廣西三江布央茶園土壤重金屬含量及污染評價

吳柳杰,賴柳瀅,吳惟筠

(1.南寧師范大學(xué) 環(huán)境與生命科學(xué)學(xué)院,廣西 南寧 530100;2.廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程學(xué)院,廣西 南寧 530226)

0 引 言

有害重金屬的殘留是我國茶葉質(zhì)量安全的重要問題之一[1]。土壤中重金屬積累到一定濃度會對茶樹產(chǎn)生危害,影響茶葉質(zhì)量安全,最終通過食物鏈等途徑進入人體而危害健康[2-3]。茶葉生長的產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量是解決茶葉安全問題的一個重要研究領(lǐng)域[4-5]。廣西柳州市三江侗族自治縣位于桂、湘、黔三省(區(qū))交界處,系云貴高原余脈邊緣,為中、低山和丘陵地帶,屬熱帶嶺南濕潤氣候,寒暑分明、雨量充沛、日照充足,適宜茶葉生長。2012年三江茶獲批國家地理標(biāo)志保護產(chǎn)品。截至2021年,全縣茶葉種植面積20萬畝,可以采摘面積達19萬畝,成為鄉(xiāng)村振興的支柱產(chǎn)業(yè)。其中以八江布央村為典型代表,全村種植茶葉面積3100多畝,以茶強村、以茶富民、以茶興旅,2018年成為國家AAAA級旅游景區(qū)[6-7]。目前,有關(guān)廣西柳州市三江侗族自治縣主要茶園土壤重金屬含量的研究鮮有報道。因此,本研究選取典型代表茶園(布央茶園)土壤作為研究對象,應(yīng)用單項污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法相結(jié)合的方法對廣西三江侗族自治縣布央茶園土壤5種重金屬元素污染進行評價,以期為三江侗族自治縣茶葉產(chǎn)地環(huán)境及其安全生產(chǎn)管理、規(guī)劃和預(yù)測預(yù)警提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

以布央茶園土壤為研究對象,布央村茶園約206.67hm2(3100多畝),每33.33hm2(500畝)采集一個混合樣,共6個采樣點(表1)。

表1 茶園采樣點概況

1.2 方法

1.2.1 土壤采集

按照《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行,采取GPS定位,采用梅花形五點取樣法采集0～20cm深度土層混合土樣2kg(圖1),帶回室內(nèi)自然風(fēng)干后,研磨、過100目篩后進行測定。

1.2.2 指標(biāo)檢測

土壤pH及重金屬鉻、汞、砷、鉛和鎘的檢測方法(表2)。

表2 土壤重金屬檢測方法

1.2.3 土壤環(huán)境質(zhì)量評價

1)評價標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)》(試行)(GB 15618—2018)對廣西三江侗族自治縣布央茶園土壤進行分析評價。

2)評價方法。(1)單項污染指數(shù)法。以《無公害食品 產(chǎn)地環(huán)境評價準(zhǔn)則》(NY/T5295-2015)為評價方法。

采用單項污染指數(shù)法按式(1)計算。當(dāng)Pi≤1時,控制指標(biāo)未超標(biāo),判定合格,不再進行綜合污染指數(shù)法評價;當(dāng)Pi>1時,控制指標(biāo)有超標(biāo),則需進行綜合污染指數(shù)法評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬含量

茶樹土壤pH在4.0～6.5之間能正常生長,而在4.5～5.5范圍的pH最適宜,高于7.0或低于4.0時茶樹生長受到明顯抑制[8,9]。由表5可看出,布央茶園土壤pH在4.15～4.87之間,適合茶樹生長。

參照GB 15618-2018,選取pH小于5.5時的風(fēng)險篩選值作為參考依據(jù)。由表5可知,茶園土壤中重金屬鉻、汞、砷、鉛、鎘含量分別為70mg/kg、0.148mg/kg、17.6mg/kg、24mg/kg、0.11mg/kg,符合《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》(試行)(GB 15618-2018)中的風(fēng)險篩選值,均未超標(biāo)(表3)。采用變異系數(shù)來反映這5種重金屬在布央茶園的分布和污染程度的差異大小,變異系數(shù)越大表明采樣點在總體樣本中平均變異程度越大。布央茶園中重金屬鉻、汞、砷、鉛、鎘含量變異系數(shù)分別達18%、25%、93%、17%和40%,表明該茶園土壤中砷和鎘含量的空間差異大,可能存在多個污染源。

