云南南华茶产区中铜、铁、锰和锌的含量分布特征

方云山，田冬梅，高 娟，王 娜

(昆明学院 化学化工学院，云南 昆明 650214)

茶叶中含有茶多酚、茶多糖、茶氨酸、维生素和矿物质等多种成分[1]，具有提神醒脑、助消化、抗氧化、抗疲劳、抗癌、降脂减肥、提高免疫力等生理活性[2-5]．目前，除了对茶叶的生物活性成分和保健功能开展研究外，对茶园土壤的养分[6-7]、细菌群落[8-9]、重金属[10-11]，以及茶叶中重金属元素[12-13]、香气成分[14]、农残分析检测[15]、重金属元素在茶园系统中的迁移[16]、茶叶中金属元素的浸出率[17-18]等方面的研究也颇受关注．

虽然云南是茶叶种植大省，但目前对云南茶产区的相关研究主要集中于滇西，鲜见关于滇中(如楚雄等)茶产区的相关研究报道．而Cu、Fe、Mn和Zn是植物生长所必需的营养元素[19]，因此，本文采用ICP-MS法对云南省楚雄彝族自治州南华县茶产区“土壤-茶叶-茶汤”系统中Cu、Fe、Mn和Zn的含量进行测定，并对各元素在土壤和茶叶之间与茶叶和茶汤之间的相关性进行分析，以期为该茶产区茶叶产业的发展提供理论依据．

1 材料与方法

1.1 样品的采集与制备

土壤、茶叶样品采自云南省楚雄彝族自治州南华县．在该县每个自然村选取1个茶园，每个茶园采集1份茶叶样品，在相应茶树下采集1份土壤样品(地面20 cm下取样)．土壤样品去除植物残体、石子及硬物，自然风干并研磨过 120 目筛，编号备用．茶叶样品75 ℃烘干并研磨过60目筛．各村采样信息及编号分别如下：1)雨露乡．小长冲茶厂(YL-1)、铅产上村(YL-2)、罗依昨村(YL-3)、龙洞村(YL-4)、果乐村(YL-5)；2)徐营乡． 大屯村(XY-1)；3)五顶山乡．赵家村(WDS-1)、力苴村(WDS-2)；4)兔街镇．秀田村(TJ-1)、小村茶厂(TJ-2)、望天坡村(TJ-3)、桃树村(TJ-4)、三家村(TJ-5)、梅子箐(TJ-6)、大荒田村(TJ-7)、半坡村(TJ-8)、半坡茶厂(TJ-9)、八岔路村(TJ-10)；5)马街镇．锈水塘村(MJ-1)、沙坦郎村(MJ-2)、钱家垭口(MJ-3)、马街村(MJ-4)、多依箐村(MJ-5)、大沟下村(MJ-6)、大山中村(MJ-7)；6)罗武庄乡．三家村(LWZ-1)、阿脑村(LWZ-2)；7)红土坡乡．龙潭山村(HTP-1)．

1.2 土壤样品前处理

准确称取 0.500 g 土壤样品至聚四氟乙烯干锅中，加入 5 mL 氢氟酸加热微沸 0.5 h 后浸泡过夜，随后加热赶氢氟酸至微黏稠，再加入 15 mL 硝酸继续加热赶尽氢氟酸，之后加入 2 mL 浓盐酸并继续加热消解至溶液透亮，再加热蒸至3～4 mL，冷却后用3%的硝酸定容至 50 mL，摇匀待测．

1.3 茶叶样品前处理

准确称取茶叶样品 0.500 g 至烧杯中，加 20 mL 浓硝酸浸泡过夜，加入 3 mL 浓盐酸低温消解 2 h．期间，逐滴加入过氧化氢低温消解至溶液透明并蒸至3～4 mL，冷却后用3%稀硝酸定容至 50 mL，摇匀待测．

1.4 茶汤样品前处理

准确称取 2.000 g 茶叶于烧杯中，加 50 mL 开水浸泡3次，每次 5 min，合并浸泡液，置于电热板上加热浓缩(15 mL 左右)后，加入 10 mL 浓硝酸低温消解 1 h，期间，逐滴加入过氧化氢至溶液透明，继续加热蒸至3～4 mL，冷却后用3%的稀硝酸定容至 50 mL，摇匀待测．本研究每一样品均平行3份，同时做样品空白．所用试剂均为优级纯，水为超纯水．

