茶樹鎘的吸收富集與控制研究進展

鐘興剛，覃事永，羅 意，劉淑娟，羅軍武，譚正初*

（1.湖南省農業科學院 茶葉研究所，湖南 長沙410125；2.湖南農業大學 茶學系，湖南 長沙 410128）

茶樹鎘的吸收富集與控制研究進展

鐘興剛1，覃事永1，羅 意1，劉淑娟1，羅軍武2，譚正初1*

（1.湖南省農業科學院 茶葉研究所，湖南 長沙410125；2.湖南農業大學 茶學系，湖南 長沙 410128）

綜述了茶園及茶葉中重金屬鎘含量現狀，土壤中鎘形態分布特點及來源，茶樹鎘的吸收、富集、遷移規律與分布特性及對茶樹的影響，提出了防控鎘污染的技術措施。

茶葉；鎘；吸收；富集；控制

我國是茶葉生產和消費大國，長期以來，茶葉質量安全是廣大消費者關注的熱點。重金屬含量作為茶葉質量安全指標的重要一環，直接關系到人類的健康及茶葉產業的可持續發展。越來越多的研究證實［1-3］，鎘（Cd）因其毒性強、易吸收積累、難消除等特點，被認為是重金屬中最具危害性的一種污染元素。Cd對人體會產生亞慢性、慢性、急性中毒危害等負面影響，Cd中毒會造成腎小管再吸收障礙，造成腎損害、骨痛病等［4］，嚴重中毒甚至危及生命。隨著人們健康意識的不斷提高，茶葉中Cd的含量已經成為茶葉消費者及茶產業從業者關注的焦點。

目前，國內外對茶園及茶葉中重金屬含量已開展較多研究，但系統性闡述Cd的研究報道尚不多。本文綜述了前人有關茶園與茶葉中鎘的研究進展，以期為今后茶葉中鎘的研究及控制降低茶葉中Cd含量提供參考。

1　茶園及茶葉中Cd含量調查與評價

華南地區是我國重要的產茶區之一，種茶面積較廣［5］。梁玉清等［6］分析了該地區茶園表層土壤（0～40 cm）樣品中包括Cd在內的6 種重金屬元素的含量。結果表明，土壤中Cd元素污染指數為0.34～0.92，根據土壤質量環境標準規定［12］，當單項元素污染指數＜1，判斷該土壤未被該元素污染，因此該地區茶園未被Cd污染。陳劍俠等［7］對福建省的泉州、漳州、龍巖、三明、南平、寧德、莆田、福州等8個有代表性茶園土壤進行重金屬檢測，結果表明，這些地區茶園土壤Cd含量狀況總體較好。余志強等［8］測定了廣西樂業、羅城、蒼梧、橫縣等重要茶區土壤中Cd及其它重金屬含量，發現這些茶區Cd含量均較低，Cd元素污染指數均小于1.0，說明廣西茶園土壤中Cd總體情況良好。有學者對云南省普洱、保山、西雙版納、大理等茶區土壤重金屬含量進行普查，結果也表明，這些茶區土壤Cd含量均較低，污染指數均＜1.0，說明云南茶區土壤Cd總體良好。徐麗紅等［9］2010年對浙西南地區茶園重金屬含量進行監測與研究發現，該地區茶葉和土壤樣品Cd元素污染指數P均＜0.6，表明該地區茶園土壤未受Cd的污染。

張清海等［10］2012年對貴州省云霧、都勻、湄潭3個典型名優茶產區做過研究，發現部分地區存在Cd污染，特別是湄潭、都勻茶園土壤中Cd有超標，超標率達到39.4%。黃蘋［11］和李云等［12］分別對雅安等川西地區30多個主產茶縣和重慶市茶園重金屬進行監測，發現土壤中各種重金屬均存在污染，以Cd的含量最高，污染最重，且各種重金屬污染程度大小順序為Cd＞Cr＞As＞Hg＞Cu＞Pb。譚和平等［13-14］通過調查研究也發現，川西地區、川東地區、重慶地區茶園土壤Cd等重金屬元素存在一定程度的超標。有關研究人員［15］對鄂東大別山、鄂西武陵山、宜昌三峽庫區、鄂西北秦巴山、鄂南幕阜山等茶區進行重金屬含量普查，結果顯示，這些茶區90%以上土壤未受重金屬污染，Cd元素有超標的現象，但屬于輕度污染。

