基于XRF技術(shù)下茶葉種植土壤重金屬檢測(cè)及污染評(píng)估

張治國(guó)

（北京師范大學(xué)珠海分校，廣東珠海 519087）

我國(guó)作為世界上最大的茶葉生產(chǎn)國(guó)、出口國(guó)和消費(fèi)國(guó)，應(yīng)該在茶葉的生產(chǎn)上做好模范作用[1]。據(jù)調(diào)查，截至2016年底，我國(guó)茶葉種植面積為大約為5000萬(wàn)畝，茶葉年產(chǎn)量為227.8萬(wàn)噸，其中國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售額為157萬(wàn)噸。毫無(wú)疑問(wèn)，我國(guó)茶葉聲譽(yù)極佳，生產(chǎn)和消費(fèi)目前在世界排名第一。隨著“茶健康”觀念的推廣和茶文化思維研究的深入，茶產(chǎn)品的質(zhì)量越來(lái)越受到重視。

目前來(lái)看，中國(guó)茶葉的整體上質(zhì)量和安全狀況都比較良好，但是也依然存在很多安全隱患，而且局部不穩(wěn)定經(jīng)常發(fā)生，究其原因，是土壤重金屬污染和種植不合理造成的。為了從根本上提高茶產(chǎn)品質(zhì)量和安全系數(shù)，必須對(duì)調(diào)控污染方面的相關(guān)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行了解分析，得出措施和策略并進(jìn)行探討[2]。就目前來(lái)看，XRF技術(shù)是最為穩(wěn)妥的，即識(shí)別技術(shù)的X射線熒光技術(shù)鑒定茶受到重金屬污染源的方法。為此，我們需要收集X射線熒光光譜，對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)分析并提取主要成分。得到數(shù)據(jù)后在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分組，計(jì)算出每個(gè)樣本的主要成分以及整個(gè)樣本集合的平均值，然后對(duì)污染程度進(jìn)行評(píng)估，致力于緩解重金屬污染問(wèn)題。

1 目前茶葉種植面臨的污染問(wèn)題

1.1 非重金屬污染

目前市面上的茶產(chǎn)品種類(lèi)豐富多樣，其生長(zhǎng)環(huán)境的土壤也各不相同，面臨的主要污染差別不大，分為兩種污染類(lèi)型，一種是重金屬污染，例如鐵、汞鋅等，另一種是非金屬污染，比如農(nóng)藥殘留物和病蟲(chóng)害等。農(nóng)藥殘留和病蟲(chóng)害污染部分占目前茶葉質(zhì)量和安全性的80%左右，也應(yīng)該引起高度的重視，因?yàn)椴枞~農(nóng)藥是常見(jiàn)的，任何農(nóng)作物都需要經(jīng)過(guò)消毒才能提高存活率，雖然農(nóng)藥一般殘留濃度比較低，但如果長(zhǎng)期接觸這些農(nóng)藥殘留物，毒素?zé)o疑會(huì)積累起來(lái)，長(zhǎng)期如此對(duì)人體健康的影響不能低估。由于越來(lái)越多的人民群眾對(duì)健康越來(lái)越關(guān)心，社會(huì)上也倡導(dǎo)健康綠色食品，所以現(xiàn)在農(nóng)藥殘留標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格，即便如此，農(nóng)藥殘留仍然是中國(guó)茶葉質(zhì)量安全問(wèn)題所面臨的最重要的問(wèn)題之一。對(duì)此，有關(guān)部門(mén)要加強(qiáng)生產(chǎn)區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步改善茶園生態(tài)環(huán)境，加強(qiáng)生態(tài)防治技術(shù)。

1.2 重金屬污染

現(xiàn)存的重金屬元素大約有40種，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)道，重金屬的溶解性和耐久性都比較頑強(qiáng)，一般不易溶解，而且周期較長(zhǎng)，對(duì)土壤的污染強(qiáng)度很大。眾所周知，重金屬可以通過(guò)污染農(nóng)作物而使毒素殘留在農(nóng)作物體內(nèi)，進(jìn)一步輸入到農(nóng)作物的果實(shí)和葉子上，影響農(nóng)作物質(zhì)量和產(chǎn)量的同時(shí)還要進(jìn)一步影響污染土壤。人體需要攝入一定量的金屬才能保證血液循環(huán)和心率正常，但是重金屬含量超標(biāo)，則會(huì)嚴(yán)重影響人類(lèi)的正常生理活動(dòng)。

