雷山縣烏東茶園土壤重金屬污染評價

郭琳 文雪峰

[摘 要] 對貴州省雷山縣烏東茶園土壤重金屬As、Cr、Cd、Hg、Pb和Cu采用農(nóng)用地土壤污染管控標準、單因子指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險的方法進行評價，表明土壤重金屬As、Cr、Cd、Hg、Pb和Cu的含量均未超標，屬于安全級，目前土壤未受到任何污染，研究區(qū)處于輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險區(qū)域，總體來看，土壤環(huán)境質(zhì)量整體良好。

[關(guān)鍵詞] 土壤;重金屬;污染評價;烏東茶園

[中圖分類號] X825 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2020）29-110-3

茶成為人們喜愛的飲品之一，不僅是因為具有獨特風(fēng)味，而且茶對人體有保健功效。人體所需的86種元素，茶葉含有28種之多，所以茶是人體營養(yǎng)元素的補充源[1-5]。土壤受到重金屬污染或土壤母質(zhì)中重金屬含量較高時，土壤中的重金屬可以通過茶樹根系的吸收遷移到植物體內(nèi)，或向下層土壤移動，如果土壤中重金屬含量大，茶樹對重金屬的吸收會增多，從而導(dǎo)致茶葉中重金屬殘留對人體產(chǎn)生危害[6-9]。重金屬污染不僅對土壤系統(tǒng)造成不利影響，而且會威脅飲茶安全。因此，開展茶園土壤重金屬污染評價，查清土壤污染狀況，促進茶園土壤資源可持續(xù)利用具有重要意義。

目前，土壤重金屬污染評價方法主要有內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法、單因子指數(shù)法及潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法等。單因子指數(shù)法能直觀地反映土壤環(huán)境中各項污染指標的污染程度，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法可以全面反映各重金屬的綜合污染水平，潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法可評價重金屬對土壤生態(tài)環(huán)境的危害程度。我國茶園土壤重金屬空間異質(zhì)性很強，特別是山區(qū)，茶園土壤重金屬背景值和累積情況有很大差異，復(fù)雜的地質(zhì)背景引起區(qū)域茶園土壤重金屬背景含量也較高[4]。

本文以雷山縣優(yōu)質(zhì)茶園產(chǎn)區(qū)之一的烏東茶園為研究區(qū)，通過實地的野外踏勘、查清茶園與地層的對應(yīng)關(guān)系，挖取剖面、對土壤剖面進行采樣及重金屬元素測試。主要針對與人體危害較為嚴重的砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）和銅（Cu）6種重金屬元素利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、單因子污染指數(shù)法及潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對重金屬元素進行綜合分析，從而確保茶葉安全生產(chǎn)，為提高優(yōu)質(zhì)茶葉質(zhì)量提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

雷山縣烏東村烏東茶園地處東

經(jīng)108°05′～108°24′、北緯26°15′～26°32′，海拔1 300～1 500 m，南至雷山縣高岳山，西抵雷山烏堯一線，東達臺江縣烏迷寨，年平均氣溫12.4 ℃，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，常年溫暖濕潤，冬暖夏涼;年平均氣溫為12.4 ℃左右，降水較多，年均降水量1 375 mm，年均日照時間1 225 h，受季風(fēng)影響降水多集中于夏季。境內(nèi)各地陰天日數(shù)一般超過150 d，常年相對濕度在70%以上，有利于動物繁殖、植物生存，更適合人們居住。

烏東茶園巖石為紫色砂巖，土壤層深度為110.00 cm，產(chǎn)狀平緩，傾角10°～20°，土壤主要為黏土。土壤肥力較高，礦物元素含量高，比較適合茶樹生長。

2 工作方法

2.1 樣品采集

在茶園區(qū)選擇具有代表性的地點挖取土壤剖面，在剖面根據(jù)土壤分層進行土壤樣品的采取，每層采集1個樣品，采集時除去根系、石塊、新生體等雜物，同時根據(jù)土壤厚度以10 cm左右作為一層，并從下至上依次采集，從而防止上層土壤對下層土壤造成污染。在烏東茶園挖取1個土壤剖面，每個剖面取10個土壤樣品，共取30個樣品。土樣品根據(jù)選取剖面的實際情況（土層厚度、顏色和質(zhì)地等）確定采樣位置并采取約1 000 g。

