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贵州久安、雷山茶园矿物元素特征及茶叶品质对比研究

刘春林  
【摘要】:茶叶是贵州省第三大重要的经济作物之一,是农村重要的收入来源。近些年来,贵州茶叶种植面积快速增大,种植面积排名全国第一。形成了都匀毛尖、湄潭翠芽、绿宝石、遵义红、雷山清明茶、普安红等著名黔茶品牌深受茶客青睐。茶叶在推动贵州农业经济发展中做出了巨大贡献。因此,从生态地球化学角度,探明贵州久安碎屑岩、雷山变质岩分布区茶园岩石土壤元素地球化学特征,摸清茶叶品质差异性及分析控制茶叶品质的主要地质因素,对贵州优质茶叶的规模化种植、品质产量的提高具有重要现实意义。本研究以贵州久安碎屑岩、雷山变质岩区茶叶为研究区域,以研究区地层岩石、土壤(耕土层和生土层)及茶叶为主要研究对象,开展种植区野外实地调查采样,分析测试岩石、土壤(耕土层和生土层)及茶叶样品的常量元素、微量元素、重金属元素的含量及茶叶的生化组分(茶多酚、咖啡碱)含量,采用相关性分析方法对研究区土壤各种指标(矿物元素、土壤有机质、土壤p H)与茶叶各种指标(矿物元素、生化组分)之间的相关性进行分析,并采用土壤污染评价方法及饮茶健康风险评价方法对研究区土壤、茶叶进行评价,结合研究区地质环境资料,分析控制优质茶叶品质的主要地质环境控制因素,从生态地球化学的角度对较适宜优质茶叶种植的岩性分布区进行评价。主要得出以下结论:1.贵州久安茶区主要种植于上二叠系龙潭组第一段(P_3lt~1)、第二段(P_3lt~2)、第三段(P_3lt~3),下三叠系沙堡湾组(T_1s)两套地层。岩性主要以页岩、煤系地层上部炭质岩、砂页岩为主。而黔东南雷山茶区主要种植于番召组一段(Ptbn_bf~1)、清水江组第二段(Ptbn_bq~2)两套地层之上。岩性主要以块状变余砂岩、变余凝灰岩为主。与地壳元素丰度相比,久安茶区地层岩石中As、Li、Y、Pb、Mo、Sn、Se、Ce、Bi呈现富集特征,而雷山茶区地层岩石中Al、As、Li、Pb、Sb、Se、Ce、Sb、Bi呈现富集特征。分析两个茶区岩石含量特征,久安茶区地层岩石中元素Ca、Fe、P、Cr、As、Cu、Y、Mo、Sn、Se、Ce、Ge、Hg含量丰富,而雷山茶区地层岩石中元素Al、K、Mg、Na、Mn、Li、Pb、Zn、Ni、Co、Sb、Bi、Cd呈现富集。岩石富含Al、K、Na、Zn、Sb、Bi对茶树生长发育及优质茶叶种植提供了充足的矿物元素背景。2.贵州久安茶区生土层中对茶叶生长有利的微量元素Al、Fe、Cu、Se和有害元素As较贵州省C层土壤背景值呈现富集特征。而雷山茶区生土层中对茶叶生长有利的微量元素Al、K、Se较贵州C层土壤背景值呈现富集。与贵州A层土壤背景值相比,久安茶区耕土层对茶叶生长有利的微量元素Al、Fe、Cu、Mo、Sn、Se及重金属元素As、Cr、Hg呈现富集特征。雷山茶区耕土层对茶叶生长有利的微量元素Al、Sb、Se及重金属元素Hg呈现富集特征。分析两个茶区土壤元素含量特征差异性,久安茶区耕土层微量元素Ca、Fe、Mg、P、Mn、Zn、Cu、Y、Mo、Sn、Se、Ge及重金属As、Cr、Ni、Co、Cd的平均含量高于雷山茶区,而雷山茶区耕土层微量元素Al、K、Na、Ce、Li、Sb、Bi及重金属元素Pb、Hg高于久安茶区。