Factors Affecting Iron and Manganese Contents of Tea leaves and Plantation Soil in Central Fujian
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摘要: 通过实地调查，采集了闽中大田县25个茶园表层土壤、4个剖面土壤样品及相应的茶叶样品（一芽二叶），分析了茶园土壤和茶叶的铁锰含量、剖面分布特征及其影响因素，结果表明：大田县茶园土壤全铁、有效铁、全锰和有效锰含量均值分别为61.08 g·kg-1、144.42 mg·kg-1、258.97 mg·kg-1和33.72 mg·kg-1，全铁和有效铁含量丰富，而全锰和有效锰含量较低，约50%茶园土壤存在缺锰现象；茶园土壤全铁剖面分布不明显，但在20~40 cm土层出现富集现象；有效铁、全锰和有效锰含量随土层深度增加呈现下降趋势；土壤有机质、pH值、全磷和速效磷含量是影响茶园土壤全铁和有效铁含量的主要因素，土壤全锰和有效锰则与土壤有机质和pH值关系密切。茶叶中铁平均含量为164.52 mg·kg-1，锰平均含量为849.73 mg·kg-1，茶叶对锰的富集系数远高于铁；茶叶铁含量与土壤有效铁含量呈显著正相关；茶叶锰含量与土壤全锰和有效锰含量均呈显著正相关；茶叶对铁、锰的富集能力随着土壤铁、锰含量的升高而降低。Abstract: From a field survey at 25 plantations in Datian County, the iron and manganese contents in layers of soil and one-bud-2-leaves from the bushes grown on same sampling spots were determined. The distribution and factors affecting the variations on the mineral contents were analyzed.The average contents of total iron, available iron, total manganese and available manganese in the soil were 61.08 g·kg-1, 144.42 mg·kg-1, 258.97 mg·kg-1 and 33.72 mg·kg-1, respectively. The soil in the region were relatively rich in total and available iron, but low in those of total and available manganese.Nearly half of the soils sampled in the region was considered deficient in manganese. There was no significant difference in total iron in the 0-60 cm layer but richly accumulated in 20-40 cm.The available iron as well as the total and available manganese in soil decreased with depth below the surface.In the soil, the organic matters, pH, total and rapidly available phosphorus were important factors affecting the iron content; whereas, the total and available manganese closely related to the organic matters and pH. The average iron and manganese contents in the tea leaves were 164.52 mg·kg-1 and 849.73 mg·kg-1, respectively, and the accumulation coefficient of manganese was much higher than that of iron. The iron content in the tea leaves significantly correlated with the available iron in soil, while the manganese content with the total and available manganese in soil. The iron and manganese accumulation coefficient in the leaves decreased with increasing mineral contents inthe soil.
