貴陽市典型茶園種植土壤和茶葉的重金屬含量特征

王興富　張珍明　黃凱文　馬珍　文錫梅　黃先飛

摘要：為了解貴陽市典型茶園土壤和茶葉中重金屬元素含量的分布特征，掌握該區(qū)域茶園土壤中重金屬污染現(xiàn)狀以及茶葉中重金屬元素的富集程度，并明確關鍵污染因子，促進茶園科學管理以實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。分別采集貴陽市烏當、開陽、清鎮(zhèn)和花溪茶園土壤和對應的茶葉樣品，采用電感耦合等離子體（ICP）和原子熒光光度計（AFS）分別測定土壤和茶葉樣品中的鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鋅（Zn）和鉻（Cr）共8種主要重金屬元素的含量；分別使用地積累指數(shù)（Igeo）、潛在生態(tài)風險指數(shù)（RI）評價單元素污染、多元素綜合生態(tài)風險，再用生物富集系數(shù)（BCF）、單項污染指數(shù)（Pi）對茶葉重金屬的生物富集水平、受污染程度進行分析。土壤中Cd、Hg的平均含量超出有機茶園土壤的限值標準，茶葉中的Ni、Cr含量分別超出食品安全污染物限量、茶葉的限量標準。Hg在4個茶園、Cd在清鎮(zhèn)和烏當茶園及Cu在花溪茶園土壤中的Igeo>0，且Hg>Cd，其余元素的Igeo普遍<0；不同茶園多種重金屬元素的RI排序為清鎮(zhèn)>開陽>花溪>烏當，對應的中度生態(tài)風險率依次為83.3%、50.0%、33.3%、16.7%。茶葉中不同重金屬元素的BCF為0.04～1.90，僅Cd的BCF>1，且BCF的排序為烏當（2.10）>花溪（2.04）>開陽（1.75）>清鎮(zhèn)（1.70）。同時，茶葉中僅Cd、Hg的Pi>1，且Hg的Pi>Cd的Pi；各地茶葉受到Hg污染的排序為開陽>花溪>烏當>清鎮(zhèn)，受到Cd污染的程度排序為烏當>花溪>開陽>清鎮(zhèn)。貴陽茶園土壤、茶葉主要受到Hg、Cd污染，以輕微污染為主且表現(xiàn)為Hg>Cd，而Pb、As、Cu、Ni、Zn、Cr相對安全。相對的，清鎮(zhèn)茶園土壤、茶葉受到的重金屬污染程度要高于其他茶園，烏當茶園受到的污染程度最低。

關鍵詞：茶園土壤；重金屬；污染評價；生物富集；貴陽市

中圖分類號：X53；S571.106文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）20-0230-09

