摘要:采用火焰原子分光光度法測定了不同茶園茶樹及對應土壤樣品中銅的含量,研究茶樹各部位及土壤中銅的分布特征,以富集系數(shù)(BAF)為指標對茶樹吸收累積銅的能力進行評價。結(jié)果表明,茶樹新梢與樹體銅含量分別為(10.65±0.68)mg/kg和13.85 mg/kg;茶園土壤全銅和有效態(tài)銅含量分別為17.09~89.33 mg/kg和2.72~12.28 mg/kg;樹體各部位銅含量和分布率為側(cè)根>葉片>主根>生產(chǎn)枝>骨干枝,其中根系及葉片吸收累積銅占樹體的49.87%和22.28%;不同茶園茶樹的各部位銅含量、銅分布率及富集系數(shù)等均差異明顯;不同茶園的土壤全銅和有效態(tài)銅含量及銅利用率(PBC)均差異明顯;茶樹體、葉片、主根、側(cè)根銅含量與土壤銅含量之間相關不顯著。
關鍵詞:茶樹;土壤;銅;富集系數(shù);分布特征
中圖分類號:S571.1 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2012)07-1370-05
Cu Concentration and Distribution Characteristics of Tea Plants (Camellia sinensis) and Soil in Different Tea Gardens
ZHAO Ya-ting1,DU Xiao1,2,LI Pin-wu1,WEI Xiao-hui2,YU Zheng-lun2,GAO Rong2
(1.College of Horticulture, Sichuan Agricultural University, Yaan 625014, Sichuan, China;
2.Yaan Institute of Product Quality Supervision and Verification, Yaan 625000, Sichuan, China)
Abstract: The method of FAAS was used for the determination of Cu concentration of the soil and tea plants samples from different tea gardens. The distribution characteristics of Cu concentration in different parts of tea plants and soil were investigated and the absorption and accumulation ability of Cu by tea plants was evaluated by the enrichment coefficient. The results showed that the Cu concentration of tea shoots and tea plants were (10.65±0.68)mg/kg and 13.85 mg/kg, respectively. The ranges of the total Cu and available Cu in soil were 17.09~89.33 mg/kg and 2.72~12.28 mg/kg. Cu concentration and distribution in different parts sorted as side root > leaves > main root > production branch > backbone branch. The Cu concentration absorbed and accumulated by roots and leaves of the tea plants were 