茶叶中铝污染的成因与影响

铝（Al）是地壳主要构成元素之一，在地壳中的含量为8.23%，仅次于硅和氧，占地壳各元素含量的第三位。由于铝在地壳中的含量高，而且是表生地球化学行为相当稳定、在大多数表生环境中均难迁移的元素，因而在土壤中的含量也较高。在湿润热带、亚热带的风化壳和土壤中，由于碱金属、碱土金属，甚至硅都大量被淋溶，因而铁、铝高度富集。茶树在这一原生地出现后，长期在热带、亚热带富铝土壤上发育、演化，形成了对高铝，特别是土壤中高活性铝环境的适应，在茶树内可以大量积累铝而不受其毒害。近年来发现，过量铝的摄取和积聚可能对水生生物、动物和人造成危害。

茶园土壤中的铝是一个包含多种形态的复杂的多相体系，在这个多相体系中，90%以上的铝处于晶质、稳晶质的原生矿物态和次生黏土矿物态，这种形态的铝连强酸、强碱都不能溶解到溶液中，属于惰性的、茶树不可利用的铝，只有百分之几的铝可以通过上述各种提取液提取出来。在可提取的铝中，大部分只能用强酸或强碱才能从土壤中提取出来。用HCl提出的水合氧化物、氢氧化物态铝和用NaOH提取的腐殖质结合态的铝也是茶树难以利用的，只有通过微生物或土壤各种有机酸的缓慢作用才能转化为可微量溶于土壤溶液的络合态、吸附态或离子态铝（郑达贤等，2012）。通常情况下，铝在土壤中的存在形式为硅酸盐或氧化态，对植物没有毒害作用。但是，在酸性土壤中，大量铝被溶解，生成有毒性的离子形态，限制植物的正常生长。

大多数植物体内铝含量都很低，小于100mg/kg，比较同一生境下茶树、叶类蔬菜和谷类植物体内铝含量后发现，茶树铝含量显著高于其他植物。茶树具有富集铝的生物学特性，体内的铝含量较高且没有铝毒症状，因此被认为是铝富集植物。

茶树各器官及器官的不同部位铝含量差别很大。研究发现，茶树各器官的铝含量由高到低依次为叶、根、茎，茶树老叶中的铝浓度是幼嫩叶中的18倍。另外还发现茶树叶片铝含量随着发育成熟度的提高而增加，不同部位茶树叶片铝浓度依次为落叶、成熟叶（老叶）、根系、树枝、嫩叶，表明铝在茶树体内难以移动。

茶树叶中铝含量随叶龄的增加而增加。这一过程贯穿了从新梢生长开始直至凋落的全过程。因此，茶树的老叶比嫩叶的铝含量高出几倍甚至几十倍。但前期铝含量的增加较快，后期的增加较慢，因而从上部的芽到其下只展开十几至二十几天的第四、五位叶，铝含量就已倍增，故不同采摘标准的茶叶铝含量差别很大。

采用光学显微镜及电子探针X射线技术发现铝在茶树叶片的表皮细胞中存在，尤其是老叶组织的表皮细胞中铝浓度较高且表皮细胞显著增厚。对水培茶苗根细胞进行细胞器分离并测定其铝含量，结果表明，在茶树根尖细胞中各细胞器的铝含量为细胞壁＞细胞质＞细胞核＞线粒体，大部分铝积聚于根系的细胞壁部分。研究发现基于低能量的X射线荧光显微技术对茶树叶片中铝的分布的研究表明，铝优先储存在上表皮细胞壁，其次是液泡。在叶片外表皮细胞壁发现高浓度铝支持了这一观点。研究还发现，茶树新梢及成熟叶中的铝主要分布在细胞壁中，分别占64.40%和83.24%，不同成熟度间含铝比例存在显著性差异。茶叶中铝主要以有机态形式存在，而且随着成熟度的增加分布于细胞壁上的铝比例增加。(www.xing528.com)

利用离子色谱和原子吸收光谱对茶树中铝的亚细胞分布进行分析发现，茶树根、叶中分别有69.8%和75.2%的铝储存于细胞壁，并且根部细胞壁中73.2%的铝与果胶和半纤维素结合，叶片原生质体中88.3%的铝被隔离在液泡中，进一步证实了在细胞水平上铝主要储存在细胞壁和被区隔化在液泡中，减少了铝对茶树生理代谢的破坏，这也是茶树耐铝或富集铝的重要机制，细胞壁作为第一道屏障抵御重金属毒害胁迫逐渐被证实而被重视，液泡膜将液泡区隔成相对独立的细胞器，参与细胞渗透调节、细胞内物质的积累与移动及物质的代谢活动等生理功能，是许多超积累植物耐受重金属和盐分的一种重要机制。

不同茶类和同类不同等级茶叶的原料茶青采摘标准不同，铝含量差别很大。研究发现金观音茶树新梢随着生长时间的延长，茶叶成熟度提高，铝含量迅速升高，从4月1日的201.24mg/kg提高到4月25日665.21mg/kg，提高2.31倍。采摘标准不同是茶叶铝含量差别的首要因素。

茶树品种之间铝含量的差异，可能主要是由遗传和生理特征的品种差异。茶叶铝含量的品种差异具有一定的遗传生理基础。对同一环境、同一时期种植的51个茶树品种叶片铝含量进行测定后发现，铝含量最高的为政和大白茶，高达2493mg/kg，最低的品种为浙农25，含量仅为587mg/kg，二者之间的差异达4倍以上。研究还发现，茶树样品中铝含量存在种质间差异，铝含量范围为420～960mg/kg。最高值是最低值2.3倍。分析13个同一树龄的福建省主要适制乌龙茶茶树品种（系）叶片铝含量后发现梅占的铝含量最低，为445mg/kg；肉桂铝含量最高，达到814mg/kg。这些研究充分表明了茶树对铝的吸收积累存在显著的遗传差异性。

茶树嫩叶铝含量的季节差异可能与茶树生长的生理节律有关，也可能与气候季节变化及其引起的土壤环境变化有关，或者是由这二者共同作用引起的。因此，有可能认为不同区域的气候季节节律的不同及其引起的土壤水分、温度及氧化还原环境的年内变化不同而出现不同的规律。在福建安溪县的研究中得到的结果是茶树嫩叶铝表现为夏季＞暑季＞秋季≈春季，由季节引起的茶树嫩叶铝含量的变异系数达0.230。对安溪县茶树品种园内的同样成熟度的春、夏和秋季的茶树种质间铝含量研究后发现，不同季节的茶树铝富集能力具有差异，茶树叶片铝浓度呈现出季节性变化规律，铝元素富集的季节性表现为秋季＞夏季＞春季。