侯 順，肖 涵，馬銀海

(昆明學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650214)

云南省臨滄市鳳慶縣屬代表性滇紅茶產(chǎn)區(qū).該茶產(chǎn)區(qū)位于滇西北，屬中亞熱帶、北亞熱帶，為亞熱帶山地高原季風(fēng)氣候，年平均溫度14.7～19.5 ℃，年降雨量1 100～2 100 mm，土壤以山地紅壤為主，pH值5.0～5.5，適宜茶樹生長.此外，該地區(qū)隸屬于Pb-Zn-Ag-Cu-S-Hg礦化帶，金屬元素背景值較高[1].

鳳慶大葉種茶樹(Camelliasinenesis(Linn.) var.assamica(Masters) Kitamura)種植時間長、面積廣、茶產(chǎn)量較大.茶樹呈單軸分枝，葉形以橢圓為主，葉尖聚尖或漸尖，葉面隆起，葉色綠有光澤，葉片厚而柔軟，葉身背卷或稍內(nèi)折，葉緣微波，側(cè)脈10～11條.鳳慶大葉種茶樹定型成熟葉片長12.7～25.3 cm、寬8.0～9.0 cm，面積大于40 cm2.柵欄組織大多數(shù)為一層，且排列較稀疏.葉片碳代謝強烈，海綿組織多，易于次生代謝產(chǎn)物的合成與累積.茶產(chǎn)品水浸出物含量較高，呈味物質(zhì)累積多，茶湯滋味強烈，風(fēng)味獨特[2].

由于茶樹體內(nèi)的礦質(zhì)元素不能自身合成，必須從周圍環(huán)境吸收富集.而地質(zhì)環(huán)境作為內(nèi)源性影響因素，直接或間接影響水、氣、肥、熱等條件，從而干擾茶樹生長發(fā)育過程.土壤為茶樹礦質(zhì)元素吸收的主要來源，自根向上，礦質(zhì)元素逐級分餾遷移，進入茶葉新梢，參與生理生化反應(yīng)，并形成動態(tài)循環(huán).目前，茶樹組織中已檢出67種以上元素，其含量范圍相差7個數(shù)量級以上.Al、F、Mn和Se等元素顯著富集，并成為影響茶樹生長的常量元素[3].已有大量研究[4-5]分析了茶樹生長過程中涉及的常量礦質(zhì)元素對茶樹的影響，其中各結(jié)論整理見表1.

表1 常見無機元素對茶樹的影響

世界各國標(biāo)準(zhǔn)不僅對進出口茶葉的質(zhì)量控制除限定有機污染物外，還十分重視礦質(zhì)元素指標(biāo).各類標(biāo)準(zhǔn)對茶葉中礦質(zhì)元素的限定[6]詳見表2.

茶組織中的礦質(zhì)元素主要來源于土壤，但其含量仍受茶樹樹齡、茶葉新梢嫩度、加工方式等多種因素的影響.作為按特定時間采收并分級的植株，茶樹的生長周期對其產(chǎn)品品質(zhì)的影響已形成共識.在自然生長條件下，茶樹全年有3次生長和休止，即：越冬芽萌發(fā)→第1次生長(春梢)→休止→第2次生長(夏梢)→休止→第3次生長(秋梢)→冬季休眠.新梢明顯的輪性生長特點和花果、根系生長的季節(jié)性變化，進一步引起茶樹葉片水分及特征性物質(zhì)含量的變化[7].

一般而言，茶樹冬季進入休眠期，代謝率低，萌芽少.而早春日均氣溫高于10 ℃時茶芽萌動，代謝活動增強.目前，對茶樹生長周期的研究[7-11]多集中于其次生代謝產(chǎn)物，且一致認(rèn)為：春季茶產(chǎn)品水浸出物多，氨基酸、可溶性糖、咖啡因等良性呈味因子含量較高；而夏秋茶黃酮類、多酚、花色素類不良呈味因子含量較高.因此茶產(chǎn)品歷來以春季，特別是清明前為佳.