2.2 樣品測試

2.2.1 測試項目。鉛、鎘采用《土壤質(zhì)量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法》（GBT 17141—1997）測定，汞采用《土壤質(zhì)量 總汞的測定 冷原子吸收分光光度法》（GB T 17136—1997）測定，砷采用《土壤質(zhì)量 總砷的測定 硼氫化鉀-硝酸銀分光光度法》（GB T 17135—1997）測定，鉻采用《土壤質(zhì)量 總鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》（GB/T 17137—1997）測定，銅采用《土壤質(zhì)量銅、鋅的測定火焰原子吸收分光光度法》（GB/T17138—1997）測定。

2.2.2 分析方法。元素含量用ICP-MS（Finnigan MAT公司ELEMENT型扇形磁場雙聚焦高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜）測定，由廣州澳實分析檢測有限公司分析中心完成[10]。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理。采用Excel 2016和SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)整理和計算。相關(guān)圖件使用CoreDraw制圖軟件編繪。

3 土壤重金屬污染評價方法

土壤重金屬評價以單因子污染指數(shù)為主，通過土壤重金屬單因子指數(shù)評價，可以確定主要的污染物和污染程度，一般以污染指數(shù)來表示，便于各污染物之間的比較。但單因子污染指數(shù)法只能反映各個污染物的污染程度，不能全面和綜合地反映茶園土壤的污染程度，因此評價一定區(qū)域土壤同時被多種重金屬污染時，需要將單因子污染指數(shù)按一定方法綜合起來進行評價，即內(nèi)羅梅綜合污染指數(shù)評價法。內(nèi)羅梅綜合污染指數(shù)法同時兼顧了單因子污染指數(shù)平均值和最高值，可以突出污染較重的污染物的作用，能給較嚴重的污染物以較大的權(quán)值，能較全面地反映土壤環(huán)境的總體質(zhì)量，從而客觀地對茶園土壤環(huán)境狀況進行評價[9]。

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準》（GB 5618—2018）（見表1），選擇As、Cr、Cd、Hg、Pb、Cu共6種重金屬元素作為評價指標，利用單因子指數(shù)法（見表2）、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法（見表3）和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法（見表4）對重金屬元素進行綜合評價[4]。

4 結(jié)果與分析

4.1 土壤重金屬含量特征

研究區(qū)土壤重金屬含量結(jié)果見表5。由表5可得，重金屬As、Cr、Cd、Hg、Pb和Cu含量平均值分別為17.91、49.25、0.03、0.15、40.33 μg/g和15.17 μg/g，與全國土壤中重金屬元素背景值比較，Cd的平均值與全國Cd背景值近似一致，Cr和Cu均值低于全國背景值，其他4種重金屬均值都高于全國背景值，說明這4種重金屬元素均出現(xiàn)了不同程度的富集，其中Hg富集明顯，為全國土壤背景值的2.14倍。

研究區(qū)土壤重金屬元素As、Cr、Cd、Hg、Pb和Cu平均含量從大到小依次為Cr>Pb>As>Cu>Hg>Cd，與最新發(fā)布的《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準》（GB 15618—2018）（見表1）相比，茶園土壤重金屬As、Cr、Cd、Hg、Pb和Cu的含量均未超標，整體來看，烏東茶園土壤質(zhì)量整體良好。

變異系數(shù)能反映重金屬含量在采樣點的分布狀況[1]。研究區(qū)土壤中重金屬As、Cr、Cd、Hg、Pb和Cu的變異系數(shù)分別為0.61、0.32、0.33、0.63、0.54和0.16。其中，As、Hg和Pb的變異系數(shù)均大于0.50，說明研究區(qū)重金屬元素As、Hg、Pb在空間分布有一定的隨機性和差異性;Cr、Cd和Cu的變異系數(shù)均小于0.50，說明研究區(qū)重金屬元素Cr、Cd、Cu在空間分布比較均勻。

