西雙版納州茶園土壤重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

孫云南，許 燕，夏麗飛，楊盛美，殷麗瓊，陳洪云，肖 星，夏 銳，陳劍鋒，劉德和

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，云南勐海666201；2.云南省茶樹種質(zhì)資源創(chuàng)新與配套栽培技術(shù)工程研究中心，云南勐海666201；3.勐?？h茶葉技術(shù)服務(wù)中心，云南勐海666201）

西雙版納州茶園土壤重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

孫云南1，2，許 燕1，2，夏麗飛1，2，楊盛美1，2，殷麗瓊1，2，陳洪云1，2，肖 星1，2，夏 銳1，2，陳劍鋒3，劉德和1，2

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，云南勐海666201；2.云南省茶樹種質(zhì)資源創(chuàng)新與配套栽培技術(shù)工程研究中心，云南勐海666201；3.勐?？h茶葉技術(shù)服務(wù)中心，云南勐海666201）

研究西雙版納州茶園土壤重金屬含量，并應(yīng)用H?KANSON潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)茶園土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，西雙版納州茶園土壤中各個(gè)重金屬的平均含量與《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》、《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》、《有機(jī)茶產(chǎn)地環(huán)境條件》、《無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件》、《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比均未超標(biāo)；單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（Eir）平均值的大小順序依次為：Hg（51.93）＞Cd（43.55）＞As（8.32）＞Pb（5.15）＞Ni（1.83）＞Cr（1.23）＞Cu（0.04），只有Hg，Cd存在中等水平潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其他重金屬均屬于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；7種重金屬綜合因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）平均值為112.05，西雙版納州茶園土壤整體上存在輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。表明在今后茶園管理中要做到科學(xué)施肥施藥，最大程度地降低人為二次污染風(fēng)險(xiǎn)。

茶園；土壤；重金屬；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；西雙版納

茶作為世界公認(rèn)的三大無酒精飲料之一，是具有保健功效的日常飲料，越來越受到人們的喜愛[1]。隨著人們生活水平的日益提高，茶葉的衛(wèi)生質(zhì)量問題越來越受到消費(fèi)者的關(guān)注。但是，關(guān)于茶葉重金屬超標(biāo)的報(bào)道也越來越多[2-4]。

隨著社會(huì)的迅速發(fā)展，工業(yè)、交通“三廢”造成的環(huán)境污染，以及普遍使用化肥、除草劑、農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)，使土壤受到不同程度的重金屬污染[5-7]。茶樹的生長(zhǎng)離不開土壤，土壤是茶樹生長(zhǎng)的載體。重金屬可以通過茶葉富集進(jìn)入食物鏈，危害人類健康[8]。一般認(rèn)為，茶葉中的重金屬主要來源于土壤[9]，所以，茶園土壤重金屬污染問題越來越受到重視[10-14]。由于茶園土壤中重金屬含量與成土母質(zhì)、管理方式、種植年限、環(huán)境條件等多種因素有關(guān)，本試驗(yàn)對(duì)西雙版納州茶園土壤重金屬含量進(jìn)行了系統(tǒng)檢測(cè)和科學(xué)評(píng)比，梳理茶園土壤重金屬污染問題，為確保茶園土壤用地的長(zhǎng)期安全提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

西雙版納位于云南南部，地處東經(jīng)99°55′～101°50′，北緯21°10′～22°40′，屬熱帶季風(fēng)氣候，日照充足，雨量充沛，年平均氣溫18～22℃，年均降雨量1100～1900mm，年均日照時(shí)數(shù)1800～2200h。該地區(qū)終年溫暖，陽光充足，熱量豐富，四季常青，素有“天然溫室”的美譽(yù)，是國際茶界公認(rèn)的國際茶樹原產(chǎn)地的中心地帶，是舉世聞名的普洱茶的發(fā)祥地和茶馬古道的源頭，植茶、制茶、喝茶、貿(mào)茶的歷史悠長(zhǎng)，茶文化源源不絕，歷經(jīng)千年，傳承不息。全州茶園種植面積達(dá)5.84萬hm2，采摘面積5.14萬hm2，干毛茶總產(chǎn)量4.46萬t（精制茶2.1萬t）。全州無性系良種茶園面積為1.26萬hm2，認(rèn)證有機(jī)茶園為0.18萬hm2，綠色食品茶園0.21萬hm2，無公害茶園3.44萬hm2。