茶［Camellia sinensis （L.） O. Ktze.］是世界上主要的飲料之一，人類對茶及其衍生產(chǎn)品的飲用量僅次于水。據(jù)統(tǒng)計，全世界飲茶人數(shù)超過20億人，約占世界總人數(shù)的1/3［1］。茶樹是我國重要的經(jīng)濟作物，茶樹種植及衍生產(chǎn)品是我國重要的經(jīng)濟模式［2］。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植管理司2017年統(tǒng)計，全國可采摘茶園面積為305萬hm2，其產(chǎn)量可達268萬t，兩者分別約占全球總量的45.9%、35.5%［2-3］。由此看出，茶樹種植及其衍生產(chǎn)品是我國出口創(chuàng)匯的重要渠道，是促進居民創(chuàng)收的有效方式［4-5］。貴州適宜茶樹種植和生長的自然環(huán)境得天獨厚，是茶葉種植與產(chǎn)量大?。?］。據(jù)統(tǒng)計，截至2020年底貴州茶園種植面積超過4 667萬hm2，干茶產(chǎn)量43.6萬t，產(chǎn)值達410億元，分別居全國的第1、第3、第1位［7］。因此，推進茶樹種植及相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成為鞏固和銜接脫貧攻堅成果、推進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要舉措。土壤重金屬污染抑制了茶樹的健康生長，從而影響茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)安全［8］。因此，開展針對貴陽市典型茶場土壤重金屬污染狀況及生物富集特征的研究，可為進一步優(yōu)化茶園管理、提升茶葉產(chǎn)量及品質(zhì)和實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展提供參考。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，“三廢”的不合理排放、工業(yè)化肥及農(nóng)藥的施用等使得土壤受到外源重金屬的不同程度的污染［9］。此外，貴州喀斯特山地普遍分布一套黑色巖系，其土壤中砷（As）、鎳（Ni）、釩（V）、鉻（Cr）、鋅（Zn）和鉬（Mo）等多種重金屬含量普遍高于背景值，并且在農(nóng)作物的根莖葉中存在一定富集［10］。由于土壤中的重金屬元素可通過農(nóng)作物吸附，并沿食物鏈傳遞轉移而發(fā)生富集，使其毒性具有放大效果［11-12］。當長期過量食用重金屬含量超標的農(nóng)產(chǎn)品時，容易引起重金屬中毒，進而可能使人患上多種慢性疾病［13-14］。茶園地土壤普遍偏酸性，在酸性的土壤環(huán)境中容易使重金屬元素活化，從而提高其活性組分比例［15-16］，降低土壤養(yǎng)分的有效成分含量，影響茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)［17］。例如，凌云等通過對西南地區(qū)土壤酸化特征與重金屬形態(tài)活性的耦合關系進行研究，指出土壤酸化可使重金屬鎘（Cd）和鉛（Pb）向高活性的交換態(tài)轉化，從而促進其在作物中的富集［18］。郭人豪等對貴陽市茶園土壤、茶葉中Pb含量的相關性進行分析，得出茶園土壤Pb含量與茶樹不同部位的Pb含量呈顯著正相關；茶樹不同部位的Pb含量為1.12～4.62 mg/kg，其含量排序表現(xiàn)為細根>主根>老葉>側莖>主莖>芽>嫩芽［1］。鄭永林等對烏當茶園土壤中Pb、Cd、Cr、汞（Hg）、銅（Cu）和As的含量進行測定，并評價其污染特征，結果表明，Cd是茶園土壤重金屬污染的主要因子，其余因子為安全水平［9］。任艷芳等對開陽茶園土壤微量元素的有效成分進行分析，指出土壤中鐵（Fe）、Zn的有效成分豐富，錳（Mn）、Cu的有效成分適中，不同微量元素的有效成分之間具有一定的正相關性且受到pH值影響［19］。而何璐君通過對開陽茶園土壤的Pb、Cd、Cr、Cu、Hg、As進行調(diào)查得出，幾種重金屬元素含量間的差異較大，并且受到不同程度的污染，其中Hg是主要因子，其次是Cd［20］；對遵義縣茶園土壤相同重金屬元素污染狀況進行對比分析發(fā)現(xiàn)，均存在不同程度的污染，且Cd、Hg是主要因素［21］。此外，劉凱對貴陽市鄰近縣域貴定縣5個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）茶園土壤的Pb、Cd、Cr、Cu、Hg、As進行調(diào)查和污染評價，指出Hg、Cd為主要因子［22］。綜上所述，貴陽市乃至貴州省不同地區(qū)的茶園地土壤存在不同程度的重金屬元素富集情況，部分地區(qū)存在一定程度的污染，集中體現(xiàn)在Hg、Cd這2種元素上。然而，這些較早的研究及調(diào)查缺乏持續(xù)的跟蹤，近年來關于貴陽市不同區(qū)域茶園土壤和茶葉重金屬污染及生物富集特征的報道較少。為此本研究選擇貴陽市規(guī)?；N植的烏當區(qū)、開陽縣、清鎮(zhèn)市和花溪區(qū)的4個典型茶場作為研究對象，采集土壤、茶葉樣品，運用地積累指數(shù)（Igeo）、潛在生態(tài)風險指數(shù)（RI）法、生物富集系數(shù)（BCF）及單項污染指數(shù)系統(tǒng)地對土壤、茶葉的重金屬污染和富集情況進行分析［23-25］。本研究通過探明不同區(qū)域茶園土壤及茶葉重金屬含量、受污染情況和生物富集特征，可為貴陽市茶園管理提升茶葉產(chǎn)量品質(zhì)、實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴陽市位于貴州省的中部（106°07′～107°17′ E，26°11′～26°55′ N），是貴州省政治經(jīng)濟文化中心，是西南地區(qū)重要的中心城市和物流中轉地。貴陽地處云貴高原向四川盆地、湖南丘陵過渡的斜坡地帶，屬于第二級階梯地勢，是長江、珠江流域的分水嶺區(qū)域；區(qū)域內(nèi)地勢綿延起伏，丘陵、盆地、谷地及洼地相間分布；平均海拔在1 100 m左右，相對高差為100～200 m，總體上呈西南高東北低的地勢［10］。研究區(qū)氣候類型屬于亞熱帶濕潤溫和型氣候，主要受到昆明—貴陽靜止鋒的影響，處于費德爾環(huán)流圈，常年受西風帶控制，年平均氣溫為15.3 ℃，冬無嚴寒夏無酷暑。由于該地夏季東南亞熱氣團迎風面上，使得氣溫上升、雨量增大，年均降水量達 1 129.5 mm［12］。全市林業(yè)資源豐富，森林覆蓋率達39%，主要植被類型為馬尾松、杉木、柏樹以及杜仲、紅豆杉等珍貴藥用植被。土地利用類型主要有耕地、園地、林地、建設用地及未利用地。研究區(qū)內(nèi)土壤類型以黃壤、石灰土、水稻土為主，適合種植谷物、蔬菜及經(jīng)濟作物等，是茶葉及衍生產(chǎn)品的重要生產(chǎn)基地。

1.2 樣品采集與處理

以貴陽市烏當區(qū)、開陽縣、清鎮(zhèn)市及花溪區(qū)4個典型傳統(tǒng)種植茶園地為研究對象，每個茶園按“S”形布設6個采樣點，每個采樣點采用梅花點法在約1 m2范圍內(nèi)，采集對角線上5個點的表層（0～20 cm）土壤，充分混合后取約1 kg，同時采集對應樣點上的茶葉作物樣品，共采集24份土壤樣品，對應采集到24份茶葉樣品。將采集的土壤、茶葉樣品分類裝袋并依次編號，同時用GPS（Columbo A6Gps）定位儀詳細記錄所有樣點的地理坐標信息。

樣品分析前處理：在實驗室中將土壤攤開在A4紙上自然風干，挑選茶葉并洗凈后，置于60 ℃真空干燥箱（DZF型，北京科偉永興儀器有限公司）內(nèi)烘干48 h，然后用瑪瑙研缽研磨，再過200目篩裝袋備用［12］。

