西南茶區土壤-茶樹系統重金屬研究現狀與趨勢

胡留杰，廖敦秀，馬連杰，朱金山，劉小平

（1重慶市農業科學院，重慶九龍坡402329；2四川省瀘縣農林局，四川瀘縣646100）

西南茶區土壤-茶樹系統重金屬研究現狀與趨勢

胡留杰1，廖敦秀1，馬連杰1，朱金山1，劉小平2

（1重慶市農業科學院，重慶九龍坡402329；2四川省瀘縣農林局，四川瀘縣646100）

西南茶區地處中國西南部，主要產茶地區為云南、貴州、四川和重慶，是中國最古老的茶區。為了解中國西南茶區的重金屬含量現狀，筆者回顧和綜述了國內外有關茶園土壤重金屬方面的研究文獻，并提出了土壤-茶樹系統重金屬的研究方向。總結如下：西南茶區重金屬含量狀況總體良好，部分茶區鎘、汞含量超標(GB 15618—2008)；土壤重金屬主要以水溶態、交換態、有機結合態、鐵錳氧化態、碳酸鹽態、殘渣態幾種形態存在，水可溶態和交換態的生物有效性較高，且受土壤pH值的影響較大。茶園的管理模式、土壤理化性質、茶園園齡和茶樹樹齡等都會影響土壤-茶樹系統重金屬的遷移。因此加強土壤-茶樹系統重金屬遷移規律的研究，構建土壤-茶樹重金屬污染預測預警尤為重要。

茶園土壤；賦存形態；遷移轉化

0 引言

茶樹發源于中國，目前，亞洲、歐洲、非洲、美洲、大洋洲150多個國家和地區在從事茶葉生產和經營。茶已成為全世界普遍受歡迎的一種天然、營養、保健飲料。但是近年來，隨著工農業的深入發展，不斷出現有關茶葉質量問題的報道，茶葉重金屬含量超標是近幾年出現的主要質量問題之一。土壤是茶葉中重金屬的重要來源，茶葉中重金屬主要通過“土壤—植物—人體”的途徑進入人體，對人類健康產生潛在的威脅[1-3]，當重金屬富集量超過人體所能承受的最大限值時，必然會危及人體健康。

西南地區是世界茶樹的原產地，也是中國重要的茶區之一，大部分茶區分布在海拔500 m以上的高原，屬于高原茶區，也有部分茶區分布在盆地。整個茶區土壤類型較多，在云南中北部多為赤紅壤、山地紅壤及棕壤，重慶、四川、貴州則以黃壤為主。西南茶區各地氣候變化大，年平均氣溫15～18℃，年降水量大多在1000 mm以上，霧多，對茶樹的生長十分有利。但是隨著山區旅游業的開發、交通運輸業的發展，人為因素造成環境中的重金屬越來越多。因此筆者對國內外關于茶園土壤重金屬含量、茶樹體內重金屬運移、茶園栽培管理等方面文獻和資料進行綜述，闡述中國西南茶區重金屬含量現狀，并指出茶園土壤-茶樹系統重金屬今后的研究方向，以期為推動茶園土壤重金屬預測預警研究工作提供依據。

1 西南茶區土壤重金屬含量水平

土壤中的重金屬很大程度上來自于人為因素，人類各種活動如采礦、冶煉、施肥、施用殺蟲劑、廢水排放和廢渣堆放等都可導致局部土壤重金屬含量升高。茶園土壤重金屬來源主要包括自然因素和人為因素。成土母質是茶園土壤重金屬的自然來源，但是在人們從事生產、經濟和社會活動的過程中，會導致大氣沉降、農藥化肥使用、茶樹種植模式及其他等認為因素，這也是構成茶園土壤重金屬來源的重要因素。

土壤中重金屬的生物學毒性以汞最強，其次是銅，然后依次是鎳＞鉛＞鈷=鋅＞鎘，并且依據土壤類型及其植物種類的不同，這一順序會有所差別[4]。重金屬含量過高對植物造成不可逆的損傷，會導致植物葉片葉綠素結構破壞、細胞膜系統受到損傷等，綜合表現為植物生長緩慢、光合作用下降、植株矮小、葉片失綠變形、根系受損；果實類作物則表現為果實小、著色早等問題[5-7]。

