基于GIS技術的貴定縣茶園土壤質量安全調查與評價

劉紅等

摘要：選擇貴州省貴定縣為研究區域，采集茶園土壤樣品，進行重金屬Pb、Cr、Cu、As、Cd、Hg的含量測定，借助ArcGIS技術，以NY 5020—2001《無公害食品 茶葉產地環境條件》中無公害茶園土壤環境質量標準為依據，對貴定縣各鄉鎮土壤環境質量進行單項污染指數和綜合污染指數評價。結果表明：貴定縣有2個鄉鎮茶園土壤處于輕污染狀態，8個鄉鎮處于警戒限范圍，10個鄉鎮處于安全級別。茶園土壤主要污染元素為Cd和Hg，4個鄉鎮Cd平均值超標，其中定南鄉Cd單項污染指數最高，為1.49；5個鄉鎮Hg平均值超標，其中新巴鎮Hg單項污染指數最高，為1.27；定南鄉土壤重金屬綜合污染最嚴重。

關鍵詞：貴定縣；GIS技術；茶園；土壤； 重金屬污染；評價

中圖分類號：X53 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2014）03-0291-05

貴州是我國主要產茶省份，從2006年以來，貴州省茶園面積以每年3.35萬hm2的速度增加，占全國新增茶園的一半。在發展茶產業的同時，茶葉中重金屬含量超標問題越來越受到消費者的關注[1-2]。產地環境質量是茶葉科學種植的一個重要依據，但目前對產地環境信息缺乏一個系統的統計和規劃[3]。中共貴州省委、貴州省人民政府2007年6號文件中明確提出了加快貴州茶產業發展的要求，要把貴州省打造成中國高品質綠茶重要生產基地，前期工作就是做好茶園土壤安全檢測工作。

土壤是茶樹生長的載體，土壤重金屬可以通過茶葉富集進入食物鏈危害人類健康[4]，因此對影響茶葉品質土壤環境質量的研究尤為重要[5]，其中，茶園土壤重金屬的調查與研究得到了高度重視，許多學者對茶園土壤重金屬Cr、Cu、As、Cd、Hg、Pb進行了大量報道[6-8]。本研究以貴州省貴定縣茶園土壤為研究對象，借助ArcGIS技術，并以NY 5020—2001《無公害食品 茶葉產地環境條件》中無公害茶園土壤環境質量標準為評價依據，進行茶園土壤環境質量調查與評價，旨在掌握土壤環境受污染程度，為貴定縣科學規劃建設新茶園以及中低產茶園改造提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 土樣采集與制備

選擇貴州省貴定縣為研究區域，采集茶園表層土壤。采用GPS定位，在樣點附近以“S”法采取茶園表層土壤（0～20 cm）混合樣。為避免污染，采樣過程中使用木鏟等工具，每個樣品均由10個采樣點混合而成，在貴定縣共采集423個土壤樣品。

將采集的樣品分別放入潔凈的聚乙烯塑料袋中，封裝運回實驗室。土壤樣品放在室內自然風干，挑出石塊和殘枝落葉，采用四分法，并用瑪瑙研缽研磨，分別過20、100目篩備用。采樣覆蓋區域見圖1。

1.2 資料收集與整理

從貴定縣農村工作局收集地形圖（采用中國人民解放軍總參謀部測繪局測繪的地形圖）、第2次土壤普查成果圖（最新的土壤圖、土壤養分圖）和土地利用現狀圖。縣級地圖采用1 ∶ 50 000地形圖為空間數學框架基礎，采用高斯-克呂格投影方式進行投影坐標轉換，將土地利用現狀圖、土壤圖及行政區劃圖疊置，劃分生成貴定縣區域茶園評價單元。

1.3 分析方法

在分析土壤樣品過程中每批樣品設2個空白，加入國家標準土壤樣品（GSS-4、GSS-5）進行分析質量控制，分析樣品重復數10%～15%，所用水均為二次去離子水（Milli-Q50超純水系統），試劑均采用優級純，張清海等用該方法對貴州鳥王茶產區土壤重金屬負荷水平進行了研究[9]。分析方法和限量見表1。

1.4 屬性數據庫的建立

根據貴定縣土壤質量評價需要，對每個指標完整的命名、格式、類型、取值區間等進行定義，在建立屬性數據庫時按數據字典的要求，制定統一的基礎數據編碼規則，進行屬性數據錄入，在ACCESS數據庫中建立。

1.5 評價因子屬性值的獲取

茶園土壤環境質量評價包括土壤Pb、Cd、Cr、Cu、As、Hg等6個評價因子，以研究區域茶園土壤環境質量評價單元圖數據庫為基礎，借助ArcGIS 9.3中的地統計學分析（geostatistical analysis）模塊，選擇最優的插值模型進行Kriging空間插值[10-11]，生成評價單元全系列的茶園土壤環境質量評價因子屬性數據庫。

