都匀茶园土壤化学特性及矿物质元素特征分析

　　摘 要：为了解都匀毛尖茶主产区茶园土壤养分状况，采集该地区10个村镇的茶园土壤样本，分别采用pH计、重铬酸钾法和ICP-MS法对土壤的pH、有机质和无机矿物元素进行了测定分析。结果表明：都匀茶园土壤pH值在5.08～5.92，有机质含量在13.21～46.57g/kg，不同茶园土壤有机质含量存在较大差异。土壤中Fe元素含量丰富，部分茶园的K、Ca、Mg、Cu、Zn、Mn、Se和B元素含量处于缺乏的水平，Pb、Cr、Hg、As和Ni元素含量未超标，处于安全水平，仅有少数茶园土壤中Cd元素超标。茶园应根据土壤营养元素状况，适量施有机肥和微量元素肥料，以有利于茶树生长及品质的提升。

　　关键词：都匀毛尖茶;土壤环境;有机质;矿物元素;ICP-MS

　　1 引言

　　都勻市处于贵州省南部，四季分明，夏无酷暑，冬无严寒，雨量充沛，从而孕育了国家地理标志产品——都匀毛尖。毛尖茶不仅含有丰富的化学成分(如茶多酚、氨基酸、可溶性糖和黄酮类物质等)，同时还拥有人体必需的多种微量元素(如Zn、Mg、Mn、K和Mo等)。相关研究表明，茶树是一种富集无机元素能力很强植物，可富集的矿物质元素达到30多种，其含量约占4%～6%[1]。

　　土壤为茶树提供了正常生长代谢所必不可缺的矿物元素，在其生长过程中若无机元素的摄入不足，可能会导致植物生理功能失调，并引发多种病害，比如：缺乏铜元素会抑制根系生长，缺乏铁元素会造成叶片失绿[2]。此外，一些微量元素作为茶叶的有效组成成分，同时也会对茶叶中营养物质(如氨基酸、可溶性糖和咖啡因等)的积累起到关键的作用，最终会直接影响到茶叶品质。茶树叶面喷施微量元素的相关研究表明：茶树喷施含微量元素的叶面肥后，有利于氨基酸等物质的合成与积累[3];经喷施茶叶专用叶面肥后，茶叶开采期提前，并提高茶叶感官品质，其中儿茶酚含量明显增加[4];除喷施微量元素肥外，茶树可以直接吸收土壤中的矿物元素，以满足其生长代谢的需要。因此，开展茶园土壤矿物质元素研究，制定合理施肥管理措施，对茶叶提质和增量具有重要意义。

　　目前，矿物质元素的分析方法主要有分光光度法、原子荧光法、原子吸收法、电感耦合等离子发射光谱法和电感耦合等离子质谱法等[5-10]。其中，电感耦合等离子质谱法具有操作简便、快速、干扰少和灵敏度高等特点，被广泛用于食品、医药、化工和环境领域等，例如，王冲等采用微波消解结合ICP-MS检测了郫县豆瓣酱中14种矿物质元素的含量及分布情况[11];廖菽欢等利用常压硫酸体系预处理土壤和水系沉积物后，通过ICP-MS从样品中检测到16种稀土元素[12];杨雯懿等通过建立ICP-MS法测定18种白酒中14种无机元素的含量，确定了白酒中无机元素含量分布规律及其白酒品种之间的相互关系[13]。

　　都匀市作为贵州省的主要产茶区之一，其茶园面积达2.522万hm2。在茶园管理方面，大多数茶农主要依靠经验或习惯对茶园土壤进行施肥调控，这可能会导致土壤有效矿物元素含量失去平衡，从而影响茶叶的产品质量。不同的茶园由于所处地域环境不同，其土壤中矿物质元素也会存在较大差异，因此，通过借助科学的分析方法，明确茶园土壤中矿物质元素分布特征，为后续指导茶园施肥管理及土壤重金属污染修复治理具有重要的意义。本研究采用pH计、重铬酸钾法和微波消解系统结合ICP-MS法对都匀市主要产茶地的茶园土壤酸碱度、有机质和无机矿物元素进行分析，确定10个茶园土壤中的pH、有机质及31种矿物元素的分布规律及特征，旨在为后期都匀茶园的施肥管理调控及生产优质茶叶提供科学依据。

　　2 材料与方法

　　2.1 采样地概况 采样地位于贵州省南部都匀市(25°51′～26°26′N，107°7′～107°46′E)，该区域属于亚热带季风温润气候，夏无酷暑，冬无严寒，降水量充沛，年均降雨量1431.1mm，年均气温16.1℃，无霜期300d左右，境内地貌以山地为主，属于喀斯特地貌，海拔高差大。境内现有茶园面积约2.47万hm2，是中国十大名茶都匀毛尖的原产地。

　　2.2 样品采集与处理 根据都匀茶园分布情况和代表性，涵盖都匀10个不同位置的茶园(团山-1、团山-2、团寨、坪阳-1、坪阳-2、摆忙、光辉、高寨、坝固、清塘)，采样时间2016年6月中下旬，采集深度0～30cm土层，每个茶园在尚未施肥的茶棚下按多点混合法取样，具体采样方法见文献[14]，取8～10个小样点土壤，去除石子和根系等雜物后混合均匀作为1个监测混合样(土壤样品重量不小于2kg)，自然风干后研磨，过80目筛，密封保存，备用。