此外，目前對茶樹及其制品中礦質(zhì)元素的研究多集中于有關(guān)其含量的調(diào)查[12-13]、品種差異[14]、不同產(chǎn)地、不同部位、不同加工方式[15]、土壤-茶樹元素相關(guān)性分析[16]、浸出率[17]、指紋圖譜[18]的研究.而對其不同生長周期內(nèi)礦質(zhì)元素變化的研究仍不夠充分，尤其是冬季變化研究尚不多見.Zhou等[19]使用同位素分析研究結(jié)果表明，δD 和δ18O在不同季節(jié)有顯著差異，降雨量是周年變化的重要貢獻因子；Zhao等[20]認(rèn)為，Na、Mg、K、V、Cr、Co、Se、Rb和Pt可作為不同季節(jié)茶葉的指紋因子；方靈等[21]認(rèn)為，季節(jié)不影響茶葉對稀土元素的總富集能力，但影響茶葉對鈰、釔的吸收；王朝陽等[22]研究結(jié)果顯示，硒元素含量為w(春茶)>w(秋茶)>w(夏茶)，夏茶含硒量與春茶、秋茶差異顯著.需要說明的是，這些研究都是基于行業(yè)習(xí)慣(春及夏、秋季)設(shè)計采樣節(jié)點，因為冬季茶樹進入休眠期，茶芽小且難以收集，所以對采樣提出了挑戰(zhàn).

表2 各標(biāo)準(zhǔn)對茶葉中礦質(zhì)元素的限量

綜上所述，由于采樣因素的限制，涉及茶樹冬季生長特征的研究尚不多見，且其結(jié)果受多重因子干擾.在茶樹生長周期中，冬季休眠越冬，春季為萌動期，可代表茶樹生長狀態(tài)的極值，方便進行茶樹生長周期典型變化的降維研究.因此，以云南省臨滄市鳳慶縣為研究區(qū)域，并選擇當(dāng)?shù)氐湫筒鑸@樣地，確定經(jīng)緯度后，按農(nóng)業(yè)節(jié)氣采摘特定茶樹一芽二葉至三葉新梢，清洗后快速干燥，消解后采用ICP-MS測定其常量元素含量，并對數(shù)據(jù)進行成對T檢驗以獲得準(zhǔn)確的統(tǒng)計結(jié)果，其結(jié)果可為臨滄市典型大葉種茶樹的生長周期元素特性累積原始數(shù)據(jù)，也能為建立茶產(chǎn)品元素指紋圖譜提供參考.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2020年1—4月，于前期調(diào)研擇定的5個鳳慶縣代表性大葉種茶園樣地直接采收茶葉新梢.野外采樣時間參考茶行業(yè)常規(guī)[23-24]，即春季：春分-清明(2020-03-20—2020-04-04)；冬季：小寒-大寒(2020-01-06—2020-01-20).在固定的經(jīng)緯點茶園，選取向陽坡面中部，具有代表性的茶樹5～20棵(冬季芽葉稀少，其他季節(jié)采樣以冬季茶株分布中心為起始點，向外輻射)，以布帶標(biāo)記后采一芽二葉至三葉樣品，純凈水快速沖刷甩干后攤晾干燥，冰箱密封冷藏.

由于冬季各樣品芽葉顯著變小，葉片革質(zhì)化，部分呈現(xiàn)貓耳朵狀，葉綠素、水分含量偏低，少量葉片有焦邊現(xiàn)象.

1.2 儀器條件

ICP-MS工作條件(n=3)：等離子體射頻(RF)功率1 550 W，蠕動泵0.10 r/s，采樣深度10.0 mm，霧化室溫度2 ℃，載氣1.03 L/min；等離子體模式：He模式(碰撞反應(yīng)池模式)，氦氣流量4.3 mL/min，重復(fù)3次. 重金屬多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(V，Cr，Mn，Co，Ni，Cu，Zn，As，Cd，Pb)購自安捷倫公司(8500-6940)，以國家有色金屬及電子材料分析測試中心的Rh、Re標(biāo)準(zhǔn)溶液為內(nèi)標(biāo)溶液，安捷倫5188-6564的Li、Co、Y、Ce和Tl 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液為調(diào)諧溶液.