中國四川茶區根據其地域特征，主要出產蒙頂甘露、文君綠茶、青城雪芽、峨眉竹葉青、川紅工夫五大種茶，共有近46個產茶縣，其中川西地區包括近30個主要產茶縣，重金屬含量總體良好[8]，但是不同重金屬含量差異較大，鎘的超標率為2.1%，各重金屬元素的污染程度大小依次為鎘＞鉻＞砷＞汞＞銅＞鉛；單項污染指數均小于1，綜合污染指數小于0.7。川東地區有16個縣市產茶，該地區茶園土壤的鉛、銅、鋅、鎳等重金屬元素含量未超標，但鎘、汞、砷、鉻等重金屬元素的含量存在一定程度的超標[8-9]。

貴州是西南茶區重要的產地之一，根據行政區劃、海拔、產茶類型等條件將貴州產茶區主要分為5個，分別是黔中，黔南高檔名優茶產業帶，黔東優質出口綠茶產業帶、黔北鋅硒優質綠茶產業帶，黔西北高山有機綠茶產業帶，黔西南大葉種早生綠茶和花茶產業帶。有研究表明：貴州部分茶區重金屬鎘和汞含量較高，其中貴州黔南州、開陽、貴定、鳳岡、云霧、都勻、湄潭等幾個主要茶區中鎘和汞的含量超標較為嚴重，湄潭茶產區土壤鎘的超標率最高，達到39.4%，都勻茶產區土壤汞超標率最高，為24.2%[10-15]。

云南省的地形氣候環境很特殊，有高緯度、高海拔、低緯度與低海拔同時存在，加上各地區因茶樹品種和生態環境不同，茶菁茶質有明顯不同特質，具有“北苦南澀、東柔西剛”的特征。有研究表明：云南省普洱、臨滄、保山、西雙版納、大理等地茶園土壤重金屬鉛、鎘和銅的含量均較低，鉛和鎘平均含量均處在國家土壤環境質量一級標準水平，銅平均含量都處在二級水平；云南古茶園土壤鉛(10.7～3.5 mg/kg)，汞(0.030～0.148mg/kg)，鎘(0.033～0.120 mg/kg)，鋅(21.4～87.3 mg/kg)均達到國家土壤環境質量一級標準(GB15618—2008)；鉻(15.4～8.5mg/kg)，砷(12.2～3.1mg/kg)，銅(13.6～3.4 mg/kg)均達到國家土壤環境質量二級標準，所有古茶園綜合污染指數小于0.7，表明古茶區土壤屬于清潔水平，滿足有機茶園環境條件，適合建設有機茶園[16-17]。

重慶已有3000年的種植歷史，重慶茶葉以綠茶為主，針型綠茶最具代表性，重慶茶區具有30多個區縣產茶，出產近60種茶葉，其中以針形綠茶為代表，通過對已發表的文獻查閱：重慶市永川區、榮昌區和南川區茶園土壤環境質量總體表現良好，未受到重金屬砷、銅、鉛的污染，其單因子污染指數Pi＜1、綜合污染指數P綜＜0.07，但Cr元素的綜合污染指數為0.763，達到警戒線水平，Cd元素污染嚴重[18]；永川區茶園土壤汞含量水平良好[19]，重慶某個未標明產地茶園重金屬鉛、鎘、鉻、銅、汞總體狀況良好，各元素單因子污染指數Pi＜1，綜合污染指數P綜＜1.0[20]。筆者所在單位于2006—2008年連續3年對重慶茶區30個區縣茶園土壤采樣200多個茶園土壤樣品，研究發現，茶園土壤汞超標率達到5.1%，其中部分區縣汞含量較高，超過國家土壤環境質量二級標準(GB 15618—1195)。

總體來說，西南茶區由于其地理位置和地形特點，加上人們在種植過程中的合理管理，土壤中重金屬含量狀況較為良好，大部分茶園土壤質量水平達到有機茶園所要求的環境條件，適合建設有機茶園。

2 茶園土壤中重金屬的賦存形態

土壤中重金屬主要分為水溶態、交換態、有機結合態、鐵錳氧化態、碳酸鹽態、殘渣態[21]。其中水溶態和交換態重金屬又稱為有效態，對植物吸收利用重金屬有重要關系。植物從土壤環境吸收重金屬元素的難易程度，一般認為，植物可直接吸收利用的為水溶交換態重金屬，但毒性也最強。隨著土壤中重金屬總量增加，可交換態重金屬量上升，殘余態重金屬量減少，相對會增加重金屬的毒性[22]。

