茶葉與土壤重金屬相關性分析及評價
——以汨羅市范家園茶場為例

肖粵新，陳 彪，彭志剛，鞏 浩

（中國地質調查局長沙自然資源綜合調查中心，湖南 長沙 410000）

茶葉是中國歷史上最流行、最悠久、最健康的飲品，隨著生態文明建設的提出，陸續建立了無公害茶葉的概念，其中茶葉重金屬含量的指標標準相繼出臺[1]。無公害茶葉中富含大量的營養物質茶多酚和維生素，對人體的健康有重要的作用。近年來，隨著茶園中化肥、農藥使用量的增加以及茶園周邊鄉鎮企業的發展，茶區的空氣、土壤等受到較大的影響，茶樹容易吸收環境中特別是土壤中的重金屬元素。這些元素在茶葉中不斷累積，通過食物鏈的方式向人體遷移，最終危害人體的健康[2]。

2020 年，“岳陽市耕地區土地質量地球化學調查”項目組開展了 1∶50 000地質調查及采樣工作，參考DZ/T 0295—2016“土地質量地球化學評價規范”要求，在汨羅市范家園茶場開展的大量工作。筆者依托該項目，對范家園茶場共 22 個茶葉和對應的土壤樣品中5種重金屬元素及硒含量采用 SPSS 軟件對數據進行相關性分析，研究茶葉重金屬含量與土壤重金屬含量和pH值、硒的相關性，旨在為了解茶葉重金屬來源及綜合防治提供科學依據，也為無公害茶園的規劃和建設提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 區域概況

汨羅市坐落于湖南東北部，屬岳陽市代管，本次主要研究區域位于汨羅市范家園鎮，其東接黃市鄉，南抵紅花鄉，西與屈子祠相鄰，北與桃林寺鎮接壤，距汨羅市區約 9 km，范家園鎮屬典型丘陵地帶，山地資源豐富，平均海拔 50 m，主要土壤為紅壤、水稻土；土地總面積 57.2 km2。全境氣候屬亞熱帶濕潤季風氣候，具有湖區氣候特色，四季分明，雨量充足，灌溉便利，植被為亞熱帶闊葉林，主要以人工林及天然次生林為主。自然資源條件優越，耕地保水性能好，土層深厚肥沃，有機質含量豐富，種植作物主要為水稻、花生、玉米等。

1.2 土壤樣品采集與處理

在范家園茶場共采集茶葉 22 件，對應的根系土22件，其中農作物采樣面積不低于 1.0 hm2，每個取樣點取樣5次，每次按“X”形五點取樣法取茶樣和根系土樣，每個樣點均勻取 0～20 cm 土壤，剔除根系及礫石等雜物，裝入布袋約 1 500 g，茶葉取一芽2葉，約 300 g。土樣經過室內風干、木棍碾碎后過 20 目尼龍篩處理留樣待測，茶葉清洗干凈，室內風干后送化驗室分析。

1.3 分析測試

分析指標主要為重金屬、全量硒和 pH 值、水分及一些伴生元素，均在湖南省地質測試研究院化驗室完成測試分析，方法及檢出限見表 1。

表1 分析指標的分析方法及檢出限

1.4 數據處理

采用SPSS和Excel進行數據統計和相關性分析，Origin制作相關回歸曲線。茶葉中重金屬富集系數（CF）通過以下公式計算：CF=ω茶/ω土（ω茶表示茶葉中重金屬的濃度，ω土表示土壤中重金屬的濃度）。

2 結果與分析

2.1 土壤中 pH值、硒含量統計分析

由表 2 可以看出，土壤 pH 值與土壤硒含量變異系數較小，表明土壤樣品中的 pH值、硒元素含量差異較小。pH 值3.91～4.94 ，平均值為 4.29，表明該區為強酸性土壤，可能是不合理使用化肥及燃燒茶樹所致，而低pH值使土壤中可交換態Cu含量增高，從而使茶樹對Cu的吸收量增大[3]。參照DZ/T 0295—2016，將土壤 3.0＞ω（Se）＞0.4 mg/kg 定義為富硒土壤，該區土壤硒平均值為 0.49 mg/kg。可見范家園茶場土壤達到富硒土壤標準，參照富硒茶（NY/T 600—2002）標準，富硒茶硒含量范圍為 0.25～4.00 mg/kg，該區茶葉硒含量平均值為 0.19 mg/kg，其硒含量富集系數為 0.39，并未達到富硒茶葉標準，初步推測可能和茶葉采摘季節、茶葉品種、母巖巖性、地形地貌有關[4]。