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铁和锰是地球岩石圈和土壤中常见的金属元素，也是茶树生长和人体必需的微量元素，摄入不足或过量均会造成明显伤害[1-2]。土壤是茶树吸收铁锰元素的主要来源，土壤供铁锰能力取决于土壤铁锰的含量、形态及有效性。一般而言，酸性茶园土壤不缺铁，不同地域茶园土壤全铁含量差异较大，如：广东凤凰山茶区土壤全铁含量均值为14 g·kg-1[3]，川西茶区土壤全铁含量均值为9.49 g·kg-1[4]，福建铁观音茶园土壤全铁含量均值为32.33 g·kg-1[5]。谢忠雷等[6]对我国13个茶园土壤锰含量的分析结果表明，茶园土壤全锰含量在278~721 mg·kg-1之间(均值490 mg·kg-1)，低于全国土壤锰背景值，不同地区和成土母质茶园土壤全锰含量差异很大，且有效锰含量较高，低pH值是影响土壤有效锰含量的主要因素。李伟张等[7]研究结果显示，广东凤凰山茶园土壤锰平均含量为337 mg·kg-1，也低于全国茶园土壤锰含量均值；马立峰等[8]调查了浙江省137个茶园土壤锰含量发现，茶园土壤0~20 cm土层锰含量为357.33 mg·kg-1，20~40 cm土层锰含量为361.69 mg·kg-1，有效锰缺乏(低于30 mg·kg-1)的茶园约占1/3，并指出茶园土壤成土母质是导致土壤锰含量较低的主要因素。由此可见，我国茶园土壤全铁含量丰富，总体处于丰富水平，但不同地域和成土母质茶园土壤铁含量差异很大；茶园土壤全锰含量总体低于全国土壤锰背景值，而低pH值可导致茶园土壤有效锰含量较高，锰活化率较高，有利于茶树对锰的吸收。
大量研究表明，铁锰是茶树体内多种化合物的组成成分和激活剂(多酚氧化酶、硝酸还原酶、脯氨酸酶及多肽酶等)[9-10]，还可参与茶树叶片叶绿素的合成、光合作用和呼吸作用等生理过程[11]，从而影响茶叶产量和品质。同时，铁锰元素也是维持人体健康所必需的微量元素，其在参与体内酶的合成与激活、蛋白质修饰与合成、保护细胞膜的结构稳定性、提高机体免疫力、促进糖代谢、抑制致癌物的活力和解毒等方面意义重大[12-13]。茶树为富铁锰作物，茶树老叶中积累大量的铁和锰，商品茶中铁锰含量也较高，长期饮茶是补充人体铁锰的重要途径之一。茶叶中铁锰元素含量变幅较大，其含量受到茶树种植环境(土壤条件和环境因子)、栽培管理措施(施肥和农药)、茶类(加工工艺和鲜叶成熟度)、茶树品种等多种因素的综合影响，且不同地区茶叶中铁锰含量有所差异[14-15]。
大田县位于福建省中部，具有种植茶树得天独厚的自然条件，也是全国茶叶优势百强县和福建乌龙茶地理标志产品保护区域。同时，该区域矿产资源丰富，素有“闽中宝库”之称，已发现和探明的矿产有煤、硒、铁、石墨、瓷土等42种，是福建省主要矿产地和全国重点产煤县之一，该地区土壤金属元素本底值可能较高。近年来，大田县大力发展高山茶经济，茶园面积约6 667 hm2。自然或矿区土壤植茶后，由于茶树根系分泌有机酸和聚铝特性，使得茶园土壤不断酸化，pH值明显降低[16]，导致茶园土壤的氧化还原电位发生改变；随着植茶年限的增加，茶树凋落物的生物富集，使土壤理化性质发生明显变化。铁锰是一种氧化还原敏感元素，在亚热带地区土壤容易发生形态与空间的迁移和淋溶[17]，有必要对该区域茶园土壤和茶叶铁锰含量进行研究。因此，本文采集大田县主要产茶区土壤和茶叶样品，分析土壤中铁锰及其有效态含量，探讨其受土壤理化性质的影响规律, 同时分析茶叶中铁锰的累积特性，探讨其与土壤中铁锰含量的相关性，以期为判断茶园土壤和茶叶铁锰丰缺状况提供科学依据。
1. 材料与方法
1.1 样品采集与制备
