稀土在茶樹各器官分布規律和積累特征

章劍揚，王國慶，陳利燕，馬桂岑，金壽珍，劉　新，魯成銀

（中國農業科學院茶葉研究所農業部茶葉產品質量安全風險評估實驗室，浙江 杭州 310008）

稀土在茶樹各器官分布規律和積累特征

章劍揚，王國慶，陳利燕，馬桂岑，金壽珍，劉新*，魯成銀*

（中國農業科學院茶葉研究所農業部茶葉產品質量安全風險評估實驗室，浙江 杭州 310008）

以龍井茶樹和對應土壤為研究對象，采用微波消解-電感耦合等離子體質譜法分析測試的研究方法，對茶樹各器官及土壤中稀土分布進行研究。結果表明，地下根質部分稀土含量整體高于地上枝葉部分，隨著茶樹生長期的延長，累積效應顯著，各器官分布呈根表皮＞根＞老葉＞多年生莖＞根木質＞嫩葉＞一年生莖葉混合＞茶籽＞一年生莖，并由此推斷出茶樹對稀土元素的分布積累模式。

稀土；茶樹；分布；積累；器官

文獻著錄格式：章劍揚，王國慶，陳利燕，等.稀土在茶樹各器官分布規律和積累特征 ［J］.浙江農業科學，2015，56（12）：1933-1935.

我國從20世紀80年代開始稀土農用技術等綜合研究，確認稀土是植物生長發育的類激素元素［1］。稀土 （包括稀土復合肥）在茶樹上的應用研究表明，合理施用稀土，不僅可提高茶葉產量，而且有利于改善茶葉品質［2］。稀土微肥的普及使得稀土元素進入各種茶葉中，農用稀土通過茶樹的根莖等進入葉片部分進行富集，并在葉片中殘留，同時通過食物鏈為人體攝入，茶葉中稀土元素的殘留將可能影響到茶葉的質量安全［3］。

根據北京醫科大學進行的稀土毒理試驗表明，稀土元素有不同程度的毒副作用，長期食用稀土含量超過殘留限量的食品可能引起慢性中毒［4］。汪東風等［5］研究表明，茶葉中含有其栽培土壤中的所有∑ReOs，其中以La，Ce，Nd，Pr和Y這5種為主，其總量約占全量的92%以上。

稀土及其他重金屬元素的生物有效性及其機理研究一直是環境地球化學和環境毒理學的熱點和難點。目前，對稀土及其他重金屬在土壤中形態轉化及向植物根表遷移過程的了解相對較多［6-8］，而對有關稀土及重金屬元素在植物體內分布積累規律的認識還比較缺乏。本研究在近幾年對茶樹中稀土元素系統監測的基礎上，對這一問題進行了探討。

1　材料與方法

1.1儀器與試劑

Thermo Fisher XSeries II ICP-MS電感耦合等離子體質譜儀 （美國賽默飛公司）；Mars6微波消解儀（美國CEM公司）；MilliQ超純水系統（法國M illipore公司）；移液器 （100～1 000μL，法國Gilson公司）；Filter Unit水系濾膜（0.45μm，M illex-GV公司）。

硝酸，各元素單標16個 （分析純，中國標準技術開發公司），去離子水 （18.2 MΩ.cm）。

混標溶液的配制。分別從16個10 mg.L-1稀土標準溶液中準確吸取1 m L移至100 m L容量瓶中，以2%HNO3溶液定容，配制成100μg.L-1混標，將100μg.L-1混標溶液逐級稀釋，以2% HNO3溶液定容，配制成50，25，10，5，1μg. L-1的標準工作溶液。

內標溶液的配制。分別從10 mg.L-1的Ge，In，Re單標溶液中吸取1 m L移至1 000 m L容量瓶中，以2%HNO3溶液定容，配制成10μg.L-1的內標溶液。

調諧液的配制。分別從50μg.L-1的7Li，59Co，115In，238U調諧液中吸取2 mL移至100 m L容量瓶中，以2%HNO3溶液定容，配制成1.0μg.L-1的調諧液。

國家標準物質GBW10052（綠茶）和GBW 07454（土壤），由中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所研制。

