貴州雷山茶區(qū)土壤-茶葉重金屬含量特征及飲茶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

劉春林，張 建，彭益書，倪莘然，楊瑞東，*

(1.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025； 2.貴州大學(xué) 茶學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

茶葉是我國(guó)具有資源優(yōu)勢(shì)和文化底蘊(yùn)的傳統(tǒng)綠色健康飲品，在世界6大健康飲品中居首位。茶葉中富含許多對(duì)人體健康有益的礦物元素和化學(xué)組分，如茶多酚、兒茶素、咖啡堿等。喝茶不僅可以預(yù)防心腦血管疾病、降血脂，還具有抗癌等諸多保健功效。然而，茶葉中也含有一些對(duì)人體有害的重金屬元素，這些重金屬元素可通過飲茶途徑進(jìn)入人體，從而構(gòu)成健康風(fēng)險(xiǎn)。近年來，關(guān)于茶葉重金屬與飲茶健康的問題備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注[1]。學(xué)者們已圍繞茶葉重金屬含量與茶樹器官[2]、大氣沉降[3]、土壤環(huán)境質(zhì)量[4-5]和施肥[6]等開展了深入的研究工作。管培彬等[7]研究表明，茶葉中As含量小于1.16 mg·kg-1時(shí)，無論以何種方式攝入茶葉，均不會(huì)對(duì)人體健康造成威脅；張清海等[8]在貴州云霧茶區(qū)開展了一系列的研究工作，表明貴州云霧茶對(duì)土壤中重金屬元素的富集能力從高到低依次為Cu>Cd>Hg>Pb>Cr>As，茶葉-茶湯系統(tǒng)重金屬浸出率最高的元素為Hg，且Hg和Cu在土壤-茶葉-茶湯系統(tǒng)具有較大的富集系數(shù)和浸出率；王峰等[9]研究表明，土壤pH是影響土壤Cd有效性的主要因素，試驗(yàn)條件下茶湯和茶葉中Cd的致癌健康年均風(fēng)險(xiǎn)分別為6.33×10-7和4.42×10-6，可以安全飲用。

雷山縣是黔東南州主要的茶葉產(chǎn)區(qū)之一，植茶歷史悠久，形成了很多名茶品牌，以“云霧綠茶”“銀球茶”“清明茶”等黔茶品牌聞名全國(guó)。截至2018年，雷山縣有著名茶葉企業(yè)130家，合作社40家，省龍頭企業(yè)11家，州級(jí)龍頭企業(yè)13家，并獲得了“中國(guó)茶文化之鄉(xiāng)”“中華文化名茶”等眾多榮譽(yù)稱號(hào)。目前，關(guān)于雷山茶區(qū)土壤、茶葉重金屬含量特征和飲茶健康風(fēng)險(xiǎn)等的研究較少，在本研究檢索范圍內(nèi)僅見關(guān)于雷山清水江組分布區(qū)茶葉種植區(qū)礦質(zhì)元素的調(diào)查分析[10]。為此，特在貴州省雷山縣番召組、清水江組地層分布區(qū)開展茶園土壤-茶葉重金屬元素的含量調(diào)查，分析茶客的飲茶健康風(fēng)險(xiǎn)，為貴州雷山優(yōu)質(zhì)茶葉的規(guī)?；N植提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

雷山縣位于黔東南苗族侗族自治州(107°55′～108°22′E，26°02′～26°34′N)，年平均氣溫在15～16 ℃，年最高氣溫35.6 ℃，最低氣溫-8.9 ℃，年無霜期249～259 d，屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均降水量1 287.6 mm。境內(nèi)地貌以山為主(云貴高原湘桂丘陵盆地過渡斜坡地帶)，海拔最高點(diǎn)2 178.8 m，最低點(diǎn)484 m。境內(nèi)植被茂盛，森林覆蓋率高，林地面積占全縣總面積的70.1%，具有得天獨(dú)厚的生態(tài)環(huán)境資源。近幾年來，雷山茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，有機(jī)茶葉面積653.2 hm2，年茶產(chǎn)品產(chǎn)量3 950 t，年產(chǎn)值5.4億元，是貴州綠色生態(tài)茶葉的重要生產(chǎn)基地。茶葉生產(chǎn)已經(jīng)成為雷山農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要支柱。

