安溪縣感德鎮(zhèn)鐵觀音茶園土壤重金屬污染風(fēng)險評價

陳鳳哲

（安溪老固茶園專業(yè)合作社，福建 泉州 362400）

茶作為一種常見飲料，具有多種保健功效[1]，深受大眾喜愛。然而隨著社會的發(fā)展，茶葉質(zhì)量安全問題日益凸顯，其中尤以茶園土壤重金屬污染問題更為人類所關(guān)注[2]。已有研究者對茶園土壤重金屬污染問題展開了調(diào)查研究，黃華斌等[3]對安溪鐵觀音茶園土壤重金屬污染進(jìn)行調(diào)查后指出Cd應(yīng)被重點關(guān)注，表現(xiàn)為較高潛在生態(tài)風(fēng)險；程強(qiáng)強(qiáng)等[4]以宜賓市屏山縣某茶園土壤為研究對象，也發(fā)現(xiàn)Cd對于整個研究區(qū)的潛在毒性元素污染起到控制作用；趙佐平等人[5]在研究中發(fā)現(xiàn)Cd和Hg對陜南茶園潛在生態(tài)風(fēng)險的貢獻(xiàn)最大；周國華[6]在研究中發(fā)現(xiàn)，茶園土壤中的重金屬含量會顯著影響茶葉中的重金屬含量。所以，開展茶園土壤重金屬含量調(diào)查及污染評價對于茶葉安全質(zhì)量保障具有重要意義。

感德鎮(zhèn)地處安溪縣西北部，年平均氣溫17℃-19℃，年降雨量1850mm以上，平均海拔507m，土壤肥沃，屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，環(huán)境得天獨厚，十分適宜茶樹的生長[7]。感德鎮(zhèn)擁有5.8萬畝茶園，是安溪鐵觀音的主產(chǎn)區(qū)之一，有“中國茶葉第一鎮(zhèn)”之稱[8]。茶業(yè)是感德鎮(zhèn)的支柱產(chǎn)業(yè)，茶農(nóng)人均收入中茶業(yè)收入占比極高，因而茶葉品質(zhì)的好壞將直接影響感德鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。然而，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上出現(xiàn)了過量施肥、農(nóng)藥污染以及大氣污染物沉降等問題。對茶園土壤來說，這將嚴(yán)重影響其理化性質(zhì)，同時帶來潛在重金屬污染風(fēng)險，這對茶葉的品質(zhì)與產(chǎn)量構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

本研究通過測定感德鎮(zhèn)鐵觀音主產(chǎn)區(qū)茶園土壤中5種重金屬元素（Pb、As、Hg、Cr、Cd）的含量，采用因子污染指數(shù)法以及潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法等來評價茶園土壤重金屬污染特征及其潛在生態(tài)危險，以期為感德鎮(zhèn)鐵觀音茶產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與預(yù)處理

選取安溪縣感德鎮(zhèn)15處典型鐵觀音茶園為采樣點（圖1），采樣時間為2021年5月底。采用S型或梅花形布點法進(jìn)行采樣，每個采樣點采集5個以上子樣品，采集深度均為0-20cm。將采集的土樣簡單剔除雜物后均勻混合，按照4分法選取約1kg混合樣。土樣運回實驗室后，自然風(fēng)干，剔除雜物，研磨過0.149mm篩后備用。

圖1 土壤采樣點分布

1.2 樣品分析方法

土壤樣品中Cd、Cr和Pb的測定參照HJ 803-2016[9]中的ICP-MS法，As和Hg的測定參照HJ680-2013[10]中的原子熒光法。重金屬含量測定過程中使用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GSS-1）進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.3 評價方法

本研究以福建省土壤背景值[11]及《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件（NY/T853-2004）》中的標(biāo)準(zhǔn)[12]為參比，就感德鎮(zhèn)鐵觀音茶園土壤中重金屬含量進(jìn)行分析；采用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法分析感德鎮(zhèn)鐵觀音茶園土壤的污染程度[13]，土壤環(huán)境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示；同時，采用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法進(jìn)行茶園土壤污染風(fēng)險評價[14]，潛在生態(tài)風(fēng)險程度分級標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表1 綜合因子污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)

表2 潛在生態(tài)風(fēng)險程度分級

單因子污染指數(shù)法的計算公式如下：

式（1）中：Pi為第i種污染物的單因子污染指數(shù)；Ci為第i種污染物的實測值，mg/kg；Si為第i種污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)值，mg/kg，本研究采用福建省土壤背景值[10]。

綜合污染指數(shù)法的計算公式如下：

式（2）中：P綜為重金屬污染物的綜合污染指數(shù)；Pimax為測定點的單項污染指數(shù)中的最大值；Pave為測定點的所有污染物單項污染指數(shù)的平均值。

潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法的計算公式如下：

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

本試驗采用SPSS26.0、Excel 2016等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用Arc Gis10.8繪制采樣點分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量