茶園土壤重金屬賦存形態受諸多因素的影響，如土壤理化性質，重金屬種類、來源，茶樹品種、管理措施等，有研究表明：公路附近茶園土壤中鉛和鎘的總量、殘余態、氧化物結合態、有機質結合態鉛和鎘的含量主要與土壤中鉛、鎘積累有關；而生物有效性較高的交換態和水可溶態鉛、鎘受土壤pH值影響很大[23]。茶園土壤中重金屬含量均隨著于高速公路距離的增加而降低的趨勢[24]。不同茶園土壤有效態鉛、銅、鎘含量和總量，均達到差異極顯著水平(P＜0.01)，3種重金屬元素有效態和總量也均表現為表土層＞心土層。茶樹是多年生植物，茶樹屬于富鋁作物，長期種植茶樹導致茶園土壤酸化，會進一步增加土壤中重金屬活性，增強重金屬的遷移轉化行為。以鋅為例，重金屬在茶園土壤中分布規律為殘渣態＞有機結合態＞交換態＞鐵錳氧化物結合態＞碳酸鹽結合態，其中交換態與土壤pH值呈顯著負相關，有機結合態與土壤陽子交換量顯著負相關，而殘渣態與粘粒含量和陽離子交換量均呈顯著正相關[7]。不同賦存形態的重金屬表現出不同生物毒性和環境行為，影響其在土壤-茶樹系統中的遷移轉化能力。

3 茶樹-土壤中重金屬遷移規律研究

3.1 土壤-茶樹系統中重金屬遷移轉化規律

重金屬元素的植物毒性作用、重金屬在植物體不同器官內遷移和分布能力與該元素的化學形態有非常大的關系，元素的化學形態不同其生物活性也存在很大差異，植物中重金屬形態的變化是植物對重金屬積累和解毒的重要機制之一。

重金屬在茶樹體內的運移分布多表現為吸收根＞莖老葉＞新梢[24-25]；茶樹不同器官中重金屬含量有顯著差異，嫩枝中以鉛、鎘。鋅含量最多；葉片中以銅、錳、鎳積累較多；根莖中以鋅和鉻含量較多；而茶葉中主要以鈣、鎂、錳、鋁含量較高，銅則在根、莖、葉中分布相對均勻[25]。但是亦有研究表明：鉛在茶樹體內的分布規律為根＞莖＞新葉＞老葉，新根和主根對鉛的吸收能力存在差異[25-27]。銅在苦丁茶中的分布規律為吸收根＞嫩葉＞莖＞主根[27]。

3.2 茶樹-土壤中重金屬遷移轉化的影響因素

重金屬在土壤-茶樹系統中的遷移和轉化受到土壤pH值、土壤質地、有機質含量、土壤中重金屬賦存形態、管理方式、生態條件等因素的影響。

3.2.1 茶園管理模式的影響 不同管理模式下土壤的理化性質和重金屬形態差異較大，直接或間接影響重金屬遷移轉化[28]。茶園系統中重金屬的年平衡值有機肥施用為主的茶園高于化肥施用為主的茶園，施用有機肥會增加茶園中鋅、銅、鎘和汞的輸入[29]。茶園施用污泥堆肥、豬糞和茶樹修剪物后茶葉和茶園土壤中重金屬含量則有不同程度地改變，其中以施用污泥堆肥后，茶葉重金屬含量增加，而施用豬糞和茶樹修剪物后能降低土壤中的重金屬含量，尤其是有效態含量，降幅則隨施用量的增加而增加，以豬糞效果為最好[30-31]。茶園栽培模式對土壤-茶樹重金屬遷移亦有影響，單作茶園土壤和茶樹葉片中鉛、鋅含量均高于間作茶園[31]，但是不同間作植物對茶園土壤重金屬影響較大，杉木-茶的間作可降低茶園土壤鉛、鎳、錳、鋅元素含量，尤其對錳有較強降低作用[32]。

3.2.2 土壤理化性質的影響 茶園土壤是酸性環境，茶園種植時間越長，土壤pH值越低，土壤中重金屬的生物利用度越高，越有利于向茶葉的遷移，茶樹是富鋁作物，由于茶樹的多年生特性，茶園土壤會隨著茶園種植年限的增加呈現酸化的趨勢，土壤pH值越低，土壤中重金屬的生物有效性越高，越有利于向茶葉中遷移[33]。采用室內模擬酸雨，酸雨pH值越低，土壤酸化強度越大，伴隨著土壤的酸化，土壤中的重金屬鉛不斷溶出，外源鉛進入土壤后，各形態鉛的含量顯著增加，活性越強的形態增加的比例越大[34]；土壤有機質與重金屬的生物活性有較影響，有研究表明：土壤可交換態銅、可交換態鉻和有機結合態銅與土壤有機質呈顯著正相關，茶葉中銅和鉻含量與土壤有機質含量呈顯著負相關[35]。

