張忠梁 舒英格 何 季 任明慧

(1 貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2 黔南州農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州 都勻 558000)

具有名特優(yōu)商標(biāo)或產(chǎn)地地理標(biāo)志認(rèn)證的食品所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，可能會(huì)誘使低劣原料假冒優(yōu)質(zhì)食品品牌，從而造成一系列食品安全問(wèn)題[1-2]。在經(jīng)濟(jì)全球化、食品物流供應(yīng)鏈全球化的今天，食品產(chǎn)地溯源及食品安全問(wèn)題變得更為復(fù)雜，雖然歐盟、美國(guó)、日本等國(guó)家制訂了一系列法律和標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證措施來(lái)強(qiáng)化食品的安全性和可追溯性[3-6]，但現(xiàn)有的溯源體系及鑒別技術(shù)仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。中國(guó)是世界茶葉產(chǎn)量最大的國(guó)家，貴州省茶園面積居全國(guó)首位，省內(nèi)都勻毛尖、湄潭翠芽、鳳岡鋅硒茶等多種名優(yōu)茶獲得了國(guó)家地理標(biāo)志并通過(guò)了歐盟食品認(rèn)證。為防止外源劣質(zhì)茶偽冒名優(yōu)茶引發(fā)食品安全隱患、破壞地區(qū)茶葉品牌價(jià)值，需要研發(fā)一種有效的產(chǎn)地鑒別技術(shù)，以建立科學(xué)的茶葉產(chǎn)地追溯及判別手段。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)食品產(chǎn)地溯源的研究愈發(fā)熱門[7-8]。在技術(shù)手段上，主要依托穩(wěn)定同位素[9-11]、近紅外光譜[12]、多礦質(zhì)元素指紋[13-14]、氣相及液相色譜[15]等技術(shù)。其中，多礦質(zhì)元素指紋法的優(yōu)勢(shì)在于礦質(zhì)元素是農(nóng)產(chǎn)品的基本組成成分，自身不能合成，須從土壤和水中攝取。因此，不同地域農(nóng)產(chǎn)品形成了一定的礦物元素地域指紋特征，不易受后期加工、貯藏的影響[16]，相較穩(wěn)定性同位素、氣相及液相色譜法等技術(shù)穩(wěn)定性強(qiáng)、技術(shù)成本低、判別可靠性高，是有效的產(chǎn)地溯源指標(biāo)[17]。

針對(duì)茶葉產(chǎn)地溯源研究，前人多是通過(guò)茶葉本身所含的礦質(zhì)元素[18-19]、化學(xué)成分等生化指標(biāo)[20-21]進(jìn)行溯源分析，而對(duì)土壤-茶葉中礦質(zhì)元素的相關(guān)關(guān)系、產(chǎn)地溯源影響控制等方面的認(rèn)識(shí)仍十分有限。此外，茶樹(shù)品種對(duì)茶葉地理來(lái)源鑒別的影響也尚不清楚。土壤中Si、Al、Fe、Mn、P、K、Na、Ca、Mg、Ti、Cu、Zn元素，在母質(zhì)發(fā)育成壤的地球化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中有明顯的地球化學(xué)行為，其在土壤中的含量既能表征土壤地球化學(xué)的過(guò)程[22-24]，又能被茶樹(shù)進(jìn)一步吸收，間接表現(xiàn)不同產(chǎn)地來(lái)源的元素的化學(xué)含量特征，故而可將土壤、茶葉進(jìn)行聯(lián)合分析。在以往的研究模式上，本研究拓展了以土壤-茶葉為體系的多礦質(zhì)元素產(chǎn)地溯源研究路徑，將不同深度下的土壤、土壤-茶葉、茶樹(shù)品種納入產(chǎn)地溯源分析，以期為今后貴州名優(yōu)茶產(chǎn)地礦質(zhì)元素指紋圖譜建設(shè)、地區(qū)茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