茶园土壤样品采自闽中地区大田县(25°29'~26°10'N，117°29'~118°03'E)。根据该区域茶园分布情况、地形特征(坡位和坡向)、代表性的原则，涵盖了大田县9个乡镇(屏山乡、武陵乡、奇韬镇、广平镇、吴山乡、济阳乡、石牌镇、桃源镇和太华镇)，共计采集25份表层(0~20 cm)土壤。每个茶园按多点混合法取样，采样点在茶行中线和滴水线位置，6次重复，6个重复混合成1个样品，用自封袋保存。同时，记录采样点经纬度、海拔及植茶年限等，具体见表 1。为考察茶园土壤铁锰含量的剖面部分特征，分别在石牌镇龙坑村、桃源镇安和村、武陵乡岬坪村和武陵乡大石村采集4个茶园土壤剖面，分为0~20、20~40和40~60 cm三个土层。在采集茶园土壤样品的同时，多点采集茶叶新梢的叶片组成混合样品，采摘标准为一芽二叶，用去离子水冲洗干净，放入烘箱中105℃热风固样。
表 1 试验地茶园基本情况Table 1. Basic information on tea plantations样点 海拔/m 茶树种植年限/a 经纬度 1 1140 15 25°37'N，117°53'E 2 1065 12 25°36'N，117°53'E 3 998 13 25°35'N，117°54'E 4 685 12 25°37'N，117°44'E 5 860 10 25°37'N，117°43'E 6 947 15 25°36'N，117°43'E 7 931 5 25°37'N，117°43'E 8 901 5 25°63'N，117°72'E 9 891 10 25°61'N，117°73'E 10 870 7 25°62'N，117°78'E 11 853 25 26°03'N，117°54'E 12 807 5 26°03'N，117°85'E 13 890 25 26°12'N，117°54'E 14 870 25 26°05'N，117°87'E 15 446 5 26°03'N，117°47'E 16 457 5 25°31'N，117°52'E 17 794 10 25°31'N，117°54'E 18 830 10 25°33'N，117°59'E 19 1006 6 25°32'N，117°58'E 20 854 5 25°60'N，118°02'E 21 931 6 25°37'N，117°43'E 22 314 20 25°63'N，117°79'E 23 783 15 25°67'N，117°73'E 24 490 20 25°44'N，117°31'E 25 1050 20 25°53'N，117°52'E 1.2 样品处理和分析方法
采样结束后，及时带回实验室风干，仔细剔除凋落物、植物根系、石块等杂物，用木棍碾碎后过2 mm筛，并用玛瑙研钵研磨过0.149 mm的尼龙筛。过筛后的土样分别装入塑料自封袋，贴上标签，保留备用。热风固样的茶叶样品过0.5 mm筛，装袋保存备用。
土壤铁锰全量采用HF-HNO3-HClO4三酸消煮法，茶叶铁锰含量采用HNO3-HClO4消煮法，消煮液过滤后定容，采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定[18]。消煮和测定过程中加入由国家标准物质中心提供的标准土壤样品(GSS-1)进行质量控制，平行样品重复数10%~15%，平行测定误差＜5%。土壤有效铁和锰含量测定均采用DTPA浸提，浸提液上ICP-MS测定。分析过程所用试剂均为优级纯，所用水均为二次去离子水(纯水机为Milli-Q50超纯水系统)。土壤基本理化性质测定参照《土壤农业化学分析方法》进行[19]。
1.3 数据处理
文中所有数据处理采用SPSS 16.0和Excel 2003软件，利用SPSS16.0统计软件进行方差分析(P＜0.05)和Pearson相关分析，表格和图制作采用Excel 2003软件。
2. 结果与分析
2.1 茶园土壤铁锰含量及有效性
大田县25个茶园土壤铁锰含量及其有效态含量的统计结果见表 2。由表 2可以看出，大田县茶园土壤全铁含量和全锰含量分别为22.44~96.80 g·kg-1和43.85~678.49 mg·kg-1，均值分别为61.08 g·kg-1和258.97 mg·kg-1。茶园土壤全铁含量均值高于福建省土壤背景值[20]；有22个样点的茶园土壤全铁含量超过福建省土壤背景值，茶园土壤全锰含量均值略低于福建省土壤背景值[20]，约有一半的样点全锰含量低于福建省土壤背景值。茶园土壤有效铁含量为16.74~384.18 mg·kg-1(均值144.42 mg·kg-1)，均超过缺乏临界值[21]；土壤铁的活化率仅为0.07%~0.46%，说明茶园土壤铁主要以矿物态为主，有效程度低；茶园土壤有效锰含量为1.01~104.53 mg·kg-1(均值33.72 mg·kg-1)，约有一半茶园土壤存在有效锰缺乏现象；土壤锰的活化率仅为1.31%~32.89%(均值12.01%)，有效程度较低，这也是大田县部分茶园缺锰的主要原因。
