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物探与化探, 2024, 48(2): 545-554 doi: 10.11720/wtyht.2024.1034

生态地质调查

广西梧州六堡茶茶叶及根系土中硒含量影响因素

彭学锐,, 陈翔, 周思裕

广西壮族自治区二七○地质队,广西 柳州 545005

Factors influencing the Se content in tea leaves and rhizosphere soils of the Liubao tea in Wuzhou City, Guangxi

PENG Xue-Rui,, CHEN Xiang, ZHOU Si-Yu

No. 270 Geological Team of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Liuzhou 545005, China

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2023-01-20   修回日期: 2023-06-8  

基金资助: 广西科技重大专项(桂科AA20302018-7)
广西地质矿产勘查开发局科研项目(桂地矿综研〔2021〕19号)

Received: 2023-01-20   Revised: 2023-06-8  

作者简介 About authors

彭学锐(1988-),男,工程师,本科,主要从事环境地球化学、农业地质调查等技术研究工作。Email:825467525@qq.com

摘要

为研究广西梧州六堡茶茶叶—根系土体系中Se含量特征及影响因素,以六堡茶核心产区六堡镇、狮寨镇主要茶园为研究对象,对六堡茶茶叶、根系土、茶叶浸出液样品中的Se含量进行了统计分析。结果表明:研究区茶园土壤中Se含量在(0.40~1.98)×10-6,平均值为1.08×10-6;六堡茶茶叶中Se含量在(0.03~0.25)×10-6,平均值为0.07×10-6,富Se率为68%;茶叶浸出液中Se的浸出率在0~23.95%;研究区六堡茶茶园根系土中Se含量主要受成土母质及土壤硅铁铝率的控制;土壤中的P、N元素可促进茶叶对土壤中Se的吸收,而酸化土壤中的铁铝氧化物则会使土壤中的Se无法被六堡茶充分利用,建议通过适当的生物化学及农艺措施改良酸化土壤,以提高六堡茶的富硒能力。

关键词： 六堡茶; 根系土; Se含量; 影响因素; 富Se农业; 广西梧州

Abstract

This study aims to investigate the characteristics and influencing factors of selenium (Se) content in the tea leaf-rhizosphere soil system of the Liubao tea in Wuzhou, Guangxi. With the main tea gardens in Liubao and Shizhai towns, the core production areas of the Liubao tea, as study areas, this study conducted statistical analysis of the Se content in the tea leaves, rhizosphere soils, and tea leachate samples of the Liubao tea. The results show that: ① The Se content in soils of the study areas ranged from (0.40~1.98)×10-6, averaging 1.08×10-6; ② The Se content in Liubao tea leaves was between (0.03~0.25)×10-6, averaging 0.07×10-6, with a Se enrichment rate of 68%; ③ The leaching rates of Se in tea leachate ranged from 0~23.95%; ④ The Se content in the rhizosphere soils of tea gardens principally depended on soil parent materials and silica-sesquioxide ratios; ⑤ The P and N elements in soils can facilitate the absorption of soil Se by tea leaves, while the iron and aluminum oxides in acidified soils hinder the full utilization of soil Se by the Liubao tea. Hence, appropriate biochemical and agronomic measures are recommended for acidified soil amelioration to enhance the Se enrichment ability of the Liubao tea.

Keywords： Liubao tea; rhizosphere soil; Se content; influencing factor; selenium-enriched agriculture; Wuzhou, Guangxi

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本文引用格式

彭学锐, 陈翔, 周思裕. 广西梧州六堡茶茶叶及根系土中硒含量影响因素[J]. 物探与化探, 2024, 48(2): 545-554 doi:10.11720/wtyht.2024.1034

PENG Xue-Rui, CHEN Xiang, ZHOU Si-Yu. Factors influencing the Se content in tea leaves and rhizosphere soils of the Liubao tea in Wuzhou City, Guangxi[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(2): 545-554 doi:10.11720/wtyht.2024.1034