1.2 樣品采集與測(cè)定

根據(jù)雷山縣整體茶區(qū)分布情況和地形地貌特征，選定具有代表性的樣點(diǎn)進(jìn)行分析采樣。采用蛇形布點(diǎn)法，采樣點(diǎn)間距2～4 km，于茶葉成熟期(2018年4月初)完成樣品采集。采集表層土壤樣品(0～20 cm)共計(jì)24份，采集方法為X形5點(diǎn)(X的4個(gè)頂點(diǎn)和中心位置)混合法取樣，裝入透氣布袋中。研究區(qū)地層主要為青白口系板溪群番召組(Ptbnbf2)、清水江組(Ptbnbq2)分布，基巖為變余砂巖、粉砂巖，土壤類型主要為砂質(zhì)黃壤。采樣過程中為避免目標(biāo)土壤受金屬工具污染，采用無污染木質(zhì)取土器；刮掉土壤薄塵與金屬工具接觸的部分后再進(jìn)行取樣，之后記錄茶區(qū)土壤類型，并用北斗K20S型GPS儀(西安譽(yù)測(cè)儀器設(shè)備有限公司，中國(guó))記錄采樣點(diǎn)位置、海拔等信息，同時(shí)采集同點(diǎn)茶樹茶葉(一芽?jī)扇~，大小相似)樣品24份。茶葉品種為福鼎大白茶、龍井茶43、安吉白茶。研究區(qū)采樣點(diǎn)分布示意圖見圖1。

土壤樣品風(fēng)干后剔除植物根系、碎石等雜物，置于DHG-9070型恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司，中國(guó))中于40 ℃烘至恒重，用木棍碾碎，過2 mm的尼龍篩，再用瑪瑙研缽研磨過0.149 mm尼龍篩，做好標(biāo)記，裝入密封袋中。茶葉樣品先以自來水清洗，再用去離子水(18.2 MΩ·cm、25 ℃)沖洗3遍，之后在恒溫鼓風(fēng)干燥箱中60 ℃烘至恒重(12 h)，用DFT-100型手提式高速粉碎機(jī)(上海精勝科學(xué)儀器有限公司，中國(guó))將茶葉打磨至能過200目篩(孔徑0.075 mm)，

做好標(biāo)記密封保存。土壤和茶葉樣品送至廣州澳實(shí)分析有限公司完成測(cè)試。茶葉樣品采用王水消解、HCl定容。因元素在不同溶液中的溶解度不同，因此將土壤樣品分別做2份進(jìn)行測(cè)試：一份采用王水消解，去離子水定容；另一份用HNO3-HClO4-HF-HCl消解，稀HCl定容。所有茶葉、土壤樣品均同時(shí)采用Elan 9000型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Perkin Elmer，美國(guó))和5110型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(Agilent，美國(guó))進(jìn)行檢測(cè)。土壤pH值測(cè)定：土、水按1∶2.5的質(zhì)量體積比浸提，用三信SX-620酸度計(jì)(上海右一儀器有限公司，中國(guó))測(cè)定浸提液的pH值。

1.3 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法

1.3.1 地累積指數(shù)法

參考Muller[11]提出的地累積指數(shù)法評(píng)估模型，以貴州A層土壤背景值為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)地累積指數(shù)(Igeo)的計(jì)算結(jié)果，將重金屬污染劃分為7個(gè)等級(jí)：Igeo≤0，無污染；05，極嚴(yán)重污染。

圖1 貴州雷山茶區(qū)采樣點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Distribution map of tea sampling sites in Leishan

1.3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的計(jì)算公式參見文獻(xiàn)[12]，以貴州省土壤背景值[13-14]為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并參照徐爭(zhēng)啟等[15]的研究結(jié)果，對(duì)本研究涉及的重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)做如下調(diào)整：Hg調(diào)為40，Cd調(diào)為30，As調(diào)為10，Cu、Ni、Co、Pb均調(diào)為5，Cr調(diào)為2，Zn和Mn調(diào)為1。RI為多種金屬元素的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，為多種金屬元素單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Ei，下標(biāo)i表示相應(yīng)的重金屬元素)的加合。

Ei分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：Ⅰ級(jí)，Ei<40，低風(fēng)險(xiǎn)；Ⅱ級(jí)，40≤Ei<80，中等風(fēng)險(xiǎn)；Ⅲ級(jí)，80≤Ei<160，較高風(fēng)險(xiǎn)；Ⅳ級(jí)，160≤Ei<320；高風(fēng)險(xiǎn)；Ⅴ級(jí)，Ei≥320，很高風(fēng)險(xiǎn)。

RI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：Ⅰ級(jí)，RI<150，低風(fēng)險(xiǎn)；Ⅱ級(jí)，150≤RI<300，中風(fēng)險(xiǎn)；Ⅲ級(jí)，300≤RI<600，重風(fēng)險(xiǎn)；Ⅳ級(jí)，RI≥600，嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 茶葉對(duì)重金屬元素的生物富集系數(shù)

