基于計算機技術(shù)下氟鋁交互化學(xué)處理對茶葉化學(xué)成分的影響分析

于靜怡,王 軍,于曉峰

(1.北京理工大學(xué),北京 100081；2.鄭州市科技工業(yè)學(xué)校,河南鄭州 450052)

根據(jù)資料到2017年6月,我國干毛茶產(chǎn)量達到268萬噸,茶園面積約4500萬畝。隨著茶葉產(chǎn)量不斷增加,茶葉的質(zhì)量與品質(zhì),決定著茶產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的走向,影響著茶葉經(jīng)濟效益的提升。特別是近年來,全國各地的茶園出現(xiàn)土壤酸化嚴(yán)重、茶葉農(nóng)殘、重金屬富集嚴(yán)重等問題,嚴(yán)重阻礙了我國茶葉產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展。因此,加大茶葉化學(xué)成分分析、剖析茶園土壤特性、深化茶葉生長機理等,成為當(dāng)下提升茶葉品質(zhì)的重要舉措。其中,探討氟、鋁等茶樹高富集元素對茶葉品質(zhì)的影響,是優(yōu)化茶樹栽培技術(shù)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的主要方式。

1 茶葉生長機理與化學(xué)品質(zhì)研究現(xiàn)狀

茶葉的生長依賴于茶園的各種介質(zhì),例如,土壤、大氣、雨水、農(nóng)肥等。這些介質(zhì)因素,往往決定了茶葉的色、香、味、型等品質(zhì)的高低,特別是影響了茶葉中富含的化學(xué)成分。

1.1 茶葉品質(zhì)研究進展

據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn),茶葉在浸泡過程中散發(fā)出的香氣與濃厚的口感,主要來源于茶葉中不同化學(xué)成分含量。比如,在茶葉中富含了澀味的茶多酚；香味的氨基酸；苦味的咖啡堿；以及甜味的可溶性糖。當(dāng)茶葉中富含的咖啡堿含量,超過固定的閾值時,茶葉的品質(zhì)會逐漸降低,茶湯出現(xiàn)明顯的苦味。為了改善茶葉中各種化學(xué)成分組成結(jié)構(gòu),目前主要是通過施肥的方法進行干預(yù)調(diào)控,可以少量施加一些鉀肥、磷肥、氮肥等,不僅能夠促進茶樹的生長,還能保障茶葉營養(yǎng)的均衡。

1.2 氟、鋁對茶葉品質(zhì)的影響

氟、鋁是茶樹中含量比較高的兩種元素,尤其是我國南方地區(qū)的茶園,多為富鋁酸性土壤,導(dǎo)致茶葉中的鋁元素含量比較高。研究表明,茶葉中的氟、鋁元素不是茶樹生長的必需元素,但是卻對茶樹的生長與茶葉的品質(zhì)有著十分重要的影響。例如,氟處理后的茶葉中葉綠素含量會降低,葉片結(jié)構(gòu)變得松散,而含氟量高的茶葉,沒食子兒茶素含量降低；適量的鋁元素可以提高兒茶素的含量,尤其是在紅茶中適當(dāng)添加一些鋁鹽能夠提升茶葉的品質(zhì),無論是色、香、味上都具有明顯的提升。所以,合理的控制茶葉中氟、鋁含量,能夠促進茶葉品質(zhì)的提升。

2 氟鋁交互化學(xué)處理對茶葉化學(xué)成分的影響分析

由于氟、鋁兩種元素對于茶葉中化學(xué)成分有突出的影響效果,所以越來越多的研究人員參與到這方面的研究中。但是大多數(shù)人主要是關(guān)注氟或鋁,單一元素對于茶葉品質(zhì)的影響,而對于氟鋁交互研究相對較少。

2.1 氟鋁單一化學(xué)處理對茶葉的影響

2.1.1 茶葉化學(xué)成分含量的影響

通過根部施肥或者葉噴肥的方式,能夠改變茶樹所吸收F或者Al元素的含量。例如,通過施加鋁肥可以提高茶葉中氨基酸、咖啡堿、可溶性糖以及茶多酚的含量。其中,茶葉面施肥的方式比根部施肥的方式,能夠更快、更高的促進化學(xué)元素的吸收。但是如果鋁肥添加過量,也很容易使得茶葉的品質(zhì)有所下降。例如,當(dāng)鋁肥用量超過2g/m2的時候,茶葉中咖啡堿與茶多酚的含量會增多,茶葉所浸泡出來的茶湯發(fā)苦發(fā)澀；而茶樹種植過程中氟元素的增加,會使茶葉顏色發(fā)黃,光合作用明顯減弱,茶葉中葉綠素、兒茶素含量降低,極大的影響了茶葉的品質(zhì)。

2.1.2 茶樹中氟、鋁元素濃度的影響

茶樹中所吸收的F、Al元素,主要來源于自然界與人為施肥,特別是近些年部分茶園為了提高茶葉的品質(zhì),會在茶園的土壤中會適當(dāng)?shù)奶砑右恍╀X肥。人為的施肥,一方面有利于茶葉品質(zhì)的提升；另一方面也影響了茶樹的生長。據(jù)報道,隨著人為施肥過程中鋁元素濃度的增加,茶樹根、莖與葉對于鋁的吸收含量不斷增加。合理的鋁元素濃度,可以促進鋁元素的吸收,提高茶葉的品質(zhì)；而在高濃度鋁元素環(huán)境中,會直接的阻礙茶葉對于鋁元素的吸收,同時抑制了茶樹根部對鉀、鈣、鎂等元素吸收效果。所以,在進行人工施肥的過程中,對于氟、鋁元素濃度的選擇是十分重要的。