0 引言

Se是人体必需的微量营养元素,具有促进生长、保护心血管和心肌健康、解除体内重金属的毒性、保护视器官健全等功能,被称为生命的保护剂[1-2]。人体缺Se会引起部分器官功能紊乱,免疫力降低,严重缺Se还可引发关节炎、克山病、大骨节病,因此科学补Se至关重要[3-4]。膳食是人体Se的主要来源[5]。有研究表明,茶树是一种吸收、富集Se能力很强的植物,茶树通过生物富集和转化作用,能把非生物活性和毒性高的无机硒转化为安全有效、毒性低的有机硒[6]。茶叶中有机Se占全Se总量的80%,利于人体吸收,是理想的补Se资源[7]。

近年来茶叶中硒含量问题引起不少学者的关注,相关研究屡有报道,其中彭赞文等[8]对梧州市六堡茶研究后认为,茶叶、茶树枝条与土壤全Se含量均呈现极显著正相关,土壤富Se是六堡茶富Se的主要原因;张豪杰等[9]对湖北恩施、陕西安康不同地点生产茶园成龄茶树研究后认为,茶叶全Se含量与土壤有机质含量、水解性氮、锌含量以及茶叶中硫、锌含量呈显著相关;易桂花等[10]通过对四川蒙顶山茶区茶叶Se含量研究后认为,土壤Se含量并不是控制茶叶Se含量水平的最主要因素,而土壤pH值是控制茶叶对土壤Se吸收的重要因素之一;叶飞等[11]对湖北恩施地区93个茶园的土壤和茶叶样品Se含量研究发现,茶园土壤pH值保持在4.0~5.5区间有利于茶树对土壤中硒的吸收。

六堡茶为中国千年名茶,属黑茶类,因原产于广西梧州市苍梧县六堡镇而得名。六堡茶以其独特的品质特征受到人们的热捧,需求逐渐增大。2021年六堡茶品牌价值32.34亿元,比2020年的26.40亿元增加了5.94亿元,居全国茶叶区域公用品牌价值第25位,六堡茶产业在当地农业经济发展中占据支柱地位。但是相比其他名茶,目前对六堡茶及茶园土壤Se的调查及研究相对滞后,关于梧州六堡茶Se含量及其影响因素方面的研究鲜有报道。

本文测定了广西梧州六堡茶的核心产区茶园土壤及茶叶Se含量,并分析了茶园土壤及茶叶中Se含量的主要影响因素,以期为富硒六堡茶开发、种植规划及富硒农业发展等提供科学的数据支持。

1 研究区概况

研究区位于广西壮族自治区东部苍梧县境内,包括六堡镇、狮寨镇全部区域,地理坐标为东经111°3'14″~111°27'33″,北纬23°40'44″~23°57'4″,全区总面积约574.87 km2。区内主要以中低山丘陵地貌为主,海拔在60~1 059 m,茶园所在区域主要出露的地层有黄洞口组三段($\epsilon$h3)、洞口组二段($\epsilon$h2)、洞口组一段($\epsilon$h1)、小内冲组($\epsilon$x),岩性主要为砂岩、泥岩、页岩,六堡茶茶园分布在黄洞口组和小内冲组地层内。研究区属亚热带季风气候区,处于海洋性气候与大陆性气候的过渡地域,年均气温19.8 ℃,年均降雨量1 513.9 mm。区内水资源丰富,溪河纵横,属珠江水系,浔、桂两江的支流龙江河、六堡河流经区内。

2 材料与方法

2.1 样品采集

考虑到研究区六堡茶茶园的分布和面积情况,结合研究区地质背景、土壤类型,在兼顾代表性和均匀性原则的条件下布设采样点位,采集六堡茶鲜叶样品56件,根系土壤样品50件(图1),野外采样方法技术依据《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)[12]。其中六堡茶样品于7~8月份采摘期,在采样点地块内视不同情况采用棋盘法、梅花法进行多点取样,然后等量混匀组成一个混合样品,采集总量在500 g以上。同时,对应采集茶叶样品所在区域的0~40 cm根系土,采用“X”形采样方法采集一个主样点和4个分样点混合成一个样品,样品质量在1.5~2.0 kg,子样点与主样点在同一土地利用类型地块内,距主样点距离15~20 m。土壤垂向剖面样品根据研究区不同地层成土母岩类型布置,采样深度为200 cm,用洛阳铲按每20 cm等间距连续采样,共采集4条剖面,40件样品。岩石样品主要布置在土壤垂向剖面样品下伏新鲜基岩面内,在采样点附近10~20 m范围内采集3~5个有代表性的新鲜岩块组合成一个样品,样品质量不小于2 kg。采样点位见图1。

