镇江丘陵地区典型茶园土壤和茶叶重金属的监测与污染评价

摘要：采用微波消解-火焰原子吸收分光光度法测定镇江丘陵地区典型茶园土壤和茶叶中重金属元素Pb、Cd、Cu、Zn的含量，Hg含量测定采用冷原子荧光法。结果表明，镇江地区典型茶园茶叶和土壤中5种重金属元素背景值都在相应的质量标准范围内，单项污染指数均小于1，表明茶叶和土壤未受到这5种重金属的污染，茶叶和茶区土壤环境质量总体良好。但茶区土壤综合污染指数已达到警戒级，污染水平尚清洁。少数茶园已受到Cd或Pb的污染，茶叶中Cd是易富集元素。

　　关键词：茶园土壤；茶叶；重金属；污染指数；镇江地区

　　中图分类号：S155.46；X53 文献标志码：A 文章编号：0439-8114（2014）05-1041-03

　　随着无公害茶叶的提出，茶叶产品中的有害物质包括农药残留、重金属、有害微生物等卫生质量指标标准相继出台[1]。重金属元素在土壤中积累到一定限度会对植物产生危害，影响农产品质量安全，最终通过食物链进入人体而危害人类健康[2，3]。为提升镇江地区茶园茶叶的发展水平，对该地区代表性茶园的土壤和茶叶进行抽样检测。

　　镇江位于江苏西南部，丘陵地貌，土壤呈微酸性，茶叶生产历史悠久，是江苏主要产茶市之一。近年来，随着茶园周边乡镇企业的发展及茶园中化肥、农药使用量的增加，茶区的空气、土壤等均受到不同程度的影响。本研究用微波消解-火焰原子吸收分光光度法和冷原子荧光法测定重金属元素铅、镉、铜、锌、汞在土壤和茶叶中的含量，对镇江地区典型茶园土壤环境质量现状进行系统的调研，并进行重金属元素的污染评价，以摸清镇江地区茶园土壤中重金属元素的分布特征及污染现状，为防治土壤重金属污染和无公害茶园的建设提供依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 采样

　　以镇江地区10个代表性的茶园为取样点进行取样。采样面积不低于0.67 hm2，每个取样点取样6次，每次按“S”形5点取样法取土样和茶样，取样时分点挖取表层5～35 cm土样，剔除大的根系和砾石等杂物，装入干净布袋。茶叶取一芽两叶。土样经室内风干、木棍碾碎、去渣、过20目筛处理。茶叶经烘干、碾碎、过20目筛处理。

　　1.2 土样和茶叶样品的前处理

　　采用xt-9912型智能微波消解仪对土样和茶样进行前处理。土壤样品的消解采用4 mL硝酸+1 mL氢氟酸+0.5 mL高氯酸消解体系，茶叶样品的消解采用5mL硝酸+1 mL过氧化氢消解体系。电热板150 ℃预热30 min。土壤微波消解程序见表1，茶叶微波消解程序见表2。消解结束后电热板赶酸至体积小于0.5 mL。

　　1.3 Pb、Cu、Hg、Zn、Cd元素的测定

　　用岛津公司的AA-6300原子吸收分光光度计测定土壤样品和茶叶样品中Cd、Pb、Cu、Zn。火焰原子吸收分光光度计测量工作条件为铅283.3 nm，镉228.9 nm，铜324.6 nm，锌213.9 nm，电流8 mA，狭缝0.7 nm，燃烧器高度7 nm，燃气流量1.8 L/min，助燃气流量15 L/min。Hg含量采用AFS-2100冷原子荧光法的进行测定，副高压270 V，加热温度200 ℃，A道灯电流30 mA，载气流量300 mL/min，屏蔽气流量900 mL/min。

　　1.4 评价标准

　　1.4.1 评价模式 评价采用单项污染指数法和综合污染指数法（内梅罗指数法）相结合的方法进行评价，根据综合污染指数法的计算结果得出评价结论。

　　1）单项污染指数法计算公式：

　　Pi=Ci/Si

　　式中，Pi为污染物i的单项污染指数；Ci为污染物i的实测值；Si为污染物i的评价标准。当Pi≤1时表示未受污染，当Pi﹥1时表示受到污染，且Pi越大污染越严重。

　　2）综合污染指数法计算公式：

　　P综=■

　　式中， P综为综合污染指数；Pmax为单项污染指数最大值；Pave为单项污染指数平均值。

　　1.4.2 评价标准 根据参考文献[4]和[5]对茶区土壤和茶叶进行分析评价。无公害食品茶叶产地环境条件标准和无公害茶叶标准见表3。

　　1.4.3 土壤污染分级标准 根据参考文献[6]中对土壤污染实行分级标准，土壤污染分级标准等级见表4。

　　2 结果与分析

　　2.1 土壤和茶叶中重金属元素的背景值

　　2.1.1 土壤重金属元素的背景值 镇江地区典型茶园5种重金属元素在土壤中的背景值见表5。从含量范围可以看出茶园土壤重金属元素的背景值差异较大，平均含量Pb>Zn>Cu>Cd>Hg。各重金属变异系数均介于10%和100%之间，表明各茶园重金属元素的差异属于中等变异，其中Cd的变异系数较大，表明各个茶园之间Cd背景值的差异大。从重金属的平均含量看，Pb、Cd、Zn、Cu和Hg均未超过无公害食品茶叶产地环境条件的规定。Cd的含量0.10～0.54 mg/kg，最大值超过了无公害食品茶叶产地环境条件的规定（0.30 mg/kg），超标率仅为20%，表明镇江地区个别茶园土壤受到Cd污染威胁。