49.87% and 22.28%. The Cu concentration, distribution and enrichment coefficients in tea plants of different tea gardens were significantly different. And the tea plants showed weak enrichment ability of Cu. There was also significantly difference in total Cu, available Cu, utilization ratio of Cu in soil among different tea gardens. There was no significant correlation between the Cu concentration of major parts of tea plants and the soil.
Key words: tea plants; soil; Cu concentration; enrichment coefficient; distribution characteristics
銅元素是動植物生長發(fā)育必需的微量元素之一,同時也是污染食品、飲料的限量重金屬元素,限制食物的銅含量來控制人體總攝入量十分必要。茶葉中銅的限制量ISO為60 mg/kg、歐盟為40 mg/kg、日本為100 mg/kg[1]、英國和美國為150 mg/kg;我國農(nóng)業(yè)部規(guī)定茶葉中銅的限制量綠色茶葉為60 mg/kg[2]、有機茶為30 mg/kg[3]。一般茶葉銅含量為15.00~30.00 mg/kg,一些茶葉銅含量較高,達到47.58~63.26 mg/kg[4],個別茶葉銅含量超過許多標準茶葉銅限量。茶葉中銅一般來源于茶樹種植環(huán)境(土壤、水體和大氣)、加工機具設備(含銅機件、用具)和沖泡環(huán)節(jié)(水質(zhì)和用具)等,眾多學者認為茶樹栽培因素、生理特性影響茶葉銅含量[5-7]。茶葉質(zhì)量安全管理的“源頭防范”十分重視茶樹種植過程及土壤環(huán)境方面銅的研究工作。針對茶樹吸收累積銅的特性和田間種植茶樹進行的研究已有很多報道[8,9]。由于茶園環(huán)境條件差異較大,田間取樣測定的茶樹銅含量及其分布差異較大,茶樹與土壤銅含量的相關分析結(jié)論也不盡一致,為此研究不同茶園的茶樹及土壤中銅含量與分布特征十分必要。
本研究從成齡茶園采集茶樹的新梢、葉片、生產(chǎn)枝、骨干枝、主根和側(cè)根等,同時采集相應的茶園土壤樣品,采用火焰原子吸收分光光度法測定茶樹與土壤試樣的銅含量,分析茶樹體內(nèi)不同部位中銅含量及分布,比較茶園表土層和心土層土壤中銅含量及其利用率,探討茶樹體與土壤銅含量的關系,以期為綠色(有機)茶園土壤環(huán)境條件的選擇以及茶葉質(zhì)量安全管理提供依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 茶樹新梢葉位及莖段試樣 于2010年9月中旬在四川省名山縣茶樹良種母穗茶園采集十年生福鼎大白茶樹的當季新梢,經(jīng)自來水和去離子水清洗,瀝干,按第1至第13葉位依次剪取對應葉片和莖段,蒸青固樣后于(80±2)℃烘干,粉碎至40目待測。
1.1.2 茶樹不同部位材料 在四川省筠連縣選取代表性生產(chǎn)茶園,于2010年9月中旬采集不同茶園十年樹齡的整株茶樹樣品11份(編號為T1至T11),將每個樣品分割為成熟葉片、生產(chǎn)枝、骨干枝、主根和側(cè)根等5個部分,用自來水和去離子水清洗,蒸青固樣后于(80±2)℃烘干,粉碎至40目待測。