图1

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图1   六堡茶园区采样点位

Fig.1   Sampling points in study area


2.2 样品处理

根系土、土壤剖面样品于干净、通风、无污染、无明火焚烧烟熏场地自然晾干。晾晒过程中及时敲打,防止结块。干燥后,用尼龙筛过筛截取2 mm(10目)粒级的部分,采用对角线缩分称取200 g样品作为分析样。

茶叶采样后用自来水冲净泥沙,再用去离子水洗净,自然晾干,放入干净托盘中,于55 ℃烘箱中烘干至恒重,放入手提式中药粉碎机中破碎均匀至适合粒度(一般粒度不低于20目)后,过筛,转移至塑料瓶中待分析。

岩石样品首先除去非岩石杂质,用配有高铝瓷衬的颚式破碎机对其进行粗碎至约1 mm,经缩分后取100 g样品,采用玛瑙球磨机将样品研磨至200目,装在纸袋中(外加塑料袋)用于化学分析(符合粒度要求的样品质量应不小于加工前样品质量的95%)。

茶叶浸出液的制备:制作好茶叶干基后,均匀抽取5 g茶叶样品(干基),用研钵磨碎至不超过20目,置于100 mL锥形瓶中,加入煮沸的超纯水50.0 mL,移入沸水浴中,浸提45 min(每隔10 min摇动1次)。浸提结束后趁热立即进行减压过滤,滤液移入100 mL容量瓶中,用少量热超纯水洗涤残渣2~3次,并将滤液并入上述容量瓶中,冷却后用超纯水稀释定容至100 mL,待测[13]。

Se的浸出率ρ计算公式为:

ρ=c×vw×m,

式中:c位浸出液中Se的浓度,mg/L;v为定容体积,L;w为每千克茶叶中Se的含量,10-6;m为冲泡茶汤所用茶叶的质量,kg。

2.3 样品测试分析

样品由广西壮族自治区地质矿产测试研究中心测定完成,测试过程中加入12个国家一级土壤地球化学标准物质GBW07425~GBW07457系列样品进行质量控制,样品报出率为100.0%。主要指标测试方法为:根系土及剖面土壤样中Mo、Cd、Ni、Cu、B、Ge采用电感耦合等离子体质谱法测试,Mn、CaO、MgO采用电感耦合等离子体发射光谱法测试,SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Cr、P、Pb、S、Zn、Ti采用X射线荧光光谱法测试,As、Hg、Se采用原子荧光光谱法测试,N采用凯氏蒸馏—容量法测试,Corg采用容量法测试,pH值用玻璃电极法测试;茶叶、岩石中的Se分别按不同规范采用原子荧光光谱法进行测试,各项指标的准确度和精密度均符合《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)要求;茶叶浸泡液中Se测定采用电感耦合等离子体质谱法测试。

2.4 数据处理

采用Excle 2020、IBM SPSS Statistics 21软件进行数据处理、统计分析和散点图分析。

3 结果与讨论

3.1 根系土理化性质及元素地球化学特征

研究区六堡茶根系土中各项化学指标含量特征统计见表1。表中硅铁铝率(Saf)=w(SiO2)/[w(Al2O3)+w(Fe2O3)],土壤硅铁铝率(Saf)表明土壤脱硅富铁铝程度,反映了土壤的风化程度及铁铝氧化物及黏粒含量的多少[15]。浓集系数K=研究区该元素背景值/全国背景值,反映了研究区土壤中该元素相对全国的丰缺性。

表1   研究区六堡茶根系土中各指标含量特征(n=50)