表2 pH 值及硒含量分析

2.2 土壤中重金屬含量統計分析

該地 pH 值在 5.5 以下，土壤質量評價參考我國土壤環境質量標準（GB 15618—2018）[5]中的二級限量標準進行評價（表 3 ）。土壤樣品中的Cr、Cu、Zn、Cd和Pb含量的測定分析統計結果（表3）表明，土壤樣品中 Cr、Cu、Zn、Cd 和 Pb 含量的平均值分別 為 101.55、29.33、85.59、0.11和37.25 mg/kg，可知這 5 種元素含量遠遠沒有達到風險篩選值，土壤污染風險低，可以忽略不計，表明范家園茶場污染程度較低，土壤質量良好。土壤樣品中 Cr 和 Zn 變異系數較小，表明元素含量較均勻穩定，Cu 和 Pb 變異系數中等，表明兩種元素含量基本穩定，無較大差別，Cd元素含量變異系數較大，高達 53.22%，表明 Cd 元素在不同土壤中含量存在比較明顯的差異，初步估計與不同土壤理化性質有較大差異相關。

表3 土壤環境質量標準與土壤重金屬含量分析

2.3 茶葉中重金屬含量及其富集系數

茶葉污染評價根據食品安全國家標準中 Pb 限量標準[6]結合無公害茶葉中 Cr、Cd、Hg、As 限量標準作為評價標準[7]（表4）。從表4可以看出，茶葉Cr、Cu、Zn、Cd和Pb含量平均值分別0.99、11.34、29.62、0.08、 0.61 mg/kg，其中Cr 的變異系數較大， 這可能是由于土壤理化性質差異、土壤中這些元素含量差異所致。根據無公害茶葉標準來看，均未超過其標準值，該區茶葉屬于無公害茶葉。

表4 茶葉重金屬限量標準和含量檢測分析結果

茶樹通過吸收土壤中的重金屬從而導致茶葉重金屬富集，通過富集系數來檢驗茶葉對土壤中重金屬的富集能力[8]。表 3 是范家園茶場 22 個土壤樣品5種重金屬元素的含量狀況。從中可以看出元素含量 Cr＞Zn＞Pb＞Cu＞Cd，與茶葉中這5種重金屬元素的含量部分相似，從而揭示茶葉中重金屬元素含量與土壤中重金屬元素含量有密切的相關性。從茶葉對5種重金屬元素的富集情況看，富集系數均小于1，富集系數從大到小為 Cd＞Cu＞Zn＞Pb＞Cr，其中對Cd 的富集系數高達 0.727，一方面說明范家園茶場土壤中Cd元素的生物可吸收態含量較高，另一方面說明茶葉對Cd元素有比較高的富集能力[9]；而富集系數最小的是Pb和Cr，分別為 0.016 和 0.010，可初步得知該地區土壤的Pb和Cr含量較低（相較于風險篩選值），受污染程度較小。土壤鉛主要有兩大來源，一是自然來源，來自成土母質，二是人類生活來源，主要來自于采礦冶煉、燃煤、汽車尾氣、電池制造等工業排放，還有農藥化肥施用等。周國華等對安溪茶園土壤與鉛含量關系的研究表明，單純從土壤中吸收至茶葉的鉛，大多數不會造成茶葉中鉛超標[10]。范家園茶場多處在山區，遠離城市的工業區和公路，且該鎮工業并不發達，受工業廢氣和道路汽車尾氣的鉛污染較少，因此該地區土壤和茶葉中Pb和Cr量都較低。