1.3 實驗方法

茶葉樣品臨用前70 ℃烘干后磨碎至60目.準(zhǔn)確稱取2.00 g茶葉粉末(n=3)于錐形瓶中，加入V(高氯酸)∶V(硝酸)=1∶5的混酸30 mL，加蓋浸泡過夜后，加熱消解至無色澄清透明，消解后充分趕酸，冷卻，以2%硝酸溶液轉(zhuǎn)移定容至200 mL.

在優(yōu)化后的儀器分辨率、靈敏度、穩(wěn)定性、氧化物、雙電荷條件下，測定標(biāo)準(zhǔn)、樣品和空白溶液，扣除空白后計算結(jié)果.

2 結(jié)果與討論

2.1 冬、春季茶葉中常量元素含量分析

采用ICP-MS法對冬春兩季5個茶葉樣品中的9種常量元素(Mg、Fe、Zn、Cu、Ni、Al、Mn、Ti、Sr)的含量進行測定，結(jié)果見表3.

表3 冬、春季節(jié)大葉種茶樹新梢9種常量元素含量

由表3可見，各樣品9種常量礦質(zhì)元素的含量分異明顯，各元素含量均值水平變異達3個數(shù)量級.其中：Mg含量最高(1 757.00±62.58 mg/kg)；Sr含量最低(1.24±0.26 mg/kg).各元素含量平均值的高低順序為：w(Mg)>w(Al)>w(Mn)>w(Fe)>w(Ti)>w(Zn)>w(Cu)>w(Ni)>w(Sr).此順序與地球陸地植物礦質(zhì)元素含量順序相近[3]，但Al、Mn和Ti等元素的含量順序有大幅度提高，其中Al提高1～2個數(shù)量級，Mn和Ti提高1個數(shù)量級，體現(xiàn)出明顯的富集.

此外，樣品變化幅度指征冬春季節(jié)性差異，RSD指征不同樣地間差異.冬季與春季比較，不同礦質(zhì)元素含量特征顯著不同：Fe含量較為穩(wěn)定；冬季含量高于春季的是w(Al)>w(Zn)>w(Mn)>w(Sr)(含量均值排序)，冬季含量低于春季的為w(Mg)>w(Ti)>w(Fe)>w(Cu)>w(Ni)(含量均值排序).對冬、春單一常量元素的含量變化幅度進行歸一化后可以看出，冬季與春季含量變幅順序為w(Ti)>w(Ni)>w(Cu)>w(Sr)>w(Mg)>w(Fe)>w(Mn)>w(Zn)>w(Al).兩季節(jié)同一元素含量RSD不均，除Sr和Fe外，冬季茶葉樣品常量元素分量變異情況遠大于春季；Fe穩(wěn)定性最高，Al和Ti變異最大.冬季含量范圍差異表現(xiàn)為w(Zn)>w(Ni)>w(Mn)>w(Al)>w(Cu)>w(Mg)>w(Sr)>w(Fe)>w(Ti)，春季含量范圍差異表現(xiàn)為w(Sr)>w(Mn)>w(Al)>w(Fe)>w(Ni)>w(Zn)>w(Cu)>w(Mg)>w(Ti).

可以認(rèn)為，除Sr和Fe外，各樣品的其他元素在春季變化幅度較為一致.在春季水熱條件變動劇烈，對樣品地茶樹的吸收、分布特性干擾超過背景值干擾.若春茶元素含量RSD小，變幅小(如Fe)，則該元素在茶樹體內(nèi)分布較為穩(wěn)定，環(huán)境影響較少，可能固持性較好；若春茶元素含量RSD小，變幅大(如Al和Mn)，則該元素受土壤環(huán)境影響較少，受水熱條件影響較大.若春茶元素含量RSD大，變幅小(如Sr)，則此元素與土壤背景關(guān)系更為密切，適宜進一步研究其產(chǎn)地溯源可靠性；若春茶元素含量RSD大，變幅大(如Mn)，則此元素對多重干擾響應(yīng)明顯，不適宜作為指紋圖譜組成元素.