于2019年11月貴州東部(黔東)雷山縣、貴州南部(黔南)都勻市、貴州北部(黔北)湄潭縣及鳳岡縣3個(gè)地區(qū)采集土壤及茶葉樣品，其中黔東地區(qū)基巖(母質(zhì))以變余砂巖為主，土壤為硅鋁質(zhì)黃壤；黔南地區(qū)基巖(母質(zhì))主要為石英砂巖和白云質(zhì)砂巖，均風(fēng)化為砂質(zhì)黃壤；黔北地區(qū)為第四系殘積物形成的紅色紅黏土或紅黏土下覆砂質(zhì)白云巖。以上不同類型基巖各設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，共計(jì)采集土壤、茶葉樣品161份，其中土壤樣品以隨機(jī)采樣法，采集植茶年限為20～25年茶園0～100 cm土壤剖面樣品85份(間隔20 cm取樣)；以一芽二葉的茶葉形態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，采集坡頂、坡中、坡底茶葉各200 g，最終合為1份混合茶樣，共獲得66份混合茶葉樣品(福鼎大白30份、毛尖種12份、黔湄種13份、云大種11份)。

1.2 儀器與設(shè)備

WGL-65B/WGL-230B電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；TJZ7836植物樣粉碎機(jī)，浙江BILON公司；Milli-Q Advantage超純水儀，美國(guó)Millipore公司；AAS原子吸收光譜儀，火焰石墨爐原子吸收光譜儀ZEEnit700，德國(guó)耶拿分析儀器有限公司；SHA-B水浴恒溫振蕩器，青島明博環(huán)?？萍加邢薰?；DB-2AS恒溫電熱板，常州金壇良友儀器有限公司；尤尼柯7200型紫外分光光度計(jì)，美國(guó)UNICO公司；TD5.5臺(tái)式大容量離心機(jī)，上海盧湘儀離心機(jī)有限公司；Si、Al、Fe、Mn、P、K、Na、Ca、Mg、Ti、Cu、Zn標(biāo)準(zhǔn)液(GSB04-1757-2004國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))，國(guó)家有色金屬研究院。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 茶葉樣品前處理 茶葉樣品經(jīng)去離子水沖洗，烘箱90℃快速殺青后于70～75℃烘干。用植物樣粉碎機(jī)粉碎，過(guò)0.25 mm尼龍網(wǎng)篩，裝入聚乙烯樣品袋備用。取0.3 g茶葉樣品，置于聚氯乙烯高壓密閉罐中，加入7.5 mL濃HNO3，靜置12 h后裝入高壓消解聚合反應(yīng)釜，于烘箱中180℃消解12 h。待完全冷卻后取出聚四氟乙烯內(nèi)襯罐經(jīng)60℃電熱板加熱1 h，100℃加熱1.5 h，150℃加熱1.5 h，隨后用5%鹽酸溶解并轉(zhuǎn)移聚四氟乙烯內(nèi)襯罐中樣品至25 mL容量瓶中備測(cè)。

1.3.2 土壤樣品前處理 參照礦質(zhì)元素全量消解方法[25]，取過(guò)篩的0.149 mm土壤樣品0.5 g于三角瓶中，依次加入3 mL濃HNO3、5 mL濃HCl、2 mL濃H2SO4進(jìn)行加熱消解，待樣品呈白色粘稠狀取下。用近沸1 mol·L-1HCl繼續(xù)加熱30 min后轉(zhuǎn)移至離心管，5 000 r·min-1離心8 min，取上清液于100 mL容量瓶，對(duì)離心管中殘余物如此反復(fù)3輪，以去離子水定容至100 mL，作為Fe、Mn、Al、K、Na、Ti、P、Cu、Zn待測(cè)液；Ca、Mg待測(cè)液的制備以7.5 mL濃HCl、2.5 mL濃HNO3、5 mL HClO4進(jìn)行消解，其余浸提操作步驟同上；向三酸(HNO3-HCl-H2SO4)消解后的離心管殘余物中加入75 mL預(yù)熱的0.5 mol·L-1NaOH攪拌浸提20 min，急速冷卻后5 000 r·min-1離心8 min，取上清液供測(cè)Si。

1.3.3 礦質(zhì)元素分析 Fe、Ca、Mg、Mn、K、Na、Cu、Zn以原子吸收光譜法測(cè)定，Ti采用二胺替比林甲烷法，Si采用硫酸亞鐵銨比色法，Al采用二甲酚橙比色法，P采用鉬銻抗比色法[25]。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