Table 1  Characteristics of parameter contents in rhizosphere soils of Liubao tea of the study area(n=50)

指标标准偏差变异系数最大值最小值平均值浓集系数(K)
Al2O32.740.1623.0310.9616.841.34
CaO0.020.240.150.0540.080.03
Corg0.290.212.170.871.393.97
Fe2O31.510.249.512.936.361.35
K2O0.340.172.801.292.070.83
MgO0.090.140.860.470.650.36
SiO25.610.0977.5751.5363.660.98
As13.250.5672.507.0723.602.36
B13.320.3278.709.9341.491.04
Cd0.071.060.500.0130.070.78
Cr20.590.21150.0058.9095.811.47
Cu4.620.1839.1019.2026.301.10
Ge0.200.141.740.701.381.06
Hg0.040.380.270.0610.112.75
Mn95.570.65488.0056.50147.190.25
Mo1.440.767.600.501.902.38
N243.680.192092.00872.001283.662.01
Ni4.550.2037.9011.2022.870.88
P105.470.27700.00235.00389.080.75
Pb6.210.2151.1020.3028.921.26
S69.140.24472.00157.00288.001.92
Se0.440.411.980.401.085.40
Ti635.450.127213.004071.005094.821.18
Zn10.920.2768.0022.0040.210.59
pH值0.250.065.123.964.41
Saf0.850.295.581.582.890.41

注:全国背景值数据来源于《中国土壤化学元素丰度与表生地球化学特征》[14];氧化物及Corg含量单位为%,其他元素含量单位为10-6,pH和Saf值无量纲。

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表1结果显示:研究区茶园根系土整体偏酸性,pH值在3.96~5.12;硅铁铝率平均值2.89,远低于全国平均值7.1,表明茶园根系土壤经历了强烈的风化淋滤和脱硅富铝铁作用,红壤化程度较高,铁铝氧化物和黏粒含量高;与全国背景相比,土壤中CaO、MgO、K2O含量相对贫化,反映了在高温、高降雨量的条件下,土壤风化淋滤作用强烈,Ca2+、Mg2+、K+盐基离子淋失程度大;根系土中Se含量在(0.40~1.98)×10-6,平均值为1.08×10-6,标准偏差为0.44,变异系数为0.41,在研究区空间分布相对比较均匀。与全国土壤背景值相比,研究区茶园根系土中Se表现出高含量特征(K=5.40);与全国典型富硒茶园相比,研究区茶园土壤Se含量平均值依次是四川蒙顶山、湖北恩施、陕西安康、江西浮梁、福建寿灵、贵州都匀茶园土壤Se含量平均值的3.38、0.71、0.87、2.45、1.89、0.86倍[10-11,16⇓⇓-19]。

根据《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)中Se等级划分标准,本次采集的50件根系土样品全部达到土壤富Se等级((0.4~3)×10-6),表明了研究区六堡茶茶园根系土整体富Se。

3.2 根系土Se含量与成土母质的关系

富Se土壤的成因及其物质来源多源于岩石的风化,岩石是富Se土壤中Se元素的主要物质基础[14,20]。为研究Se从成土母质到土壤中的迁移情况,在研究区分别布设了4个不同地层的0~200 cm土壤剖面各1条,并采集了土壤剖面下对应的新鲜基岩样品。

岩石风化成土过程中,元素从岩石到土壤的绝对含量变化不能真实反映母岩化学风化过程中元素的淋失、富集状态,对活动性较强元素的迁聚特征表征存在偏差。为消除这一影响,可选用某种“不活动元素参照系”来确定风化岩土体元素成分相对于新鲜母岩的迁移活动性,当活动性较强的元素发生淋滤流失作用后会使得样品中“不活动性元素”含量相对增加,利用质量平衡方程来计算元素的质量迁移系数τ[21],其计算公式为:

τij=XjwXjp×XipXiw-1,

式中:Xi、Xj为元素浓度,i、j分别代表参照元素和待计算元素;w、p分别为0~40 cm土壤和未风化新鲜基岩。若τij<0,表示元素j相对迁移淋失;τij=0,表示元素j既不发生淋失也不产生次生富集,为惰性元素;τij>0,表示元素j发生次生富集。τij值合理性取决于参照元素的选取和参照体成土母岩的确定,常用的参照元素有Ti、Zr、Sc、Al2O3、Nb等[22-23]。研究区无钛矿化,所以本次选取Ti作为参照元素进行元素τij值的计算。4个不同地层迁移系数τ统计结果见表2。

表2   不同地质背景基岩—土壤Se质量迁移系数统计(n=40)

Table 2  Statistics of mass transfer coefficient of selenium in different geological background(n=40)

洞口组一
段($\epsilon$h1)		洞口组二
段($\epsilon$h2)		黄洞口组
三段($\epsilon$h3)		小内冲组
($\epsilon$x)
τ1.180.400.235.16

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表2显示,研究区不同地质背景岩石在风化成土过程中Se均发生了次生富集,但在不同地质背景中次生富集程度不一,其中在小内冲组地层中的次生富集作用最强。4个地层成土母质在垂向土壤剖面中Se含量变化特征见图2。结果显示,4个地层中,Se均主要集中在0~80 cm深度,80~200 cm段Se含量均表现为下降趋势,其中各地层中成土母质风化后形成的深部土壤Se含量顺序为$\epsilon$h2>$\epsilon$h1>$\epsilon$x>$\epsilon$h3,表层土壤中Se含量顺序为h2>h3>h1>x,可见除了h3之外,其他3个地层成土母质风化后形成的深部土壤Se含量与表层土壤Se含量高低顺序一致,说明表层土壤Se含量受成土母质Se含量的影响。

图2

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图2   不同地质背景土壤垂向剖面Se含量特征

Fig.2   Contents of selenium along vertical soil profiles of different geological backgrounds


3.3 根系土Se含量与土壤理化性质的关系

为了研究根系土理化性质对Se含量的影响,将根系土Se与其他指标做相关性分析,结果见表3。结果显示,土壤中的Se含量与铁硅铝率(Saf)呈显著负相关(r=-0.785,p<0.01),这主要是由于随着风化作用强度和脱硅富铝铁程度的增加,土壤中的铁铝氧化物和黏粒含量也相对增加,黏粒和铁铝氧化物在酸性的环境中带正电,可吸附Se,在酸性土壤中这种吸附作用更明显[24],土壤中铁铝氧化物越多,对Se的吸附固定作用越强,导致土壤中Se含量越高[15]。

表3   根系土Se含量与土壤理化指标相关系数(n=50)

Table 3  Correlation coefficients of selenium contents and other physicochemical parameters of rhizosphere soils (n=50)

指标r指标r指标r指标r
Cr0.884**As0.313*Corg0.016N-0.148
Ti0.793**Cu0.307*K2O-0.015Pb-0.158
Mo0.560**Saf-0.785**B-0.018Zn0.161
Ni0.499**P-0.370**Cd-0.124pH-0.022
Ge0.460**S-0.327*Hg-0.150
MgO0.428**CaO-0.042Mn-0.106

注:“**”表示在0.01 水平(双侧)上显著相关,“*”表示在 0.05 水平(双侧)上显著相关。

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根系土Se含量与Cr、Ni、As、Cu重金属元素及Mo、Ge呈现显著正相关性,表明根系土中的Se与这些元素在迁移过程中存在伴生关系;Ti在土壤风化的过程中化学性质较稳定,几乎不发生迁移,Se与Ti呈现显著正相关,说明Se在成土过程中以原地残留为主;根系土Se含量与S(r=-0.327,p<0.05)和P(r=-0.370,p<0.01)存在显著负相关,这主要是由于S、P及其含氧盐与Se及其含氧盐在与部分带正电的阳离子(团)结合时存在竞争关系。