　　2.3 主要试剂及仪器 硝酸、30%过氧化氢、氢氟酸均为优级纯，购自国药试剂，各元素标准物质均购自国家标准物质中心;实验用水为超纯水。MDS-10微波消解仪：上海新仪微波化学科技有限公司;iCAP-Q型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)：美国赛默飞世尔科技公司。

　　2.4 样品测定方法

　　2.4.1 土壤酸碱度和有机质 土壤pH值利用pH计测定(水土质量比为2.5∶1);有机质采用重铬酸钾热容量法测定[15]。

　　2.4.2 样品前处理 准确称取0.1000g土壤样品置于聚四氟乙烯消解罐内，加入3mL HNO3浸泡2h后，分别加入1mL HF、1mL H2O2混匀，旋紧消解管盖，放入微波消解仪，按照表1的消解程序进行消解。待消解完成后，在120℃赶酸2h，完毕后冷却至室温，将溶液转至于50mL容量瓶中定容后，采用ICP-MS测定元素浓度，同时全程做空白对照试验。

　　2.4.3 ICP-MS测试参数及标准曲线制作 元素标准曲线制作步骤：精密吸取各元素标准溶液50uL，置于50mL容量瓶，%硝酸定容，配置一系列1μg/mL的标准品储备液。精密吸取储备液，用1%硝酸定容于50mL量瓶，配制成不同浓度的标准品溶液，依次经ICP-MS测定，根据各元素测定结果，绘制标准曲线。ICP-MS参数设置：动能歧视(KED)模式，等离子体射频功率1400W，雾化器流速1.10L/min，辅助气流速：0.80L/min，载气流量：1.0L/min，冷却气流速14.0L/min，采样深度5.0mm，采样锥孔径1.0mm，截取锥孔径0.7mm，采集时间20s，扫描方式：跳峰，扫描次数3次，重复测定3次。

　　3 结果与分析

　　3.1 茶园土壤的化学特性 土壤pH受其形成过程多个因素的影响，如生物、气候、地质和水文等，它是影响土壤肥力的一个重要因素。有机质是土壤的主要组成成分之一，可以作为衡量土壤肥力的重要指标之一[16]。由表2可知，都匀毛尖茶10个主产区的茶园土壤pH整体呈现弱酸性环境，其变化范围为5.08～5.92。相关研究表明，茶树是一种喜酸性植物，土壤pH值一般在4.5～6.0，其中优质高产的茶园土壤最适宜pH值为5.5左右[17]。分析结果表明，多个茶园土壤pH值符合优质高产茶树生长条件，如团山、坪阳、高寨和坝固。通过分析土壤样品的有机质发现，都匀毛尖10个产区茶园土壤的有机质含量在13.21～46.57g/kg。茶园土壤等级以有机质含量划分为：优质高产茶园(>20g/kg)、Ⅰ级(>15g/kg)、Ⅱ级(10～15g/kg)和Ⅲ级(<10g/kg)[18]。都匀10个茶园土壤有机质含量存在较大差异，其中团山-1和坝固有机质含量较高(>40g/kg)，团山-2、坪阳-1、坪阳-2和高寨茶园土壤有机质含量均高于20g/kg，以上茶园符合优质茶园的标准。摆忙和清塘茶园土壤有机质含量较低(<15g/kg)，后期在施肥管理时，应追加有机肥提高土壤中有机质含量。

　　3.2 矿物元素标准曲线 利用ICP-MS按照方法1.4.3的操作步骤对31种混合标准元素溶液进行测定，以待测标准元素浓度为横坐标，信号响应值为纵坐标，绘制过原点的元素浓度标准曲线。31种元素标准曲线结果见表3。由表3可知，所有元素线性相关系数均大于0.999，所得元素标准曲线能够满足定量分析要求。

　　3.3 茶园土壤中常量元素状况 矿物元素K、Ca、Na和Mg是植物生长发育所需的常量营养元素，其中Ca和Mg能起到促进植物光合作用和提高植物抗性的作用[19]。常量无机元素的缺乏会影响茶树的生长和茶叶品质。对都匀10个茶园土壤中K、Ca、Na和Mg含量进行调查分析，结果见表4。由表4可知：茶园土壤中K含量分布范围为12.85～51.07mg/kg，其中团山-1土壤中K元素含量最高可达51.07mg/kg，其次分别为团寨、摆忙的茶园，均达大于40mg/kg，最低为坪阳-2，仅为12.85mg/kg。土壤中Ca和Na含量分布范围分别为19.88～25.74mg/kg、10.70～14.68mg/kg，10个茶园的Ca和Na元素含量分布较均匀。土壤中Mg含量分布范围为8.03～37.41mg/kg，其中坝固茶园土壤Mg元素含量最高(37.41mg/kg)，其次为摆忙(26.57mg/kg)，最低为高寨(8.03mg/kg)，表明不同茶园土壤中Mg元素含量存在较大差异。经过与已报道的土壤肥力指标和土壤有效态中微量元素含量的分级标准相比较[18]，发现都匀茶园土壤普遍缺乏K、Ca和Mg元素，后期在茶园施肥管理中适当提高土壤中K、Ca和Mg含量，为茶树生长提供优质土壤环境。

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文章名称： 都匀茶园土壤化学特性及矿物质元素特征分析

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