通過(guò)SPSS 25軟件進(jìn)行單因素差異性分析，顯著性差異元素經(jīng)事后多重比較分析均方差，以Person相關(guān)分析(P<0.05或P<0.01)檢驗(yàn)各元素在土壤-茶葉間的相關(guān)性。利用因子分析對(duì)顯著差異性元素進(jìn)行巴特利特球形驗(yàn)證，以檢驗(yàn)樣本分類適宜性程度。通過(guò)主成分分析(principl component analysis, PCA)進(jìn)行顯著性差異元素指標(biāo)的初篩選，剔除方差貢獻(xiàn)能力小的元素指標(biāo)。最后以逐步線性判別法(stepwise linear discriminant analysis，SLDA)確定貴州名優(yōu)茶產(chǎn)地溯源的最終元素指標(biāo)，建立產(chǎn)地溯源模型，并以嚴(yán)格的留一交叉驗(yàn)證法對(duì)所建立的茶葉產(chǎn)地判別模型精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)。判別溯源可視化圖像以SPSS分析結(jié)果為基礎(chǔ)，以O(shè)rigin 2019軟件進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 礦質(zhì)元素差異特征

2.1.1 產(chǎn)地土壤礦質(zhì)元素的空間差異 Duncan′s新復(fù)極差法表明(表1)，貴州省茶葉主產(chǎn)區(qū)(黔東、黔南、黔北)的土壤礦質(zhì)元素表現(xiàn)出不同深度下的顯著性差異(P<0.05或P<0.01)特征。隨著土壤剖面由淺及深，顯著性差異元素的數(shù)量總體上逐漸增多，其中0～20 cm層Al、Fe、Na、K、Mg、Ti、Cu和Zn 8種元素指標(biāo)呈顯著或極顯著差異，是顯著性差異元素?cái)?shù)量最少層；20～40 cm層除Mn和Ca外的其余10種元素在不同產(chǎn)地間均表現(xiàn)出顯著性差異；40～60 cm層除Mn外的11種元素在三產(chǎn)地間差異顯著，這可能是由于茶樹(shù)側(cè)根在該層的分布最為密集，茶樹(shù)根系在礦質(zhì)元素生理吸收過(guò)程中極大主導(dǎo)了元素的分布，土壤元素吸收的化學(xué)動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)最為活躍；土壤深為60～80 cm時(shí)，12種礦質(zhì)元素含量均具有極顯著差異，該土層較深，最接近母質(zhì)，易受不同產(chǎn)地環(huán)境下基巖-母質(zhì)帶的物理風(fēng)化差異影響，而不易受到施肥影響，更易繼承和表現(xiàn)不同母質(zhì)或基巖的礦質(zhì)元素背景差異[24]；而當(dāng)繼續(xù)深入至80～100 cm層，除Mn外，其余11種元素均呈顯著性差異，可能由于該層的母質(zhì)層或下伏巖石的半風(fēng)化特性對(duì)礦質(zhì)元素的礦化釋放有較大影響。

表1 貴州茶主產(chǎn)區(qū)不同土壤深度下礦質(zhì)元素含量

而以0～100 cm作為土壤剖面的整體分析顯示，各茶葉產(chǎn)地礦質(zhì)元素的含量存在明顯地域特征，其中黔東地區(qū)Si平均含量最高，Mn、P含量最低；與其他2個(gè)地區(qū)相比，黔南地區(qū)Ca、Al、Fe、Na、K平均含量最低；黔北地區(qū)茶園土壤中Al、Fe、Mn、Na、K、P、Cu、Ca平均含量高于黔東和黔南，Si、Ti、Zn平均含量則低于其余兩地。

2.1.2 茶葉礦質(zhì)元素含量特征 對(duì)相同產(chǎn)地不同茶樹(shù)品種，以及不同產(chǎn)地同一茶樹(shù)品種(即福鼎種)的茶葉元素含量進(jìn)行單因素方差分析，以探究產(chǎn)地差異及品種差異下的茶葉礦質(zhì)元素含量特征。結(jié)果顯示(表2)，黔東地區(qū)福鼎種茶葉中Mn、Cu、Zn元素含量顯著大于云大種茶葉(P<0.01)，而Ti元素含量顯著小于云大種(P<0.01)；黔北地區(qū)不同品種茶葉中Mn、Ca、Ti元素含量均表現(xiàn)為福鼎種極顯著大于黔湄種(P<0.01)，Zn元素含量極顯著小于黔湄種(P<0.01)；黔南地區(qū)茶葉中除Cu、Zn外的10種礦質(zhì)元素含量，在不同品種間(福鼎和毛尖種)均無(wú)顯著差異。