土壤樣品測試前的消解處理：稱取約1 g土壤樣品置于聚四氟乙烯罐中，再加入30 mL混酸（V硝酸 ∶V氫氟酸 ∶V高氯酸=2 ∶2 ∶1，所有酸均為分析純產(chǎn)品，購自國藥集團化學試劑有限公司）靜置過夜［26］。茶葉測試前的消解處理參照Zhang等的方法，稱取約0.5 g研磨好的茶葉樣品置于聚四氟乙烯罐中，再加入30 mL混酸（V硝酸 ∶V高氯酸=4 ∶1）靜置過夜［27］。將裝有經(jīng)混酸浸泡過夜的土壤、茶葉樣品溶液的聚四氟乙烯罐置于高溫加熱板上進行加熱消解，梯度升溫至180 ℃后持續(xù)加熱2 h。待聚四氟乙烯罐冒白煙且剩余2～3 mL溶液時，用坩堝鉗取下冷卻至室溫，觀察罐中溶液顏色是否已變清，否則加入少量混酸重復上述操作直至溶液顏色變清。得到消解好的樣品溶液后，用去離子水清洗聚四氟乙烯罐至少3次以上并轉移至25 mL容量瓶中，同時用去離子水定容至25 mL待測［28-29］。用電感耦合等離子體（ICP）分析待測溶液中Cd、Pb、Cu、Zn、Ni、Cr共6種元素的含量。另外，對于土壤、茶葉中的Hg、As 2種元素，經(jīng)混酸浸泡后，用原子熒光光度計（AFS）進行分析。土壤樣品用平行樣本及國家一級標準土壤樣本（GBW07401）進行質(zhì)量控制，茶葉樣品用平行樣品進行質(zhì)量監(jiān)控。

1.3 環(huán)境風險評估方法

1.3.1 地積累指數(shù)（Igeo）法 地積累指數(shù)法是德國著名科學家Müller于1969年提出的，用于定量評價土壤中單個重金屬元素污染程度［30］，其計算公式如下：

（1）

式中：Cn為樣品重金屬元素的實測值（mg/kg）；Bn為背景參照值（mg/kg）；k為調(diào)整常數(shù)，一般取1.5。

根據(jù)污染程度，可將Igeo劃分為0～6級：Igeo＜0，無污染；0≤Igeo＜1，輕微污染；1≤Igeo＜2，中度污染；2≤Igeo＜3，中強度污染；3≤Igeo＜4，強度污染；4≤Igeo＜5，較強污染；Igeo≥5，極強污染。

1.3.2 潛在生態(tài)風險指數(shù)（potential ecological risk index，RI）法 RI評價方法由瑞士著名地球化學家Hakanson于1980年針對沉積物重金屬污染而提出［31］，該方法根據(jù)沉積物的地質(zhì)環(huán)境特征并結合重金屬的生物敏感度，不僅考慮了重金屬含量，同時綜合考慮元素之間的相互作用和生物毒性響應水平，能夠綜合反映重金屬對生態(tài)環(huán)境的影響［27-28］。計算公式如下：

式中：RI為土壤中多種重金屬元素的潛在生態(tài)風險指數(shù)；Eir為重金屬元素i的環(huán)境風險指數(shù)；Tir為金屬元素i的毒性響應系數(shù)及環(huán)境對該重金屬元素的敏感度；Cif為元素i的污染程度；Cis、Cin分別表示元素i的實測值、對照值，mg/kg。

在Hakanson潛在生態(tài)風險評價體系中，針對Hg、As、Cd、Pb、Cu、Cr、Zn、Ni 8種重金屬污染物，對應的毒性響應系數(shù)依次為40、10、30、5、5、2、1、5［32-33］。由公式（4）可知，RI與參評因子和數(shù)量有關，其毒性相應系數(shù)越大、數(shù)量越多，RI就越大，將其劃分為輕微、中等、強、很強4個等級（表1）。

1.3.3 生物富集系數(shù)法 生物富集系數(shù)（bioconcentration factors，BCF）法［12，34］能夠表達農(nóng)作物對重金屬的富集水平，因此本研究采用茶葉中不同重金屬含量與相應的土樣進行比較，用以描述茶葉對不同重金屬元素的吸附轉移、積累能力，從而體現(xiàn)重金屬在“土壤-茶葉”鏈中遷移的難易度，公式如下：

式中：Ci、Cs分別表示茶葉樣品i、對應土壤樣品s中的重金屬含量。

另外，茶葉不同重金屬元素的污染情況參考范晨子等的單項污染指數(shù)法［33］，其公式如下：

式中：Pi為茶葉中污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci為污染物i的實測濃度，mg/kg；Si為污染物i的參考標準。Pi≤1表示無污染，Pi>1表示有污染，Pi越大，表明污染越嚴重［35］。

2 結果與分析

2.1 茶園土壤中重金屬含量的統(tǒng)計

由表2可以看出，貴陽市茶園土壤中Pb、Cd、Hg、As、Cu、Ni、Zn、Cr的平均含量分別為30.88、0.33、0.30、20.72、43.59、31.03、70.95、74.26 mg/kg，茶園土壤pH值在4.0～5.0之間。不同重金屬元素的平均變異系數(shù)在0.27～0.64之間，為中強度變異水平［36］，其中Pb、Hg、Cr含量為中度變異水平，其余重金屬元素達高度變異程度，表明貴陽茶園土壤中的不同重金屬存在一定程度的富集，其中Cd、Hg的富集程度較大。參考有機茶土壤條件和農(nóng)用地土壤污染限值，僅Cd、Hg的平均含量分別超出有機茶園土壤限值的65%、100%，樣品超標率分別為75%、100%，而Pb、As、Cu、Ni、Zn、Cr的平均含量均不同程度地低于參考值；烏當茶園土壤中的Cd、Hg含量分別超限值10%、73%，開陽茶園土壤中的平均Cd、Hg含量分別超出限值95%、100%，清鎮(zhèn)茶園土壤中Cd、Hg、Cu、Cr含量分別超出限值130%、140%、7%、19%，花溪茶園土壤中的Cd、Hg、Cu含量分別超出限值35%、100%、59%。此外，不同茶園土壤中的Cd含量超標程度排序為清鎮(zhèn)>開陽>花溪>烏當，Hg含量超標程度排序為清鎮(zhèn)>花溪=開陽>烏當，表明清鎮(zhèn)茶園土壤的Cd、Hg含量普遍高于其他茶園。