2.2 冬、春季節(jié)常量元素成對T檢驗結(jié)果

對樣品涉及的5個樣地數(shù)據(jù)進行點對點成對比較T檢驗，結(jié)果見表4.

表4 冬、春季節(jié)樣品常量元素差異性分析

由表4可知，冬春兩季大葉種茶新梢常量元素含量差異較大，與之前研究結(jié)果[3]中春夏元素含量差異有顯著提高.在冬、春兩季，Mg、Fe、Ti和Sr含量差異無統(tǒng)計學(xué)意義，Zn、Cu和Al含量差異極具統(tǒng)計學(xué)意義，Ni和Mn含量差異有統(tǒng)計學(xué)意義.在春季Zn和Al含量極顯著下降，Mn含量顯著下降.同時Cu含量極顯著升高，Ni含量顯著升高.因此，Zn、Al和Cu元素可以作為常量元素季節(jié)性變化的表征元素.

茶新梢常量元素含量的季節(jié)變化主要取決于當(dāng)?shù)貧夂虻募竟?jié)節(jié)律，也受茶樹生長的生理特性和茶園管理方式、頻率影響.因此本結(jié)論只代表當(dāng)?shù)氐牡胤叫袁F(xiàn)象，有待于累積更多代表性地區(qū)數(shù)據(jù)獲得普適性結(jié)論.

3 結(jié)論

選定云南省臨滄市鳳慶縣5個大葉種茶園樣地特定植株，在冬春季節(jié)特定時間采取同株一芽二葉至三葉茶葉樣品，使用ICP-MS法對其9 種常量礦質(zhì)元素(Mg、Fe、Zn、Cu、Ni、Al、Mn、Ti、Sr)進行分析，得到以下結(jié)論：

1)樣品中9種常量礦質(zhì)元素的含量分異明顯，各元素含量均值水平變異達3個數(shù)量級.各元素含量平均值的高低順序為：w(Mg)>w(Al)>w(Mn)>w(Fe)>w(Ti)>w(Zn)>w(Cu)>w(Ni)>w(Sr).此順序與地球陸地植物礦質(zhì)元素含量順序相近，但Al、Mn和Ti等元素明顯富集.

2)比較冬春兩季，不同礦質(zhì)元素含量特征顯著不同：Fe含量較為穩(wěn)定；冬季含量高于春季的是w(Al)>w(Zn)>w(Mn)>w(Sr)(含量均值排序)，冬季含量低于春季的為w(Mg)>w(Ti)>w(Fe)>w(Cu)>w(Ni)(含量均值排序).對冬、春單一常量元素的含量變化幅度進行歸一化后可以看出，冬季與春季含量變幅順序為w(Ti)>w(Ni)>w(Cu)>w(Sr)>w(Mg)>w(Fe)>w(Mn)>w(Zn)>w(Al).

3)兩季節(jié)同一元素含量RSD不均，除Sr和Fe外，冬季茶葉樣品常量元素分量變異情況遠大于春季，其中Fe穩(wěn)定性最高，Al和Ti變異最大.冬季含量范圍差異表現(xiàn)為w(Zn)>w(Ni)>w(Mn)>w(Al)>w(Cu)>w(Mg)>w(Sr)>w(Fe)>w(Ti)，春季含量范圍差異表現(xiàn)為w(Sr)>w(Mn)>w(Al)>w(Fe)>w(Ni)>w(Zn)>w(Cu)>w(Mg)>w(Ti).結(jié)合元素含量RSD值和含量變幅可對元素在茶樹中的受干擾特性做出初步推斷.

4)成對比較T檢驗結(jié)果表明，冬春兩季大葉種茶新梢常量元素含量差異較大，在春季Zn和Al含量極顯著下降，Mn含量顯著下降，Cu含量極顯著升高，Ni含量顯著升高,其中Zn、Al和Cu元素可以作為季候變化的指紋因子進行深入研究.