茶葉與土壤重金屬相關(guān)性分析及評價(jià)
——以汨羅市范家園茶場為例

肖粵新，陳 彪，彭志剛，鞏 浩

（中國地質(zhì)調(diào)查局長沙自然資源綜合調(diào)查中心，湖南 長沙 410000）

茶葉是中國歷史上最流行、最悠久、最健康的飲品，隨著生態(tài)文明建設(shè)的提出，陸續(xù)建立了無公害茶葉的概念，其中茶葉重金屬含量的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺[1]。無公害茶葉中富含大量的營養(yǎng)物質(zhì)茶多酚和維生素，對人體的健康有重要的作用。近年來，隨著茶園中化肥、農(nóng)藥使用量的增加以及茶園周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展，茶區(qū)的空氣、土壤等受到較大的影響，茶樹容易吸收環(huán)境中特別是土壤中的重金屬元素。這些元素在茶葉中不斷累積，通過食物鏈的方式向人體遷移，最終危害人體的健康[2]。

2020 年，“岳陽市耕地區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查”項(xiàng)目組開展了 1∶50 000地質(zhì)調(diào)查及采樣工作，參考DZ/T 0295—2016“土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范”要求，在汨羅市范家園茶場開展的大量工作。筆者依托該項(xiàng)目，對范家園茶場共 22 個(gè)茶葉和對應(yīng)的土壤樣品中5種重金屬元素及硒含量采用 SPSS 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，研究茶葉重金屬含量與土壤重金屬含量和pH值、硒的相關(guān)性，旨在為了解茶葉重金屬來源及綜合防治提供科學(xué)依據(jù)，也為無公害茶園的規(guī)劃和建設(shè)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

汨羅市坐落于湖南東北部，屬岳陽市代管，本次主要研究區(qū)域位于汨羅市范家園鎮(zhèn)，其東接黃市鄉(xiāng)，南抵紅花鄉(xiāng)，西與屈子祠相鄰，北與桃林寺鎮(zhèn)接壤，距汨羅市區(qū)約 9 km，范家園鎮(zhèn)屬典型丘陵地帶，山地資源豐富，平均海拔 50 m，主要土壤為紅壤、水稻土；土地總面積 57.2 km2。全境氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，具有湖區(qū)氣候特色，四季分明，雨量充足，灌溉便利，植被為亞熱帶闊葉林，主要以人工林及天然次生林為主。自然資源條件優(yōu)越，耕地保水性能好，土層深厚肥沃，有機(jī)質(zhì)含量豐富，種植作物主要為水稻、花生、玉米等。

1.2 土壤樣品采集與處理

在范家園茶場共采集茶葉 22 件，對應(yīng)的根系土22件，其中農(nóng)作物采樣面積不低于 1.0 hm2，每個(gè)取樣點(diǎn)取樣5次，每次按“X”形五點(diǎn)取樣法取茶樣和根系土樣，每個(gè)樣點(diǎn)均勻取 0～20 cm 土壤，剔除根系及礫石等雜物，裝入布袋約 1 500 g，茶葉取一芽2葉，約 300 g。土樣經(jīng)過室內(nèi)風(fēng)干、木棍碾碎后過 20 目尼龍篩處理留樣待測，茶葉清洗干凈，室內(nèi)風(fēng)干后送化驗(yàn)室分析。

1.3 分析測試

分析指標(biāo)主要為重金屬、全量硒和 pH 值、水分及一些伴生元素，均在湖南省地質(zhì)測試研究院化驗(yàn)室完成測試分析，方法及檢出限見表 1。

表1 分析指標(biāo)的分析方法及檢出限

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS和Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性分析，Origin制作相關(guān)回歸曲線。茶葉中重金屬富集系數(shù)（CF）通過以下公式計(jì)算：CF=ω茶/ω土（ω茶表示茶葉中重金屬的濃度，ω土表示土壤中重金屬的濃度）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中 pH值、硒含量統(tǒng)計(jì)分析

由表 2 可以看出，土壤 pH 值與土壤硒含量變異系數(shù)較小，表明土壤樣品中的 pH值、硒元素含量差異較小。pH 值3.91～4.94 ，平均值為 4.29，表明該區(qū)為強(qiáng)酸性土壤，可能是不合理使用化肥及燃燒茶樹所致，而低pH值使土壤中可交換態(tài)Cu含量增高，從而使茶樹對Cu的吸收量增大[3]。參照DZ/T 0295—2016，將土壤 3.0＞ω（Se）＞0.4 mg/kg 定義為富硒土壤，該區(qū)土壤硒平均值為 0.49 mg/kg?？梢姺都覉@茶場土壤達(dá)到富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)，參照富硒茶（NY/T 600—2002）標(biāo)準(zhǔn)，富硒茶硒含量范圍為 0.25～4.00 mg/kg，該區(qū)茶葉硒含量平均值為 0.19 mg/kg，其硒含量富集系數(shù)為 0.39，并未達(dá)到富硒茶葉標(biāo)準(zhǔn)，初步推測可能和茶葉采摘季節(jié)、茶葉品種、母巖巖性、地形地貌有關(guān)[4]。