茶園土壤中污染情況的調(diào)查研究重點(diǎn)對(duì)象是重金屬的污染情況，我們需要對(duì)重金屬的污染情況進(jìn)行了解，然后做出污染分析和數(shù)據(jù)報(bào)告，最后做出重金屬綜合污染對(duì)茶葉的影響并且得出解決對(duì)策，為廣大的茶園種植區(qū)域提供借鑒意義[3]。我國(guó)目前科技力量還比較薄弱，但一直在堅(jiān)持科學(xué)研究和技術(shù)滲透，致力于發(fā)現(xiàn)更好的解決方法。據(jù)XRF技術(shù)分析，普通茶葉健康標(biāo)準(zhǔn)是極高的，主要不是在金屬元素的分布規(guī)律上，而是在金屬元素的含量多少的限制下。對(duì)于重金屬的含量，有必要做好進(jìn)一步研究并且一定要開(kāi)發(fā)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)雙重方式保證茶葉的質(zhì)量和安全。

2 XRF技術(shù)的引用

XRF是目前行業(yè)內(nèi)的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，原理是使用XRF光譜儀中的光管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)樣品，啟動(dòng)儀器，激發(fā)生物樣品中的元素，對(duì)這些元素進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)。通過(guò)這種方式，能夠分離出茶產(chǎn)品中的有害物質(zhì)，也能得出重金屬含量在茶產(chǎn)品中的毒害比例，借此對(duì)茶產(chǎn)品的污染度數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，然后進(jìn)一步做好污染評(píng)估報(bào)告。另外，茶產(chǎn)品種植人員和相關(guān)專(zhuān)家組需要明白，茶產(chǎn)品體內(nèi)和土壤的重金屬含量和農(nóng)作物的種植密度有很大的關(guān)聯(lián)。根據(jù)相關(guān)資料和數(shù)據(jù)報(bào)告，不難得知，植物中微量元素的分析可歸因于其起源和種類(lèi)。

檢測(cè)原理是利用波長(zhǎng)和色散的原理，使用X射線熒光法對(duì)觀察組和對(duì)照組的15種紅茶中31種礦物元素進(jìn)行定量測(cè)定，當(dāng)然，必須記錄好精確的數(shù)據(jù)結(jié)果。同時(shí)，需要不斷對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)聚類(lèi)分析區(qū)分出每一種的細(xì)微不同，然后追溯這15種茶葉的起源和產(chǎn)地特征，對(duì)其進(jìn)行研究。

XRF技術(shù)需要分散光譜晶體以方便操作，在分散光譜晶體之后，有許多事項(xiàng)是必須注意的，比如，儀器要保持高度清潔，以避免一般污染物影響實(shí)驗(yàn)操作，最后致使實(shí)驗(yàn)誤差的出現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，所選擇的檢測(cè)器必須以特定的角度確定來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)要比對(duì)各種元素的含量是否科學(xué)合理。為了避免不必要的誤導(dǎo)因素和實(shí)驗(yàn)的巨大誤差的出現(xiàn)，同時(shí)也為了減少這些影響，實(shí)驗(yàn)組所選擇的校準(zhǔn)樣品必須同時(shí)滿(mǎn)足清潔和具有與待分析樣品相似的類(lèi)型這兩個(gè)條件。

3 引入技術(shù)后土壤重金屬檢測(cè)及污染評(píng)估

3.1 重金屬檢測(cè)情況

3.1.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量

實(shí)驗(yàn)的天氣條件有一定的限制，為了避免實(shí)驗(yàn)誤差太大，最好在天氣晴朗的日子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。要求空氣干燥的程度適中（溫度一般在20℃～30℃左右，空氣濕度一般在25%～55%最好）?？諝鈼l件合適之后，就是收集土壤樣品，對(duì)收集土壤樣品也有一定的條件限制，土壤質(zhì)量應(yīng)該由一定的可見(jiàn)程度，其次除去土壤可見(jiàn)的侵入性和粗有機(jī)物質(zhì)等雜質(zhì)。其中，土壤不能含有太多雜質(zhì)，具體的含雜質(zhì)數(shù)據(jù)可見(jiàn)一定的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[4]。在土壤的收集中，不需要刻意的分離金屬含量，區(qū)號(hào)土壤樣品，通過(guò)XRF技術(shù)測(cè)量土壤中各種重金屬的含量并記錄好Cu、Zn、Cd等重金屬通過(guò)3510原子吸收分光光度的數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)金屬元素進(jìn)行測(cè)定。這樣的測(cè)量準(zhǔn)確度很高，具有很大的借鑒意義。