1.2儀器工作條件

以1μg.L-1的7Li，59Co，115In，238U調諧液進行儀器條件最佳化選擇，使1μg.L-1的115In和238U的計數分別大于4.0×104cps和8.0×104cps，以進行全質量范圍內質量校正。氧化物比率CeO+/ Ce+≤0.5%，雙電荷比率Ba++/Ba+≤2%。

ICP-MS工作參數。功率1 300 W，冷卻氣流速13.0 L.m in-1，輔助氣流速0.87 L.min-1，載氣流速1.12 L.min-1，四極桿偏壓-6.5 V，六極桿偏壓-8.5 V，聚焦電壓9.22 V，采集時間20 s。

微波消解儀工作條件。第1步120℃，保持5 min。第2步140℃（茶樣）/160℃（土樣），保持20 min（茶樣）/30 min（土樣）。第3步180℃ （茶樣）/200℃ （土樣），保持10 m in（茶樣）/20 m in（土樣），第4步40℃，保持20 min。升/降溫速度為5℃.min-1。

1.3材料選擇與處理

1.3.1材料選擇與預處理

選擇中國農業科學院茶葉研究所試驗地約5年樹齡的龍井43茶樹為試驗材料，將茶樹取回后用純凈水沖刷干凈、晾干，按照不同器官分解為根（取一部分將樹根表皮剝離）、一年生莖、多年生莖、嫩葉、老葉和茶籽，于80℃烘干后粉碎待測。同時取回對應土壤樣品，實驗室陰干后過篩待測，上述試驗均重復3次。

1.3.2樣品前處理

茶葉樣品。準確稱取0.200 g充分粉碎后的茶葉樣品于特氟龍消解罐中，加入5 m L的HNO3，微波消解后取出冷卻，在120℃電熱板上加熱趕酸至約1 mL，用2%HNO3定容后，過0.45μm水系濾膜待測，同時進行試劑空白和國家標準物質GBW 10052分析。

土壤樣品。準確稱取0.200 g陰干過篩后的土壤樣品于特氟龍消解罐中，加入5 m L的HNO3和2 m L H2O2，微波消解后取出冷卻，在120℃電熱板上加熱趕酸至約1 m L，用2%HNO3定容后，過0.45μm水系濾膜待測，同時進行試劑空白和國家標準物質GBW 07454分析。

2　結果與分析

2.1國家標準土壤樣品和實際樣品的測定

利用本方法對土壤標準物質GBW07454中16種微量稀土元素進行分析，結果顯示，本方法測定值與參考值吻合，符合質控要求。同時，對茶園土壤樣品進行分析，并做加標回收實驗，回收率在93.0%～101.0%。

2.2樣品消解對測定值的影響

土壤中稀土元素的測定，前處理方法十分重要，分別選擇了微波消解和電熱板消解進行比較，發現微波消解稱樣量少，消解速度快，樣品損失少，結果的準確度高。本文選擇HNO3-HF，HNO3-H2O2兩種消解體系進行比較實驗，發現樣品經過HNO3-HF處理后測定結果偏低較多，除了鈧 （Sc）以外其他元素基本未能檢出，而HNO3-H2O2體系的消解效果比較滿意。這一現象與之前高朋等［9］研究的結果有較大差異，可能與稀土元素和F離子形成沉淀而不被測定，以及土壤中稀土不同存在形式有關［10］。

2.3茶樹各器官及土壤稀土含量

針對茶樹各器官的稀土含量分析看出 （表1），地下根質部分整體高于地上枝葉部分。其中根表皮稀土含量顯著高于根木質部分，為各器官中最高。這可能與稀土元素通過根系導管吸收后與生物大分子如蛋白質、核酸、氨基酸、核苷酸和糖類等形成配合物，直接富集于根表皮以輸送至茶樹各個器官有關。相對于一年生的莖，多年生的莖中的稀土含量顯著較高，且發現相對于嫩葉，老葉中的稀土含量也較高，說明稀土在茶樹體內積累效應明顯。這與之前隨著生長期的延長，茶樹葉中稀土含量成正比增加相對應。

在土壤稀土含量約為162.2 mg.kg-1的茶園環境中，茶樹各器官中稀土含量高低順序為根表皮＞根＞老葉＞多年生莖＞根木質＞嫩葉＞一年生莖葉混合＞茶籽＞一年生莖。由此推斷，茶樹對稀土元素分布積累模式如圖1。