表 2 大田县茶园土壤铁锰与有效铁锰含量Table 2. Contents of total and available Fe and Mn in plantation soil项目 全铁/(g·kg-1) 有效铁/(mg·kg-1) 活化率/% 全锰/(mg·kg-1) 有效锰/(mg·kg-1) 活化率/% 范围 22.44~96.80 16.74~384.18 0.07~0.46 43.85~678.49 1.01~104.53 1.31~32.89 均值 61.08 144.42 0.23 258.97 33.72 12.01 标准差 18.79 85.33 0.10 142.37 27.87 7.74 变异系数 30.76 59.08 45.02 54.98 82.66 64.50 福建省土壤背景值[20] 42.7 - 280 - 样品超标率/% 88 48 有效铁锰缺乏临界[21, 8] 4.5 30 大于有效含量临界值的比例/% 100 48 由图 1、2可以看出，茶园土壤的全铁锰含量均与有效铁锰含量之间呈极显著的正相关；土壤全铁与全锰含量之间呈极显著正相关，土壤有效铁和有效锰之间相关性不显著。
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图 1 土壤铁锰含量与有效铁锰含量的相关性Figure 1. Correlation coefficient between contents of total and available Fe/Mn in soil![]()
图 2 土壤铁锰含量之间的相关性Figure 2. Correlation coefficient between contents of Fe and Mn in soil2.2 茶园土壤铁锰剖面分布特征
由表 3可以看出，4个样点的茶园土壤全铁含量总体表现为20~40 cm土层含量最高，在此土层存在富集现象，但各土层之间差异均不显著(P＞0.05)；土壤有效铁含量则表现为随着土层深度增加而降低的趋势；土壤全锰和有效锰含量均表现为随着土层深度增加而降低的趋势，其中0~20 cm土层显著高于其他土层(大石村样点0~20 cm与20~40 cm土层之间除外)；不同样点之间土壤铁锰含量差异较大，岬坪村样点土壤全铁、有效铁、全锰含量最高，有效锰含量则以龙坑村样点较高。
表 3 茶园土壤铁锰及有效态含量剖面分布Table 3. Vertical characteristics of total and available Fe/Mn in plantation soil样点 土层/cm 全铁/(g·kg-1) 有效铁/(mg·kg-1) 全锰/(mg·kg-1) 有效锰/(mg·kg-1) 龙坑村 0~20 54.20a 237.18a 313.16a 37.21a 20~40 57.86a 180.58b 268.55b 23.03b 40~60 50.26b 169.14b 201.34c 21.68b 安和村 0~20 22.87a 19.72a 246.10a 15.81a 20~40 22.86a 16.66a 173.16b 9.96b 40~60 22.77a 18.69a 109.89c 11.72b 岬坪村 0~20 70.02a 329.33a 433.14a 28.77a 20~40 71.35a 219.41b 284.68b 18.29b 40~60 67.94a 188.18b 223.95c 14.20b 大石村 0~20 53.07a 204.77a 251.72a 22.23a 20~40 56.65a 176.37a 223.75ab 21.18a 40~60 55.83a 138.28b 209.32b 17.02b 2.3 土壤理化性质对茶园土壤铁锰含量的影响
利用Person相关性分析，评价土壤铁、锰全量及有效含量与土壤理化性质之间的关系。由表 4可以看出，土壤全铁与土壤pH值、全磷和速效磷呈显著正相关；土壤有效铁与pH值呈显著负相关，与土壤有机质、全磷和速效磷呈显著正相关；土壤全锰与土壤pH值和有机质呈显著正相关；土壤有效锰与土壤pH值呈显著负相关，与土壤有机质呈极显著正相关；土壤铁锰含量与海拔和种植年限之间相关性不显著。