表2 pH 值及硒含量分析

2.2 土壤中重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析

該地 pH 值在 5.5 以下，土壤質(zhì)量評價(jià)參考我國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—2018）[5]中的二級限量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)（表 3 ）。土壤樣品中的Cr、Cu、Zn、Cd和Pb含量的測定分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表3）表明，土壤樣品中 Cr、Cu、Zn、Cd 和 Pb 含量的平均值分別 為 101.55、29.33、85.59、0.11和37.25 mg/kg，可知這 5 種元素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)篩選值，土壤污染風(fēng)險(xiǎn)低，可以忽略不計(jì)，表明范家園茶場污染程度較低，土壤質(zhì)量良好。土壤樣品中 Cr 和 Zn 變異系數(shù)較小，表明元素含量較均勻穩(wěn)定，Cu 和 Pb 變異系數(shù)中等，表明兩種元素含量基本穩(wěn)定，無較大差別，Cd元素含量變異系數(shù)較大，高達(dá) 53.22%，表明 Cd 元素在不同土壤中含量存在比較明顯的差異，初步估計(jì)與不同土壤理化性質(zhì)有較大差異相關(guān)。

表3 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與土壤重金屬含量分析

2.3 茶葉中重金屬含量及其富集系數(shù)

茶葉污染評價(jià)根據(jù)食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中 Pb 限量標(biāo)準(zhǔn)[6]結(jié)合無公害茶葉中 Cr、Cd、Hg、As 限量標(biāo)準(zhǔn)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[7]（表4）。從表4可以看出，茶葉Cr、Cu、Zn、Cd和Pb含量平均值分別0.99、11.34、29.62、0.08、 0.61 mg/kg，其中Cr 的變異系數(shù)較大， 這可能是由于土壤理化性質(zhì)差異、土壤中這些元素含量差異所致。根據(jù)無公害茶葉標(biāo)準(zhǔn)來看，均未超過其標(biāo)準(zhǔn)值，該區(qū)茶葉屬于無公害茶葉。

表4 茶葉重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)和含量檢測分析結(jié)果

茶樹通過吸收土壤中的重金屬從而導(dǎo)致茶葉重金屬富集，通過富集系數(shù)來檢驗(yàn)茶葉對土壤中重金屬的富集能力[8]。表 3 是范家園茶場 22 個(gè)土壤樣品5種重金屬元素的含量狀況。從中可以看出元素含量 Cr＞Zn＞Pb＞Cu＞Cd，與茶葉中這5種重金屬元素的含量部分相似，從而揭示茶葉中重金屬元素含量與土壤中重金屬元素含量有密切的相關(guān)性。從茶葉對5種重金屬元素的富集情況看，富集系數(shù)均小于1，富集系數(shù)從大到小為 Cd＞Cu＞Zn＞Pb＞Cr，其中對Cd 的富集系數(shù)高達(dá) 0.727，一方面說明范家園茶場土壤中Cd元素的生物可吸收態(tài)含量較高，另一方面說明茶葉對Cd元素有比較高的富集能力[9]；而富集系數(shù)最小的是Pb和Cr，分別為 0.016 和 0.010，可初步得知該地區(qū)土壤的Pb和Cr含量較低（相較于風(fēng)險(xiǎn)篩選值），受污染程度較小。土壤鉛主要有兩大來源，一是自然來源，來自成土母質(zhì)，二是人類生活來源，主要來自于采礦冶煉、燃煤、汽車尾氣、電池制造等工業(yè)排放，還有農(nóng)藥化肥施用等。周國華等對安溪茶園土壤與鉛含量關(guān)系的研究表明，單純從土壤中吸收至茶葉的鉛，大多數(shù)不會造成茶葉中鉛超標(biāo)[10]。范家園茶場多處在山區(qū)，遠(yuǎn)離城市的工業(yè)區(qū)和公路，且該鎮(zhèn)工業(yè)并不發(fā)達(dá)，受工業(yè)廢氣和道路汽車尾氣的鉛污染較少，因此該地區(qū)土壤和茶葉中Pb和Cr量都較低。