与《土壤环境质量标准》(GB 15618-2018)相比,久安、雷山茶区土壤重金属均未超标,整体土壤质量情况较好。3.贵州久安茶叶继承了岩石、土壤中大部分元素含量特征,且微量元素K、Ca、Mg、Ce、Fe、Li、Mo、Sn、Y、Se及重金属As、Cr、Ni、Pb、Co、Hg、Cd元素含量高于雷山茶叶。而雷山茶叶继承了岩石、土壤中大部分元素含量特征,且微量元素Na、P、Zn、Cu、Sb、Ge元素含量高于久安茶叶。其中,久安古茶树嫩叶Al、Ca、Mg、Na、Se、Zn等元素较为丰富,且重金属元素含量低于普通茶树嫩叶。而雷山茶叶Zn较为丰富,且符合国家富锌茶Zn含量(40 mg/kg)标准。与食品安全标准(NY 659-2003)(GB 2762-2017)相比,久安、雷山茶叶重金属含量均未超标。4.茶树老嫩叶对K、Ca、P、Mn呈现强烈富集(BCF1),对Zn、Cu、Mg、Ni、Hg、Cd呈现中度富集(BCF1),而对Al、Na、Se、Ge、Bi、Mo、Fe、Sb、Sn、Li、Y、Ce、As、Cr、Pb、Co呈现较低富集性(BCF0.1)。此外,茶树嫩叶对K、Mg、Na、P、Zn、Cu、Mo、Ge、Ni、Co的富集能力强于老叶。而茶叶中老叶对Ca、Al、Mn、Se、Bi、Fe、Sb、Sn、Li、Y、Ce、As、Cr、Pb、Hg、Cd的富集能力强于嫩叶。其中,古茶树嫩叶对Al、Ca、Mg、Na、Se、Zn、Sn、Y等元素的富集能力呈现强于普通茶树嫩叶,古茶树呈现富集Al、Ca、Na、Mg、Zn、Cu、Se的特征,作为富锌硒茶开发具有重要的经济意义。5.茶叶中Ce、Sn、Sb、Cr、Na、Mn、Y、Ni、Pb与土壤中对应元素呈显著正相关(P0.05)。茶叶对Al、Ca、Mn、Sn的吸收富集会随着土壤p H的降低而增加。6.茶多酚与茶叶中Y呈显著正相关(P0.05),与茶叶中Cu、Fe呈显著负相关(P0.05),咖啡碱与茶叶中Zn呈极显著相关性(P0.01),而与茶叶中K呈显著负相关(P0.05)。表明茶叶中Y、Fe、Zn、K通过影响茶叶中多酚、咖啡碱合成来影响茶叶的品质。而茶多酚与土壤Mn呈显著负相关(P0.05),咖啡碱与土壤As呈显著负相关(P0.05),说明当区域Mn、As地质背景值较高时,会抑制茶多酚、咖啡碱的合成。7.综合不同岩性分布区茶园地层分布、岩石地球化学、土壤地球化学及茶叶品质等因素对适宜优质茶叶种植的区带进行评价的结果为:青白口系板溪群分布区,岩石、土壤、茶叶中Al、K、Na、Zn、Sb、Bi等元素较为丰富,重金属含量低。经风化形成的土壤有机质含量较高,且茶叶品质好,是贵州省优质茶叶种植区域,可进行茶叶规模化种植。二叠系龙潭组分布区,岩石、土壤、茶叶中Ca、Fe、P、Se、As、Cu、Cr、Hg含量丰富。经风化形成的土壤有机质含量适中,茶叶品质良好。8.依据地层、土壤地球化学及茶叶品质相关性,认为青白口系板溪群番召组第一段(Ptbn_bf~1)、清水江组第二段(Ptbn_bq~2)分布区,是贵州省优质茶叶种植区域,可进行茶叶规模化种植。而二叠系龙潭组分布区是茶叶有利种植区。


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