2.2 茶葉中重金屬含量統(tǒng)計

如表3所示，茶葉中Pb、Cd、Hg、As、Cu、Ni、Zn、Cr的平均含量分別為1.27、0.52、0.23、1.42、9.42、11.04、13.45、14.46 mg/kg，對應的變異系數(shù)分別為0.58、0.48、0.64、0.29、0.21、0.37、0.35、0.31，均為中高度變異水平，其中Pb、Cd、Hg及Ni的含量差異達到高度變異程度。茶葉中的Ni含量超出國家衛(wèi)健部門對食品的限量值，Cr含量則超出農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關于茶葉中Cr含量的限量標準，Ni、Cr含量分別超出限值1 004%、189%。不同茶園的茶葉均表現(xiàn)出Ni、Cr含量超標，其他重金屬元素含量均不同程度地低于標準值；其中烏當茶園茶葉的Ni、Cr含量分別超標1 151%、190%，開陽茶園茶葉的Ni、Cr含量分別超標726%、135%，清鎮(zhèn)茶園茶葉的Ni、Cr含量分別超標925%、200%，花溪茶園茶葉的Ni、Cr含量分別超標 1 213%、231%。不同茶園茶葉中的Ni含量超標程度排序為花溪>烏當>清鎮(zhèn)>開陽，Cr含量的超標程度排序為花溪>清鎮(zhèn)>烏當>開陽。由此看出，花溪茶園茶葉中Ni、Cr含量的超標程度普遍高于其他茶園。

2.3 茶園土壤的重金屬污染評價

運用地積累指數(shù)法對茶園土壤的重金屬污染情況進行評價，結果（圖1）表明，不同茶園土壤中的大部分重金屬元素的Igeo<0。僅Cd在清鎮(zhèn)和烏當茶園、Hg在4個茶園及Cu在花溪茶園土壤中Igeo>0，但都<1。其中，烏當茶園土壤存在輕微程度的Hg污染；開陽、清鎮(zhèn)茶園土壤存在輕微程度的Cd、Hg污染，且Hg的污染程度均略高于Cd；花溪茶園土壤存在輕微程度的Hg、Cu污染，而Hg的污染程度高于Cu。此外，存在Cd污染的茶園土壤表現(xiàn)出清鎮(zhèn)>開陽，受Hg污染的茶園土壤則表現(xiàn)出清鎮(zhèn)>花溪>開陽>烏當，其中開陽、花溪茶園土壤受Hg污染的程度較為接近。

用潛在生態(tài)風險指數(shù)法對不同茶園土壤中各重金屬元素的生態(tài)風險程度進行評價，其結果與地積累指數(shù)法相似，但存在一定程度的差異。圖2顯示，不同茶園土壤中Cd、Hg含量的潛在生態(tài)風險指數(shù)明顯高于其他元素，其中烏當茶園土壤中的Hg含量達到中度的生態(tài)風險水平，開陽、清鎮(zhèn)茶園土壤中的Cd含量為中度風險，而Hg含量則達到強度生態(tài)風險，花溪茶園土壤的Cd、Hg含量均達到中度的生態(tài)風險水平，且Hg>Cd。其余重金屬元素在不同茶園土壤中的生態(tài)風險程度普遍較低，均為輕微風險等級。不同茶園土壤Cd、Hg含量的潛在生態(tài)風險均表現(xiàn)為清鎮(zhèn)>開陽>花溪>烏當，其中Cd含量在開陽茶園土壤中的輕微、中度及強的生態(tài)風險率均為33.3%，在清鎮(zhèn)茶園土壤的中度、強度生態(tài)風險率分別為66.6%、33.3%，而在花溪茶園土壤的輕微、中度風險率則均為50.0%；Hg在烏當茶園土壤的中度、強度風險率分別為83.3%、16.7%，在開陽茶園土壤中的中度、強度生態(tài)風險率分別為66.7%、33.3%，在清鎮(zhèn)茶園地土壤中的中度、強度生態(tài)風險率分別為16.7%、83.3%，而在花溪茶園地的中度、強度生態(tài)風險率則分別為33.3%、66.7%。由此看出，Cd的中強度生態(tài)風險率表現(xiàn)出清鎮(zhèn)>開陽>花溪，Hg的強度生態(tài)風險率表現(xiàn)出清鎮(zhèn)>花溪>開陽>烏當。

另外，對不同茶園土壤中多種重金屬的潛在生態(tài)風險程度進行綜合評價發(fā)現(xiàn)，不同茶園土壤中重金屬的綜合生態(tài)風險排序為清鎮(zhèn)>開陽>花溪>烏當，其中清鎮(zhèn)、開陽茶園土壤的多種重金屬元素的綜合潛在生態(tài)風險達到中度水平，且清鎮(zhèn)茶園的風險水平明顯高于開陽，而花溪、烏當茶園的綜合潛在生態(tài)風險為輕微級別（圖3-a）。此外，通過對不用風險等級樣點的統(tǒng)計計算，得出烏當茶園輕微、中等風險率分別為83.3%、16.7%，開陽茶園的輕微、中等風險率均為50.0%，清鎮(zhèn)的輕微、中等風險率分別為16.7%、83.3%，而花溪的輕微、中等風險率分別為66.7%、33.3%?？傮w上看，不同茶園中等的生態(tài)風險率排序為清鎮(zhèn)>開陽>花溪>烏當，而輕微風險排序為烏當>花溪>開陽>清鎮(zhèn)（圖3-b）。相對地，清鎮(zhèn)茶園土壤多種重金屬污染的綜合潛在生態(tài)風險明顯高于其他茶園，烏當、花溪茶園土壤的生態(tài)風險程度則普遍較低，僅為輕微水平，而開陽茶園的個別樣點可能存在重金屬污染的潛在生態(tài)風險。