3.2.3 茶樹樹齡的影響 茶樹樹齡對重金屬的吸收累積時間和過程具有一定差異。有研究表明：茶樹不同樹齡中重金屬鉛、銅、鉻、鎘、汞和砷的含量有一定的差異[36]；部分重金屬元素隨著種植年限的延長呈現降低的趨勢，比如嫩葉中鐵、鎳、鉻和砷幾種元素在40年以上茶樹葉片中的含量大于40年以下茶樹葉片含量，而有些元素則隨著茶樹樹齡的增加呈現增加的趨勢[34]，比如鋁、鎂、鋅、銅和鉛。

3.2.4 其他影響因素 海拔高度、坡度和光照等因素也會影響重金屬在茶樹-土壤中的遷移。不同海拔、坡度和光照條件下，茶園具有獨立的小氣候環境，土壤有機質、pH值等含量差別較大，進而影響到重金屬在茶園生態系統中的積累與遷移[28]。

4 研究展望

關于茶園土壤中重金屬含量、賦存形態以及污染評價以及重金屬在土壤-茶樹系統中的運移轉化等方面，已有大量的研究[27-28,38-39]，但由于受研究手段、方法等諸多因素的影響，目前的諸多研究多存在于模擬實驗，因此今后茶園重金屬研究方向2個方面。

（1）重金屬在茶園土壤-茶樹系統中的累積和遷移轉化特征方面的研究多集中在模擬試驗，但是實際生產當中，重金屬的遷移轉化受到多種因素的影響，比如茶樹樹齡、管理模式、氣候條件等諸多因素的影響，因此仍需做大量的野外實驗以獲得準確的實驗數據，來驗證室內實驗的結果，以建立較為標準的研究方法。

（2）茶園重金屬趨勢預測預警系統的建立，土壤重金屬預測預警是指一定時期內對土壤重金屬含量進行分析、評價，再綜合評價結果進行總的預測，從而確定土壤重金屬變化的趨勢、速度和達到污染水平的時間，并且根據需要及時發出各種警戒信息、提出相應對策。目前土壤重金屬預測預警主要應用于農田、城市土壤重金屬污染預測，因此建立茶園土壤重金屬預測預警，及時發現存在的重金屬污染風險顯得尤為重要。

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Heavy Metals of Soil-tea System in Southwest Tea Area:Research Status and Trend

Hu Liujie1,Liao Dunxiu1,Ma Lianjie1,Zhu Jinshan1,Liu Xiaoping2
(1Chongqing Academy of Agricultural Sciences,Jiulongpo 402329,Chongqing,China;2Luxian County Farming and Forestry Bureau,Luxian 646100,Sichuan,China)

Located in southwest China,the southwest tea area is the oldest tea area in China and has Yunnan,Guizhou,Sichuan and Chongqing as the main tea producing provinces.To understand soil heavy metal content of this area,the authors reviewed and summarized related literatures,and proposed the research direction of heavy metals of soil-tea system.The results showed that,in general,the heavy metals’contents in southwest tea area were acceptable,but the content of cadmium and mercury exceeded the limit standard(GB 15618-2008)in some tea planting areas.The heavy metal forms were mainly water-soluble state,exchangeable state,organic bound state,iron-manganese oxidation state,carbonate state and residual state,the forms of watersoluble state and exchangeable state had higher bio-availability and were significantly affected by soil pH value.The migration of heavy metals in tea-soil system was influenced by tea garden management mode,soil physical and chemical properties,year of plantation and tea plant.Therefore,it is important to enhance the study on the transport and transformation of heavy metal in soil-tea system and construct heavy metal pollution forecast system.

Tea Garden Soil;Exist Form;Transport and Transformation

S-1

A論文編號：cjas17040010

重慶市農發資金(NKY-2016AB033；NYK-2016AC030)；重慶市基本科研業務費(2014cstc-jbky-00505；2015cstc-jbky-00530)。

胡留杰，女，1981年出生，河南西平人，助理研究員，碩士，主要從事土壤環境質量變化研究。通信地址：402329重慶市九龍坡區白市

驛鎮農科大道 重慶市農業科學院，Tel：023-65778912，E-mail：shuimu0702@163.com。

劉小平，男，1964年出生，四川瀘縣人，農藝師，本科，主要從事有機農業研究。通信地址：646100四川省瀘縣農林局，E-mail：lxplxp1964311@sina.com。

2017-04-11，

2017-07-24。