為了進(jìn)一步分析茶葉對(duì)重金屬元素的吸收情況，采用生物富集系數(shù)(BCF)來表征重金屬在植物-土壤中的遷移變化情況[16-17]。BCF值越大，表明茶葉富集重金屬元素的能力越強(qiáng)。

1.5 茶葉健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

茶葉中的重金屬一旦過量攝取，會(huì)對(duì)人體健康造成影響。采用如下健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模式：

VEDI=(C×FIR×VTR)/(WAB×1 000)

(1)

式(1)中：VEDI代表估計(jì)每日攝入量(EDI)的值(mg·kg-1·d-1)；C為茶葉中重金屬元素的含量(mg·kg-1)；FIR代表飲茶率(g·d-1)，取值為10 g·d-1[18]；VTR代表熱水浸泡茶葉時(shí)，元素從茶葉浸出到茶汁的轉(zhuǎn)化率，參照前人研究結(jié)論[19-23]，設(shè)定Cu、Zn、As、Mn、Cr的轉(zhuǎn)化率分別為28.7%、19.3%、16.2%、22.5%、42.0%，Cd、Pb的轉(zhuǎn)化率分別為6.6%、19.8%，Hg的轉(zhuǎn)化率為45.2%，Ni的轉(zhuǎn)化率為30.0%，Co的轉(zhuǎn)化率為49.3%；WAB代表人群平均體重，成年男性取值為70 kg[24]，成年女性取值為50 kg[25]，兒童取值為30 kg[26]。

單個(gè)重金屬元素的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(THQ)計(jì)算公式如下：

VTHQ=VEDI/VRfD。

(2)

式(2)中：VTHQ代表THQ的值，當(dāng)VTHQ<1時(shí)，表示不會(huì)對(duì)人體造成致癌風(fēng)險(xiǎn)；VRfD代表飲茶時(shí)，重金屬元素?cái)z入的參考劑量(mg·kg-1·d-1)，參照相關(guān)文獻(xiàn)[20，22，27]，將Cu、Zn、As、Mn、Cd、Pb、Hg、Ni、Co的口服參考劑量(RfD)分別設(shè)定為4.0×10-2、3.0×10-1、3.1×10-4、1.4×10-1、1.0×10-3、3.6×10-3、2.0×10-4、2.0×10-2、3.0×10-4mg·kg-1·d-1，因?yàn)镃r6+在胃中的酸性環(huán)境下會(huì)轉(zhuǎn)變成為Cr3+[28]，因此將Cr的口服參考劑量參照Cr3+設(shè)定為1.5 mg·kg-1·d-1。

飲茶的重金屬風(fēng)險(xiǎn)并不限于單個(gè)金屬元素，為此，引入重金屬暴露危害指數(shù)(HI)來表示綜合飲茶健康風(fēng)險(xiǎn)，其在數(shù)值上等于所有供試重金屬元素THQ值的加合，HI值小于1，則說明該茶飲不具有致癌風(fēng)險(xiǎn)。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用Coreldraw X8軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量特征

貴州雷山縣變余砂巖分布區(qū)茶園土壤中10種重金屬元素的含量分布如表1所示。土壤中10種重金屬元素的平均含量從大到小依次為Mn>Zn>Cr>Pb>As>Ni>Cu>Co>Hg>Cd。與貴州省A層土壤背景值[13-14]相比，土壤Hg的平均含量為0.181 mg·kg-1，高于貴州省A層土壤背景值。10種重金屬元素中，僅Mn的變異系數(shù)大于50%，表明研究區(qū)土壤Mn的含量分布有一定的隨機(jī)性和差異性。與最新發(fā)布的GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》相比，研究區(qū)茶園土壤10種重金屬中僅個(gè)別土壤的As、Cd含量超標(biāo)，超標(biāo)個(gè)數(shù)分別為1和3個(gè)，超標(biāo)率分別為4.2%和12.5%(n=24)。整體來看，貴州雷山茶區(qū)土壤質(zhì)量良好。導(dǎo)致部分土壤As、Cd超標(biāo)的原因可能與該區(qū)地質(zhì)背景有關(guān)。有研究表明，油餅改良劑(OCA)可以降低土壤中鎘的污染[29]。此外，適宜茶樹生長(zhǎng)的土壤pH為3.5～5.5，最適宜pH為5.0，而雷山茶區(qū)土壤的pH在3.3～4.6(均值3.8)，建議適當(dāng)施用生理中性和生理堿性肥料、石灰粉，以有效緩解土壤酸化。