表2 貴州不同產(chǎn)地品種茶葉礦質(zhì)元素含量

2.1.3 土壤茶葉間元素含量相關(guān)性 將茶園土壤剖面間呈顯著性差異的12種礦質(zhì)元素進(jìn)行土壤-茶葉成對(duì)樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果顯示茶葉中Si、Fe、Mn、K、Ca、Mg、Cu濃度與不同深度范圍下土壤中所對(duì)應(yīng)元素的濃度顯著相關(guān)(表3)。Si元素含量在近基巖層土深(80～100 cm)與茶葉呈顯著相關(guān)性，而Fe、Mn、K、Ca、Mg、Cu 6種元素含量總體上(0～100 cm)在土壤-茶葉間表現(xiàn)出極顯著相關(guān)關(guān)系，表明土壤中這6種礦質(zhì)元素的含量對(duì)茶葉中對(duì)應(yīng)元素含量影響更為明顯。其中Mn、K、Ca、Mg 4種元素在不同深度土壤-茶葉間，僅一層未表現(xiàn)出顯著相關(guān)外，其余四層土壤深度下均表現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系。茶葉中某一元素含量與土壤中的含量高度相關(guān)，表明茶葉中該元素主要來(lái)源于茶樹(shù)所對(duì)應(yīng)的原產(chǎn)地土壤。Fe、Cu除在80～100 cm土壤深度下與茶葉無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系外，其余深度下的土壤-茶葉間均為顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；而Al、Na、P、Ti、Zn 5種元素在不同深度下的土壤-茶葉間均無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05)，這意味著茶葉中這部分元素濃度可能并不完全取決于土壤中的濃度，大氣沉降、有機(jī)肥料和化學(xué)肥料，茶樹(shù)生理特性也會(huì)影響茶葉中元素的濃度[16]。

表3 不同土深下礦質(zhì)元素與茶葉對(duì)應(yīng)元素的相關(guān)性

2.2 茶葉礦質(zhì)元素產(chǎn)地溯源

2.2.1 主成分分析(PCA) 為驗(yàn)證不同地區(qū)間茶葉分組聚類適宜性，先對(duì)3個(gè)地區(qū)茶葉中元素的含量進(jìn)行巴特利特球形檢驗(yàn)，得出取樣適切性量數(shù)(Kaiser-Meyer-Olkin, KMO)值為0.753，KMO>0.7說(shuō)明分組聚類效果較好[26]。將土壤-茶葉間呈顯著相關(guān)的Fe、Mn、K、Ca、Mg、Cu元素用于不同地區(qū)茶葉礦質(zhì)元素主成分分析，結(jié)果表明，前3個(gè)主成分占全部方差解釋的82.3%。以前3個(gè)主成分作3D得分圖，結(jié)果顯示(圖1)，3個(gè)地區(qū)間茶葉礦質(zhì)元素主成分得分聚類效果較明顯，表明來(lái)自同一產(chǎn)地間的茶葉元素指紋圖譜變異小于不同來(lái)源地間的變異程度，黔東和黔南地區(qū)仍有部分重疊區(qū)域，黔北茶葉可被明顯區(qū)分開(kāi)。從空間分散性來(lái)看，黔南茶葉分布較散，這可能與黔南植茶區(qū)復(fù)雜地質(zhì)背景，以及發(fā)育成壤的礦質(zhì)元素含量異質(zhì)性有關(guān)。

圖1 貴州(黔東、黔南、黔北)茶葉前3個(gè)主成分的三維散點(diǎn)圖

利用PCA分析結(jié)合多礦質(zhì)元素指紋圖譜，為茶葉產(chǎn)地溯源指標(biāo)的篩選提供了一定參考。但從3D空間散點(diǎn)聚類圖可知，進(jìn)行PCA分析的地區(qū)間茶葉仍存在較明顯的空間重疊區(qū)域，此外，PCA分析無(wú)法提供溯源判別模型和判別結(jié)果的最終量化參數(shù)。基于此，利用反向傳播(back propagation，BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及有監(jiān)督排序的逐步線性判別法(SLDA)分析，完成對(duì)多溯源地區(qū)的精準(zhǔn)化判別及茶葉產(chǎn)地溯源模型的構(gòu)建。