1.1.3 不同茶園土壤樣品 茶園土壤樣品來源與樹體樣品一致且與樹體樣品逐一對應,采集樣品22份,其中表土層(0~20 cm)和心土層(20~40 cm)各11份(編號為S1至S11),土質(zhì)均為黃紅壤,采回土壤自然風干剔除雜物后,研碎至100目待測。
1.2 方法
各種預處理試液的銅含量采用火焰原子吸收分光光度計(上海天美科學儀器有限公司)測定;銅標準溶液Cu的濃度為1 mg/mL,由1%HNO3(體積分數(shù),下同)配制而成,購于中國國家標準物質(zhì)中心(GBW08615);儀器檢測參數(shù)為:吸收波長324.7 nm,燈電流10.0 mA,光譜帶寬0.7 nm,高壓207.0 V,燃氣流量2.2 L/min,燃燒器高度7.0 mm。
1.2.1 茶樹試樣預處理 采用硝酸-高氯酸濕法消化法。稱取試樣1.000 0 g于聚四氟乙烯杯中,加入25 mL體積比為5∶1(HNO3∶HClO4)的混合酸,置于通風櫥內(nèi),加蓋浸泡16 h后用電熱板加熱,溫度為(150±2)℃,緩慢消煮至殘存2~5 mL且為無色透明液體時取下冷卻,用去離子水洗滌、過濾,定容至25 mL待測,同時以試劑作空白對照。
1.2.2 土壤有效態(tài)銅的測定 稱?。保埃埃?0 g土樣于錐形瓶內(nèi),加入0.1 mol/L的HCl溶液25 mL,振蕩2 h,過濾,待測,同時以試劑作空白對照。土壤有效態(tài)銅主要是指以交換態(tài)和水溶態(tài)形式存在于土壤溶液中的銅[10],是可被茶樹有效吸收利用的重要部分,以體積分數(shù)1%的鹽酸浸出銅的量表示。
1.2.3 土壤全銅的測定 稱?。保担埃?0 g磨細土樣于聚四氟乙烯杯內(nèi),先加少許水濕潤,再加入15 mL體積比為3∶1的鹽酸與硝酸溶液,置于通風櫥內(nèi),用電熱板加熱,溫度為(150±2)℃,緩慢消煮,保持微沸至大量氣泡消失,再加入5 mL高氯酸繼續(xù)加熱至冒白煙。強火加熱至樣品呈灰白色,然后用小火趕去高氯酸,取下冷卻,用1% HNO3溶液溶解、過濾、定容至25 mL待測,同時以試劑作空白對照。
1.3 數(shù)據(jù)處理
預處理樣品及試液銅含量檢測均重復3次;樣品銅含量均以干重計;表或圖中數(shù)據(jù)均為平均值±標準差;方差分析用DPS軟件進行;處理間平均數(shù)的比較用最小顯著差異法(LSD);圖表繪制用Origin軟件。各指標計算方法如下。
1)銅含量是指單位質(zhì)量的干物質(zhì)試樣中所含銅的質(zhì)量。
2)生物富集系數(shù)(BAF)[11]是指植物體內(nèi)某種重金屬元素含量與土壤中該種重金屬元素含量的比值,它反映了植物對某種重金屬元素的富集能力。富集系數(shù)越大,其富集能力越強。
富集系數(shù)(BAF)=
■
3)樹體銅分布率是指茶樹某部位累積的銅含量占整個茶樹植株中銅總量的百分比。
銅分布率=
■×100%
2 結(jié)果與分析
2.1 茶樹新梢葉片、莖段的銅含量及其分布特征
茶樹新梢不同葉位葉片及莖段的銅含量及其分布見圖1。由圖1a可知,整個新梢平均銅含量為(10.65±0.68)mg/kg。其中嫩梢1芽2、3葉的銅含量為(12.44±0.58)mg/kg,帶綠梗的1芽4、5葉銅含量為(11.88±0.38)mg/kg;帶紅梗的1芽7、8葉銅含量為(11.37±0.56)mg/kg;較成熟8至13葉新梢的銅含量為(8.97±0.86)mg/kg。茶樹新梢各葉位葉片的銅含量較相應莖段高,同時表現(xiàn)出新梢上端生長較旺盛,其葉片與莖段銅含量較高。
由圖1b可知,隨著茶樹新梢葉位數(shù)增加,新梢葉片及莖段中銅的分布率也隨之增加,并且銅在葉片中的分布率明顯高于莖段。主要是由于葉片和莖段單位質(zhì)量增加,其銅的總累積量增加。茶樹新梢中葉片的銅累積占整個新梢的76.70%,而莖段中僅占23.30%;整個茶樹新梢銅含量占全株的22.28%,表明茶樹新梢的葉片累積銅的能力較強,而莖段主要起著轉(zhuǎn)移運輸銅的作用,其貯存與累積能力有限。