　　2.1.2 茶叶重金属元素的背景值 镇江地区典型茶园5种重金属元素在茶叶中的背景值见表6。茶叶中重金属元素的背景值差异也较大，平均含量Zn>Cu>Pb>Cd>Hg。各重金属变异系数介于10%和100%之间，表明各茶园茶叶中重金属元素的差异属于中等变异，其中Pb、Cd变异系数较大，表明各茶园之间差异较大。无公害茶叶标准仅对Pb作了规定，茶叶中Pb的背景值为4.53 mg/kg，未超过无公害茶叶标准，但Pb的含量范围1.77～10.65 mg/kg，最大值超过了无公害茶叶标准，超标率为30%，少数茶园茶叶受到Pb污染的威胁。无公害茶叶标准对Cd未做任何规定，5种重金属中仅Cd在茶叶中的平均含量高于土壤中Cd的平均含量，表明镉易富集在茶叶中。

　　2.2 土壤和茶叶中重金属污染评价

　　2.2.1 土壤重金属元素的污染评价 单项污染指数是以污染物的实测值和评价标准来计算的，表示污染物在环境中实际浓度超过评价标准的程度，即超标倍数。综合污染指数法是兼顾了单因子污染指数平均值和最高值，突出了较重要的污染物对环境质量的影响，是当前国内外环境评价最常用的方法之一[7]。根据各元素的实测值，单项污染评价方法采用参考文献[4]为评价依据；综合污染评价采用参考文献[6]为评价标准。镇江地区典型茶园土壤重金属的单项污染指数及评价和综合污染指数及评价见表7。

　　从单项污染指数看，重金属对土壤的污染程度依次是Cd>Pb>Zn>Cu>Hg。5种重金属单项污染指数均小于1，表明土壤未受到这5种重金属元素的污染。但其中Cd的单项污染指数较高，为0.93，是目前茶区土壤需要重点防治的重金属，其次是Pb。

　　总之，镇江地区茶园土壤综合污染指数为0.72，大于0.7，已达到警戒级，污染水平尚清洁。

　　2.2.2 茶叶重金属元素的污染评价 NY5244-2004《无公害食品茶叶标准》仅对Pb作了规定，Pb的单项污染指数为0.91，小于1，表明茶叶未受到Pb的污染。但Pb的单项污染指数偏高，表明对茶叶中Pb的污染要加以防范。

　　3 小结与讨论

　　镇江地区典型茶园茶叶和土壤中5种重金属的背景值都在相应的质量标准范围内，单项污染指数均小于1，表明茶叶和土壤未受到Pb、Cd、Cu、Zn、Hg的污染，土壤环境质量总体表现良好。但茶区土壤综合污染指数已达到警戒级，污染水平尚清洁。少数茶园受到Cd、Pb的污染，茶叶中Cd是易富集元素。

　　Cd是一种重金属元素，由于其难降解性和高积累性，导致能在作物体内大量累积[8]，影响作物的生长发育，造成产量、品质的下降[9]。Cd还会通过食物链进入人体，在体内的生物学半衰期可长达10～40年，在各组织器官尤其是肝组织和肾组织中会累积相当长的一段时间，并对胚胎发育和生殖系统产生不利影响[10，11]。本研究的单项污染指数表明，镇江地区典型茶园土壤中首要污染物是Cd，少数茶园土壤已受到Cd污染威胁；Cd在茶叶中易富集，在茶叶中的含量高于土壤中含量。要加以重视，找到污染源，消除Cd对环境的污染。

　　茶叶中Pd是首要污染物，少数茶园茶叶已经受到Pd的污染。Pd的污染来源一是土壤中的Pd易被茶树根系所吸收；二是茶园周围大气中的Pd浓度增高，这和近几年这些茶园周围汽车量的增加有密切关系，汽车排放出的尾气中含有大量的Pd，造成茶叶的Pd污染。

　　尽管茶区综合污染水平为尚清洁，但要引起重视，对Cd和Pd要积极的加以防范和防治。无公害茶、有机茶是世界茶叶发展的方向，要生产符合有机茶卫生标准的优质茶叶，必须严格防范控制土壤和茶叶重金属污染，保证茶园的环境质量，确保优质茶叶的生产。

　　参考文献：

　　[1] 汪庆华，刘 新.浅谈我国茶叶质量安全现状及应对措施[J].茶叶，2006，15（2）：66-69.

　　[2] 潘根兴，成杰民，高建琴，等.江苏吴县土壤环境中某些重金属元素的变化[J].长江流域资源与环境，2000，9（1）：51-55.

　　[3] 何璐君.开阳县茶园土壤重金属元素含量及污染评价[J].贵州农业科学，2009，37（4）：184-186.

　　[4] NY 5020-2001，无公害茶园土壤环境质量标准[S].

　　[5] NY5244-2004，无公害食品茶叶标准[S].

　　[6] NY/T395-2000，农田土壤环境质量监测技术规范[S].

　　[7] 刘 煌，牟瑞芳.隧道施工土壤重金属污染评价[J].中国测试技术，2005，31（2）：112-114.

　　[8] 钟格梅，唐振柱. 环境镉污染及其对人群健康影响研究进展[J].应用预防医学，2012，18（5）：317-320.

　　[9] 徐 丹，陈 怡，王小晶，等.钾肥对镉污染土壤白菜生长和镉含量的影响[J].长江蔬菜，2012，20（2）：58-61.

　　[10] THOMPSON J，BANNIGAN J. Cadmium： toxic effects on the reproductive system and the embryo[J]. Reprod Toxicol，2008， 25（3）：304-315.

　　[11] SIU E R，MRUK D D，PORTO C S，et al. Cadmium-induced testicular injury[J]. Toxicology and Applied Pharmacology，2009， 238（3）：240-249.