2.4 茶葉重金屬含量與土壤 pH值、硒相關性分析

從表5中可以看出茶葉中Cr、Cu和Zn均與土壤pH值呈正相關性，Cd、Pb與土壤pH 值呈負相關；茶葉中 Cr 和 Pb 與土壤 Se 呈正相關，其中 Pb 與土壤 Se含量呈顯著正相關，相關系數為 0.475；茶葉中 Cu、Zn、Cd 與土壤 Se 含量呈負相關，其中 Cu 和Zn 與土壤 Se 呈顯著負相關。相關系數分別為-0.517和-0.435。對茶葉中重金屬含量與土壤Se含量具有顯著相關性的進行回歸性分析，采用線性回歸模型初步進行擬合，擬合方程及線性相關系數如圖1所示。從圖2可以看出茶葉中 Cu、Zn 和 Pb 的含量受土壤Se含量的影響，且影響趨勢和程度存在較大差異。

圖1 茶葉重金屬含量與土壤硒顯著相關性回歸擬合曲線

表5 茶葉重金屬與土壤 pH、硒的相關系數

2.5 茶葉重金屬含量與土壤重金屬含量相關性

茶葉中 Cr、Cu、Zn、Cd 和 Pb 含量與對應土壤中的這 5 種重金屬含量相關性如表6 所示。從表中可以得知，茶葉中的 Cr、Cu、Cd 和 Pb含量分別與土壤中Cr、Cu、Cd 和Pb含量無顯著相關性。茶葉中的Zn含量與土壤中的Zn、Cu、Cd 含量存在極顯著正相關性，茶葉中的 Cd 含量與土壤中的 Zn 含量存在顯著正相關性，茶葉中的 Pb 含量與土壤中的 Cu 含量存在極顯著負相關性、與 Zn 含量存顯著負相關性。

表6 茶葉重金屬與土壤重金屬相關系數

3 小結與討論

范家園茶場土壤中 5種重金屬的平均值都在相應的質量標準范圍內，表明茶葉和土壤未受到 Cr、Cu、Zn、Cd 和 Pb 的污染，其中Se含量平均值為0.49 mg/kg，達到富硒土壤標準，土壤 pH 平均值為 4.29，屬于強酸性土壤，土壤環境質量總體表現良好，但在酸性治理方面仍需進一步加強。

茶葉中 Cd 富集系數較高，表明茶葉對 Cd 的富集能力最強[11]，但因土壤中Cd 含量總體偏低，也未超過無公害茶葉標準，其變異系數表明在不同的土壤中Cd 含量有明顯差異；茶葉中 Cr 變異系數和富集系數均最低，表明 Cr 含量在不同土壤中總體穩定，茶葉對 Cr 的吸收效果較差；硒含量平均值為 0.19，并未達到富硒茶葉標準，從總體上看，該茶園茶葉表現較好，屬于無公害茶葉。

通過相關性分析得出，茶葉中重金屬元素與 pH值不具明顯相關性，初步推測和該區土壤的極強酸性有關；茶葉 Pb含量與土壤Se 含量呈顯著正相關，茶葉中 Cu 和 Zn 含量與土壤 Se 呈顯著負相關。茶葉中的Zn含量與土壤中的 Zn、Cu、Cd 含量存在極顯著正相關性，茶葉中的 Cd 含量與土壤中的 Zn含量存在顯著正相關性，茶葉中的 Pb 含量與土壤中的 Cu 含量存在極顯著負相關性、與 Zn 含量存在顯著負相關性。

盡管范家園茶區土壤質量良好，但要引起重視，可以施加適量石灰來降低土壤酸性。無公害茶葉、有機茶飲品是世界茶葉發展的主要方向，要種植符合無公害標準的優質茶葉，必須嚴格控制土壤和茶葉重金屬污染，保證優質的茶園環境。因此，在種植茶樹時應注意控制農藥和化肥的使用量，避免其中的重金屬化合物被茶樹大量吸收，從而造成茶葉中重金屬含量超標的現象。