湖南茶區在這方面公開發表統計數據不多，還不能很明確的得出有關結論。

2　茶園土壤Cd形態分布特點及來源

2.1土壤中Cd的形態分布特點

馬玲等［18］研究表明：土壤中Cd形態包括以下幾種：離子交換態、碳酸鹽結合態、有機結合態、鐵錳氧化物結合態、殘渣態等。其中離子交換態活性較大，所占比率最高，對環境影響嚴重，是重要的Cd污染來源形態。碳酸鹽結合態在pH值偏低的環境時，會重新釋放進入環境，是潛在的Cd污染來源形態，因此對于碳酸鹽結合態，酸度減弱有利于鎘的固化。有機結合態是金屬離子被有機質吸附、絡合或者螯合，固定在土壤中，可分為腐殖酸結合態和強有機結合態［19］，腐殖酸結合態鎘活性大些，強有機結合態則相對穩定，能起到固定土壤鎘的作用［20］。

2.2茶園土壤中Cd的來源及遷移

Cd元素的主要來源有以下幾種途徑：（1）成土母質，土壤自然含有，如含錳鐵鉛礦地區。李藝等［21］對廣西思榮錳鐵鉛礦恢復種植區的土壤進行Cd含量分析。結果表明，該復墾區土壤中的Cd含量較高，達31.42～46.5 mg/kg，超土壤三級標準值30倍，明顯高于非礦區，作物中Cd含量也超出正常范圍。（2）隨含Cd污染的液體進入土壤，再被截留固定。如污水中Cd離子很容易被水中的懸浮物、有機質和粘土礦物吸附累積。（3）隨大氣塵埃進入土壤。來源于能源、冶金和建筑材料的Cd，在使用、生產和加工中伴隨產生的氣體和粉塵，以氣溶膠的形態融入大氣，通過自然沉降和降水進入土壤帶來污染。有關研究表明，Cd元素污染通過大氣塵埃帶入具有直接關系［17］。（4）隨固體廢棄物進入土壤。以工礦業固體廢棄物、農資廢棄物污染為主，其次過度不合理使用農資也帶來污染。例如在個別農藥和肥料組成中含有Cd等重金屬，廢棄或過度不合理使用，會增加土壤重金屬Cd的污染，特別是磷肥，是由磷礦生產出來，具有高含量Cd的風險。

3　茶樹Cd的吸收、富集及對茶樹生長的影響

3.1不同茶樹品種對Cd吸收富集的差異性

唐茜等［23］研究表明：不同茶樹品種對Cd的吸收、累積和向上部遷移能力有一定差異，這種差異在其它作物也表現明顯［24-25］。實驗所選的3個品種，Cd吸收含量大小順序依次為：老葉和枝條：名山131＞福鼎＞名山213；新梢和主莖：福鼎＞名山131＞名山213；根部：名山213＞福鼎＞名山131。

3.2茶樹不同器官對Cd的吸收富集特性及與土壤Cd含量的關系

李云等［22］針對茶樹對包括Cd在內的四種重金屬元素的吸收和富集進行研究，結果表明，茶樹對Cd吸收累積呈以下規律：（1）茶樹不同部位吸收Cd有明顯差異，茶樹受到Cd污染時，大部分累積在根部，向莖和葉遷移量較少，Cd從根部向葉片的平均遷移量僅為2%左右；（2）茶樹各部位Cd含量隨著土壤Cd添加量的增加而增加，且與土壤中Cd的有效態含量呈顯著相關；（3）茶樹各部位Cd含量隨著時間的增長，累積含量增加；（4）有效態Cd離子活性與pH值呈負相關。