2.2.2 不同土深的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析 為明確最適宜于貴州茶葉產(chǎn)地溯源分析的土壤剖面深度，對(duì)不同土壤深度下土壤-茶葉間顯著性相關(guān)元素集、顯著性差異元素集分別進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析。在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析中，將所有茶葉樣品的70%作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的判別訓(xùn)練集，剩余30%作為外部樣品檢驗(yàn)集。其中，以土壤-茶葉間顯著性相關(guān)元素集進(jìn)行分析的結(jié)果顯示，不同深層土壤中，以60～80 cm土層的驗(yàn)證判別正確率最高，為92.9%，而以顯著性差異元素集進(jìn)行分析的結(jié)果顯示，基于60～80 cm土層的溯源判別率及驗(yàn)證判別率均最高，為100%。2種元素集下的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析均以60～80 cm層的判別效果最好(表4)。

2.2.3 不同土深的SLDA產(chǎn)地溯源分析 對(duì)不同土壤深度下土壤-茶葉間顯著性相關(guān)元素集、產(chǎn)地間顯著性差異元素集分別進(jìn)行SLDA分析。其中，以不同土壤深度下土壤-茶葉間顯著性相關(guān)元素集進(jìn)行SLDA產(chǎn)地判別分析，結(jié)果顯示(表4)，80～100 cm判別正確率最低，而0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm產(chǎn)地判別的正確率均為92%，在嚴(yán)格的留一交叉法驗(yàn)證下其正確率降低為86.4%。在SLDA分析中依次將Fe、K、Mg、Cu、Mn 5種元素輸入判別模型，Si、Ca被剔除。由以其構(gòu)建的茶葉產(chǎn)地判別散點(diǎn)圖(圖2-b)可知，黔南地區(qū)茶葉樣本分散性高，與黔東和黔北有極少空間的重疊交互。以顯著性差異的不同深層土壤礦質(zhì)元素分別進(jìn)行SLDA分析，結(jié)果顯示(表4)，各層次的初始判別正確率為60～80 cm>0～20 cm>20～40 cm=40～60 cm=80～100 cm；以初始判別率最高的60～80 cm土層的SLDA分析結(jié)果顯示，Zn、Cu、P、Mn、Fe、Mg、K 7種元素先后被引入到產(chǎn)地溯源模型中，判別正確率高達(dá)98.5%，經(jīng)留一交叉法驗(yàn)證其預(yù)測(cè)穩(wěn)定性，其正確率仍可保持在98.5%，說(shuō)明該判別模型具備強(qiáng)大的準(zhǔn)確率及穩(wěn)定性，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)果可知，60～80 cm層為最佳產(chǎn)地溯源判別的土壤層。在以其構(gòu)建的判別模型中，所有茶葉樣本的空間散點(diǎn)均可被歸類到正確的產(chǎn)地中(圖2-d)，其中黔南地區(qū)樣點(diǎn)最為分散，說(shuō)明黔南茶葉存在較大的區(qū)域內(nèi)差異。對(duì)比以土壤-茶葉間顯著性相關(guān)元素集所構(gòu)建的產(chǎn)地判別模型，該方法最終篩選得到的判別元素指標(biāo)增加了P和Zn元素，構(gòu)建了更為可靠穩(wěn)定的茶葉產(chǎn)地判別模型，明顯提升了判別準(zhǔn)確率。P、Zn的引入說(shuō)明二者攜帶了豐富的產(chǎn)地環(huán)境信息，可能與P、Zn的土壤地球化學(xué)特征及茶樹(shù)本身的生理特性有關(guān)?；?種礦質(zhì)元素的貴州名優(yōu)茶產(chǎn)地判別模型如下：

表4 不同土壤深度下SLDA及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的產(chǎn)地溯源效果對(duì)比

圖2 不同產(chǎn)地指紋元素篩選池下的SLDA茶葉產(chǎn)地判別分析

黔東=-14.33Fe+5.65P + 10.09K-3.12Mn + 39.41Mg + 54.59Cu + 192.20Zn-139.74;

黔南=2.07Fe + 4.42P + 9.12K-1.71Mn + 32.86Mg + 259.76Cu-1.64Zn-109.01;