以往研究表明,土壤有机质和pH值对Se也有一定影响,主要表现为吸附和固定作用[25-26],有机质含量越丰富的土壤,对于土壤中Se的吸附能力也就越强,土壤中Se含量也相对越高[27]。在本次研究过程中未发现根系土中Se含量与土壤有机质和pH值存在显著相关性。李杰等[28]在研究广西大新县不同农作物根系土中Se含量与有机质关系时发现,有机质含量较高(平均值为3.17%)的水稻根系土中Se含量与Corg呈显著正相关,而有机质偏低(有机碳含量为1.5%)的玉米、龙眼、香蕉根系土与Corg无明显相关性。本次工作中六堡茶根系土中有机质含量相对较低(1.39%),对根系土中Se的吸附和固定能力有限,因此两者未表现出显著相关性。研究区根系土整体偏酸性,pH值的变化范围较小(3.96~5.12),这可能是根系土Se含量与pH值相关性不显著的原因。

3.4 六堡茶Se含量特征及Se浸出率

本次工作共采集了六堡茶样品56件,其中Se含量在(0.03~0.25)×10-6,平均值为0.07×10-6,标准偏差为0.03×10-6,变异系数为42%,Se含量变化整体较稳定。根据《天然富硒食品硒含量分类标准(试行)》(HB001/T—2013)规定中富Se茶叶的Se含量为(0.05~5)×10-6,本次采集的56件样品中有38件达到富Se茶标准,富Se率达到68%。

与全国典型富硒茶园相比,研究区茶叶中Se含量平均值依次是四川蒙顶山、湖北恩施、陕西安康、江西浮梁、福建寿灵、贵州都匀茶叶Se含量平均值的0.68、0.44、0.62、0.41、1.4、0.09倍[10-11,16⇓⇓-19],与土壤中Se含量对比结果相比,茶叶中Se含量处于相对较低的水平,表明研究区茶园土壤中丰富的Se未被茶树充分吸收和利用。

本次研究对6件茶叶样品浸出液中Se元素含量进行了测试分析,结果见表4。结果显示,不同含量茶叶样品Se浸出率有所不同,茶叶浸出液中Se的浓度为0~0.001 mg/L,茶叶中Se的浸出率为0~23.95%。有研究表明,茶叶中Se浸出率除了与茶叶中Se含量有关之外,还与茶水比、冲泡温度、冲泡时间、冲泡次数、茶叶粒径等有关[29-30],六堡茶浸出液Se含量及浸出率的影响因素有待进一步研究。

表4   茶叶中Se的浸出率

Table 4  Dissovled rate of selenium in tea

样品序号茶叶中Se
含量/10-6		浸出液中Se
浓度/(mg·L-1)		浸出率/%
10.0740.000513.51
20.1300.00115.38
30.2480.0018.06
40.0840.00123.95
50.06200
60.08200

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3.5 六堡茶Se含量影响因素

将56件六堡茶茶叶中Se含量与根系土样品中各化学指标做相关性分析,发现六堡茶中Se含量与根系土中的Mo、N、K2O呈现显著正相关,相关系数分别为0.375(p<0.01)、0.311(p<0.05)、0.297(p<0.05),说明六堡茶茶叶中Se含量在一定程度上受到这3种指标的影响。本次研究未发现茶叶中Se含量与根系土中Se含量存在相关性,六堡茶茶叶中Se对土壤中Se继承性并不明显。大量研究表明,农作物对根系土中Se的吸收程度取决于Se形态的有效性[31],土壤Se的有效性影响因素众多,主要有成土母质、土壤质地及类型、酸碱度、氧化还原电位、元素组成、有机质、微生物等[32-33],本文主要研究土壤酸碱度、有机质、土壤元素对Se有效性的影响。

采用生物富集系数(BCF)表征农作物对土壤中Se元素的吸收程度[34],其计算方法为:生物富集系数(BCF)=植物器官中Se含量/根系土中Se含量。对六堡茶Se元素生物富集系数(BCFSe)与土壤各指标作相关性分析,结果见表5。

表5   六堡茶叶片Se生物富集系数与土壤中各元素指标相关系数(n=50)

Table 5  Correlation coefficients between the bioconcentration factors of selenium in tea leaves and contents of other elements in soils(n=50)

指标r指标r指标r
Saf0.734**Se-0.686**Ge-0.317*
P0.546**Cr-0.596**pH0.035
N0.501**As-0.478**Corg0.228
S0.349*Ti-0.461**
Hg0.292*MgO-0.341*

