安溪縣感德鎮鐵觀音茶園土壤重金屬污染風險評價

陳鳳哲

（安溪老固茶園專業合作社，福建 泉州 362400）

茶作為一種常見飲料，具有多種保健功效[1]，深受大眾喜愛。然而隨著社會的發展，茶葉質量安全問題日益凸顯，其中尤以茶園土壤重金屬污染問題更為人類所關注[2]。已有研究者對茶園土壤重金屬污染問題展開了調查研究，黃華斌等[3]對安溪鐵觀音茶園土壤重金屬污染進行調查后指出Cd應被重點關注，表現為較高潛在生態風險；程強強等[4]以宜賓市屏山縣某茶園土壤為研究對象，也發現Cd對于整個研究區的潛在毒性元素污染起到控制作用；趙佐平等人[5]在研究中發現Cd和Hg對陜南茶園潛在生態風險的貢獻最大；周國華[6]在研究中發現，茶園土壤中的重金屬含量會顯著影響茶葉中的重金屬含量。所以，開展茶園土壤重金屬含量調查及污染評價對于茶葉安全質量保障具有重要意義。

感德鎮地處安溪縣西北部，年平均氣溫17℃-19℃，年降雨量1850mm以上，平均海拔507m，土壤肥沃，屬亞熱帶濕潤氣候區，環境得天獨厚，十分適宜茶樹的生長[7]。感德鎮擁有5.8萬畝茶園，是安溪鐵觀音的主產區之一，有“中國茶葉第一鎮”之稱[8]。茶業是感德鎮的支柱產業，茶農人均收入中茶業收入占比極高，因而茶葉品質的好壞將直接影響感德鎮經濟的發展。然而，隨著工業化、城鎮化的不斷推進，在農業生產上出現了過量施肥、農藥污染以及大氣污染物沉降等問題。對茶園土壤來說，這將嚴重影響其理化性質，同時帶來潛在重金屬污染風險，這對茶葉的品質與產量構成了嚴重威脅。

本研究通過測定感德鎮鐵觀音主產區茶園土壤中5種重金屬元素（Pb、As、Hg、Cr、Cd）的含量，采用因子污染指數法以及潛在生態風險指數法等來評價茶園土壤重金屬污染特征及其潛在生態危險，以期為感德鎮鐵觀音茶產業的高質量發展提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與預處理

選取安溪縣感德鎮15處典型鐵觀音茶園為采樣點（圖1），采樣時間為2021年5月底。采用S型或梅花形布點法進行采樣，每個采樣點采集5個以上子樣品，采集深度均為0-20cm。將采集的土樣簡單剔除雜物后均勻混合，按照4分法選取約1kg混合樣。土樣運回實驗室后，自然風干，剔除雜物，研磨過0.149mm篩后備用。

圖1 土壤采樣點分布

1.2 樣品分析方法

土壤樣品中Cd、Cr和Pb的測定參照HJ 803-2016[9]中的ICP-MS法，As和Hg的測定參照HJ680-2013[10]中的原子熒光法。重金屬含量測定過程中使用國家標準物質中心的標準土壤樣品（GSS-1）進行質量控制。

1.3 評價方法

本研究以福建省土壤背景值[11]及《茶葉產地環境技術條件（NY/T853-2004）》中的標準[12]為參比，就感德鎮鐵觀音茶園土壤中重金屬含量進行分析；采用單因子污染指數法和綜合污染指數法分析感德鎮鐵觀音茶園土壤的污染程度[13]，土壤環境質量分級標準如表1所示；同時，采用潛在生態風險指數法進行茶園土壤污染風險評價[14]，潛在生態風險程度分級標準如表2所示。

表1 綜合因子污染指數分級標準

表2 潛在生態風險程度分級

單因子污染指數法的計算公式如下：

式（1）中：Pi為第i種污染物的單因子污染指數；Ci為第i種污染物的實測值，mg/kg；Si為第i種污染物的評價標準值，mg/kg，本研究采用福建省土壤背景值[10]。

綜合污染指數法的計算公式如下：

式（2）中：P綜為重金屬污染物的綜合污染指數；Pimax為測定點的單項污染指數中的最大值；Pave為測定點的所有污染物單項污染指數的平均值。

潛在生態風險指數法的計算公式如下：

1.4 數據處理與分析

本試驗采用SPSS26.0、Excel 2016等軟件進行數據統計分析，采用Arc Gis10.8繪制采樣點分布圖。

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量

由表3可知，15個茶園樣點的Pb、As、Hg、Cr、Cd的平均值分別為39.27、11.03、0.08、60.10、0.05 mg/kg，其中Pb、As、Cr三種元素的平均值超出了福建省土壤背景值，但5種元素的平均值均未超過《茶葉產地環境技術條件（NY/T853-2004）》中的標準。土壤重金屬含量變異較大，這說明不同茶園土壤的重金屬來源較為分散[3]，所研究的5個重金屬元素均存在極端異常值，且以As、Cr尤為突出，存在超過《茶葉產地環境技術條件（NY/T853-2004）》標準的樣點。

