摘要：文章探究了不同地质类型条件下土壤微生物群落对茶叶元素迁移富集的影响机制。实验选取云南省临沧市云县作为研究区域，采集了花岗岩、云母片岩、砂岩及石英岩地区的茶叶、土壤及岩石样品，分析了土壤微生物群落结构及其与茶叶元素富集间的关系。通过16S扩增子测序技术对土壤微生物展开分析，并计算了茶叶元素的生物富集系数。结果表明，不同岩性区域中土壤菌群组成与茶叶元素富集的关系存在显著差异：在花岗岩地区，酸杆菌门与茶叶钾元素呈显著负相关，变形菌门则呈显著正相关；在云母片岩地区，硝化螺旋菌门与茶叶锌元素呈显著正相关；在石英岩地区，汞、铁、砷、锰的迁移显著影响土壤细菌多样性。研究发现，土壤中的细菌多样性与元素循环过程联系紧密，会影响茶叶中元素的含量和富集程度。重金属元素对茶树根系土壤微生物也具有胁迫作用，进一步影响了营养元素的迁移富集。

　　关键词：茶叶；土壤微生物；元素富集；生物富集系数；地质类型

　　茶作为世界范围内受欢迎的饮品之一，其生产和品质与种植环境密切相关[1]。中国作为茶的发源地，拥有丰富的茶树资源和悠久的茶文化传统。在我国众多茶叶产区，云南省因独特的地理位置和自然条件，成为茶树种植与研究的重要地区[2]。

　　然而，在云南茶产业蓬勃发展的同时，茶叶质量和安全问题日益突出，制约着产业可持续发展。茶树作为一种特殊的农作物，其生长品质与土壤环境有着密切关系。土壤-植物系统是一个复杂的生态环境。其中，土壤微生物在元素循环和转化过程中扮演着重要角色[3]——不仅参与土壤有机质的降解和养分释放，推动土壤养分循环和利用，还与茶树根系形成共生关系，通过固氮、解磷等功能，促进茶树对养分的吸收，增强其抗病能力和环境适应性。此外，茶树根际微生物可分解有机物质，改善土壤结构，促进土壤通气和水分保持，为茶树的健康生长创造有利条件[4]。

　　目前，关于茶叶种植的研究多集中于土壤微生物群落结构、重金属污染及自然因素（如海拔、气候）对茶叶品质的影响，而从土壤菌群微生物响应机制出发的研究相对较少。茶叶中元素的迁移、转化和富集如何受到土壤微生物作用的影响，仍有待系统深入探讨。

　　本文旨在探究不同地质类型条件下茶叶元素迁移富集的特征，以及土壤菌群对这一过程的影响机制[5]。通过分析茶树生长环境中的地质背景、土壤理化特性、微生物群落结构及其功能，揭示微生物在元素地球化学循环中的作用，为改善茶叶品质、保障茶叶安全提供科学依据。

　　1材料和方法

　　1.1样品采集

　　研究区域位于云南省临沧市云县，地处青藏高原东南缘。该区域高山峡谷错落分布，平缓地区较少，境内流经澜沧江、怒江，南面被北回归线横穿而过，属于亚热带低纬季风气候，长期受西南季风显著影响，干湿季节明显，夏季降水充沛，冬季降水较少且日照时间长。海拔约1 200～2 600 m，年平均气温18.5℃,年降水量约920～1 750 mm。采样点分布于云县新村区域，经纬度范围为23°47'42"～23°32'38"N、99°85/68"～100°16/61"E，海拔1 100～1 900 m。所有样品均采集于2023年5月。根据已有研究资料与文献，选择在相关研究较少的区域展开实地调查，通过询问当地村民确定有古茶树、大茶树存在的茶园为采样点，同时避开公路、人类活动地及其他植物生长地。在每个采样点采集茶叶、土壤及岩石样品。

　　岩石样品：使用地质锤敲击基岩部分，取约1.5 kg岩石样品。

　　土壤样品：使用铁铲刮去表层杂质及浮土，采集5～15 cm深度土壤样品，并分为以下2部分。

　　①微生物样本：采样前对工具使用无水乙醇消毒灭菌处理，每份采集5～10 g装入无菌离心管，置于-80℃干冰恒温箱中保存。

　　②地球化学样本：过20目筛，用于pH、土壤有机质、化学元素和矿物组成等指标测试。

　　茶叶样品：同时采集老叶及嫩叶部分并混合装入透气网袋；选择外部健康、无明显黄枯病虫害的茶树个体，采集后清除杂物和枯叶，用自来水和去离子水分别冲洗3次。

　　详细记录所有采样点的环境参数（海拔、气候、流水情况等），对样品的取样位置、深度和部位逐一检查和核验。所有样品均进行编号、拍照和记录，采样完毕后将表层土壤回填至坑内。