1.6 土壤中重金屬的評價方法

選取Pb、Cd、Cr、Cu、As、Hg等重金屬元素為評價因子，運用單因子污染指數法[12-13]、綜合污染指數法[14]，以NY 5020—2001《無公害食品 茶葉產地環境條件》中無公害茶園土壤環境質量標準（表2、表3）為評價依據，對貴定縣茶園土壤環境質量進行綜合評價。

單因子污染指數Pi計算公式為Pi=Ci/Si，

式中：Pi為土壤污染元素i的污染指數；Ci為污染元素i的實測值（mg/kg）；Si為污染元素i的評價限量值（mg/kg）。2.3 茶園土壤環境質量主要限制因子分析

評價結果表明，貴定縣茶園主要表現土壤鎘和汞污染。煤礦是貴定縣優勢礦產之一，各個鄉鎮均有分布，其中儲量最多的有落北河鄉、新鋪鄉、德新鎮。石灰石礦、水泥用石灰巖全縣廣泛分布，儲量大，品位高，其中定南鄉礦點為黔南州水泥廠礦山[15]。全縣開辦了一些國營煤場，土陶蘊藏量比較豐

富，周邊建設了一些陶瓷廠和水泥廠，鎘和汞污染主要是由煤礦開采、冶煉以及陶瓷、水泥的開發利用造成的。

3 結論

本研究對貴定縣各鄉鎮茶園土壤重金屬的平均含量進行分析，結果表明，各鄉鎮Pb、Cr、As、Cu的平均含量均低于無公害茶園限量值，均未超標；馬場河鄉、都六鄉、定南鄉、德新鎮Cd超標；云霧鎮、新鋪鄉、都六鄉、猴場堡鄉、新巴鎮Hg超標。

貴定縣土壤重金屬污染主要表現為一定程度鎘和汞污染。單因子評價的結果與重金屬含量分析大體一致。其中，都六鄉土壤中鎘和汞的單因子污染指數均大于1，綜合污染指數也大于1，污染程度為輕污染。endprint

土壤重金屬污染綜合評價結果表明，都六鄉、定南鄉等2個鄉鎮處于輕污染狀態；馬場河鄉、云霧鎮、鐵廠鄉、新鋪鄉、猴場堡鄉、舊治鎮、新巴鎮等8個鄉鎮處于警戒限；洛北河鄉、鞏固鄉、巖下鄉、昌明鎮、定東鄉、窯上鄉、抱管鄉、城關鎮、沿山鎮、盤江鎮等10個鄉鎮處于安全級別。其中，定南鄉土壤污染最嚴重，定東鄉土壤環境最清潔。

土壤重金屬是茶園土壤環境的限制指標，貴定縣在發展茶產業的過程中，應該結合土壤環境質量評價結果進行科學、合理的規劃，避開重金屬污染區域，以保障茶葉品質。

參考文獻：

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[15]貴州省貴定縣史志編纂委員會. 貴定縣志[M]. 貴陽：貴州人民出版社，1990.endprint

土壤重金屬污染綜合評價結果表明，都六鄉、定南鄉等2個鄉鎮處于輕污染狀態；馬場河鄉、云霧鎮、鐵廠鄉、新鋪鄉、猴場堡鄉、舊治鎮、新巴鎮等8個鄉鎮處于警戒限；洛北河鄉、鞏固鄉、巖下鄉、昌明鎮、定東鄉、窯上鄉、抱管鄉、城關鎮、沿山鎮、盤江鎮等10個鄉鎮處于安全級別。其中，定南鄉土壤污染最嚴重，定東鄉土壤環境最清潔。

土壤重金屬是茶園土壤環境的限制指標，貴定縣在發展茶產業的過程中，應該結合土壤環境質量評價結果進行科學、合理的規劃，避開重金屬污染區域，以保障茶葉品質。

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土壤重金屬污染綜合評價結果表明，都六鄉、定南鄉等2個鄉鎮處于輕污染狀態；馬場河鄉、云霧鎮、鐵廠鄉、新鋪鄉、猴場堡鄉、舊治鎮、新巴鎮等8個鄉鎮處于警戒限；洛北河鄉、鞏固鄉、巖下鄉、昌明鎮、定東鄉、窯上鄉、抱管鄉、城關鎮、沿山鎮、盤江鎮等10個鄉鎮處于安全級別。其中，定南鄉土壤污染最嚴重，定東鄉土壤環境最清潔。

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