表3 感德鎮觀音茶園土壤重金屬含量

2.2 土壤重金屬污染評價

感德鎮鐵觀音茶園土壤重金屬單因子污染指數如表4所示。據表可知，Pb、As、Hg、Cr、Cd的單因子污染指數的平均值分別為0.56、0.28、0.07、0.40、0.17，均小于0.7。Hg與Cd兩種元素單因子污染指數均小于0.7，其余3種元素的單因子污染指數均存在大于0.7的樣點。其中，Pb元素有兩個樣點的污染指數處于0.7-1之間，兩個樣點的處于1-2之間，各占樣本總數的13.33%，污染程度分別為警戒與輕度污染，其余樣點環境質量等級均為安全；As元素存在6.67%的樣點處于輕度污染狀態，其余環境質量等級均為安全；Cr元素中有兩個樣點的污染指數處于1-2之間，占樣本總數的13.33%，為輕度污染狀態，其余環境質量等級均為安全；研究區所有樣點的單因子污染指數均不存在中度及重度污染情況。

表4 土壤重金屬污染指數統計

單因子污染指數法難以反映茶園土壤的綜合污染水平，因而再采用綜合污染指數法對茶園土壤進行綜合評價。由表4可知，研究區茶園土壤的綜合污染指數的平均值為0.55，小于0.7。而就單個樣點來說，存在警戒狀態與輕度污染狀態的樣點，各占樣點總數的20.00%與6.67%，其余樣點質量等級均為安全。

2.3 土壤重金屬污染生態風險評價

據表5可知，感德鎮茶園土壤各重金屬元素的單項潛在生態風險指數的平均值從大到小依次為Cr＞Hg＞Cd＞As＞Pb?？梢园l現，Cr和Hg是感德鎮鐵觀音茶園中最主要的潛在生態風險元素。其中Cr的生態風險指數的范圍為19.66-113.83，平均值為43.65，有3個樣點的Cr元素處于中等風險等級，2個樣點的Cr元素處于較高風險等級，分別占樣點總數的20.00%和13.33%，其余均為輕度潛在生態風險等級；Hg元素的生態風險指數的平均值為41.69，處于中等風險等級的樣點有6個，占總數的40.00%，處于較高風險等級的樣點有1個，占總數的6.67%，其余均為輕度潛在生態風險等級。所有樣點重金屬元素均不存在高潛在生態風險等級與很高潛在生態風險等級的情況。

表5 土壤重金屬單項潛在生態風險指數統計

從表6中可以看出，感德鎮茶園土壤中5種重金屬元素的綜合潛在生態風險指數平均值為140.13。其中有5個樣點處于中等潛在生態風險等級，占樣本總數的33.33%，其余均處于輕度潛在生態風險等級。以上表明，感德鎮茶園土壤綜合潛在生態風險指數總體處于輕度和中等等級，不存在較高和很好生態風險等級。

表6 土壤重金屬綜合潛在生態風險指數統計

3 結論

（1）15個茶園樣點的Pb、As、Hg、Cr、Cd的平均值分別為39.27、11.03、0.08、60.10、0.05mg/kg，其中Pb、As、Cr三種元素的平均值超出了福建省土壤背景值，但平均值均未超過《茶葉產地環境技術條件（NY/T853-2004）》中的標準。

（2）Pb、As、Hg、Cr、Cd 5種土壤重金屬元素的單因子污染指數的平均值分別為0.56、0.28、0.07、0.40、0.17，綜合污染指數的平均值為0.55，均小于0.7，說明大部分茶園的質量等級為安全，但仍存在少量處于警戒狀態與輕度污染狀態的樣點。

（3）各重金屬元素的單項潛在生態風險指數的平均值從大到小依次為Cr＞Hg＞Cd＞As＞Pb，其中Cr和Hg是感德鎮鐵觀音茶園中最主要的潛在生態風險元素。5種重金屬元素的綜合潛在生態風險指數平均值為140.13，茶園土壤綜合潛在生態風險指數總體處于輕度和中等風險等級，不存在較高和很好生態風險等級。