3.1.2 數(shù)據(jù)分析

得到相應(yīng)數(shù)據(jù)之后，對(duì)茶園總體面積進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)一定的比例可得出茶園單位面積內(nèi)的重金屬含量。通過(guò)重金屬在單位面積內(nèi)的土壤中所占的比例，可知土壤pH值為4.06～5.80，呈弱酸性。根據(jù)茶的生長(zhǎng)資料可知，茶適合生長(zhǎng)在酸性土壤中，特別是弱酸性土壤環(huán)境，而測(cè)量出得土壤環(huán)境一般適合茶樹(shù)正常生長(zhǎng)。根際測(cè)量出得土壤pH值低于非根際土壤pH值，所以酸性還略低，其中土壤電導(dǎo)率在44.91～77.09μS·cm-1之間，查閱相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)告，不難得知，樣品土壤電導(dǎo)率略高于非根際土壤。

3.2 污染評(píng)估

分析數(shù)據(jù)并記錄好實(shí)驗(yàn)前后的對(duì)比，做好相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，然后對(duì)茶葉種植區(qū)域土壤重金屬檢測(cè)的情況進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)對(duì)比，我們得知在土壤中，茶葉根部的土壤中Ca的溶出量基本沒(méi)有太多變化，反而是老葉略高于新片，這就說(shuō)明，許多應(yīng)有的重金屬元素已經(jīng)被茶葉的根莖葉吸收了，所以在土壤中重金屬的含量較少。在許多茶園的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)上，我們都可以得知，一般Mg的含量高于非茶葉種植區(qū)，而且對(duì)于這種金屬元素，茶葉的葉片和根部的溶解度比較接近。根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)據(jù)比對(duì)，不難得知，在取出的土壤樣品中，銅在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的溶液中幾乎溶解了。對(duì)于重金屬Zn來(lái)說(shuō)，許多時(shí)候在一定溫度下年輕葉子的溶解一般比老葉子明顯。在研究重金屬錳時(shí)，不難發(fā)現(xiàn)，錳是在采礦區(qū)溶解的茶葉遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他茶園區(qū)域的，在錳金屬含量多的土壤環(huán)境里，一般情況下，老葉通常高于幼葉。

此外，為確保習(xí)慣喝茶人士的身體健康，要對(duì)茶葉的質(zhì)量和安全做嚴(yán)格把關(guān)，做好相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，首先應(yīng)從茶葉來(lái)源開(kāi)始監(jiān)測(cè)，其次再去檢測(cè)土壤問(wèn)題。一般情況下，茶園不宜生產(chǎn)有毒廢水，而且茶園的分布嚴(yán)格盡可能遠(yuǎn)離廢水、廢氣的排放方向，要保證相關(guān)廢氣和廢礦業(yè)企業(yè)的排污能力達(dá)標(biāo)，以此保證綠色經(jīng)濟(jì)的循環(huán)增長(zhǎng)和人體健康。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，茶葉種植給我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高做出了巨大貢獻(xiàn)，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，不能只追求經(jīng)濟(jì)效益，須得加強(qiáng)環(huán)境建設(shè)，同時(shí)提高相關(guān)工作人員的素養(yǎng)，培育其綠色經(jīng)濟(jì)意識(shí)。在每一次采摘茶葉時(shí)，最后也記錄好產(chǎn)量和種植面積，與茶葉生產(chǎn)、加工、管理過(guò)程對(duì)比，尋找不符合客觀事實(shí)的數(shù)據(jù)并分析其存在的愿意。在測(cè)量過(guò)程中，對(duì)運(yùn)用XRF技術(shù)所測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)應(yīng)詳細(xì)記錄，以此保障產(chǎn)品安全。這種辦法是建立產(chǎn)品追溯體系的前提，既可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，還利于保障茶產(chǎn)品購(gòu)買(mǎi)者的飲用安全，同時(shí)也是保證茶葉產(chǎn)品質(zhì)量的重要組成部分。對(duì)于茶葉種植園區(qū)來(lái)說(shuō)，農(nóng)藥的使用情況也應(yīng)該做好相應(yīng)記錄，材料也應(yīng)保存以待考察。對(duì)于金屬產(chǎn)品的投放一定要合理，避免重金屬造成的土壤污染，同時(shí)應(yīng)該盡量避免使用化學(xué)農(nóng)藥產(chǎn)品，藥物殘留不僅抑制植物生長(zhǎng)，對(duì)人體健康也是有百害而無(wú)一利。

[1]陳宗懋．我國(guó)茶產(chǎn)業(yè)質(zhì)量安全和環(huán)境安全問(wèn)題研究［J］．農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全，2011(3):5－7．

[2]謝忠雷，邱立民，董德明，等．茶葉中氟含量及其影響因素［J］．吉林大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2014(2):81－84．

[3]林躍勝,方鳳滿(mǎn),魏曉飛.皖南茶園土壤重金屬化學(xué)形態(tài)及其生物有效性.水土保持通報(bào),2014,34(6):59-63.

[4]楊明太,陳錦華,高戈,等.能量色散X熒光方法測(cè)定茶葉中的微量元素[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù),2013,14(7):230-233.