表1 貴州雷山茶區(qū)土壤重金屬元素含量分布(n=24)

Table 1 Distribution of heavy metals contents in Leishan (n=24)

統(tǒng)計(jì)項(xiàng)Statistical itemAsCdCoCrCuHgNiPbZnMn最大值 Maximum/(mg·kg-1)40.30.42612.868.024.00.35326.850.31021 730最小值 Minimum/(mg·kg-1)9.300.0752.5021.07.200.0776.4016.736.7102.0平均值 Mean/(mg·kg-1)16.80.1806.5043.314.10.18115.730.474.9425.7標(biāo)準(zhǔn)差 Standard deviation/(mg·kg-1)8.110.0852.5314.54.850.0875.037.1218.4334.9變異系數(shù) Coefficient of variation/%48.046.138.933.534.548.032.023.424.578.7貴州省A層土壤背景值20.00.24819.295.932.00.11039.135.299.5794.0Background values of A layer soil in Guizhou/(mg·kg-1)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Soil quality standard (pH<5.5)/(mg·kg-1)40.00.3—15050.01.360.070.0200—土壤樣品超標(biāo)個(gè)數(shù)Number of samples exceeding soil quality standard1300000000

2.2 土壤重金屬相關(guān)性分析

貴州雷山茶區(qū)土壤中10種重金屬元素及其與土壤pH、海拔的相關(guān)性分析結(jié)果如表2所示：土壤中Cr與Cu、Hg、Ni呈現(xiàn)極顯著(P<0.01)正相關(guān)，Cu與Ni、Pb呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)，Pb與Cd、Cu、Hg呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)，Co與Mn、Zn呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)，Ni與Zn呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)，表明以上元素具有較高的同源性。土壤中As與Co、Zn呈顯著(P<0.05)負(fù)相關(guān)，可能與元素之間存在某種拮抗作用有關(guān)，而與其他重金屬元素的相關(guān)性系數(shù)較低，說明其來源不唯一。土壤pH與重金屬As、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、Mn無顯著相關(guān)性。研究區(qū)土壤Cr與海拔呈現(xiàn)極顯著(P<0.01)正相關(guān)，與Hg、Ni呈顯著(P<0.05)正相關(guān)，隨著海拔的不斷升高，土壤中Cr、Hg、Ni的含量逐漸增加，這可能與該區(qū)的海拔高度、大氣沉降等具有一定的關(guān)系。

2.3 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

以貴州土壤背景值作為參考，采用地累積指數(shù)法對(duì)貴州雷山茶區(qū)土壤重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。土壤中Hg的Igeo值最大，介于1～2，呈現(xiàn)中度污染特征。As、Cd、Mn的Igeo最大值介于0～1，呈現(xiàn)輕度污染特征，而Pb、Zn、Cr、Cu、Ni、Co的Igeo最大值均低于0，為無污染等級(jí)。As、Cd、Hg、Mn的污染樣點(diǎn)數(shù)分別占總樣點(diǎn)數(shù)(n=24)的8.33%、8.33%、50.00%、4.17%，含Hg的污染土壤樣品占比最大。從茶區(qū)整體土壤質(zhì)量來看，10種重金屬的平均地累積指數(shù)(Igeo)均小于0，表明茶區(qū)整體土壤質(zhì)量較好。

表2 雷山土壤重金屬元素及其與土壤pH、海拔的相關(guān)性(n=24)

Table 2 Correlation within heavy metal elements and soil pH， altitude in Leishan

統(tǒng)計(jì)項(xiàng)Statistical itemAsCdCoCrCuHgNiPbZnMnpHCd-0.077Co-0.420?0.287Cr0.1660.0450.028Cu-0.1050.3390.474?0.685??Hg0.2090.273-0.0310.559??0.422?Ni-0.116-0.0100.3370.833??0.712??0.247Pb-0.0720.707??0.3740.3710.559??0.629??0.261Zn-0.415?0.0840.725??0.1170.363-0.1880.568??0.166Mn-0.2460.457?0.823??-0.0310.419?-0.0520.1270.2670.444?pH-0.195-0.0450.126-0.197-0.160-0.2770.015-0.1710.242-0.031海拔Altitudes0.178-0.015-0.0550.643??0.3960.490?0.429?0.3310.069-0.081-0.170

*與**分別表示顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)相關(guān)。下同。

* and ** represented significant correlation atP<0.05 andP<0.01， respectively. The same as below.

