶园土壤及茶叶Zn、Se的含量最高，而茶叶Zn、Se含量分别达到200.17 mg/kg、1.31 mg/kg，且茶园土壤Zn、Se含量和茶叶中的Zn、Se含量呈显著性相关。据李娟等[13]对开阳县境内土壤进行调查发现，该区域土壤Se含量范围为0.12～2.430 mg/kg，均值为0.61 mg/kg。进一步证明茶园土壤中Zn、Se含量水平与成土母岩存在密切的继承性，区域地质环境条件（地层及岩性组合）对土壤中Zn、Se元素丰缺的影响起决定作用。

2.3 影响茶园土壤锌硒含量的因素分析

不同区域地质环境条件变化对茶园土壤Zn、Se含量产生明显的影响，成土母岩是土壤中Zn、Se的主要来源，直接影响土壤中Zn、Se的含量水平与分布规律。本研究调查区内茶园土壤（C层）Zn、Se含量与成土母岩的Zn、Se含量存在一定程度的正相关关系（n=18，相关系数分别为0.300、0.420）。此外，从土壤剖面A、B、C层中Zn、Se含量变化来看（表3、表4），茶园土壤Zn含量随着土壤深度增加而增加，但土壤Se含量随着深度的增加出现下降趋势，说明土壤发育过程中Zn、Se等元素的迁移转化也影响了不同土层中Zn、Se含量水平。另一方面，从调查区全部茶园土壤中Zn、Se含量与其他元素含量之间的相关分析结果看出（表5），土壤Zn含量与Al、Fe、Ca、Mg、Mn、Mo含量存在极显著正相关，而土壤Se含量与Al、Fe、Cu、Mg、P、S含量存在极显著正相关。茶园土壤中Zn、Se含量之间的相关性虽然未达到显著相关水平，但也表现出一定的正相关性（n=54，相关系数为0.215），说明茶园土壤Zn、Se元素之间存在协同效应。可见，茶园土壤Zn、Se含量水平不仅与成土母质中Zn、Se含量有密切的关联性，同时还受到土壤其他元素含量水平的明显影响，这种作用在成土母岩中没有明显表现。

然而，茶叶的Zn、Se含量水平受多种环境因素影响，同一区域茶树吸收累积的Zn、Se量存在明显的差别[18-22]。同一成土母岩发育的土壤Zn、Se含量水平还受土壤酸碱性、有机质、质地、水分及施肥管理等因素的影响[23-24]。由于茶树能吸收利用的土壤Zn、Se是有效态的Zn、Se，土壤生物可利用态Zn、Se含量水平才是决定形成富锌硒茶的重要因素。余文权等[7]对福建省60个典型茶园土壤全硒和有效硒含量及其影响因素进行分析，茶园土壤全硒和有效硒与土壤有机质含量呈极显著正相关关系，茶园土壤硒及有效性主要受土壤有机质和全氮的影响。张豪杰等[8]研究证实了富硒区茶叶全硒含量与土壤硒含量之间存在极显著相关，而茶叶全硒含量与土壤有机质含量、水解性氮含量、锌含量以及茶叶中硫、锌含量存在显著相关。周超等[6]研究结果表明，茶叶硒含量与土壤硒含量呈正相关，干旱胁迫会造成茶树对土壤中硒的吸收速率降低。贺行良等[22]对青岛崂山茶园土壤微量元素研究表明，土壤有效量 Zn、Cu、Fe 与pH为负相关。可见，土壤有效态Zn、Se含量与pH、有机质、粘粒、土壤大量元素之间存在明显的相关性，特别是土壤pH直接影响土壤Zn、Se元素的存在状态、转化及其生物有效性。然而，目前研究证明土壤有效硒含量与土壤全硒含量的关联性存在不明确性，不同成土母质、土壤类型、植茶年限和海拔高度的茶园理化性质差异较大，茶园土壤锌、硒的有效性与迁移性存在较大的差异，而且不同区域茶园生产管理措施及施肥水平也存在差异[23-25]，这也是导致土壤及茶叶Zn、Se含量出现区域差异性的主要原因，这方面还需要进行深入的探究。

3 结论

1）贵州富锌硒茶产区出露地层主要为寒武系、二叠系，岩性以粘土岩（泥岩）、页岩、砂岩，其中还夹有石灰岩和白云岩。贵州境内不同茶叶主产区岩性组合具有多样化分布的特点，而富锌、硒土壤分布广泛，为富锌硒茶叶生产提供了良好的地质环境。

2）贵州茶叶主产区成土母岩及其发育的土壤中主要元素（Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、S、P、Se）含量水平存在明显的区域差异，富锌硒茶产区成土母岩中S、Ca、Fe、P、Mo、Zn、Se、Cu含量均高于非富锌硒茶产区，其对应的土壤中Mo、Cu、Mn、Zn、Fe、Ca、Se、Mg、P、S、Al含量都高于非富锌硒茶产区。

3）成土母岩的Zn、Se含量直接影响茶园土壤中Zn、Se的含量水平及分布规律，土壤其他元素含量水平也对土壤Zn、Se含量产生影响，土壤Zn含量与Al、Fe、Ca、Mg、Mn、Mo含量之间有极显著正相关关系，而土壤Se含量与Al、Fe、Cu、Mg、P、S含量存在极显著的正相关。不同地层上同一成土母岩发育的土壤Zn、Se含量也出现较大的差异，贵州境内富锌硒茶产区土壤主要元素地球化学组成存在明显的空间异质性。

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（責任编辑：曾 晶）

Abstract：

Through field surveys of typical tea gardens in different regions of Guizhou Province， representative tea gardens in each main tea area were selected to collect soil profile samples so that the geological environmental conditions and soil element geochemical characteristics of the zinc-selenium-rich tea areas were explored. The result show that there were significant regional differences in the contents of main elements in the host rock or soil of the main tea areas of Guizhou Province， by which the contents of S， Ca， Fe， P， and Mo in the host rock in the zinc-selenium-rich tea area were significantly higher than that in the non-zinc-selenium-rich tea area， followed by Zn， Se， Cu; and the contents of Mo， Cu， Mn， Zn， Fe， and Ca in the soils of the zinc-selenium-rich tea area were obviously higher than those in the non-zinc-selenium-rich tea area， followed by Se， Mg， P， S， and Al. Also， the content of Zn， Se in the host rock was directly affected by the content of Zn， Se in the soil， but the content of Zn or Se in the soil was affected by the contents of other elements， which there was a very significant positive correlation between Zn content and the content of Al， Fe， Ca， Mg， Mn， and Mo in the soil， and there was a very significant positive correlation between Se content and the content of Al， Fe， Cu， Mg， P， and S in the soil. There is obvious spatial heterogeneity for the geological environmental conditions and the geochemical composition of soil elements in the zinc-selenium-rich tea areas in Guizhou Province.

Key words：

zinc-selenium-rich tea; geological environmental conditions; soil elements composition; geochemical characteristics