表1　茶樹各器官及土壤的稀土含量

圖1　稀土元素在茶樹體內的分布積累模式

3　小結與討論

研究表明，植物攝取物質的主要方式分為被動吸收和主動吸收2種，主要途徑是通過根系進行［11-13］。在正常土壤環境下，植物體對元素的吸收是2種方式兼而有之，植物體的生長也為正常狀況。當根系周圍的土壤環境發生變化，某些元素的含量遠高于正常值時，被動吸收占主導地位，勢必造成這些元素在植物體內的非正常積累。但在植物體內并非所有器官的含量均是如此，這與其生理機能和受外部環境影響有關。

當植物吸收過量的元素離子時，首先將其吸附于各部位的細胞壁上，以防植物中毒，當離子過多，超過細胞壁的承受能力時，仍不可避免地在某一部位積累。稀土元素在茶樹中的積累與生長期有關，以地下部分為主，且根表皮最為顯著。

土壤中稀土的不同形態、酸堿性、有機質含量、不同茶樹品種等因子均可能影響稀土元素的吸收和積累，因此在開展稀土元素的吸收累積研究時，應綜合考慮不同環境因素的影響，更加科學的、嚴謹地分析數據，從而為進一步評價稀土在茶樹中的生態風險和吸收積累機理提供理論依據。

［1］ 王德林.稀土農用技術研發、推廣新進展 ［J］.四川稀土，2006（4）：24.

［2］ 俞知明，王樟海，張偉.稀土在茶葉生產上的應用研究［J］.茶葉，1991（2）：24-25.

［3］ 楊先科，李敏，李義，等.稀土農用對環境的影響 ［J］.地球與環境，2005，33（1）：68.

［4］ Wang L H，Huang X H，Zhou Q.Effects of rare earth elements on the distribution of mineral elements and heavy metals in horseradish［J］.Chemosphere，2008，73（3）：314-319.

［5］ 汪東風，邵學廣，王常紅，等.稀土對茶園增產及品質影響的分析 ［J］.作物學報，2000，26（4）：454-461.

［6］ 楊文弢，王英杰，周航，等.水稻不同生育期根際及非根際土壤砷形態遷移轉化規律 ［J］.環境科學，2015，36 （2）：694-699.

［7］ 鄭順安.我國典型農田土壤中重金屬的轉化與遷移特征研究 ［D］.杭州：浙江大學，2010.

［8］ 龐欣，王東紅，李德成，等.連續種植作物后對土壤中各稀土元素消耗的研究 ［J］.農業環境保護，2000，19 （6）：327-329.

［9］ 高朋，楊佳妮，王秋麗，等.微波消解電感耦合等離子體質譜法測定土壤中稀土金屬元素 ［J］.中國環境監測，2014，27（2）：68-69.

［10］ 張大超，張菊花，劉曉來，等.贛南稀土礦區農田土壤環境有效態稀土的分布 ［J］.有色金屬科學與工程，2013，4 （3）：87-90.

［11］ 中國大百科全書生物學編輯委員會.中國大百科全書生物學卷：植物生理學分冊 ［M］.北京：中國大百科全書出版社，1988：116-117.

［12］ 金姝蘭，黃益宗.土壤中稀土元素的生態毒性研究進展［J］.生態毒理學報，2014，9（2）：213-223.

［13］ 王一恒，崔俊明，袁波，等.雪茄外包皮煙葉干物質及礦質營養元素的積累 ［J］.浙江農業學報，2011，23（4）：680-684.

（責任編輯：張瑞麟）

S 571.1

A

0528-9017（2015）12-1933-03

10.16178/j.issn.0528-9017.20151207

2015-07-21

浙江省青年基金項目 （LQ15C160006）；浙江省分析測試基金 （2014C37041）；現代農業產業技術體系建設專項基金（nycytx-26）

章劍揚 （1982-），男，浙江諸暨人，碩士，研究方向為茶葉中元素分析與檢測技術。E-mail：zgnykxy@163.com。

劉 新。E-mail：liuxin@mail.tricaas.com；魯成銀。E-mail：lchy@mail.tricaas.com。