圖2 貴州雷山茶區(qū)土壤重金屬Igeo含量特征Fig.2 Igeo of soil heavy metals in Leishan， Guizhou

土壤中10種重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Ei)結(jié)果詳見表3。雷山茶區(qū)土壤Hg的Ei值最大，范圍在28.0～128.0，均值為65.9，呈現(xiàn)中等風(fēng)險(xiǎn)。含Hg污染的土壤樣點(diǎn)占比分別為：Ⅰ級(jí)，25%；Ⅱ級(jí)，50%；Ⅲ級(jí)，25%(表4)。這表明Hg是研究區(qū)主要的污染因子。其他9種重金屬元素的平均Ei值均小于40，呈現(xiàn)低風(fēng)險(xiǎn)特征。除Mn外，其他9種重金屬元素的Ei值變異系數(shù)均低于50%。研究區(qū)內(nèi)土壤Mn的Ei值屬于高度變異，與該區(qū)基巖和土壤背景值有一定關(guān)系。魏曉[30]研究表明，貴州番召組、清水江組分布區(qū)母巖中含有大量的火山凝灰?guī)r，上覆土壤中錳質(zhì)膜發(fā)育。

從綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)(表3～4)來看，土壤重金屬RI值在48.2～224.0，均值為110.0，屬于低風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。RI各級(jí)別占比為：Ⅰ級(jí)，83.3%；Ⅱ級(jí)，16.7%。

綜合地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果，Hg是貴州雷山茶區(qū)土壤主要的污染因子，但雷山茶區(qū)土壤中的Hg尚未超過相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618—2018)的限量要求。

2.4 茶葉重金屬含量特征

茶葉中的重金屬元素主要來源于土壤，且受土壤背景值的影響。貴州雷山茶葉(嫩葉和老葉)10種重金屬的含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。茶樹嫩葉各重金素元素含量的平均值從高到低依次為Mn>Zn>Cu>Ni>Cr>Co>Pb>Cd>As>Hg，老葉除Pb、As、Hg外，其他元素含量的排序均與嫩葉相似。導(dǎo)致老葉與嫩葉中Pb、As、Hg含量排序差異的原因，可能與大氣沉降和土壤背景值有關(guān)。雷山茶區(qū)土壤Hg背景值較高，但在茶樹老葉和嫩葉中含量均最低，說明茶樹對(duì)Hg的吸收具有低效性。分析發(fā)現(xiàn)，老葉As、Cd、Cr、Mn、Pb、Hg的平均含量顯著(P<0.05)高于嫩葉，而嫩葉中Cu、Zn、Ni、Co的平均含量顯著(P<0.05)高于老葉，其中老葉Hg、Pb、Mn的平均含量分別是嫩葉的17.7、6.1、4.9倍，說明老葉對(duì)重金屬Hg、Pb、Mn具有較強(qiáng)的積累特性，而嫩葉對(duì)Cu、Zn、Ni、Co的吸收積累強(qiáng)于老葉。此外，嫩葉中Zn的平均含量達(dá)到48.3 mg·kg-1，是伊朗紅茶的1.67倍[31]，高于鳳崗鋅硒茶(DB52/T489—2015)的富鋅標(biāo)準(zhǔn)(40 mg·kg-1)，對(duì)于富鋅茶的開發(fā)非常有利。對(duì)照NY/T 288—2018《綠色食品 茶葉》、NY 659—2003《茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量》和GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中真菌毒素限量》，研究區(qū)茶葉中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb平均含量均低于國(guó)家限定標(biāo)準(zhǔn)(分別為2、1、5、30、0.3、5 mg·kg-1)，表明該地區(qū)茶葉中重金屬含量總體處于安全等級(jí)。

表3 雷山茶區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(n=24)

Table 3 Potential ecological risk index of heavy metals in Leishan(n=24)

統(tǒng)計(jì)項(xiàng)Statistical itemEiAsCdCoCrCuHgNiPbZnMnRI最大值 Maximum20.20 51.5 3.08 3.55 3.75 128.0 3.43 7.15 1.03 2.18 224.0最小值 Minimum4.65 9.07 0.60 1.10 1.13 28.0 0.82 2.37 0.37 0.13 48.2平均值 Mean8.38 22.2 1.56 2.26 2.20 65.9 2.01 4.32 0.75 0.54 110.0標(biāo)準(zhǔn)差 Standard deviation4.06 10.3 0.610.76 0.76 31.6 0.64 1.01 0.18 0.42 38.4變異系數(shù) Coefficient of variation/%48.446.138.933.534.548.032.023.424.578.734.8

表4 雷山茶區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)頻率特征(n=24)