注:“**”表示在0.01水平(双侧)上显著相关,“*”表示在 0.05 水平(双侧)上显著相关。

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表5结果显示,六堡茶茶叶对土壤中的生物富集系数与土壤中P、N(p<0.01)含量呈显著正相关,表明随着土壤中这两种元素含量的增加,茶叶对土壤中Se的吸收程度会有一定程度的增加,其中BCFSe与N呈现显著正相关,与茶叶中Se与N含量呈现显著正相关结果一致。主要原因有:N、P作为土壤中主要的营养元素,在促进植物生长的同时,也会增加根系对包括Se在内的各类元素的吸收[35-36];其次PO43-、NO3-与SeO42-在土壤颗粒表面具有相似的吸附位点,在土壤中强烈竞争吸附或络合位置,可释放部分土壤Se,从而提高植物对Se的吸收[37-38]。有研究表明,酸性土壤中S会降低植物对Se的吸收,碱性土壤中则存在相反的情况[39]。本次研究酸性土壤中六堡茶茶叶生物富集系数与S呈现显著正相关(p<0.05),与该结论不符,具体原因有待进一步研究。Hg与BCFSe呈显著正相关性,说明其在一定程度上促进了六堡茶对土壤中Se的吸收。

茶叶对土壤中的生物富集系数(BCFSe)与土壤硅铁铝率(Saf)呈显著正相关(p<0.01),且相关系数最高(r=0.734),说明土壤硅铁铝率(Saf)对六堡茶Se吸收具有较大的影响。为了研究不同硅铁铝率对六堡茶Se含量的影响,按照土壤硅铁铝率从低到高分为A、B两组:A组硅铁铝率较低表示土壤中铁铝氧化物含量相对较高,二氧化硅含量相对较低;B组硅铁铝率较高表示土壤中铁铝氧化物含量相对较低,二氧化硅含量相对较高。结果见表6。

表6   A、B组根系土和茶叶Se含量特征

Table 6  Characteristics of selenium contents in rhizosphere soils and tea leaves of group A and group B

nSafSe土平均值Se茶平均值相关系数
A组301.58~2.921.320.0640.121
B组302.51~5.380.820.0620.582**

注:Se含量单位为10-6;“**”表示在 0.01 水平(双侧)上显著相关。

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表6结果显示,低硅铁铝率的A组土壤中Se含量平均值(1.32×10-6)是高硅铁铝率B组(0.82×10-6)中Se含量的1.6倍,但是两者茶叶中Se含量差异不大(0.064×10-6、0.062×10-6)。即随着铁铝氧化物含量的升高,土壤中Se含量也随着升高,但六堡茶茶叶中Se含量未发现明显增加,即有效Se的含量无明显提升,土壤中有效Se占Se总含量的比例随着降低,因此其生物富集系数(BCFSe)逐渐降低,这也解释了表5中BCFSe与土壤中的Se呈显著负相关关系(r=-0.686,p<0.01)的原因。有研究发现,较低的土壤pH值有助于铁铝氧化物表面产生更多的正电荷,从而提高了对Se的吸附能力[40];随着pH升高,OH-增加,而有效SeO32-、SeO42-与OH-均属于阴离子团,因此OH-会竞争金属氧化物的吸附位点而导致Se的吸附量下降,从而提高土壤Se生物有效性[41]。当土壤呈酸性—中性潮湿环境,SeO42-向SeO32-的转化速度会加快,转化后的SeO32-易被氧化物和黏土矿物吸附,不易被植物吸收,从而导致土壤中Se的积累[42]。