表 4 茶园土壤铁锰含量与土壤理化性质之间的相关性Table 4. Correlation coefficient between Fe/Mn contents and physicochemical properties of plantation soil项目 pH 有机质 全氮 全磷 速效磷 海拔 种植年限 全铁 0.33* 0.26 -0.13 0.41* 0.49* 0.05 -0.26 有效铁 -0.51* 0.57* -0.12 0.37* 0.34* 0.01 -0.12 有效度 -0.18 0.15 -0.04 0.21 0.25* -0.1 0.02 全锰 0.50* 0.56* 0.12 0.19 0.10 0.17 0.01 有效锰 -0.53* 0.67** 0.16 0.10 0.12 0.01 0.05 有效度 -0.64** 0.10 0.15 -0.07 0.04 0.03 0.03 注：**表示极显著相关；*表示显著相关。表 6同。 表 6 茶叶中铁锰含量和富集系数与茶园土壤铁锰含量之间的相关性Table 6. Correlation coefficient between Fe/Mn contents and accumulation coefficients in leaves and Fe/Mn contents in soil项目 全铁 有效铁 全锰 有效锰 茶叶铁含量 0.23 0.52** -0.16 -0.15 铁富集系数(全量基) -0.55** -0.33 -0.15 -0.1 铁富集系数(有效基) -0.23 -0.49* -0.02 -0.17 茶叶锰含量 -0.09 -0.32 0.47* 0.70** 锰富集系数(全量基) -0.62** -0.10 -0.61** 0.05 锰富集系数(有效基) -0.21 -0.42* -0.14 -0.40* 2.4 茶叶中铁锰含量
由表 5可以看出，大田县各茶园中茶叶(一芽二叶)铁含量为84.79~280.26 g·kg-1，均值为164.52 g·kg-1；茶叶中铁的全量基富集系数和有效基富集系数分别为0.001~0.005和0.49~6.65，均值分别为0.003和1.63；各茶园中茶叶锰含量为201.86~1 863.37 mg·kg-1，均值为849.73 mg·kg-1；茶叶中锰的全量基富集系数和有效基富集系数分别为0.74~20.29和9.93~534.84，均值分别为4.31和59.27，茶叶锰的富集系数远高于铁。
表 5 大田县茶叶中铁锰含量Table 5. Fe and Mn contents in tea leaves项目 全铁/(g·kg-1) 富集系数(全量基) 富集系数(有效基) 全锰/(mg·kg-1) 富集系数(全量基) 富集系数(有效基) 范围 84.79~280.26 0.001~0.005 0.49~6.65 201.86~1863.37 0.74~20.29 9.93~534.84 均值 164.52 0.003 1.63 849.73 4.31 59.27 标准差 60.13 0.001 1.42 454.02 4.01 106.70 变异系数 36.55 40.67 87.08 53.43 93.10 180.02 分析茶叶中铁锰含量和富集系数与土壤铁锰含量之间相关性(表 6)，结果表明，茶叶中铁含量与土壤有效铁含量呈极显著正相关，铁富集系数与土壤全铁和有效铁呈显著至极显著负相关；茶叶锰与土壤全锰和有效锰呈显著至极显著正相关，锰富集系数(全量基)与土壤全铁和全锰呈极显著负相关，锰富集系数(有效基)与土壤有效铁和有效锰呈显著负相关。
3. 讨论与结论
3.1 茶园土壤铁锰含量、剖面分布及影响因素
土壤中的铁锰主要来自于成土母质，其含量和剖面分布因成土母质类型、土壤质地、成土过程和土壤发育程度以及土壤理化性质等而不同[22]，同时施肥措施(有机肥和铁锰叶面肥等)和植茶年限等也会影响土壤铁锰含量[23]，导致土壤中铁锰含量变幅很大。我国土壤中铁、锰的含量分别为10.5~48.4 g·kg-1和10~5 532 mg·kg-1，均值分别为27.3 g·kg-1和710 mg·kg-1[24-25]。本研究中，大田县25个茶园土壤全铁含量均值为61.08 g·kg-1，高于全国和福建省土壤背景值，也高于皖南山区[26]、四川[4]和福建武夷山茶园土壤全铁含量[27]。本研究结果发现茶园土壤有效铁含量为16.74~384.18 mg·kg-1(均值144.42 mg·kg-1)，均超过缺乏临界值，说明该地区茶园土壤全铁和有效铁含量丰富，基本不存在缺铁现象。大田县矿产资源丰富，被誉为“闽中宝库”，尤其是丰富的铁矿石资源(福建省内五大铁矿区之一)，因而茶园土壤铁背景值较高。25个茶园土壤全锰含量均值为258.97 mg·kg-1，均值低于全国和福建省土壤背景值，也低于浙江省[7]、粤东凤凰山[8]和雅安茶园[28]土壤全锰含量；同时，茶园土壤有效锰含量为1.01~104.53 mg·kg-1(均值33.72 mg·kg-1)，土壤锰的活化率均值为12.01%，约50%土壤存在有效锰缺乏现象，这与该地区茶园土壤主要类型有关。土壤全锰主要来源于成土母质的风化作用，该区域茶园土壤类型以红壤、黄红壤和黄壤为主，成土母质以花岗岩和第四纪红土为主，其本身母质导致土壤锰含量低[29]，直接导致了部分茶园土壤缺锰。