由表3可知，15個茶園樣點的Pb、As、Hg、Cr、Cd的平均值分別為39.27、11.03、0.08、60.10、0.05 mg/kg，其中Pb、As、Cr三種元素的平均值超出了福建省土壤背景值，但5種元素的平均值均未超過《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件（NY/T853-2004）》中的標(biāo)準(zhǔn)。土壤重金屬含量變異較大，這說明不同茶園土壤的重金屬來源較為分散[3]，所研究的5個重金屬元素均存在極端異常值，且以As、Cr尤為突出，存在超過《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件（NY/T853-2004）》標(biāo)準(zhǔn)的樣點。

表3 感德鎮(zhèn)觀音茶園土壤重金屬含量

2.2 土壤重金屬污染評價

感德鎮(zhèn)鐵觀音茶園土壤重金屬單因子污染指數(shù)如表4所示。據(jù)表可知，Pb、As、Hg、Cr、Cd的單因子污染指數(shù)的平均值分別為0.56、0.28、0.07、0.40、0.17，均小于0.7。Hg與Cd兩種元素單因子污染指數(shù)均小于0.7，其余3種元素的單因子污染指數(shù)均存在大于0.7的樣點。其中，Pb元素有兩個樣點的污染指數(shù)處于0.7-1之間，兩個樣點的處于1-2之間，各占樣本總數(shù)的13.33%，污染程度分別為警戒與輕度污染，其余樣點環(huán)境質(zhì)量等級均為安全；As元素存在6.67%的樣點處于輕度污染狀態(tài)，其余環(huán)境質(zhì)量等級均為安全；Cr元素中有兩個樣點的污染指數(shù)處于1-2之間，占樣本總數(shù)的13.33%，為輕度污染狀態(tài)，其余環(huán)境質(zhì)量等級均為安全；研究區(qū)所有樣點的單因子污染指數(shù)均不存在中度及重度污染情況。

表4 土壤重金屬污染指數(shù)統(tǒng)計

單因子污染指數(shù)法難以反映茶園土壤的綜合污染水平，因而再采用綜合污染指數(shù)法對茶園土壤進(jìn)行綜合評價。由表4可知，研究區(qū)茶園土壤的綜合污染指數(shù)的平均值為0.55，小于0.7。而就單個樣點來說，存在警戒狀態(tài)與輕度污染狀態(tài)的樣點，各占樣點總數(shù)的20.00%與6.67%，其余樣點質(zhì)量等級均為安全。

2.3 土壤重金屬污染生態(tài)風(fēng)險評價

據(jù)表5可知，感德鎮(zhèn)茶園土壤各重金屬元素的單項潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的平均值從大到小依次為Cr＞Hg＞Cd＞As＞Pb。可以發(fā)現(xiàn)，Cr和Hg是感德鎮(zhèn)鐵觀音茶園中最主要的潛在生態(tài)風(fēng)險元素。其中Cr的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的范圍為19.66-113.83，平均值為43.65，有3個樣點的Cr元素處于中等風(fēng)險等級，2個樣點的Cr元素處于較高風(fēng)險等級，分別占樣點總數(shù)的20.00%和13.33%，其余均為輕度潛在生態(tài)風(fēng)險等級；Hg元素的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的平均值為41.69，處于中等風(fēng)險等級的樣點有6個，占總數(shù)的40.00%，處于較高風(fēng)險等級的樣點有1個，占總數(shù)的6.67%，其余均為輕度潛在生態(tài)風(fēng)險等級。所有樣點重金屬元素均不存在高潛在生態(tài)風(fēng)險等級與很高潛在生態(tài)風(fēng)險等級的情況。

表5 土壤重金屬單項潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)統(tǒng)計

從表6中可以看出，感德鎮(zhèn)茶園土壤中5種重金屬元素的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值為140.13。其中有5個樣點處于中等潛在生態(tài)風(fēng)險等級，占樣本總數(shù)的33.33%，其余均處于輕度潛在生態(tài)風(fēng)險等級。以上表明，感德鎮(zhèn)茶園土壤綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)總體處于輕度和中等等級，不存在較高和很好生態(tài)風(fēng)險等級。

表6 土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)統(tǒng)計

3 結(jié)論

（1）15個茶園樣點的Pb、As、Hg、Cr、Cd的平均值分別為39.27、11.03、0.08、60.10、0.05mg/kg，其中Pb、As、Cr三種元素的平均值超出了福建省土壤背景值，但平均值均未超過《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件（NY/T853-2004）》中的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）Pb、As、Hg、Cr、Cd 5種土壤重金屬元素的單因子污染指數(shù)的平均值分別為0.56、0.28、0.07、0.40、0.17，綜合污染指數(shù)的平均值為0.55，均小于0.7，說明大部分茶園的質(zhì)量等級為安全，但仍存在少量處于警戒狀態(tài)與輕度污染狀態(tài)的樣點。

（3）各重金屬元素的單項潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的平均值從大到小依次為Cr＞Hg＞Cd＞As＞Pb，其中Cr和Hg是感德鎮(zhèn)鐵觀音茶園中最主要的潛在生態(tài)風(fēng)險元素。5種重金屬元素的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值為140.13，茶園土壤綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)總體處于輕度和中等風(fēng)險等級，不存在較高和很好生態(tài)風(fēng)險等級。