2.4 茶葉重金屬的生物富集特征

運用生物富集系數(shù)法對茶葉的重金屬富集程度進行分析，由圖4可以看出，不同重金屬元素的平均生物富集系數(shù)在0.04～1.90之間。其中，除Cd的生物富集系數(shù)>1外，其他不同重金屬元素在不同茶園茶葉中的富集系數(shù)都<1，排序為Cd（1.90）>Hg（0.80）>Ni （0.45）>Cu（0.32）>Cr（0.23）>Zn（0.22）>As（0.08）>Pb（0.04）；茶葉中Cd的富集系數(shù)顯著高于其他重金屬元素，Hg的富集系數(shù)也相對較高。通過計算發(fā)現(xiàn)，Cd的生物富集系數(shù)>1的樣本比例為75.00%，Hg的生物富集系數(shù)>1的樣本占29.16%，而Ni的生物富集系數(shù)>1的樣本僅為4.17%，其余所有樣本的重金屬元素生物富集系數(shù)均<1。不同茶園茶葉的Cd生物富集程度排序為烏當（2.10）>花溪（2.04）>開陽（1.75）>清鎮(zhèn)（1.70），其中烏當?shù)纳锔患禂?shù)>1的樣本數(shù)占比為100%，而花溪、開陽、清鎮(zhèn)的生物富集系數(shù)>1的樣本數(shù)占比都為66.67%。不同茶園茶葉中Hg的富集系數(shù)排序為開陽（0.94）>花溪（0.77）>烏當（0.75）>清鎮(zhèn)（0.73），其中開陽、烏當和清鎮(zhèn)茶園茶葉富集系數(shù)>1的樣本占33.33%，而花溪茶葉富集系數(shù)>1的樣本僅為16.67%。不同茶園茶葉中Ni的富集系數(shù)排序為烏當（0.59）>花溪（0.53）>開陽（0.44）>清鎮(zhèn)（0.24），其中僅花溪出現(xiàn)1個樣本的富集系數(shù)>1，其他茶園茶葉的樣本均無富集系數(shù)>1的情況。烏當茶園茶葉中不同重金屬的富集系數(shù)排序為Cd（2.10）>Hg（0.75）>Ni（0.59）>Cu（0.43）>Cr（0.23）>Zn（0.21）>As （0.09）>Pb（0.05），開陽茶園茶葉中重金屬的富集系數(shù)排序為Cd（1.75）>Hg（0.94）>Cu （0.50）>Ni（0.44）>Cr（0.28）>Zn（0.27）>As（0.10）>Pb（0.04），清鎮(zhèn)茶園茶葉中的重金屬富集系數(shù)排序為Cd（1.70）>Hg（0.74）>Ni（0.24）>Cu（0.18）>Cr（0.14）>Zn（0.13）>As（0.05）>Pb（0.03），花溪茶園茶葉中的重金屬富集系數(shù)排序為Cd（2.04）>Hg（0.77）>Ni（0.54）>Zn（0.25）>Cr（0.24）>Cu（0.15）>As（0.09）>Pb（0.06）。由此可見，各茶園茶葉中生物富集最為明顯的重金屬元素為Cd，其次是Hg；不同茶園的茶葉對As、Pb的富集程度普遍較低。

2.5 茶葉中的重金屬污染特征

為了探討茶園茶葉受重金屬的污染程度，參照食品國家安全標準（GB 2762—2022《食品安全國家標準 食品中污染物限量》）對Pb、Ni污染的限量值，參照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對茶葉中Cd、Cr、Hg和As含量的標準值（NY 659—2003《茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量》），以茶葉衛(wèi)生標準對Cu含量的限量作為標準（GB 9679—1988《茶葉衛(wèi)生標準》），以全國茶葉Zn含量平均值為參照，采用單因子法對茶葉受重金屬的污染程度進行分析。由圖5可以看出，茶葉中除了Cd、Hg的污染指數(shù)>1以外，其余重金屬元素的污染指數(shù)均<1，表明不同茶園的茶葉主要受到Cd、Hg 2種重金屬元素的污染，且受到Hg的污染程度高于Cd。不同茶園的茶葉受到的Hg污染的排序為開陽>花溪>烏當>清鎮(zhèn)，其中開陽茶園茶葉受到的Hg污染明顯高于其他茶園；茶葉受到的Cd污染程度排序為烏當>花溪>開陽>清鎮(zhèn)，其中烏當、花溪茶園中茶葉受到的Cd污染相似且明顯高于開陽、清鎮(zhèn)。此外，烏當茶園中茶葉的Hg污染率為66.67%，而開陽、清鎮(zhèn)、花溪茶園中茶葉的Hg污染率均為83.33%。烏當茶園中茶葉的Cd污染率為100%，開陽、清鎮(zhèn)茶園均為66.67%，花溪茶園中茶葉受到的Cd污染率為83.33%。總體而言，研究區(qū)茶園中茶葉主要受到Hg、Cd 2種重金屬元素的污染，受到的Hg污染程度要高于Cd，其中開陽茶園中茶葉受到的Hg污染較為明顯，烏當、花溪茶園的茶葉受到的Cd污染相對較高。