　　1.2实验与分析方法

　　采用16S扩增子相对定量测序技术测定土壤微生物群落的结构组成和相对丰度。使用FastDNA SPIN Kit for Soil（MP Biomedicals，S-anta Ana，CA）提取总基因组DNA。利用琼脂糖凝胶电泳检测基因组DNA的完整性，通过Nanodrop2000和Qubit3.0分光光度计检测基因组DNA的浓度和纯度。用引物515F（5-GTGCCAGCMGCCGCGG-3）和907R（5-CCGTCAATT-CMTTTRAGTTT-3）扩增16S rRNA基因的V4~V5高变异区，并用Illumina N-ovaSeq 6000测序仪进行测序。

　　1.3指标计算方法

　　生物富集系数（BCF）：植物和土壤间的富集系数是植物灰分中某物质浓度与其所生长土壤中该物质浓度的比值，是描述化学物质在生物体内累积趋势的重要指标。具体计算方式如式（1）。

　　式中：C茶叶为某元素在茶叶中的含量；C土壤为某元素在土壤中的含量。BCF值提供了对特定物质从周围土壤中在植物中积累的深入了解。BCF值越高，表明生物积累的潜能越大，更可能被植物吸收和保留。这一参数被广泛用于环境和农业研究，以评估与化学物质相关的潜在风险及其通过土壤-植物系统的转移机制。

　　2土壤细菌组成、多样性与茶叶元素富集的关系

　　2.1土壤细菌多样性与茶叶元素富集的关系

　　在陆地生态系统的初级演替中，微生物在元素循环方面具有关键作用，有助于土壤形成和肥力提高，从而促进植物生长。土壤作为该迁移富集系统的桥梁，对营养元素的循环起到重要作用[6]。因此，对茶叶元素及BCF与细菌群落多样性做冗余分析，可直观体现系统内元素迁移富集对土壤细菌多样性的影响。本研究对变化明显且具有显著相关性的元素进行分析，结果表明，在不同岩性区域，各茶叶营养元素、生物富集系数与细菌群落间的相关性并不一致。其中，钙（Ca）、钠（Na）、铜（Cu）、锌（Zn）、铬（Cr）、铅（Pb）、镉（Cd）、镍（Ni）未发现明显变化。钾（K）在花岗岩、云母片岩及砂岩地区表现出相同趋势：与土壤细菌多样性指数呈正相关，与BCF呈负相关（BCF>1）。茶叶中的钾元素相对于土壤中富集程度较高，而茶叶中的钾元素主要来自土壤，表明随着土壤中钾向茶叶的迁移富集程度的增加，土壤钾含量相对减少，可能导致土壤细菌多样性的减少[7]。正长石是土壤中钾的主要来源，在释放钾到土壤的过程中，部分细菌如解钾细菌对钾的消耗速率低于正长石向土壤释放钾的速率[8-9]。在花岗岩地区，镁（Mg）、铝（Al）变化趋势明显且在茶叶中基本不富集，可能与花岗岩土壤性质及风化过程有关。在石英岩地区，汞（Hg）、铁（Fe）、砷（As）、锰（Mn）的迁移显著影响土壤细菌多样性。Fe、As、Mn主要存在于地壳中，且在土壤中细菌对Fe、As、Mn的消耗速率高于地壳向土壤释放Fe、As、Mn的速率。这表明，在风化成土阶段，土壤细菌多样性的增加对Fe、As、Mn的需求较高，而在茶叶生长阶段，菌群与Fe、As、Mn间的正反馈作用促进茶叶生长；Hg则相反。不同地质区域中的土壤性质和元素对茶树土壤细菌多样性的影响呈现显著差异。元素迁移富集与土壤细菌多样性间的关系也存在多种机制。土壤中的细菌多样性可能会影响土壤中元素的循环过程。多样性较高的土壤细菌可能更有效地参与有机物分解和元素释放，进而影响茶叶中元素的含量和富集程度[10]。

　　2.2土壤菌群与茶叶富集的关系

　　实验对门水平下的土壤细菌组成与茶叶元素做相关性分析。结果表明：在花岗岩地区，K与酸杆菌门为显著负相关，与变形菌门为显著正相关；茶叶Zn与硝化螺旋菌门为显著正相关；Al与细菌放线菌门为显著正相关；Cu与拟杆菌门为显著负相关；As与酸杆菌门为显著正相关。在云母片岩地区，Ni与candidate_div为显著正相关；Na与装甲菌门为显著负相关；Zn与细菌硝化螺旋菌门为显著正相关。在砂岩地区，Zn与匿杆菌门为显著负相关；Ca与细菌硝化螺旋菌门为显著正相关；As与细菌芽单胞菌为显著正相关；Pb与candidate_div为显著负相关；Ni与装甲菌门为显著负相关。在石英岩地区，K与芽单胞菌为显著正相关；Mn和Na与绿弯菌门为显著负相关；Ca与芽单胞菌为显著正相关，与绿弯菌门为显著负相关；As与绿弯菌门和酸杆菌门显著负相关；Ni与硝化螺旋菌门为显著正相关；Cr与candidate_div为显著正相关；Hg与匿杆菌门为显著正相关；Cu与匿杆菌门为显著正相关。