2.2 氟鋁交互化學(xué)處理對茶葉的影響

2.2.1 氟鋁交互化學(xué)處理對茶葉化學(xué)成分的影響

單一化的施肥結(jié)構(gòu)體系,已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代茶葉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。主要是因為我國現(xiàn)有的茶葉產(chǎn)業(yè)園區(qū)中土壤成分不同,所構(gòu)成的茶葉生產(chǎn)環(huán)境,具有明顯的差異性。因此,研究者通過進行氟、鋁交互處理茶葉的研究,探討其對于茶葉品質(zhì)的影響,為茶樹的種植提供合理的規(guī)劃。研究表明,在高鋁濃度下(80mg/L),氟含量添加到8mg/L時,所處理的茶葉中氨基酸的含量為最佳,即該濃度下的氟元素,能夠緩解高鋁濃度對于茶葉的毒害。而在高氟濃度下(12mg/L),鋁元素含量越高,越有利于茶多酚含量降低,降低茶葉中所存在的苦澀味道。通過氟鋁交互化學(xué)處理,能夠清晰的掌握合理的施肥工藝,為茶樹的種植與茶葉的品質(zhì)提供穩(wěn)定而合理的保障。

2.2.2 氟鋁交互化學(xué)處理對茶葉研究的局限性

然而,在氟鋁交互化學(xué)處理的研究過程中,往往需要耗費大量的人力、資源、時間等要素,這給研究的成果轉(zhuǎn)化并運用到實際的種植中,帶來了嚴(yán)重的阻礙。尤其是,在考察氟鋁兩種元素在不同濃度下,對于茶葉中各個化學(xué)成分含量影響中,單是進行施肥種植茶葉就要耗費數(shù)以萬計的培養(yǎng)周期。與此同時,在進行試驗結(jié)果處理的過程中,還需要合理的數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計方法。

3 計算機技術(shù)對氟鋁交互化學(xué)處理對茶葉化學(xué)成分的影響

所以,為了便于試驗成果的快速轉(zhuǎn)化,往往會與計算機技術(shù)相互結(jié)合,無論是在數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理,還是建立構(gòu)效模型中都有明顯優(yōu)勢。

3.1 加快交互數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理能力

在氟鋁交互化學(xué)處理茶葉的實驗中,為了分析不同濃度氟、鋁濃度,對不同種類茶葉以及土壤環(huán)境等的影響,需要建立合理的實驗規(guī)劃,正交實驗室日常我們使用最多的實驗方法,但是其得出來的結(jié)果,卻很難進行顯著性分析。利用現(xiàn)代計算機技術(shù),例如,DPS分析軟件、SPSS分析軟件、Origin畫圖軟件等,能夠進行氟鋁元素在各個處理濃度下,顯著性分析與相關(guān)性分析,為實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性提供了穩(wěn)定的保障。與此同時,利用這些軟件可以將實驗結(jié)果從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖片,或者視頻的方式展示到人們的面前,提高實驗成果的可讀性,在處理交互數(shù)據(jù)的統(tǒng)計問題中起到了攻堅作用。

3.2 提高實驗結(jié)果的可預(yù)測性

現(xiàn)代計算機技術(shù)正朝著大數(shù)據(jù)處理的方向發(fā)展,通過計算機技術(shù)能夠在最短的時間內(nèi)完成大數(shù)據(jù)處理,并提供科學(xué)的實驗成果。例如,在氟鋁交互化學(xué)處理實驗中,往往需要對茶葉中多種化學(xué)成分進行分析,通過計算機技術(shù)可以利用少量的實驗數(shù)據(jù),構(gòu)建數(shù)學(xué)回歸方程模型；還可以結(jié)合主效因子分析或者交互效應(yīng)分析等方法,得出具有科學(xué)依據(jù)的實驗結(jié)果。這不但縮短了試驗的過程,簡化了整個實驗的步驟,同時還提供了具有良好性能的數(shù)學(xué)模型,為后續(xù)的研究工作提供重要的參考依據(jù)。

3.3 提升實驗結(jié)果的分享性

計算機技術(shù)在處理數(shù)據(jù)的過程中,不僅是提高了運算的功能,還增加了對于實驗數(shù)據(jù)的存儲能力。特別是通過氟鋁交互實驗數(shù)據(jù)庫的建立,可以收集統(tǒng)計具有參考價值的實驗成果數(shù)據(jù),并通過互聯(lián)網(wǎng)與其他同行進行分享交流,為后續(xù)的研究工作方向與重點提供合理的建議。例如,通過收集不同類型茶,包括烏龍茶、紅茶、花茶等的實驗數(shù)據(jù),可以建立不同屬性茶葉的實驗結(jié)果數(shù)據(jù)庫；而收集不同茶園中所分析的數(shù)據(jù),結(jié)合數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計資料,可以為種植不同茶葉所需氟、鋁施肥用量提供指導(dǎo)。這在很大程度上,解決了現(xiàn)有的實驗結(jié)果無法實現(xiàn)分享的問題。

4 結(jié)論

利用施肥的方式能夠有效調(diào)控茶葉品質(zhì),無論是在色、香、味還是茶葉內(nèi)部所蘊含的各種化學(xué)成分。所以,越來越學(xué)者們在關(guān)注茶葉的種植以及茶葉品質(zhì)問題,合理的調(diào)控施肥中氟、鋁的含量,能夠有效的改善茶葉的品質(zhì)。通過現(xiàn)有的計算機技術(shù),從實驗設(shè)計到數(shù)據(jù)處理與分享上能夠很好解決實驗問題,降低實驗過程中帶來的風(fēng)險與能耗,這對完善茶園的種茶環(huán)境與土壤質(zhì)量,有十分重要的參考依據(jù)。

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