1.2 樣品采集

于2009年春季（4月下旬）和秋季（9月上旬）采集土壤樣品。采用“S”型采樣法，每個(gè)土樣隨機(jī)選取10～15個(gè)取樣點(diǎn)得到混合樣，取土深度為0～40 cm，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，現(xiàn)場(chǎng)均勻混合后采用四分法保留1 kg土壤，貼好標(biāo)簽，帶回實(shí)驗(yàn)室。將取回的土樣剔除雜物，讓其自然風(fēng)干，磨碎并過1，0.1 mm的尼龍篩，保存供分析測(cè)定用。

1.3 樣品分析方法

稱取1 mm土樣，按體積1∶1水土比混合，用電導(dǎo)率儀測(cè)定pH值；稱取0.1 mm土樣0.5 g消煮，消煮完成后定容，采用等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES）測(cè)定Pb，Cd，Cr，Hg，Ni，As，Cu的含量。

1.4 土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是由瑞典科學(xué)家H ?KANSON提出[15]，是根據(jù)重金屬性質(zhì)及其在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化沉積等行為特點(diǎn)，從沉積學(xué)角度提出來的，將重金屬含量、生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)和毒理學(xué)聯(lián)系在一起進(jìn)行評(píng)價(jià)。其不僅反映了某一特定環(huán)境中各種污染物的影響，也反映了多種污染物的綜合影響，并以定量的方法劃分出潛在危害程度，是一種綜合反映土壤中重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境影響潛力的方法。其計(jì)算公式如下。

式中，Cir為重金屬i相對(duì)于背景值的污染指數(shù)；Cis為重金屬i的實(shí)測(cè)含量；Cin為重金屬i的背景參考值。Tir為重金屬i的毒性響應(yīng)系數(shù)，目前一般直接用毒性系數(shù)代替毒性響應(yīng)系數(shù)[16-17]，H?KAN SON[15]給出的重金屬毒性系數(shù)為Hg＝40＞Cd＝30＞As＝10＞Pb＝Ni＝Cu＝5＞Cr＝2。Eir為重金屬元素i的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，Eir＜40為輕微潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，40≤Eir＜80為中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，80≤Eir＜160為強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，160≤Eir＜320為很強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Eir≥320為極強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。RI為土壤綜合因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，RI＜150為輕微潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，150≤RI＜300為中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，300≤RI＜600為強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，RI≥600為很強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。Eir和RI值越大，生態(tài)危害程度越大。

1.5 數(shù)據(jù)處理

土壤重金屬描述統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)分析和方差分析采用SPSS 20.0進(jìn)行，其他數(shù)據(jù)的處理及圖表制作采用Excel 2007進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬概況統(tǒng)計(jì)描述

由表1可知，研究區(qū)土壤pH值的范圍介于4.82～5.32，平均值為5.05。土壤中不同重金屬含量差異較大，Cd，Hg，As，Pb，Cr，Cu，Ni的含量分別介于 0.17～0.32，0.05～0.17，4.91～45.47，26.53～62.25，24.22～87.13，0.24～0.50，9.89～32.03 mg/kg。而與《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》（NY/T853—2004）[18]、《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》（NY/T391—2013）[19]、《有機(jī)茶產(chǎn)地環(huán)境條件》（NY 5199—2002）[20]、《無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件》（NY 5020—2001）[21]、《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[22]比較發(fā)現(xiàn)，西雙版納州茶園的土壤重金屬平均含量均未超標(biāo)，都符合茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件要求，符合綠色食品茶園、無公害食品茶園的要求。但是在本次調(diào)查的茶園中有33.3%茶園的Pb含量、58.3%茶園的Cd含量、8.3%茶園的Hg含量、33.3%茶園的As含量超過有機(jī)茶園土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