3.3茶樹對Cd和其它重金素元素吸收富集能力比較

黃蘋等［10］和李云等［11］針對茶樹對包括Cd在內多個重金屬元素的富集能力進行研究，結果表明，包括Cd在內的六種重金屬在茶樹中的富集能力有一定差異，富集能力大小依次為：Cd＞Cu＞Hg＞ Cr＞Pb ＞As，可以看出，Cd歸為高富集重金屬元素。

3.4Cd對茶樹的影響

唐茜等［23］針對茶樹在Cd脅迫下的傷害癥狀進行研究，結果表明：一定的Cd污染程度下，茶樹基本癥狀為：葉片出現褐變或失綠黃化，發芽、發根和新梢生長受到嚴重抑制。李云等［22］利用Cd離子水培液栽培茶樹，在Cd離子的脅迫作用下，茶樹產生應激反應，會加速生理生化活動，產生大量的代謝物與重金屬結合以解毒，通過適應性反應產生保護作用；另一方面，激活的代謝系統加速了Cd離子的進入，反過來抑制植物的代謝活動，對植物產生毒害作用。因此，Cd濃度過大，會影響茶樹特別是茶苗的正常生長。

4　茶園及茶葉中Cd的控制

4.1 篩選、利用Cd低吸收富集品種

不同基因型茶樹品種對Cd的吸收累積及Cd在茶樹不同器官分配具有顯著的差異性。因此可以通過篩選、培育一些對Cd富集比較低，尤其在茶鮮葉中富集少的茶樹品種，來達到控制茶葉中Cd的含量。這方面可以借鑒煙草成功的案例，采用農桿菌介導法將星星草中的金屬硫蛋白基因導入到煙草基因組中的轉基因煙草，其抗Cd脅迫能力明顯優于非轉基因煙草［26］。

4.2科學選址建園

發展、建設新的茶園基地，要改變過去粗放型的發展模式，采取現代集約型、生態型農業發展模式。首先要充分調研論證，做好總體發展規劃；其次在建基地前，對基地環境空氣、灌溉水質、土壤質量等方面進行檢測、評估，并本著適宜茶樹生長的氣候、環境、土質等條件，選擇適宜的基地發展茶園。

4.3規范茶園農藝措施

（1）定期監測土壤肥力水平及重金屬特別是Cd元素含量，每3年檢測1次，根據結果，有針對性地采取土壤改良措施，對土壤重金屬等污染物嚴重超標的茶園應退茶還林。（2）茶行間裸露土地采用稻草、青草等植物源材料覆蓋，以提高茶園的保土保肥蓄水能力，覆蓋材料應未受Cd等有害或有毒物質的污染。（3）采用合理耕作、施用有機肥等方法改良土壤結構。（4）茶園間作綠肥。（5）當土壤pH值低于4.0時，宜施用白云石粉、石灰等物質調節pH值至4.0～5.5。（6）茶園實行節水噴灌工程，水質應符合GB 5084。（7）加強對茶園廢棄農資物品的收集，慎重使用污泥、內河疏浚底泥、城市垃圾做肥料。（8）據茶園土壤理化性質、茶樹生理生態規律，實施茶園測土平衡施肥，基肥與追肥、化肥與有機肥配合使用，避免單純使用化肥和礦物源肥料，宜多施有機肥，特別是生物菌肥，肥料應該符合相關國家標準規定，農家肥施用前應經渥堆等無害化處理。有研究表明，在煙葉控Cd中，通過測土平衡施肥可有效、簡單調控煙葉中Cd的含量［27］。

4.4綜合利用工程、物理、化學與生物修復技術

4.4.1工程措施

工程修復主要針對小范圍Cd嚴重污染的土壤，采取包括客土、換土等措施。目前，這些措施已在葡萄、梨樹、柑橘、桃樹等的種植上取得成功。

4.4.2物理、化學措施

目前最常用、普遍的是在Cd等重金屬污染地區，施撒熟石灰，或施撒骨粉、活性炭、赤泥等土壤改良劑，通過提高土壤pH值，降低Cd的活性以及生物有效性，增加土壤中粘土礦物、水合氧化物和有機物表面的負電荷，及其對Cd2+的吸附力和Cd2+絡合物的穩定性，減少Cd等重金屬進入植物體內，從而減少進入農作物中Cd的含量。目前市面上的重金屬修復土壤改良劑，就是依據這個原理。