2 结果与讨论

2.1 土壤中Cu、Fe、Mn和Zn 的含量分布

采用ICP-MS法对土壤中Cu、Fe、Mn和Zn 的含量进行测定，结果汇总于表1之中．

表1 土壤中Cu、Fe、Mn和Zn的含量

分析结果显示，土壤中Cu、Fe、Mn和Zn的含量分别在6.28～52.72 mg/kg、12 834～34 098 mg/kg、41.1～3 057.0 mg/kg 和18.39～706.90 mg/kg 之间．其中，马街镇的沙坦郎村(MJ-2)和多依箐村(MJ-5)茶园土壤中Cu的含量高于云南土壤背景值(w(Cu)=46.3 mg/kg)[20]，有许多茶园土壤中Mn和Zn的含量高于云南土壤背景值(w(Mn)=626 mg/kg、w(Zn)=89.7 mg/kg)，特别是罗武庄乡阿脑村(LWZ-2)茶园土壤中Mn的含量已超过云南土壤背景值的3.9倍，雨露乡龙洞村(YL-4)茶园土壤中Zn的含量已达云南土壤背景值的7.9倍，其原因主要与茶园周边分布着大量的Mn和Zn矿区有关．Fe元素含量均低于云南省土壤背景值．此外，4种元素的变异系数分别为CV(Cu)=67.81%、CV(Fe)=25.72%、CV(Mn)=104.90%和CV(Zn)=99.48%，Cu、Mn和Zn这3种元素的变异系数过大，可能与采样分布区域广有关．

2.2 茶叶中Cu、Fe、Mn和 Zn 元素的含量分布

采用ICP-MS法对茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn 的含量进行测定，结果汇总于表2之中．

表2 茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn的含量

分析结果显示，茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn的含量分别在3.67～14.14 mg/kg、12.16～282.40 mg/kg、151.2～2 472.0 mg/kg 和4.96～285.50 mg/kg 之间．其中：Mn的含量相对较高，Cu的含量相对较低，不同样品中同一元素含量差异明显；4种元素的变异系数分别为CV(Cu)=33.70%、CV(Fe)=82.46%、CV(Mn)=60.07%和CV(Zn)=142.60%，Fe、Mn和Zn这3种元素的变异系数过大，可能与采样的分布区域广以及其在土壤中的存在形态不同有关．此外，绝大部分茶叶中的Mn含量比土壤中的含量高，表明茶叶对Mn元素有一定的富集作用．

2.3 茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn 元素的溶出率

采用ICP-MS法对茶汤中Cu、Fe、Mn和Zn 的含量进行测定，并计算4种元素的溶出率，结果汇总于表3之中．

表3 茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn的溶出率

从表3可以看出，茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn的溶出率分别为：4.86%～52.32%、5.86%～38.34%、1.50%～18.92%和0.72%～39.27%．此外，茶叶中4种金属元素溶出率变异系数较大(CV(Cu)=57.41%、CV(Fe)=39.99%、CV(Mn)=67.95%和CV(Zn)=68.39%)，表明不同茶园茶叶中4种元素水溶性形式存在的含量差异较大．

2.4 土壤-茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn含量的相关性

采用SPSS25数据分析软件对土壤-茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn元素含量的相关性进行分析，结果如表4所示．

表4 土壤-茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn含量的相关性

分析结果显示，土壤-茶叶中4种元素含量相关性Sig.(双尾)值在0.306至0.812之间(P>0.05)，表明茶园土壤-茶叶中4种元素含量之间差异无统计学意义．

2.5 茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn的含量与溶出率的相关性

采用SPSS 25数据分析软件对茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn的含量与溶出率的相关性进行了分析，分析结果如表5所示．

相关性分析显示，茶叶中Cu含量与Cu的溶出率呈极显著负相关，与Zn的溶出率呈极显著正相关；茶叶中Fe含量与Fe的溶出率呈极显著负相关；茶叶中Zn含量与Mn的溶出率呈显著正相关，与Zn的溶出率呈极显著负相关．

表5 茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn的含量与溶出率的相关性

3 结论

1)土壤中Cu、Fe、Mn和Zn的含量分别在6.28～52.72 mg/kg、12 834～34 098 mg/kg、41.1～3 057.0 mg/kg 和18.39～706.90 mg/kg 之间．Cu、Mn和 Zn这3种元素的变异系数过大(CV(Cu)=67.81%、CV(Mn)=104.90%和CV(Zn)=99.48%)，可能与采样的分布区域广有关．

2)茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn的含量分别在3.67～14.14 mg/kg、12.16～282.40 mg/kg、151.2～2 472.0 mg/kg 和4.96～285.50 mg/kg 之间．Fe、Mn和 Zn这3种元素的变异系数过大(CV(Fe)=82.46%、CV(Mn)=60.07%和CV(Zn)=142.60%)，可能与采样的分布区域广以及其在土壤中的存在形态不同有关．此外，绝大部分茶叶中的Mn含量比土壤中的含量高，表明茶叶对Mn元素有一定的富集作用．

3)茶叶中Cu、Fe、Mn和Zn的溶出率分别为：4.86%～52.32%、5.86%～38.34%、1.50%～18.92%和0.72%～39.27%．此外，茶叶中这4种金属元素溶出率变异系数较大(CV(Cu)=57.41%、CV(Fe)=39.99%、CV(Mn)=67.95%和CV(Zn)=68.39%)，表明不同茶园茶叶中这4种元素水溶性形式存在的含量差异较大．

4)茶叶中Cu含量与Cu的溶出率呈极显著负相关，与Zn的溶出率呈极显著正相关；茶叶中Fe含量与Fe的溶出率呈极显著负相关；茶叶中Zn含量与Mn的溶出率呈显著正相关，与Zn的溶出率呈极显著负相关