2.2 不同茶園的茶樹銅含量及其分布特征
不同茶園的茶樹樹體及各部位的銅含量和分布率測定結(jié)果見表1。由表1可知,不同茶園的11份茶樹樹體的銅含量間差異明顯,銅含量為T10>T7>T11>T1>T2>T8>T5>T3>T6>T4>T9。不同茶園的茶樹樹體其銅含量差異可能與其生長的環(huán)境有關,這種差異還表現(xiàn)于所采集的11份樹體不同部位的銅含量及變幅方面,葉片為(12.06±0.63)mg/kg,生產(chǎn)枝為(8.75±0.45)mg/kg,骨干枝為(5.81±0.41)mg/kg,主根為(10.42±0.34)mg/kg,側(cè)根為(17.44±0.43)mg/kg。
由表1還可知,茶樹不同部位銅含量有差異,平均含量為側(cè)根>葉片>主根>生產(chǎn)枝>骨干枝;這與茶樹不同器官對銅的累積能力相關,其中生長與養(yǎng)分吸收能力強的側(cè)根對銅的吸收累積作用較強[12],主根則有較強的貯銅能力,而骨干枝和生產(chǎn)枝主要起輸導作用,茶樹葉片有一定蓄積銅的能力。茶樹樹體及各部位銅的分布率差異明顯,茶樹各部位銅的分布率葉片為22.28%,生產(chǎn)枝為18.02%,骨干枝為9.84%,主根為13.65%,側(cè)根為36.22%,全株銅平均含量為13.85 mg/kg。
2.3 不同茶園的土壤銅含量及利用率
在不同茶園采集與茶樹對應土壤樣本11份,其全銅含量和有效態(tài)銅的含量測定結(jié)果見表2。結(jié)果表明,不同茶園土壤有效態(tài)銅和全銅間均差異明顯;有效態(tài)銅含量范圍在2.72~12.28 mg/kg,全銅含量范圍在17.09~89.33 mg/kg;這與茶園土壤銅含量的差異及土壤類型有關,也與土壤中銅的利用率有關。相同茶園土壤有效態(tài)銅與全銅含量之間差異明顯,但兩者之間相關并不明顯,說明兩者間的轉(zhuǎn)換并無確定的比例,相同茶園表土層和心土層之間的銅含量差異均不明顯,并且兩者之間相關性很小,說明茶樹根系分布位置與吸收銅的量之間相關性不大。
土壤中銅的利用率(PBC)愈大,其活度越高。由表2可知,表土層的PBC變化范圍在8.10%~45.06%,心土層的PBC變化范圍在8.16%~40.59%,說明不同茶園土壤中的銅利用率差異很大,表明除土壤全銅和有效態(tài)銅含量之外,PBC還受其他因素影響。與一般田間土壤的PBC約為1%[13]相比,茶園土壤銅的可利用率要高8~45倍,說明茶園土壤中銅的活度較高,可能與茶園土壤酸性利于土壤全銅向有效態(tài)銅轉(zhuǎn)化有關[14]。茶園土壤銅PBC高是增加茶樹體銅含量的重要環(huán)境條件。
2.4 茶樹體富集銅的能力比較
茶樹各部位對土壤中銅的累積能力強弱、高低可以用銅富集系數(shù)(BAF)來反映。來自不同茶園的茶樹體部位銅的富集系數(shù)計算值見表3。結(jié)果表明,不同茶園茶樹同一部位對全銅和有效態(tài)銅的富集系數(shù)差異極明顯,全株全銅含量富集系數(shù)T11>T2>T1>T10>T7>T6>T9>T5>T8>T3>T4,有效態(tài)銅含量富集系數(shù)T11>T7>T6>T1>T10>T5>T3>T2>T8>T9>T4;不同部位的富集系數(shù)變幅較大,說明茶園環(huán)境條件(土壤、肥培等)不同,表現(xiàn)于樹體中銅富集系數(shù)的差異。
進一步比較樹體各部位銅的富集系數(shù),全銅為側(cè)根>葉片=主根>生產(chǎn)枝>骨干枝,有效態(tài)銅為側(cè)根>葉片>主根>生產(chǎn)枝>骨干枝,說明不同茶樹部位銅的分布不均衡,側(cè)根主要吸收并累積土壤中銅,其富集系數(shù)最高;葉片主要通過大氣沉降物、葉面噴施肥等吸收累積銅,其富集系數(shù)次之。