4.4.3生物修復

生物修復包括植物修復與微生物修復，具有效果顯著、操作方便、成本較低、不會造成二次污染等特點。

植物修復，是指利用某些植物對一些重金屬高富集、高累積的原理，帶走受污染土壤的重金屬，從而凈化和修復污染地區土壤的一種綠色環保技術，是一種最具有發展前景的污染土壤植物修復方法。目前，國際上報道的重金屬超積累植物已有500多種，主要集中在十字花科［30］，涵蓋主要在蕓苔屬、庭芥屬及遏藍菜屬。如油萊、寶山堇菜、龍葵和東南景天等為Cd超積累植物［31-32］，特別是油菜，在我國大部分茶區，都適合種植，對重金屬Cd有超積累，最高含量（干物質量）可達Cd 180 mg/g。因此，茶園中可充分考慮間作油菜。

微生物修復，是指利用微生物新陳代謝過程中所產生的代謝物，如酶、多糖、蛋白質、DNA、纖維素、糖蛋白、聚氨基酸等對金屬離子進行還原沉淀、絮凝、吸附等作用來降低重金屬離子溶解度及毒性的一種技術。目前市面上有一種土壤重金屬Cd修復劑（金無蹤）就是利用這種原理降低農作物中Cd的含量。據在Cd污染的試驗田應用試驗，發現對稻谷中Cd含量的降低平均可以達到21.62%［33］。因此，在茶園控制Cd污染的措施中，微生物修復技術是一個非常值得考慮的選項。

5　思考與展望

目前，我國茶園及茶葉中Cd含量總體情況較為理想，比較安全，僅個別地區處在警戒線上，存在輕、中度污染，值得關注。雖然我國目前在重金屬污染修復、防控存在著一些問題，譬如技術研究較單一、不夠深入系統和全面、治理試點少規模小、污染區劃和識別不清晰、治理政策體制不完善、參與主體尚末多元化等情況，但是，在實際中，通過加強技術集成與創新研究，實施分類分區示范與治理，加強政府監管和治理力度，政府環保部門、涉茶行業機構、企業等參與主體密切配合，科學謀劃，是完全能夠做好茶園Cd的污染防控，即使在Cd污染區，也能夠為消費者提供優質安全的茶葉產品。

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Research Progress on Absorption Accumulation and Control of Cadmium of tea

ZHONG Xing-gang1，QING Shi-yong1，LUO Yi1，LIU Shu-juan1，LUO Jun-wu2，TAN Zheng-chu1*
（1.Tea Research Institute of Hunan Academy of Agricultural Sciences，Changsha 410125，China； 2.College of Horticulture and Landscape，Hunan Agricultural University， Changsha 410128，China）

Expounded the harm of cadmium to the human body， review the tea garden and tea in the heavy metal cadmium content status and evaluation， a detailed explanation of the soil cadmium speciation distribution characteristics and sources， tea on cadmium absorption， accumulation， migration rule， distribution characteristics and influence on the growth and quality of tea， the prevention and control of cadmium in tea garden， provides the reference for the safe production of tea.

Tea，Cadmium，Absorption，Enrichment，Control

S571.1

A

1009-525X（2016）03-08-12

2016-03-04

2016-07-26

農業部、省農委重大項目：“湖南省鎘低積累作物品種篩選與選育項目”子課題“鎘低積累茶樹品種篩選及配套技術研究與示范”

鐘興剛（1977-），男，湖南宜章人，副研究員，主要從事茶葉加工與利用，茶樹生化、代謝組學及質量安全研究。

譚正初，tanzhengchu@163.com