變異系數(shù)是表征樣品變異程度的重要尺度，能在一定程度上反映樣品受人為影響的程度，變異系數(shù)（CV）＜10%為弱變異，10%≤CV≤30%為中等變異，CV＞30%為強(qiáng)變異[23]。由表1可知，7種重金屬平均變異程度由大到小依次為As＞Cr＞Ni＞Hg＞ Pb＞Cd＞Cu；Hg，As，Pb，Cr，Ni等5種重金屬的變異系數(shù)均大于30%；Cd，Cu的變異系數(shù)介于10%～30%，表明Cd，As，Hg，Pb，Ni，Cr，Cu等7種重金屬元素空間差異相對(duì)較大。初步認(rèn)為，西雙版納州茶園土壤中Cd，As，Hg，Pb，Cu，Ni，Cr受外界干擾比較顯著，空間變異較大，可能是受農(nóng)藥、化肥施用和交通污染等外源因子干擾影響所致。

表1 土壤pH值和重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)分析

2.2 茶園土壤重金屬相關(guān)性分析

相關(guān)分析（Correlation Analysis）是研究現(xiàn)象之間是否存在某種依存關(guān)系，并對(duì)其相關(guān)方向和依存程度進(jìn)行探討的一種統(tǒng)計(jì)方法。研究土壤中重金屬的相關(guān)性可以推測(cè)重金屬的來源是否相同[24]，土壤元素間的相關(guān)性可以表征土壤中重金屬元素之間的變化特征及變化趨勢(shì)，如果相關(guān)性顯著，說明土壤元素的地球化學(xué)行為相似、賦存狀態(tài)相似或相同、親和力強(qiáng)[25]，以此揭示元素來源關(guān)系及富集規(guī)律。相關(guān)性分析結(jié)果（表2）表明，pH值與Cd，Cr，Ni，Cu在0.01水平上顯著相關(guān)，表明Cd，Cr，Ni，Cu富集受pH值影響；Pb與As，Ni與Cr，Ni與Cd，Cr與Cd之間在0.01水平上相關(guān)性達(dá)到顯著水平，Cd與Cu，Cr與Cu，Ni與Cu之間在0.05水平上顯著相關(guān)，表明它們之間同源性很高，具有較強(qiáng)的伴生關(guān)系，可能來自同一污染源。Hg與其他元素之間相關(guān)性較低，表明Hg的積累不受pH值和其他重金屬的影響。

表2 茶園土壤中各重金屬含量的相關(guān)性分析

2.3 土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

以云南省土壤元素背景值[26]作參比，計(jì)算得到西雙版納州茶園土壤7種重金屬Eir值，并按照H?KANSON[15]分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)開展?jié)撛谏鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（表3）。西雙版納州茶園土壤各個(gè)重金屬平均Eir的大小順序依次為：Hg（51.93）＞Cd（43.55）＞As（8.32）＞Pb（5.15）＞Ni（1.83）＞Cr（1.23）＞Cu（0.04）。

從不同生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的樣本數(shù)所占比例來看，對(duì)于Ni，Cr，Pb，Cu和As元素，所有土壤樣點(diǎn)都屬于輕微生態(tài)潛在風(fēng)險(xiǎn)；而對(duì)Cd和Hg元素，大多數(shù)樣點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度達(dá)到中等以上，Cd元素達(dá)到中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的樣點(diǎn)占58.33%；Hg元素有8.33%樣點(diǎn)達(dá)到了強(qiáng)度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，有58.33%樣點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度達(dá)到了中等。從單元素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)來看，Cd和Hg的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平較為嚴(yán)重，需要引起注意。

通過計(jì)算西雙版納州茶園土壤重金屬的綜合因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI），結(jié)果表明，RI值范圍為69.69～146.19，平均值為112.05，從不同RI風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別樣點(diǎn)數(shù)占樣點(diǎn)總數(shù)的比例來看，輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)樣點(diǎn)數(shù)達(dá)到100%，表明西雙版納州茶園的土壤狀況整體為輕微程度的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

表3 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析

3 結(jié)論與討論

本研究對(duì)西雙版納州茶園土壤中的Pb，Cd，Hg，Cr，As，Ni，Cu等7種重金屬含量進(jìn)行了檢測(cè)與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，西雙版納州茶園土壤As，Cd，Cr，Cu，Ni，Pb和Hg的平均含量與《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》[18]、《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》[19]、《有機(jī)茶產(chǎn)地環(huán)境條件》[20]、《無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件》[21]、《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[22]相比均未超標(biāo)。其中，Pb，Hg和Cd含量高于云南省土壤元素背景值。西雙版納州茶園土壤7種重金屬空間變異較大，可能是受農(nóng)藥、化肥施用和交通污染等外源因子干擾影響所致。