4.2 土壤重金屬污染指數(shù)特征

利用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對茶園土壤重金屬進行分析評價，結(jié)果見表6。由表6可知，烏東茶園土壤中重金屬元素單因子指數(shù)從大到小依次為Hg>As>Cr>Pb>Cd>Cu。與表2單因子指數(shù)分級標準相比，研究區(qū)土壤重金屬As、Cr、Cd、Hg、Pb和Cu的單因子污染指數(shù)均低于1.0，單因子污染指數(shù)最大值是As=0.55，最小值是Cu=0.07，表明研究區(qū)土壤未受污染，總體土壤環(huán)境質(zhì)量良好。研究區(qū)土壤中6種重金屬元素的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)是0.54，與表3相比，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)小于0.70，研究區(qū)屬于1級安全級，表明研究區(qū)土壤總體上屬于茶葉安全生產(chǎn)區(qū)，土壤目前未受到任何污染，土壤環(huán)境質(zhì)量良好。

4.3 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)特征

以全國土壤重金屬元素背景值作參考標準（見表5），計算茶園土壤重金屬單因子潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)，結(jié)果見表7。由表7可知，土壤中As、Cr、Cd、Hg、Pb和Cu重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)均值分別為16.00、1.62、8.03、92.20、7.36和3.34，從大到小依次為Hg>As>Cd>Pb>Cu>Cr，表明茶園土壤中各重金屬元素對土壤潛在生態(tài)風(fēng)險程度存在差異。與土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險分級標準（見表4）相比，Hg元素達到強潛在生態(tài)風(fēng)險程度，其余重金屬元素As、Cr、Cd、Pb和Cu潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)的最大值未超過40，表現(xiàn)輕微潛在生態(tài)風(fēng)險，從各樣點看，6種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險均為輕微程度，只有Hg達到強度的生態(tài)風(fēng)險比例為50%，這跟其毒性響系數(shù)最大有關(guān)系，Hg的毒性響應(yīng)系數(shù)為40，但主要以輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險為主，影響烏東茶園土壤潛在生態(tài)風(fēng)險的主要元素為Hg?？傮w來看，研究區(qū)處于輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險。

5 結(jié)論

①研究區(qū)土壤重金屬As、Cr、Cd、Hg、Pb和Cu平均含量從大到小依次為Cr>Pb>As>Cu>Hg>Cd，與最新發(fā)布的《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準》（GB 15618—2018）相比，茶園土壤重金屬As、Cr、Cd、Hg、Pb和Cu的含量均未超標，整體來看，烏東茶園土壤質(zhì)量整體良好。

②研究區(qū)As、Hg和Pb的變異系數(shù)均大于0.50，說明研究區(qū)重金屬元素As、Hg、Pb在空間分布有一定的隨機性和差異性，Cr、Cd和Cu的變異系數(shù)均小于0.50，說明研究區(qū)重金屬元素Cr、Cd、Cu在空間分布比較均勻。

③研究區(qū)土壤重金屬As、Cr、Cd、Hg、Pb和Cu的單因子污染指數(shù)均低于1.0，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)是0.54，小于內(nèi)羅梅綜合污染指數(shù)安全級值0.7，該研究區(qū)土壤屬于安全級，表明研究區(qū)土壤目前未受到任何污染，總體上土壤環(huán)境質(zhì)量良好。

④研究區(qū)主要以輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險為主，影響研究區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險的主要元素為Hg?？傮w來看，研究區(qū)處于輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險區(qū)域。

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基金項目：貴州省科學(xué)技術(shù)基金黔科合J字[2014]2072號，貴州省變質(zhì)巖區(qū)優(yōu)質(zhì)茶葉產(chǎn)地地質(zhì)背景研究。

作者簡介：郭琳（1990—），女，碩士在讀，研究方向：農(nóng)業(yè)資源利用。

通信作者：文雪峰（1982—），男，博士，副教授，研究方向：農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境。