铁锰金属元素进入茶园土壤后，与土壤各组分进行着吸附解吸、沉淀溶解及配合解离等过程[28]，伴随着茶树根系吸收和凋落物分解还园等过程，出现了土壤剖面的迁移和形态的转化。本研究中，茶园土壤全铁含量剖面分布不明显，各土层全铁含量差异不显著(P＞0.05)，但在20~40 cm土层出现富集现象；而土壤有效铁含量则表现为随着土层深度增加而逐渐降低，这与程伟丽等[30]研究结果基本一致。茶园土壤的水分含量总体处于比较稳定的状态，处于氧化环境的时间较长，使茶园土壤全铁处于较稳定的状态，因而变化程度较小；季节性降雨导致茶园土壤全铁淋溶至下层，同时茶树根系向下聚集，使茶园土壤全铁含量在20~40 cm处出现富集层；大量茶树凋落物和修剪枝在表层(0~20 cm)聚集，分解释放的铁元素较多，因而土壤有效铁出现表层富集层。茶园土壤全锰和有效锰含量均表现为随着土层深度增加而逐渐降低，这与茶树对锰的吸收特性有关。茶树为聚锰作物，对锰有极强的富集能力，老叶锰含量可达5 200 mg·kg-1[31]，茶树凋落物(修剪枝)还园后分解释放的锰在表层土壤聚集。
另外，土壤铁锰含量及剖面分布状况与土壤本身的理化性质密切相关。土壤pH值是影响土壤中铁锰的化学行为及有效性的重要因素，pH值降低有利于铁锰氧化物的还原，有效铁锰含量增加，土壤中有效铁锰的含量与土壤pH值呈显著负相关[32-33]。土壤中有机物腐解过程产生大量的电子，使得土壤中氧化还原电位(Eh)下降，还原性增强，土壤氧化铁锰易被氧化还原成为游离态的铁锰离子，增加了土壤中有效铁锰含量；土壤有机质是有效的络合剂(活性基团)能显著提高土壤有机络合态铁锰的含量[34]，这些络合物是土壤铁锰有效态的主要来源。本研究中，土壤全铁锰与土壤pH值呈显著正相关，而有效铁锰与土壤pH值呈显著负相关，土壤铁锰及有效性与土壤有机质呈显著或极显著正相关(土壤全铁与有机质之间除外)，这与以往的研究结果基本一致[35]。自然土壤植茶后，土壤酸化严重，低pH值环境条件下促进了不溶性铁锰向可溶性铁锰转换，从而提高了土壤活性铁锰的含量。随着土层深度增加，茶园土壤pH值呈增加趋势，土壤有机质含量下降，土壤铁锰的活度降低，因而土壤有效铁锰含量也随之下降。土壤全铁和有效铁均与土壤全磷和速效磷呈显著正相关，这是因为酸性土壤中含有较高活性的大量铁氧化物，铁氧化物具有较大的比表面积，对土壤磷酸根具有较大的吸附作用。
3.2 茶叶中铁锰含量及富集能力
大田县茶园茶叶(一芽二叶)铁锰含量变幅很大，铁含量范围84.79~280.26 mg·kg-1，均值为164.52 mg·kg-1，低于绿茶中铁的含量(217.40 mg·kg-1)[36]，高于安溪铁观音茶叶中铁的含量(126.71 mg·kg-1)[5]。茶叶锰含量范围为201.86~1863.37 mg·kg-1，均值为849.73 mg·kg-1，高于云南地区普洱茶锰含量(均值682.09 mg·kg-1)[37]，高于福建地区112份茶叶锰含量(674 mg·kg-1)[38]，低于韩文炎对中国150份茶叶样品测定的锰含量(均值1 038 mg·kg-1)[39]，这与茶叶采摘标准(一芽二叶)有关。茶树为聚锰植物，茶树中老叶锰含量明显高于其他器官，可高达5 200 mg·kg-1[31]。本研究茶叶中铁的全量基富集系数和有效基富集系数均值分别为0.003和1.63，土壤有效铁富集系数远高于其全铁的富集系数；茶叶中锰的全量基富集系数和有效基富集系数分别为0.74~20.29和9.93~534.84，均值分别为4.31和59.27，茶叶锰的富集系数远高于铁，这与前人的研究结果基本一致[40-41]。尽管茶园土壤中铁含量远高于锰，但铁的有效度却远低于锰的有效度，因而茶树对铁的富集系数较小。同时，铁锰为同族元素，它们的离子半径和电荷性接近，具有相似的迁移和富集规律，在茶树体内存在明显的拮抗作用，聚锰的同时减少了对铁的吸收。另外，土壤铁锰全量基的富集系数远低于其有效基的富集系数，这是由于土壤全铁锰的含量较高，而土壤中铁锰的有效度较低，因而土壤向茶叶转移的铁锰量占土壤铁锰的比例就较小。茶叶铁含量与土壤有效铁呈显著正相关，与土壤全铁相关不显著，说明有效铁才是影响茶树铁吸收的主要因素。