黔北=-9.67Fe + 3.31P + 7.50K-0.98Mn-27.35Mg + 108.82Cu + 78.84Zn-71.31。

2.2.4 茶葉品種對(duì)產(chǎn)地溯源的影響 為分析評(píng)估茶葉品種的溯源影響，分別對(duì)來(lái)自黔東、黔南、黔北3個(gè)地區(qū)的6個(gè)茶葉品種進(jìn)行SLDA判別分類。結(jié)果顯示，不同茶樹(shù)品種空間重疊明顯(圖3)，可能是由于不同茶樹(shù)品種對(duì)礦質(zhì)元素并無(wú)明顯的特征性吸收。而品種判別結(jié)果顯示，有92.4%的樣品可被正確區(qū)分，但經(jīng)嚴(yán)苛的交叉驗(yàn)證后判別正確率僅為75.8%，品種判別正確率明顯低于茶葉產(chǎn)地溯源正確率。雖然整體上難以對(duì)茶葉品種進(jìn)行區(qū)分，但所有來(lái)自相同產(chǎn)地的茶葉樣品都具有極為明顯的地域聚類趨勢(shì)；同時(shí)留一交叉驗(yàn)證結(jié)果顯示，盡管有些樣本判別分類有誤，但各產(chǎn)地各品種茶葉樣本幾乎都判別到其真實(shí)的產(chǎn)地區(qū)域，而被錯(cuò)誤分類的茶葉樣本，也幾乎都?xì)w類到同一產(chǎn)地來(lái)源的其他茶葉品種中，說(shuō)明茶葉的產(chǎn)地地理溯源幾乎不受茶樹(shù)品種的影響。

注：1：福鼎；2：云大；3：毛尖種；4：福鼎；5：黔湄；6：福鼎。

3 討論

現(xiàn)有的茶葉產(chǎn)地溯源研究大多僅以茶葉本身為載體，研究對(duì)象較為單一。宋向飛[27]以茶葉中所含的Fe、Mg、Ca、Al 作為碧螺春茶葉產(chǎn)地的元素溯源指標(biāo)，對(duì)2個(gè)目標(biāo)產(chǎn)地的判別正確率為98.1%；石伊凡等[19]以Mg、Cr、茶多酚等多個(gè)礦質(zhì)元素及生化成分法對(duì)龍井茶產(chǎn)地進(jìn)行溯源，其鑒別準(zhǔn)確率保持在80%以上。而以土壤聯(lián)合植源性農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)地溯源的研究極少，僅有趙海燕[28]曾對(duì)來(lái)自河南、河北省的小麥及表層土壤(0～40 cm)進(jìn)行分析，以篩選的Na、Mn、Cd、Sn、Ba元素建立了小麥產(chǎn)區(qū)溯源函數(shù)模型，其鑒別準(zhǔn)確率為94.45%。本研究通過(guò)0～100 cm茶園土壤剖面分析，發(fā)現(xiàn)各茶葉產(chǎn)地礦質(zhì)元素的含量存在明顯地域特征，這種地區(qū)間元素差異特征可能是由地域間不同元素背景值、成土母質(zhì)、氣候及地形等環(huán)境因素綜合作用下的土壤發(fā)育和風(fēng)化程度所致[23]。而前人研究也表明，不同基巖或母質(zhì)發(fā)育成壤的礦質(zhì)元素含量差異導(dǎo)致了不同地域來(lái)源植物中元素含量的差異[23,29]。而本研究通過(guò)對(duì)不同深度土壤與茶葉聯(lián)合溯源的探究顯示，土壤-茶葉產(chǎn)地溯源的最佳土壤層為60～80 cm層，其產(chǎn)地驗(yàn)證判別的正確率可達(dá)100%(BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法)和98.5%(SLDA法)，0～20 cm表層土壤次之，為98.1%(BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法)和92.4%(SLDA法)，這可能是由于0～20 cm層土壤易受施肥等管理措施影響，而60～80 cm層土壤更易承襲母質(zhì)特性，礦質(zhì)元素得以保留更為原始的產(chǎn)地地域信息。