表3 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值 單位:mg/kg

表5 布央茶園土壤重金屬含量 單位:mg/kg

2.2 土壤重金屬污染指數(shù)評價

分別以《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》NY/T 391-2021中的土壤質(zhì)量要求和符合茶園土壤pH的《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》(試行)GB 15618-2018中的農(nóng)用地土壤污染中風(fēng)險篩選值作為評價標(biāo)準(zhǔn),分別對布央茶園土壤污染狀況進行評價。

2.2.1 單項污染指數(shù)法評價

由表6可知,以《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》中的土壤質(zhì)量要求作為評價標(biāo)準(zhǔn)時,鉻的最大單項污染指數(shù)為0.78,最低值為0.48,平均值0.58;汞的最大單項污染指數(shù)為0.88,最低值為0.48,平均值0.59;砷的最大單項污染指數(shù)為1.46,最低值為0.08,平均值0.71;鉛的最大單項污染指數(shù)為0.60,最低值為0.40,平均值0.48;鎘的最大單項污染指數(shù)為0.56,最低值為0.20,平均值0.38。由此可見,研究區(qū)內(nèi)部分采樣點土壤砷的污染指數(shù)Pi>1,為輕度污染,應(yīng)引起重視。

表6 布央茶園土壤重金屬單項污染指數(shù)Pi

由表7可知,以《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》(試行)中的農(nóng)用地土壤污染的風(fēng)險篩選值作為評價標(biāo)準(zhǔn)時,鉻的最大單項污染指數(shù)為0.62,最低值為0.38,平均值0.47;汞的最大單項污染指數(shù)為0.17,最低值為0.09,平均值0.11;砷的最大單項污染指數(shù)為0.92,最低值為0.05,平均值0.44;鉛的最大單項污染指數(shù)為0.43,最低值為0.29,平均值0.34;鎘的最大單項污染指數(shù)為0.56,最低值為0.20,平均值0.38。茶園土壤重金屬的污染指數(shù)Pi均小于1,但部分采樣點砷的污染指數(shù)Pi接近1(0.92、0.88)。由此可見,茶園土壤重金屬在《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》下處于安全范圍內(nèi),但對于砷污染仍應(yīng)引起重視。

表7 布央茶園土壤重金屬單項污染指數(shù)Pi

2.2.2 綜合污染指數(shù)法評價

由表8可知,以《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》中的土壤質(zhì)量要求作為評價標(biāo)準(zhǔn)時,研究區(qū)茶園土壤重金屬鉻、汞、砷、鉛、鎘的綜合污染指數(shù)P分別為0.69、0.75、1.15、0.54、0.48。除了重金屬砷外,其他4種重金屬綜合污染指標(biāo)均小于1,說明土壤可能存在砷污染,應(yīng)加強管理和保護。

表8 布央茶園土壤重金屬綜合污染指數(shù)P

由表9可知,以《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》(試行)中的農(nóng)用地土壤污染的風(fēng)險篩選值作為評價標(biāo)準(zhǔn)時,研究區(qū)茶園土壤重金屬鉻、汞、砷、鉛、鎘的綜合污染指數(shù)P分別為0.55、0.14、0.72、0.39、0.48,均小于1,說明土壤未受污染。

表9 布央茶園土壤重金屬綜合污染指數(shù)P

3 結(jié) 語

研究區(qū)土壤樣品5種金屬元素的平均含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》(試行)(GB 15618-2018)中的風(fēng)險篩選值,但砷和鎘的變異系數(shù)分別達93%和40%,說明土壤中砷和鎘含量的空間差異大,可能存在多個污染源。單項污染指數(shù)法評價結(jié)果表明,以GB 15618-2018為依據(jù),研究區(qū)土壤未受污染(Pi<1);以《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391-2021)為依據(jù),研究區(qū)部分采樣點土壤存在砷積累(Pi>1)。綜合污染指數(shù)法評價結(jié)果表明,以GB 15618-2018為依據(jù),研究區(qū)土壤屬于清潔土壤(P<1);以NY/T 391-2021為依據(jù),研究區(qū)土壤除了砷之外(P=1.15),其他4種重金屬綜合污染指標(biāo)均小于1,說明土壤可能存在砷污染,應(yīng)加強管理和保護。