基于大田县茶园土壤(25份)和茶叶样品的分析结果看出，大田县茶园土壤全铁及有效铁含量较高，基本不存在缺铁现象；茶园土壤全锰及有效锰含量较低，有50%的土壤有效锰含量低于茶园土壤有效锰的临界指标。茶园土壤全铁含量剖面分布不明显，但在20~40 cm处出现富集现象，而土壤有效铁、全锰和有效锰含量则表现为随着土层深度增加而降低的趋势。土壤有机质、pH值、全磷和速效磷是影响茶园土壤全铁和有效铁含量的主要因素，土壤全锰和有效锰则与土壤有机质和pH值关系密切，因此增施有机肥和种植绿肥能提高土壤有效铁锰含量。茶叶中铁含量与土壤有效铁呈极显著正相关，茶叶锰含量与土壤全锰和有效锰呈显著或极显著正相关，茶叶锰富集系数远高于铁，土壤铁锰有效基的富集系数高于其全量基的富集系数，茶叶对铁锰的富集能力随着土壤铁锰含量的升高而降低，说明茶树对铁锰的吸收可能以“主动吸收”为主。
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图 1 土壤铁锰含量与有效铁锰含量的相关性
Figure 1. Correlation coefficient between contents of total and available Fe/Mn in soil
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图 2 土壤铁锰含量之间的相关性
Figure 2. Correlation coefficient between contents of Fe and Mn in soil
表 1 试验地茶园基本情况
Table 1 Basic information on tea plantations
样点 海拔/m 茶树种植年限/a 经纬度 1 1140 15 25°37'N，117°53'E 2 1065 12 25°36'N，117°53'E 3 998 13 25°35'N，117°54'E 4 685 12 25°37'N，117°44'E 5 860 10 25°37'N，117°43'E 6 947 15 25°36'N，117°43'E 7 931 5 25°37'N，117°43'E 8 901 5 25°63'N，117°72'E 9 891 10 25°61'N，117°73'E 10 870 7 25°62'N，117°78'E 11 853 25 26°03'N，117°54'E 12 807 5 26°03'N，117°85'E 13 890 25 26°12'N，117°54'E 14 870 25 26°05'N，117°87'E 15 446 5 26°03'N，117°47'E 16 457 5 25°31'N，117°52'E 17 794 10 25°31'N，117°54'E 18 830 10 25°33'N，117°59'E 19 1006 6 25°32'N，117°58'E 20 854 5 25°60'N，118°02'E 21 931 6 25°37'N，117°43'E 22 314 20 25°63'N，117°79'E 23 783 15 25°67'N，117°73'E 24 490 20 25°44'N，117°31'E 25 1050 20 25°53'N，117°52'E 
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表 2 大田县茶园土壤铁锰与有效铁锰含量
Table 2 Contents of total and available Fe and Mn in plantation soil
项目 全铁/(g·kg-1) 有效铁/(mg·kg-1) 活化率/% 全锰/(mg·kg-1) 有效锰/(mg·kg-1) 活化率/% 范围 22.44~96.80 16.74~384.18 0.07~0.46 43.85~678.49 1.01~104.53 1.31~32.89 均值 61.08 144.42 0.23 258.97 33.72 12.01 标准差 18.79 85.33 0.10 142.37 27.87 7.74 变异系数 30.76 59.08 45.02 54.98 82.66 64.50 福建省土壤背景值[20] 42.7 - 280 - 样品超标率/% 88 48 有效铁锰缺乏临界[21, 8] 4.5 30 大于有效含量临界值的比例/% 100 48
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表 3 茶园土壤铁锰及有效态含量剖面分布