Table 4 Characteristic of heavy metal potential ecological risk index in Leishan(n=24)

%

表5 雷山茶葉重金屬含量特征

Table 5 Characteristics of heavy metals in Leishan tea mg·kg-1

葉片類型Leaf type 統(tǒng)計(jì)項(xiàng)Statistical itemAsCdCoCrCuHgNiPbZnMn嫩葉最大值 Maximum0.1120.2430.6760.73024.10.01119.650.47659.81 555Young leaves最小值 Minimum0.0200.0160.0650.13010.80.0025.550.10641.1273(n=24)平均值 Mean0.0500.0530.3200.41117.30.00611.580.26848.3743標(biāo)準(zhǔn)差 Standard deviation0.0230.0450.1670.1873.30.0023.940.0905.4324變異系數(shù) Coefficient of variation/%45.884.452.245.419.139.934.133.511.243.6老葉最大值 Maximum0.3380.1840.3460.96013.80.13515.352.86024.86 270Mature leaves最小值 Minimum0.0920.0480.0620.3005.90.0741.530.91112.91 420(n=24)平均值 Mean0.1690.0950.1590.5639.50.1066.691.64517.93 661標(biāo)準(zhǔn)差 Standard deviation0.0630.0370.0720.1871.80.0164.080.5293.41 590變異系數(shù) Coefficient of variation/%37.138.645.033.319.114.961.032.119.143.4

在貴州6個(gè)主要茶葉產(chǎn)區(qū)中，雷山茶區(qū)茶葉Cu含量明顯高于其他茶區(qū)[21，32](表6)，這可能與該區(qū)土壤Cu的地球化學(xué)背景值具有一定關(guān)系；Cd含量?jī)H高于羅甸茶區(qū)，As、Cr、Hg、Pb含量最低。綜上，從重金屬含量來看，雷山茶區(qū)茶葉質(zhì)量整體較好。

2.5 茶葉-土壤重金屬元素及pH相關(guān)性分析

對(duì)貴州雷山茶區(qū)茶葉重金屬元素與土壤對(duì)應(yīng)元素及土壤pH進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表7所示。嫩葉中僅Cd、Cr、Ni、Mn、Pb、Hg與土壤對(duì)應(yīng)元素含量呈顯著(P<0.05)正相關(guān)，說明嫩葉中As、Co、Cu、Zn的來源不唯一。老葉中僅Ni、Mn、Co與土壤對(duì)應(yīng)元素的含量呈顯著(P<0.05)相關(guān)性。王陽等[33]研究表明，大氣沉降對(duì)茶葉Pb、Cr、Cd的積累具有一定影響，而導(dǎo)致老葉和嫩葉中重金屬元素相關(guān)性差異的原因，可能還包括重金屬元素在老葉、嫩葉中的累積能力。要特別指出的是，茶樹老葉和嫩葉中含量最多的均是Mn，而老葉和嫩葉中Mn與土壤Mn含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.566、0.592，且相關(guān)性均達(dá)到極顯著(P<0.01)水平。此外，茶樹嫩葉和老葉中10種重金屬元素與土壤pH值的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平(數(shù)據(jù)未給出)。

2.6 茶葉重金屬富集特征

土壤中的重金屬元素主要通過茶樹根系進(jìn)入植物體內(nèi)并累積，采用BCF(茶葉中重金屬與土壤重金屬含量的比值)來反映茶葉中的重金屬遷移能力與富集程度。從表8可以看出，老葉和嫩葉對(duì)Mn的富集能力最強(qiáng)，其次是Cu，而對(duì)Co、Pb、Cr、As的富集能力較弱，且以對(duì)As的BCF最低。這可能與茶葉中的多酚可高效抑制土壤中無機(jī)砷化合物的吸收有關(guān)。嫩葉中各重金屬元素的BCF從高到低依次為Mn>Cu>Ni>Zn>Cd>Co>Hg>Cr>Pb>As，而老葉中各重金屬元素的BCF從高到低依次為Mn>Cu>Hg>Cd>Ni>Zn>Pb>Co>Cr>As，茶樹老葉對(duì)Mn、Cd、Cr、As、Hg、Pb的富集能力強(qiáng)于嫩葉，而嫩葉對(duì)Cu、Zn、Co、Ni的富集能力強(qiáng)于老葉，尤其是對(duì)Cu、Zn的富集能力顯著(P<0.05)強(qiáng)于老葉。

表6 貴州主要茶葉產(chǎn)區(qū)茶葉重金屬含量(n=24)

Table 6 Heavy metals contents in major tea producing areas in Guizhou

mg·kg-1

表7 雷山茶葉-土壤重金屬元素及pH相關(guān)性(n=24)

Table 7 The correlation of heavy metals of tea， soil and pH in Leishan (n=24)

葉片類型 Leaf typeAsCdCoCrCuHgNiPbZnMn嫩葉Young leaves0.1130.593??0.2230.681??0.3740.460?0.796??0.542?0.1180.592??老葉Mature leaves0.204-0.0550.456?0.3890.2990.1270.611??0.2130.1660.566??