值得注意的是，用于茶葉產(chǎn)地溯源的礦質(zhì)元素，并非完全來(lái)自土壤與茶葉間的顯著性相關(guān)元素，更多是來(lái)自地區(qū)間土壤顯著性差異元素，如判別模型中的P和Zn。茶樹(shù)強(qiáng)烈吸收P、Zn是影響茶葉品質(zhì)的關(guān)鍵因子，其含量對(duì)Fe、Ca、Mg、Mn、K、Na的吸收有顯著影響[30-31]。不同基巖發(fā)育土壤中P組分含量差異明顯[32]，故而本研究采集的不同地理來(lái)源的基巖-土壤-茶葉樣品體系中P組分含量差異特征可能攜帶了重要的產(chǎn)地鑒別信息。此外，張徐楊等[33]從Zn轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的角度驗(yàn)證了土壤中不同水平的Mn元素含量顯著影響茶葉中Zn的含量，而本研究發(fā)現(xiàn)黔東、黔南、黔北土壤、茶葉中Mn含量互呈顯著差異，這為不同產(chǎn)區(qū)茶葉中Zn含量所表現(xiàn)出的差異性提供了解釋。以土壤顯著性差異元素集作為茶葉產(chǎn)地判別指標(biāo)更為可靠，其產(chǎn)地鑒別正確率達(dá)到100%(BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法)和98.5%(SLDA法)，這表明不同產(chǎn)地的茶葉較好地繼承了土壤礦質(zhì)元素的差異特征，在茶樹(shù)生長(zhǎng)地域的地質(zhì)背景、氣候環(huán)境、土壤理化性質(zhì)等因素共同作用下，形成了土壤礦質(zhì)元素的地域性豐度特征，從而為礦質(zhì)元素產(chǎn)地溯源提供了判別信息。因此，以土壤-茶葉為體系進(jìn)行分析，有利于進(jìn)一步探究產(chǎn)地溯源的礦質(zhì)元素信息成因。

茶葉品種差異是否會(huì)影響產(chǎn)地溯源判別是需要明確的溯源關(guān)鍵[34]。本研究對(duì)3個(gè)產(chǎn)地6個(gè)不同茶樹(shù)品種的產(chǎn)地溯源研究表明，茶葉品種對(duì)產(chǎn)地鑒別溯源并無(wú)明顯影響，而此前Damak等[35]對(duì)橄欖油、趙海燕等[36]對(duì)小麥產(chǎn)地溯源的研究也得出了類似結(jié)論。茶樹(shù)品種主要影響的是茶葉中的有機(jī)成分，如茶多酚、氨基酸和咖啡因等品質(zhì)指標(biāo)[16]。此外，前人研究表明，茶葉中穩(wěn)定同位素(如C、H、O和N)與礦物質(zhì)多元素結(jié)合可有效地追溯茶葉產(chǎn)地[14,37]。一些新的多元統(tǒng)計(jì)工具，如決策樹(shù)[38]、支持向量機(jī)[39]、K近鄰分析[40]，也已成功用于鑒定植源性農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地，這些新的多元統(tǒng)計(jì)模型和茶葉中的穩(wěn)定同位素指紋技術(shù)可用于今后對(duì)茶葉產(chǎn)地的溯源研究。本研究雖提供了一種以不同深層土壤與茶葉為對(duì)象的產(chǎn)地溯源方法，但僅對(duì)貴州名優(yōu)茶產(chǎn)地(黔東、黔南、黔北地區(qū))進(jìn)行了初步研究，生產(chǎn)實(shí)際中的普適性還需以多個(gè)地區(qū)及大量的樣本為支撐。此外，在今后研究中還需注意對(duì)不同季節(jié)、土壤類型、炒茶工藝等因素進(jìn)行研究，以建立更為精準(zhǔn)、穩(wěn)定、可靠、實(shí)用的茶葉產(chǎn)地判別模型。

4 結(jié)論

本研究在前人產(chǎn)地溯源研究的基礎(chǔ)上，發(fā)展了以不同深層土壤結(jié)合茶葉多礦質(zhì)元素特征的產(chǎn)地溯源方式。結(jié)果表明，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和SLDA的貴州名優(yōu)茶產(chǎn)地溯源結(jié)果最優(yōu)。在不同深層的土壤-茶葉系統(tǒng)中，以60～80 cm土壤-茶葉的產(chǎn)地溯源效果最優(yōu)，Zn、Cu、P、Mn、Fe、Mg、K 共同構(gòu)成了貴州名優(yōu)茶產(chǎn)地溯源信息指標(biāo)，以上述7種礦質(zhì)元素構(gòu)建的產(chǎn)地溯源模型，判別正確率及交叉驗(yàn)證率均達(dá)98.5%。同時(shí)，驗(yàn)證結(jié)果表明茶樹(shù)品種對(duì)茶葉地理產(chǎn)地的追蹤無(wú)明顯影響。