　　各岩性地区土壤菌群与茶叶元素的相关性均不一致，茶叶元素主要由土壤性质调控。结合土壤菌群与土壤性质的相关性，发现在花岗岩地区，酸杆菌门与土壤Ca、Mg为显著负相关，与茶叶K也为显著负相关。K、Ca、Mg是茶树生长不可或缺的营养元素。在土壤中，K与Mg、Ca为显著正相关关系，说明K、Ca、Mg在茶叶生长过程中存在协同作用并与酸杆菌门拮抗。硝化螺旋菌门在花岗岩及云母片岩地区与茶叶Zn为显著正相关关系。Zn在花岗岩土壤中仅与重金属元素有正相关关系，而Zn从土壤向茶叶的BCF<1，土壤中较高或较低的Zn浓度均可抑制硝化螺旋菌活性。另外，土壤Na会抑制装甲菌门活性。绿弯菌门是土壤养分循环的调控者，土壤中Ca、Mn等元素向茶叶的迁移导致绿弯菌门与茶叶元素呈显著负相关。

　　3重金属胁迫茶树富集营养元素的根系土壤细菌响应

　　微生物在有机物的分解与降解过程中促进了养分的释放和循环。通过微生物的代谢活动，有机物被转化为简单的有机物和无机盐，并释放到土壤中，为植物提供持续的养分供应，满足其生长需求[11]。通常，土壤中的养分以无机形式存在，但植物只能吸收和利用有机形式的养分，而微生物通过将无机养分转化为有机形式，提高了养分的有效性，使植物更易吸收和利用。此外，微生物还通过参与养分固定和保持过程，维持土壤中养分的平衡和稳定。通过吸附、嵌入和固定等方式，将养分固定在土壤颗粒中，防止其流失，同时支持土壤养分的循环和再利用。土壤微生物在重金属吸附方面也发挥重要作用，通过表面附着的微生物群体和代谢产物吸附大量的重金属离子。这一吸附过程受微生物生物学特性和重金属离子特性共同影响。微生物表面的负电性和丰富的功能基团使其具有优良的吸附性能，部分微生物菌株还能通过分泌胞外聚合物等物质进一步增强重金属的吸附效果（见图1）。

　　4结论

　　本研究得出以下主要结论：（1）不同地质背景区域的土壤微生物群落与茶叶元素富集的关系存在显著差异，表明土壤地质类型是影响茶叶元素富集的重要因素；（2）土壤细菌多样性与茶叶元素富集存在密切联系，如花岗岩、云母片岩及砂岩地区茶叶钾元素与土壤细菌多样性呈正相关，而与其生物富集系数呈负相关；（3）在门水平上，不同土壤菌群对茶叶元素富集的影响各异，如酸杆菌门与茶叶钾元素显著负相关，而硝化螺旋菌门与茶叶锌元素显著正相关；（4）微生物通过有机物分解与降解促进养分释放循环，同时借助表面吸附和代谢产物固定重金属离子。研究结果对指导茶叶种植实践、改善茶叶品质及保障茶叶安全具有重要意义，通过调控土壤微生物群落可实现对茶叶元素富集的有效管理。本研究为理解茶叶元素富集的微生物学机制提供了新视角，为茶产业可持续发展提供了科学依据。未来研究应探索特定微生物功能基因与茶叶元素富集的直接关系，以及如何通过微生物群落调控优化茶叶元素组成。

参考文献

　　［1］HASIMOTO.The origin of the tea plant［C］.In proceedings of 2001 international conference on Cha(Tea)Culture and Science(Session II),2001:5-8.

　　［2］江凤琼,梁名志,王立波.云南茶叶产业发展现状与对策研究［J］.安徽农业科学,2013,41(16):7335-7336,7339.

　　［3］杨鉴.贵州省茶园土壤锌的空间异质性及影响因素［D］.贵阳:贵州大学,2022.

　　［4］杨娅琳,陈健鑫,武自强,等.油茶根腐病根际土壤和根系内细菌群落结构及多样性［J］.经济林研究,2023,41(2):69-82.

　　［5］刘威,夏雨,吕自敏,等.豫南不同树龄茶园土壤微生物群落结构及多样性分析［J］.南方农业学报,2023,54(5):1455-1464.

　　［6］唐根年,陆景冈,王援高,等.浙江省及邻近地区名茶形成的土壤地质环境分析［J］.茶叶科学,2001,21(2):85-89.

　　［7］李泽轩,冯亮,李开元,等.硒元素在茶园土壤和茶树内的富集规律［J］.安全与环境工程,2023,30(6):217-223.

　　［8］易桂花.蒙顶山茶区生态地球化学评价［D］.成都:成都理工大学,2008.

　　［9］荣兴民,黄巧云,陈雯莉,等.土壤矿物与微生物相互作用的机理及其环境效应［J］.生态学报,2008,28(1):376-387.

　　［10］YAMAJI K,WATANABE Y,MASUYA H,et al.Root fungal endophytes enhance heavy-metal stress tolerance of Clethra barbinervis growing naturally at mining sites via growth enhancement,promotion of nutrient uptake and decrease of heavy-metal concentration［J］.PloS One,2016,11(12):e0169089.

　　［11］刘珏.饮茶与健康［J］.食品科学,2001,22(11):97-99.