2.7 茶葉重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

貴州雷山茶葉的飲茶健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果如表9所示。對(duì)貴州雷山茶區(qū)茶樹嫩葉而言，不同人群飲茶途徑的10種重金屬元素估計(jì)每日攝入量(EDI)均值從高到低依次均呈現(xiàn)為Mn>Zn>Cu>Ni>Cr>Co>Pb>As>Cd>Hg，與云南大葉種、昆明小葉種、烏牛早的EDI排序相似[34]；而對(duì)雷山茶區(qū)茶樹老葉而言，不同人群飲茶途徑的10種重金屬元素EDI均值從高到低依次為Mn>Zn>Cu>Ni>Pb>Cr>Co>Hg>As>Cd，與福建省烏龍茶的重金屬EDI值排序相似[22]。貴州雷山茶區(qū)茶樹嫩葉和老葉的平均EDI值均表現(xiàn)為Mn最高，其次為Zn、Cu。嫩葉Cu、Zn、Co、Ni的EDI高于老葉，老葉Mn、Cr、Pb、As、Cd、Hg的EDI高于嫩葉。其中，Zn、Cu屬于人體必需的元素，因此當(dāng)飲用嫩葉茶時(shí)需注意過量Co、Ni的攝入。

重金屬在人體內(nèi)代謝緩慢，若長(zhǎng)期積累，可能會(huì)對(duì)人體造成損傷。貴州雷山茶葉中10種重金屬元素通過飲茶途徑所引起的THQ和HI如表10所示?？梢钥闯觯铇淠廴~中10種重金屬對(duì)成年男性、女性和兒童的目標(biāo)重金屬危害指數(shù)(THQ均值)從大到小依次均為Mn>Co>Ni>Cu>Zn>As>Pb>Hg>Cd>Cr，與江西綠茶的平均THQ值排序相似[20]。茶樹老葉中10種重金屬對(duì)成年男性、女性和兒童的目標(biāo)重金屬危害指數(shù)(THQ均值)從大到小依次均為Mn>Co>Hg>Ni>Pb>As>Cu>Zn>Cd>Cr。茶樹嫩葉中目標(biāo)重金屬對(duì)成年男性、成年女性和兒童所造成的THQ值均小于1，表明嫩葉茶中單一重金屬不會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成威脅。但飲用老葉茶對(duì)不同人群的健康風(fēng)險(xiǎn)存在一定差異：成年男性飲用老葉茶所引起的單一重金屬THQ值均小于1，而成年女性和兒童在飲用老葉茶時(shí)，重金屬M(fèi)n的THQ值大于1，說明應(yīng)當(dāng)注意Mn的過量攝入。Cao等[35]研究表明，添加劑(糖、單寧酸)可以改變?nèi)梭w對(duì)Mn的吸收率。本研究中，Mn在茶樹老葉和嫩葉中的THQ值均最大，說明錳是飲茶途徑中最具有生物可接近性的元素。Erikson等[36]研究表明，錳在人體主要以膽汁吸收Mn(Ⅱ)的形式進(jìn)入腸道，且吸收率達(dá)到6%。從HI結(jié)果來看，嫩葉茶中10種重金屬的HI值小于1，不會(huì)對(duì)成年男性、成年女性和兒童的人體健康構(gòu)成威脅；而成年女性和兒童飲用老葉茶的HI值大于1，提示其飲茶風(fēng)險(xiǎn)高于男性。茶汁中Mn的THQ在單點(diǎn)樣品HI值中的占比最大，說明錳的攝入是構(gòu)成雷山茶區(qū)飲茶風(fēng)險(xiǎn)的主要因素。當(dāng)以老葉茶作為日常飲品時(shí)，女性、兒童應(yīng)當(dāng)注意錳的攝入，以防止慢性中毒。聯(lián)系到茶葉中Mn含量與土壤Mn含量間顯著的相關(guān)性，為降低成年女性和兒童飲用雷山茶區(qū)茶葉的健康風(fēng)險(xiǎn)，建議可從土壤因素著手。

表8 雷山茶葉重金屬元素的生物富集系數(shù)(n=24)