3 討論

本研究采用有機茶產(chǎn)地環(huán)境條件、農(nóng)用地土壤污染風險管控標準對茶園土壤重金屬的污染情況進行評價，其參照值除了Cd、Cr外，其他元素普遍低于貴州省表層土壤環(huán)境重金屬背景值（Pb=35.2 mg/kg，Cd=0.659 mg/kg，Hg=0.11 mg/kg，As=20 mg/kg，Cu=32 mg/kg，[JP+2]Ni=39.1 mg/kg，Zn=99.5 mg/kg，Cr=95.9 mg/kg）［43］。通過對比發(fā)現(xiàn)，茶園土壤中的平均Hg、As、Cu含量高于土壤背景值，而Pb、Cd、Ni、Zn、Cr含量均低于背景值，由此推測茶園土壤中的Pb、Cd、Ni、Zn、Cr幾種重金屬元素含量可能主要受地質(zhì)背景含量的影響［10，12］，而Hg、As、Cu含量不僅受土壤背景含量的影響，還可能受外界輸入的影響（如使用工業(yè)化肥及農(nóng)藥等），從而導致其含量在一定程度上大于背景值。此外，通過分析茶園土壤中不同重金屬元素的相關性，發(fā)現(xiàn)土壤中的Cd、Hg含量在0.05水平呈顯著正相關，而Cu與Ni、Zn、Cr、Ni與Zn、Cr及Cr與Zn幾種元素組合在0.01水平呈極顯著正相關（表4），表明茶園土壤中部分重金屬元素之間具有較強的相互促進關系，可能導致當其中某個元素得到加強時，使得關聯(lián)的元素含量也得到一定程度的提高。同時，本研究得到的茶園土壤中不同重金屬元素含量與郭人豪等的研究結果［1，9，20］相似，且都普遍不同程度地低于背景參考值。由于貴州省土壤重金屬背景值普遍偏高，但除了Cd、Cr含量的背景值高于茶園產(chǎn)地、農(nóng)業(yè)用地限值外，其他元素含量的背景值均低于標準限量值，而茶園土壤中的重金屬元素普遍低于背景值，表明貴陽茶園土壤重金屬含量普遍符合茶園種植標準［44-45］。

此外，在評價土壤重金屬污染時，可能導致Cd、Cr污染系數(shù)偏高，而Pb、Hg、As、Cu、Ni、Zn的污染系數(shù)偏低。若以貴州表層土壤環(huán)境背景值作為參考，計算不同茶園土壤中重金屬元素的地積累指數(shù)得出，除Hg在烏當、開陽及花溪茶園為輕微污染以及在清鎮(zhèn)為中等污染外，其他元素均為無污染水平。另外，如果以潛在生態(tài)風險法參照背景值進行計算，除了Hg達到強度污染水平外，其他重金屬元素均為輕微污染水平，并且其風險系數(shù)普遍偏低?？傮w上看，本研究中不同茶園土壤主要受到Hg污染，其次是Cd；若按地積累指數(shù)計算，本研究中的土壤都呈輕度污染水平，按潛在生態(tài)風險指數(shù)評價法計算，本研究中個別樣區(qū)達到中強度風險等級，但總體上仍以輕微污染為主。這與何璐君對開陽茶園土壤中的Pb、Cd、Cr、Hg、Cu、As污染進行評價后指出其主要污染是Hg、其次是Cd的研究結果［20］一致，還與鄭永林等對烏當茶園土壤中Pb、Cd、Cr、Hg、Cu和As污染進行評價時指出Cd是主要污染因子，而其他元素為安全水平的結論［9］相似。此外，劉凱在對貴陽鄰近縣域貴定5個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）茶園地土壤中Pb、Cd、Cr、Hg、Cu、As的污染情況進行評價時，也指出Hg是主要污染因子，其次為Cd［22］。由此看出，貴陽市及周邊地區(qū)茶園土壤普遍受到Hg、Cd輕微程度的污染，其余重金屬元素的污染程度相對較低，可以忽略不計。

綜上所述，鑒于茶園土壤中Hg、Cd具有較為顯著的正相關性，而Hg不僅具有繼承土壤成土母質(zhì)含量的特征，還受使用化肥等外源污染的影響。因此，在茶園種植和管理過程中應盡可能減少和避免工業(yè)化肥的使用，降低微量元素Hg的外源輸入，抑制土壤中Cd的積累，從而在一定程度上使土壤中Hg、Cd含量降低，防止其污染進一步加劇和擴散。