表6结果显示在B组高硅铁铝率根系土中,茶叶中的Se含量与土壤的Se含量呈现显著相关性(r=0.582,p<0.01),即在B组根系土中Se含量与茶叶中Se含量表现出一定的继承性(图3),而在相对低硅铁铝率的A组中未发现两者具有显著相关性。这一方面是因为随着B组铁铝氧化物含量的减少,其对Se的有效性影响的减小;另一方面B组中高二氧化硅含量一定程度上表明土壤偏砂质,而土壤通气孔隙度受土壤质地类型影响显著,其中砂质壤土耕层土壤通气孔隙度较高[43]。土壤通气性是影响土壤氧化还原电位(Eh)的主要因素,在通气良好时,土壤的Eh值较高,呈氧化状态。土壤中Eh越髙,会导致有效态Se的释放,或引起亚硒酸盐转化为硒酸盐[44]。最终使得土壤中易于被植物根系吸收的可溶态Se含量升高,提高土壤中Se的有效性[45]。

图3

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图3   研究区B组根系土与六堡茶茶叶Se含量散点

Fig.3   Scattered plots of selenium contents in rhizosphere soils and tea leaves of group B


表5结果未发现,六堡茶茶叶对土壤中Se的吸收受到土壤pH值及Corg的显著影响,这与前人研究结果不符。这可能是因为研究区Corg含量相对不高,Se是以被铁铝氧化物吸附为主,有效Se主要受铁铝氧化物的影响。而研究区土壤整体呈酸性,pH变化范围较小,加之六堡茶对Se的吸收利用机制复杂,研究区土壤pH对六堡茶的影响有待进一步研究。

4 结论

1)研究区六堡茶根系土Se含量在(0.40~1.98)×10-6之间,平均值为1.08×10-6,高于全国土壤背景值,所有根系土样品全部达到土壤富Se等级;六堡茶茶叶样品Se含量在(0.03~0.25)×10-6之间,平均值为0.07×10-6,茶叶富Se率达到68%,茶叶浸出液中Se的浸出率在0~23.95%。

2)研究区小内冲组(x)岩石成土过程中Se元素在表层土壤的次生富集作用最强,土壤中的Se含量主要受成土母质的土壤硅铁铝率(Saf)影响;在有机质含量相对较低的情况下,土壤中的Se主要是被铁铝氧化物所吸附,有机质对Se含量的吸附作用和影响较为有限。

3)研究区六堡茶茶叶中Se含量主要受土壤中N、P元素及土壤硅铁铝率的影响。其中土壤中N、P可在一定程度上促进六堡茶茶叶Se含量的提升,铁铝氧化物对土壤中的Se的吸附导致研究区丰富的Se资源无法被六堡茶充分吸收利用。建议采取适当的生物化学及农艺措施加以改良,通过施用中性肥料及定期松土来适当提高土壤的pH值和Eh值,提升六堡茶对土壤Se的吸收利用率。

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An investigation was carried out to study the cation-anion balance in different tissues of tomato plants supplied with nitrate, urea, or ammonium nitrogen in water culture.Irrespective of the form of nutrition, a very close balance was found in the tissues investigated (leaves, petioles, stems, and roots) between total cations (Ca, Mg, K and Na), and total anions (NO(3) (-), H(2)PO(4) (-), SO(4) (--), Cl(-)) total non-volatile organic acids, oxalate, and uronic acids. In comparison with the tissues of the nitrate fed plants, the corresponding ammonium tissues contained lower concentrations of inorganic cations, and organic acids and a correspondingly higher proportion of inorganic anions. Tissues from the urea plants were intermediate between the other 2 treatments. These results were independent of concentration or dilution effects, caused by growth. In all tissues approximately equivalent amounts of diffusible cations (Ca(++), Mg(++), K(+) and Na(+)), and diffusible anions (No(3) (-), SO(4) (--), H(2)PO(4) (-), Cl(-)) and non-volatile organic acids were found. An almost 1:1 ratio occurred between the levels of bound calcium and magnesium, and oxalate and uronic acids. This points to the fact that in the tomato plant the indiffusible anions are mainly oxalate and pectate. Approximately equivalent values were found for the alkalinity of the ash, and organic anions (total organic acids including oxalate, and uronic acids).The influence of nitrate, urea, and ammonium nitrogen nutrition on the cation-anion balance and the organic acid content of the plant has been considered and the effects of these different nitrogen forms on both the pH of the plant and the nutrient medium and its consequences discussed.

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