Table 8 Average bioconcentration factor of heavy metals Leishan tea(n=24)

葉片類型Leaf typeAsCdCoCrCuHgNiPbZnMn嫩葉 Young leaves0.003 0.301 0.054 0.010 1.36 0.036 0.76 0.009 0.69 2.19 老葉 Mature leaves0.011 0.620 0.026 0.014 0.75 0.721 0.41 0.056 0.25 11.1

表9 不同人群飲用雷山茶葉的重金屬估計(jì)每日攝入量

Table 9 Estimated daily intake of heavy metals for different populations due to consumption of Leishan tea mg·kg-1·d-1

人群Crowds葉片類型Leaf typeMnZnCuNiCrCoPbAsCdHg成年男性Male adult嫩葉Young leaves2.45×10-21.33×10-37.09×10-44.96×10-42.49×10-52.14×10-57.49×10-61.16×10-65.06×10-73.37×10-7老葉Mature leaves1.18×10-14.92×10-43.90×10-42.87×10-43.38×10-51.12×10-54.65×10-53.92×10-68.95×10-76.83×10-6成年女性Female adult嫩葉Young leaves3.43×10-21.86×10-39.93×10-46.94×10-43.48×10-53.00×10-51.05×10-51.63×10-67.09×10-74.72×10-7老葉Mature leaves1.65×10-16.89×10-45.46×10-44.02×10-44.73×10-51.57×10-56.52×10-55.49×10-61.25×10-69.56×10-6兒童Children嫩葉Young leaves5.71×10-23.11×10-31.65×10-31.16×10-35.81×10-55.00×10-51.75×10-52.71×10-61.18×10-67.86×10-7老葉Mature leaves2.75×10-11.15×10-39.10×10-46.69×10-47.88×10-52.61×10-51.09×10-49.15×10-62.09×10-61.59×10-5

表10 不同人群飲用雷山茶葉的目標(biāo)重金屬危害指數(shù)和綜合危害指數(shù)

Table 10 Target hazard quotient and hazard index of heavy metals for different populations due to consumption of Leishan tea

人群Crowds葉片類型Leaf typeTHQMnCoNiCuZnAsPbHgCdCrHI成年男性Male adult嫩葉Young leaves1.71×10-17.51×10-22.48×10-21.77×10-24.44×10-33.75×10-32.11×10-31.76×10-35.03×10-41.65×10-53.01×10-1老葉Mature leaves8.41×10-13.73×10-21.43×10-29.74×10-31.64×10-31.26×10-21.29×10-23.41×10-28.95×10-42.25×10-59.64×10-1成年女性Female adult嫩葉Young leaves2.45×10-11.00×10-13.47×10-22.48×10-26.21×10-35.25×10-32.91×10-32.36×10-37.09×10-42.32×10-54.22×10-1老葉Mature leaves1.185.22×10-22.01×10-21.36×10-22.30×10-31.77×10-21.81×10-24.78×10-21.25×10-33.15×10-51.35兒童Children嫩葉Young leaves4.08×10-11.67×10-15.79×10-24.14×10-21.04×10-28.75×10-34.86×10-33.93×10-31.18×10-33.87×10-57.03×10-1老葉Mature leaves1.968.70×10-23.35×10-22.27×10-23.83×10-32.95×10-23.02×10-27.96×10-22.09×10-35.25×10-52.25

3 結(jié)論

(1)研究區(qū)土壤重金屬Hg的背景值較高，但未超過土壤安全限定標(biāo)準(zhǔn)。地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Hg為該區(qū)土壤主要的污染因子。

(2)雷山茶葉重金屬含量均未超過相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的安全限量，且符合富鋅茶標(biāo)準(zhǔn)。茶樹老葉和嫩葉中的重金屬含量從高到低均表現(xiàn)為Mn>Zn>Cu>Ni>Cr>Co>Cd，且嫩葉對(duì)Cu、Zn、Ni、Co的富集能力強(qiáng)于老葉，而老葉對(duì)Mn、Pb、Hg、Cd、Cr、As的富集能力強(qiáng)于嫩葉。

(3)相關(guān)性分析結(jié)果表明，嫩葉中Cd、Cr、Ni、Mn、Pb、Hg含量與土壤對(duì)應(yīng)元素的含量顯著相關(guān)，老葉中Ni、Mn、Co含量與土壤對(duì)應(yīng)元素的含量顯著相關(guān)。

(4)飲茶健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，雷山嫩葉茶的THQ和HI均小于1，不會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)以老葉茶作為日常飲品時(shí)，成年女性和兒童需要注意Mn的攝入。