4 結論

通過對貴陽市典型茶園土壤重金屬污染和茶葉生物富集特征進行分析，得出土壤中Pb、Cd、Hg、As、Cu、Ni、Zn、Cr的平均含量分別為30.88、0.33、0.30、20.72、43.59、31.03、70.95、74.26 mg/kg，其中僅Cd、Hg的平均含量超出有機茶園土壤的限值標準，且都表現(xiàn)為清鎮(zhèn)最高而烏當最低。茶葉中對應的重金屬元素平均含量分別為1.27、0.52、0.23、1.42、9.42、11.04、13.45、14.46 mg/kg，其中Ni含量超出食品安全污染物限量標準，Cr含量則超出農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對茶葉的限量標準，且花溪茶園茶葉中的Ni、Cr含量超標程度相對較高。茶園土壤主要受到Hg、Cd污染，且Hg的污染程度要大于Cd，而Hg污染可能還受外源影響較大。不同茶園土壤受到的Hg污染程度排序為清鎮(zhèn)>花溪>開陽>烏當，受到Cd污染的茶園按污染程度排序為清鎮(zhèn)>開陽。不同茶園土壤中多種重金屬的綜合潛在生態(tài)風險排序為清鎮(zhèn)>開陽>花溪>烏當，其中清鎮(zhèn)、開陽茶園為中度風險水平，且清鎮(zhèn)茶園的風險水平明顯高于開陽。茶葉中不同重金屬元素的平均生物富集系數(shù)在0.04～1.90之間，排序為Cd（1.90）>Hg（0.80）>Ni（0.45）>Cu（0.32）>Cr（0.23）>Zn（0.22）>As（0.08）>Pb（0.04），其中僅Cd的生物富集系數(shù)大于1，且在不同茶園中茶葉的生物富集系數(shù)排序為烏當（2.10）>花溪（2.04）>開陽（1.75）>清鎮(zhèn)（1.70）。茶園中茶葉主要受到Cd、Hg 2種重金屬元素的污染，且Hg的污染程度大于Cd；不同茶園地的茶葉受到Hg污染程度的排序為開陽>花溪>烏當>清鎮(zhèn)，受到Cd污染程度的排序為烏當>花溪>開陽>清鎮(zhèn)。綜上所述，貴陽市茶園土壤和茶葉主要受Hg、Cd 2種重金屬元素的污染，且Hg的污染程度高于Cd，其他重金屬元素為無污染水平，相對安全。

參考文獻：

［1］郭人豪，任艷芳. 貴陽市茶園土壤與茶樹中鉛含量測定及其相關性［J］. 貴州農(nóng)業(yè)科學，2013，41（11）：179-181.

［2］張翔宇，尹彤云，周少奇，等. 中國植茶省份茶園土壤酸化現(xiàn)狀分析［J］. 貴州科學，2022，40（3）：81-85.

［3］農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植管理司. 2017年全國各產(chǎn)茶省茶園面積、產(chǎn)量和產(chǎn)值統(tǒng)計［J］. 中國茶葉，2018，40（6）：27.

［4］桂燕玲，王 凌. 貴州茶葉出口的現(xiàn)狀及趨勢研究［J］. 福建茶葉，2022，44（6）：41-43.

［5］國際茶業(yè)委員會. 2022年3月中國茶葉出口各國和地區(qū)銷量統(tǒng)計［J］. 中國茶葉，2022，44（6）：14.

［6］許 倩. 貴州省茶產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與出口促進措施——基于與浙江省的比較分析［J］. 南方農(nóng)機，2022，53（11）：173-175，180.

［7］李曉雪. 貴州茶葉產(chǎn)業(yè)集群競爭力研究——基于GEM模型［J］. 昆明學院學報，2023，45（3）：42-49.

［8］黃華斌，林承奇，于瑞蓮，等. 安溪鐵觀音茶園土壤重金屬分布及污染評價［J］. 環(huán)境化學，2018，37（5）：994-1001.

［9］鄭永林，何騰兵，周 康，等. 貴陽市烏當區(qū)茶園土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量狀況及其評價［J］. 貴州農(nóng)業(yè)科學，2011，39（4）：103-105.

［10］王興富，曹人升，吳先亮，等. 喀斯特山地廢棄礦區(qū)土壤重金屬污染評價［J］. 貴州師范大學學報（自然科學版），2021，39（5）：29-35.

［11］曹人升，范明毅，黃先飛，等. 金沙燃煤電廠周圍土壤有機質(zhì)與重金屬分析［J］. 環(huán)境化學，2017，36（2）：397-407.

［12］王興富，黃先飛，胡繼偉，等. 喀斯特山地Ni-Mo廢棄礦區(qū)周圍鎘污染及農(nóng)作物富集特征［J］. 環(huán)境化學，2020，39（7）：1872-1882.

［13］李甜田，鄒繼穎，武雙雙，等. 飲馬河中游不同土地類型重金屬分布特征及風險評價［J］. 山西農(nóng)業(yè)科學，2019，47（2）：239-244.

［14］王興富，曹人升，黃先飛，等. 基于人工智能優(yōu)化石墨烯納米復合材料吸附水體重金屬污染研究進展［J］. 貴州師范大學學報（自然科學版），2021，39（2）：112-120.

［15］顏 鵬，韓文炎，李 鑫，等. 中國茶園土壤酸化現(xiàn)狀與分析［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學，2020，53（4）：795-813.

［16］李 靜，王明銳，張雋嫻，等. 湖北省主要茶園土壤重金屬污染現(xiàn)狀及評價［J］. 綠色科技，2018（24）：79-83.

［17］陽 霜. 都勻毛尖茶園土壤酸化現(xiàn)狀分析［J］. 農(nóng)村經(jīng)濟與科技，2019，30（21）：20-22.

［18］凌 云，劉漢燚，張小婷，等. 西南地區(qū)典型土壤酸化特征及其與重金屬形態(tài)活性的耦合關系［J］. 環(huán)境科學，2023，44（1）：376-386.

［19］任艷芳，何俊瑜，張艷超，等. 貴州省開陽茶園土壤有效微量元素狀況分析［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2016，44（12）：432-435.

［20］何璐君. 開陽縣茶園土壤重金屬元素含量及污染評價［J］. 貴州農(nóng)業(yè)科學，2009，37（4）：184-186.

［21］何璐君，王修俊. 遵義縣茶園土壤重金屬元素含量及污染評價［J］. 湖北農(nóng)業(yè)科學，2011，50（7）：1350-1353.