2.4 茶葉重金屬含量與土壤 pH值、硒相關(guān)性分析

從表5中可以看出茶葉中Cr、Cu和Zn均與土壤pH值呈正相關(guān)性，Cd、Pb與土壤pH 值呈負(fù)相關(guān)；茶葉中 Cr 和 Pb 與土壤 Se 呈正相關(guān)，其中 Pb 與土壤 Se含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.475；茶葉中 Cu、Zn、Cd 與土壤 Se 含量呈負(fù)相關(guān)，其中 Cu 和Zn 與土壤 Se 呈顯著負(fù)相關(guān)。相關(guān)系數(shù)分別為-0.517和-0.435。對茶葉中重金屬含量與土壤Se含量具有顯著相關(guān)性的進(jìn)行回歸性分析，采用線性回歸模型初步進(jìn)行擬合，擬合方程及線性相關(guān)系數(shù)如圖1所示。從圖2可以看出茶葉中 Cu、Zn 和 Pb 的含量受土壤Se含量的影響，且影響趨勢和程度存在較大差異。

圖1 茶葉重金屬含量與土壤硒顯著相關(guān)性回歸擬合曲線

表5 茶葉重金屬與土壤 pH、硒的相關(guān)系數(shù)

2.5 茶葉重金屬含量與土壤重金屬含量相關(guān)性

茶葉中 Cr、Cu、Zn、Cd 和 Pb 含量與對應(yīng)土壤中的這 5 種重金屬含量相關(guān)性如表6 所示。從表中可以得知，茶葉中的 Cr、Cu、Cd 和 Pb含量分別與土壤中Cr、Cu、Cd 和Pb含量無顯著相關(guān)性。茶葉中的Zn含量與土壤中的Zn、Cu、Cd 含量存在極顯著正相關(guān)性，茶葉中的 Cd 含量與土壤中的 Zn 含量存在顯著正相關(guān)性，茶葉中的 Pb 含量與土壤中的 Cu 含量存在極顯著負(fù)相關(guān)性、與 Zn 含量存顯著負(fù)相關(guān)性。

表6 茶葉重金屬與土壤重金屬相關(guān)系數(shù)

3 小結(jié)與討論

范家園茶場土壤中 5種重金屬的平均值都在相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，表明茶葉和土壤未受到 Cr、Cu、Zn、Cd 和 Pb 的污染，其中Se含量平均值為0.49 mg/kg，達(dá)到富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)，土壤 pH 平均值為 4.29，屬于強(qiáng)酸性土壤，土壤環(huán)境質(zhì)量總體表現(xiàn)良好，但在酸性治理方面仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

茶葉中 Cd 富集系數(shù)較高，表明茶葉對 Cd 的富集能力最強(qiáng)[11]，但因土壤中Cd 含量總體偏低，也未超過無公害茶葉標(biāo)準(zhǔn)，其變異系數(shù)表明在不同的土壤中Cd 含量有明顯差異；茶葉中 Cr 變異系數(shù)和富集系數(shù)均最低，表明 Cr 含量在不同土壤中總體穩(wěn)定，茶葉對 Cr 的吸收效果較差；硒含量平均值為 0.19，并未達(dá)到富硒茶葉標(biāo)準(zhǔn)，從總體上看，該茶園茶葉表現(xiàn)較好，屬于無公害茶葉。

通過相關(guān)性分析得出，茶葉中重金屬元素與 pH值不具明顯相關(guān)性，初步推測和該區(qū)土壤的極強(qiáng)酸性有關(guān)；茶葉 Pb含量與土壤Se 含量呈顯著正相關(guān)，茶葉中 Cu 和 Zn 含量與土壤 Se 呈顯著負(fù)相關(guān)。茶葉中的Zn含量與土壤中的 Zn、Cu、Cd 含量存在極顯著正相關(guān)性，茶葉中的 Cd 含量與土壤中的 Zn含量存在顯著正相關(guān)性，茶葉中的 Pb 含量與土壤中的 Cu 含量存在極顯著負(fù)相關(guān)性、與 Zn 含量存在顯著負(fù)相關(guān)性。

盡管范家園茶區(qū)土壤質(zhì)量良好，但要引起重視，可以施加適量石灰來降低土壤酸性。無公害茶葉、有機(jī)茶飲品是世界茶葉發(fā)展的主要方向，要種植符合無公害標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)茶葉，必須嚴(yán)格控制土壤和茶葉重金屬污染，保證優(yōu)質(zhì)的茶園環(huán)境。因此，在種植茶樹時(shí)應(yīng)注意控制農(nóng)藥和化肥的使用量，避免其中的重金屬化合物被茶樹大量吸收，從而造成茶葉中重金屬含量超標(biāo)的現(xiàn)象。