Table 3 Vertical characteristics of total and available Fe/Mn in plantation soil
样点 土层/cm 全铁/(g·kg-1) 有效铁/(mg·kg-1) 全锰/(mg·kg-1) 有效锰/(mg·kg-1) 龙坑村 0~20 54.20a 237.18a 313.16a 37.21a 20~40 57.86a 180.58b 268.55b 23.03b 40~60 50.26b 169.14b 201.34c 21.68b 安和村 0~20 22.87a 19.72a 246.10a 15.81a 20~40 22.86a 16.66a 173.16b 9.96b 40~60 22.77a 18.69a 109.89c 11.72b 岬坪村 0~20 70.02a 329.33a 433.14a 28.77a 20~40 71.35a 219.41b 284.68b 18.29b 40~60 67.94a 188.18b 223.95c 14.20b 大石村 0~20 53.07a 204.77a 251.72a 22.23a 20~40 56.65a 176.37a 223.75ab 21.18a 40~60 55.83a 138.28b 209.32b 17.02b
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表 4 茶园土壤铁锰含量与土壤理化性质之间的相关性
Table 4 Correlation coefficient between Fe/Mn contents and physicochemical properties of plantation soil
项目 pH 有机质 全氮 全磷 速效磷 海拔 种植年限 全铁 0.33* 0.26 -0.13 0.41* 0.49* 0.05 -0.26 有效铁 -0.51* 0.57* -0.12 0.37* 0.34* 0.01 -0.12 有效度 -0.18 0.15 -0.04 0.21 0.25* -0.1 0.02 全锰 0.50* 0.56* 0.12 0.19 0.10 0.17 0.01 有效锰 -0.53* 0.67** 0.16 0.10 0.12 0.01 0.05 有效度 -0.64** 0.10 0.15 -0.07 0.04 0.03 0.03 注：**表示极显著相关；*表示显著相关。表 6同。
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表 6 茶叶中铁锰含量和富集系数与茶园土壤铁锰含量之间的相关性
Table 6 Correlation coefficient between Fe/Mn contents and accumulation coefficients in leaves and Fe/Mn contents in soil
项目 全铁 有效铁 全锰 有效锰 茶叶铁含量 0.23 0.52** -0.16 -0.15 铁富集系数(全量基) -0.55** -0.33 -0.15 -0.1 铁富集系数(有效基) -0.23 -0.49* -0.02 -0.17 茶叶锰含量 -0.09 -0.32 0.47* 0.70** 锰富集系数(全量基) -0.62** -0.10 -0.61** 0.05 锰富集系数(有效基) -0.21 -0.42* -0.14 -0.40*
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表 5 大田县茶叶中铁锰含量
Table 5 Fe and Mn contents in tea leaves
项目 全铁/(g·kg-1) 富集系数(全量基) 富集系数(有效基) 全锰/(mg·kg-1) 富集系数(全量基) 富集系数(有效基) 范围 84.79~280.26 0.001~0.005 0.49~6.65 201.86~1863.37 0.74~20.29 9.93~534.84 均值 164.52 0.003 1.63 849.73 4.31 59.27 标准差 60.13 0.001 1.42 454.02 4.01 106.70 变异系数 36.55 40.67 87.08 53.43 93.10 180.02
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