單因子污染指數(shù)研究結(jié)果表明，西雙版納州茶園土壤各個(gè)重金屬平均Eir的大小順序依次為：Hg（51.93）＞Cd（43.55）＞As（8.32）＞Pb（5.15）＞Ni（1.83）＞Cr（1.23）＞Cu（0.04），只有Hg，Cd存在中等水平潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其他重金屬均屬于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。7種重金屬平均RI為112.05，屬于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。西雙版納州茶園土壤中Pb與As，Ni與Cr，Ni與Cd，Cr與Cd，Cd與Cu，Cr與Cu，Ni與Cu的相關(guān)性顯著，極有可能來自同一污染源；Hg與其他元素相關(guān)性較低，表明Hg的積累不受pH值和其他重金屬的影響。初步推斷，土壤中重金屬除了來源于成土母質(zhì)外，還可能來源于農(nóng)藥化肥的濫施濫用和汽車尾氣排放等交通污染。

雖然西雙版納州茶園土壤為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，但是為了確保茶園土壤用地的長(zhǎng)期安全，首先，在選擇土地建立茶園時(shí)，應(yīng)規(guī)避成土母質(zhì)重金屬含量高的地區(qū)；其次，遠(yuǎn)離重大污染源，嚴(yán)格禁止“三廢”污染茶園土壤；第三，要加強(qiáng)茶園田間管理，嚴(yán)禁使用受重金屬污染的肥料，注意嚴(yán)格控制農(nóng)藥污染，鼓勵(lì)和倡導(dǎo)科學(xué)施肥施藥，最大程度地降低人為二次污染風(fēng)險(xiǎn)。

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Heavy Metal Pollution Characteristics and Ecological Risk Analysis for Soil in Tea Gardens of Xishuangbanna

SUNYunnan1，2，XUYan1，2，XIALifei1，2，YANGShengmei1，2，YINLiqiong1，2，CHENHongyun1，2，XIAOXing1，2，XIARui1，2，CHENJianfeng3，LIUDehe1，2
（1.Institute ofTea，Yunnan AcademyofAgricultural Sciences，Menghai 666201，China；2.Yunnan TechnologyEngineering Research Center ofTea GermplasmInnovation and SupportingCultivation，Menghai 666201，China；3.Tea TechnologyExtension Center ofMenghai County，Menghai 666201，China）

The studyinvestigated concentrations ofsoil heavymetals in tea gardens ofXishuangbanna.And the pollution status and ecological risks of heavy metals in the soils were assessed by H?KANSON potential ecological risk index.The result showed that compared with"the Environmental Requirement for Growing Area of Tea"and"the Green Food Environmental Quality for Production Area"and"the Environmental Condition for Organic Tea Production Area"and"the Non-Environmental Pollution Food Environmental Condition for Tea Production Area"and"the Environmental Quality Standard for Soils",the average content of heavy metals in tea gardens soilof Xishuangbanna were all below the limit by the official standards.The average single factor potential ecological risk index（Eir）ofheavy metal pollution in the soils was in order ofHg（51.93）＞Cd（43.55）＞As（8.32）＞Pb（5.15）＞Ni（1.83）＞Cr（1.23）＞Cu（0.04）.And only Cd and Hg reached moderate level,while the others were of slight level.The integrated factor potential ecological risk index（RI）ofheavymetal pollution in the soils was 112.05,and potential ecological risk analysis suggested a slight risk tolocal ecosystem originated from heavy metal contamination in the soils of tea garden in Xishuangbanna.Fertilization and pesticide spraying must be managed scientificallyin the future,tobe maximumdecreased secondarypollution risk.

tea garden;soil;heavymetals;potential ecological risk index;Xishuangbanna

S571.1

：A

：1002-2481（2017）01-0089-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.01.23

2016-07-12

云南省社會(huì)發(fā)展科技項(xiàng)目（2012CH008）；西雙版納傣族自治州科技三項(xiàng)費(fèi)專項(xiàng)（YX200903）

孫云南（1984-），男，云南大理人，助理研究員，主要從事茶樹生理生化研究工作。劉德和為通信作者。