2.5 不同茶園茶樹不同部位及土壤銅含量的相關性
不同茶園茶樹體及不同部位與土壤之間銅含量相關分析結(jié)果見表4。由表4可知,茶樹體、葉片、主根、側(cè)根銅含量與土壤的全銅和有效態(tài)銅含量之間的相關不顯著。生產(chǎn)枝和骨干枝與土壤全銅之間呈極顯著負相關,表明茶樹體內(nèi)銅含量的差異并不完全來源于土壤中銅含量的高低。除土壤之外,茶樹體還可以從其他來源攝入銅元素。在茶園施肥,如磷肥、有機肥中往往含有銅,又如封園農(nóng)藥中也含有銅元素,可以通過葉面被攝入茶樹體內(nèi);此外,茶園土壤的酸性條件也影響銅的狀態(tài)和吸收利用[15,16]。這些途徑往往是容易被忽視的銅的來源。
3 小結(jié)與討論
3.1 茶樹新梢中銅含量與分布特征
對茶樹新梢銅含量分析結(jié)果表明,新梢中的銅有向生長旺盛的嫩新梢分布的特征。新梢的葉片中銅含量及分布率均高于莖段,這說明葉片累積銅的能力明顯高于莖段,而莖段可能以輸導、運轉(zhuǎn)銅為主要功能。相應茶園土壤的全銅和有效態(tài)銅分別為(18.51±0.87)mg/kg和(6.70±0.18)mg/kg,新梢對全銅和有效態(tài)銅的富集系數(shù)分別為0.58和1.59,表明新梢對土壤有效態(tài)銅具有較強富集作用。
3.2 茶樹各部位的銅含量及分布特征
對茶樹各部位銅含量分析結(jié)果表明,從銅含量、銅分布率和銅的富集系數(shù)來看,茶樹各部位對銅的累積能力表現(xiàn)為全銅側(cè)根>葉片=主根>生產(chǎn)枝>骨干枝,有效態(tài)銅為側(cè)根>葉片>主根>生產(chǎn)枝>骨干枝。茶樹根系吸收累積銅占樹體的49.87%,轉(zhuǎn)移、累積至葉片中的銅占22.28%。葉面噴施試驗表明,葉片可以吸收累積銅高達38.90%[17],表明茶樹根系和葉片均為銅的吸收累積部位,一般在吸收部位中銅的含量及分布率均高于其他部位。茶樹葉片中銅的分布率為22.28%,與一般植物中葉片的31.50%相比,茶樹葉片對銅的吸收累積屬于中等水平。
來源于不同茶園的茶樹及各部位的銅含量、銅分布率和銅富集系數(shù)均存在差異,說明茶樹生長環(huán)境條件(如土壤、水體、大氣、肥培、pH)等因素均可能造成樹體吸收累積銅的差異。李云等[18]研究認為土壤pH影響茶樹對銅的富集;韓文炎[6]研究表明不同種類和用量的施肥也會引起茶葉銅含量差異;章明奎等[19]研究表明大氣沉降物對蔬菜中重金屬積累有一定的影響。但田間調(diào)查數(shù)據(jù)得出的結(jié)論并不完全一致,有關茶樹吸收累積銅的規(guī)律尚需進一步研究驗證。
3.3 不同茶園茶樹與土壤之間銅含量及分布特征
不同茶園之間表土層和心土層的銅含量均存在差異;相同茶園全銅、有效態(tài)銅與銅利用率(PBC)三者之間并無明顯相關性,說明茶園有效態(tài)銅并不完全取決于全銅高低,可能還受茶園土壤溶解性有機質(zhì)(DOM)、茶樹根系分泌物[20,21]等的影響,進而引起銅活度的變化。將對應采集的11份樣本的茶樹全株及葉片、主根、側(cè)根銅含量與土壤全銅和有效態(tài)銅含量之間進行兩因素回歸分析,結(jié)果表明它們之間的相關性并不顯著。說明土壤可能并不是茶樹惟一的銅來源,葉面也具有較強吸收銅的能力,并且葉面噴施一定濃度的氮肥能促進茶樹體對銅的吸收[17],也有研究認為有機肥(動物糞肥)的廣泛應用、獸藥和飼料等含銅物質(zhì)的添加等都會造成糞肥銅含量過高,進而導致植物中銅含量升高[22,23]。有關茶樹從環(huán)境中吸收累積銅的效應,涉及茶樹自身的營養(yǎng)狀況、茶園農(nóng)藥的使用等多種因素,尚需要更多的試驗研究進一步探討和闡釋。
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