［22］劉 凱. 貴定縣茶園土壤中重金屬元素含量及污染評價［J］. 貴州農(nóng)業(yè)科學，2012，40（1）：101-103.

［23］張 迪，周明忠，熊康寧，等. 貴州遵義松林Ni-Mo多金屬礦區(qū)土壤Mo污染及農(nóng)作物健康風險初步評價［J］. 環(huán)境化學，2019，38（6）：1328-1338.

［24］張 迪，周明忠，熊康寧，等. 貴州遵義下寒武統(tǒng)黑色頁巖區(qū)土壤重金屬污染和人體健康風險評價［J］. 環(huán)境科學研究，2021，34（5）：1247-1257.

［25］徐友寧，張江華，柯海玲，等. 某金礦區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染的人體健康風險［J］. 地質(zhì)通報，2014，33（8）：1239-1252.

［26］曹人升，范明毅，黃先飛，等. 金沙燃煤電廠周圍土壤有機質(zhì)與重金屬分析［J］. 環(huán)境化學，2017，36（2）：398-407.

［27］Zhang X Z，Sun H W，Zhang Z Y，et al. Enhanced bioaccumulation of cadmium in carp in the presence of titanium dioxide nanoparticles［J］. Chemosphere，2007，67（1）：160-166.

［28］Zhong W S，Ren T，Zhao L J. Determination of Pb （lead），Cd （cadmium），Cr （chromium），Cu （copper），and Ni （nickel） in Chinese tea with high-resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry［J］. Journal of Food & Drug Analysis，2016，24（1）：46-55.

［29］胡繼偉，劉 峰，陳敬安，等. 喀斯特深水湖泊富硒沉積物中Se的賦存特征［J］. 環(huán)境化學，2013，32（8）：1448-1455.

［30］梁 萍，張 浩，王 濟，等. 巖溶山區(qū)公路路側土壤重金屬垂直分布及生態(tài)危害研究［J］. 貴州師范大學學報（自然科學版），2018，36（4）：23-29，35.

［31］Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control：a sedimentological approach［J］. Water Research，1980，14（8）：975-1001.

［32］Femandez J A，Carballeira A. Evaluation of contamination，by different elements，in terrestrial mosses［J］. Archives of Environmental Contamination and Toxicology，2001，40（4）：461-468.

［33］范晨子，郭 威，袁繼海，等. 西南地區(qū)典型工礦業(yè)城市土壤-作物系統(tǒng)中重金屬和硒元素特征及評價［J］. 西南農(nóng)業(yè)學報，2022，35（8）：1909-1919.

［34］Bonanno G，Raccuia S A. Seagrass Halophila stipulacea：capacity of accumulation and biomonitoring of trace elements［J］. Science of The Total Environment，2018，633：257-263.

［35］鄒鯉嶺，李昌盛，郎學偉. 昆明陽宗海沿岸農(nóng)田土壤及農(nóng)作物砷污染特征研究與評價［J］. 西南農(nóng)業(yè)學報，2021，34（5）：1096-1100.

［36］尚夢佳，周忠發(fā)，王小宇，等. 基于支持向量機的喀斯特山區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量評價——以貴州北部一茶葉園區(qū)為例［J］. 中國巖溶，2018，37（4）：575-583.

［37］中華人民共和國農(nóng)業(yè)部. 有機茶產(chǎn)地環(huán)境條件：NY/T 5199—2002［S］. 北京：中國標準出版社，2002.

［38］生態(tài)環(huán)境部. 土壤環(huán)境治理農(nóng)用地土壤污染風險管控標準：GB 15618—2018［S］. 北京：中國標準出版社，2018.

［39］中華人民共和國國家衛(wèi)生健康委員會. 食品安全國家標準食品中污染物限量：GB 2762—2022［S］. 北京：中國標準出版社，2022.

［40］中華人民共和國農(nóng)業(yè)部. 茶葉中鎘、鉻、汞、砷及氟化物限量：NY 659—2003［S］. 北京：中國標準出版社，2003.

［41］中華人民共和國衛(wèi)生部. 中華人民共和國國家標準茶葉衛(wèi)生標準：GB 9679—1988［S］. 北京：中國標準出版社，1989.

［42］王 峰，陳玉真，單睿陽，等. 大田縣茶園土壤和茶葉中鋅含量及影響因素分析［J］. 茶葉學報，2017，58（4）：179-183.

［43］魏復盛，陳靜生，吳燕玉，等. 中國土壤環(huán)境背景值研究［J］. 環(huán)境科學，1991（4）：12-19，94.

［44］徐 鋮，朱四喜，趙 斌. 草海濕地土壤中重金屬鉻的垂直分布特征［J］. 北方園藝，2018（5）：118-123.

［45］劉春林，張 建，彭益書，等. 貴州雷山茶區(qū)土壤-茶葉重金屬含量特征及飲茶風險評價［J］. 浙江農(nóng)業(yè)學報，2020，32（6）：1049-1059.

收稿日期：2022-12-07

基金項目：貴陽市科技計劃（編號：［2021］3-30、［2021］3-27、［2022］3-7）；中央引導地方科技發(fā)展資金（編號：黔科中引地［2022］4035）；銅仁市科技計劃（編號：銅市科研［2021］24）。

作者簡介：王興富（1990—），男，貴州榕江人，博士，副教授，主要從事喀斯特環(huán)境演變與生態(tài)建設研究。E-mail：754957282@qq.com。

通信作者：黃先飛，博士，副研究員，主要從事環(huán)境科學方面的研究。E-mail：hxfswjs@gznu.edu.cn。