西双版纳州茶园土壤重金属污染特征及生态风险评价

孙云南，许 燕，夏丽飞，杨盛美，殷丽琼，陈洪云，肖 星，夏 锐，陈剑锋，刘德和

（1.云南省农业科学院茶叶研究所，云南勐海666201；2.云南省茶树种质资源创新与配套栽培技术工程研究中心，云南勐海666201；3.勐海县茶叶技术服务中心，云南勐海666201）

西双版纳州茶园土壤重金属污染特征及生态风险评价

孙云南1，2，许 燕1，2，夏丽飞1，2，杨盛美1，2，殷丽琼1，2，陈洪云1，2，肖 星1，2，夏 锐1，2，陈剑锋3，刘德和1，2

（1.云南省农业科学院茶叶研究所，云南勐海666201；2.云南省茶树种质资源创新与配套栽培技术工程研究中心，云南勐海666201；3.勐海县茶叶技术服务中心，云南勐海666201）

研究西双版纳州茶园土壤重金属含量，并应用HÅKANSON潜在生态风险指数法对茶园土壤重金属潜在生态风险进行评价。结果表明，西双版纳州茶园土壤中各个重金属的平均含量与《茶叶产地环境技术条件》、《绿色食品产地环境质量》、《有机茶产地环境条件》、《无公害食品茶叶产地环境条件》、《土壤环境质量标准》二级标准相比均未超标；单因子潜在生态风险指数（Eir）平均值的大小顺序依次为：Hg（51.93）＞Cd（43.55）＞As（8.32）＞Pb（5.15）＞Ni（1.83）＞Cr（1.23）＞Cu（0.04），只有Hg，Cd存在中等水平潜在生态风险，其他重金属均属于轻微生态风险；7种重金属综合因子潜在生态风险指数（RI）平均值为112.05，西双版纳州茶园土壤整体上存在轻微生态风险。表明在今后茶园管理中要做到科学施肥施药，最大程度地降低人为二次污染风险。

茶园；土壤；重金属；潜在生态风险指数；西双版纳

茶作为世界公认的三大无酒精饮料之一，是具有保健功效的日常饮料，越来越受到人们的喜爱[1]。随着人们生活水平的日益提高，茶叶的卫生质量问题越来越受到消费者的关注。但是，关于茶叶重金属超标的报道也越来越多[2-4]。

随着社会的迅速发展，工业、交通“三废”造成的环境污染，以及普遍使用化肥、除草剂、农药等化学物质，使土壤受到不同程度的重金属污染[5-7]。茶树的生长离不开土壤，土壤是茶树生长的载体。重金属可以通过茶叶富集进入食物链，危害人类健康[8]。一般认为，茶叶中的重金属主要来源于土壤[9]，所以，茶园土壤重金属污染问题越来越受到重视[10-14]。由于茶园土壤中重金属含量与成土母质、管理方式、种植年限、环境条件等多种因素有关，本试验对西双版纳州茶园土壤重金属含量进行了系统检测和科学评比，梳理茶园土壤重金属污染问题，为确保茶园土壤用地的长期安全提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

西双版纳位于云南南部，地处东经99°55′～101°50′，北纬21°10′～22°40′，属热带季风气候，日照充足，雨量充沛，年平均气温18～22℃，年均降雨量1100～1900mm，年均日照时数1800～2200h。该地区终年温暖，阳光充足，热量丰富，四季常青，素有“天然温室”的美誉，是国际茶界公认的国际茶树原产地的中心地带，是举世闻名的普洱茶的发祥地和茶马古道的源头，植茶、制茶、喝茶、贸茶的历史悠长，茶文化源源不绝，历经千年，传承不息。全州茶园种植面积达5.84万hm2，采摘面积5.14万hm2，干毛茶总产量4.46万t（精制茶2.1万t）。全州无性系良种茶园面积为1.26万hm2，认证有机茶园为0.18万hm2，绿色食品茶园0.21万hm2，无公害茶园3.44万hm2。

1.2 样品采集

于2009年春季（4月下旬）和秋季（9月上旬）采集土壤样品。采用“S”型采样法，每个土样随机选取10～15个取样点得到混合样，取土深度为0～40 cm，设置3个重复，现场均匀混合后采用四分法保留1 kg土壤，贴好标签，带回实验室。将取回的土样剔除杂物，让其自然风干，磨碎并过1，0.1 mm的尼龙筛，保存供分析测定用。

1.3 样品分析方法

称取1 mm土样，按体积1∶1水土比混合，用电导率仪测定pH值；称取0.1 mm土样0.5 g消煮，消煮完成后定容，采用等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）测定Pb，Cd，Cr，Hg，Ni，As，Cu的含量。

1.4 土壤潜在生态风险评价方法

潜在生态风险指数法是由瑞典科学家H ÅKANSON提出[15]，是根据重金属性质及其在环境中迁移转化沉积等行为特点，从沉积学角度提出来的，将重金属含量、生态效应、环境效应和毒理学联系在一起进行评价。其不仅反映了某一特定环境中各种污染物的影响，也反映了多种污染物的综合影响，并以定量的方法划分出潜在危害程度，是一种综合反映土壤中重金属对生态环境影响潜力的方法。其计算公式如下。

式中，Cir为重金属i相对于背景值的污染指数；Cis为重金属i的实测含量；Cin为重金属i的背景参考值。Tir为重金属i的毒性响应系数，目前一般直接用毒性系数代替毒性响应系数[16-17]，HÅKAN SON[15]给出的重金属毒性系数为Hg＝40＞Cd＝30＞As＝10＞Pb＝Ni＝Cu＝5＞Cr＝2。Eir为重金属元素i的单因子潜在生态风险指数，Eir＜40为轻微潜在生态风险，40≤Eir＜80为中等潜在生态风险，80≤Eir＜160为强潜在生态风险，160≤Eir＜320为很强潜在生态风险，Eir≥320为极强潜在生态风险。RI为土壤综合因子潜在生态风险指数，RI＜150为轻微潜在生态风险，150≤RI＜300为中等潜在生态风险，300≤RI＜600为强潜在生态风险，RI≥600为很强潜在生态风险。Eir和RI值越大，生态危害程度越大。

1.5 数据处理

土壤重金属描述统计分析、相关分析和方差分析采用SPSS 20.0进行，其他数据的处理及图表制作采用Excel 2007进行。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属概况统计描述

由表1可知，研究区土壤pH值的范围介于4.82～5.32，平均值为5.05。土壤中不同重金属含量差异较大，Cd，Hg，As，Pb，Cr，Cu，Ni的含量分别介于 0.17～0.32，0.05～0.17，4.91～45.47，26.53～62.25，24.22～87.13，0.24～0.50，9.89～32.03 mg/kg。而与《茶叶产地环境技术条件》（NY/T853—2004）[18]、《绿色食品产地环境质量》（NY/T391—2013）[19]、《有机茶产地环境条件》（NY 5199—2002）[20]、《无公害食品茶叶产地环境条件》（NY 5020—2001）[21]、《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）二级标准[22]比较发现，西双版纳州茶园的土壤重金属平均含量均未超标，都符合茶叶产地环境技术条件要求，符合绿色食品茶园、无公害食品茶园的要求。但是在本次调查的茶园中有33.3%茶园的Pb含量、58.3%茶园的Cd含量、8.3%茶园的Hg含量、33.3%茶园的As含量超过有机茶园土壤环境质量标准。

变异系数是表征样品变异程度的重要尺度，能在一定程度上反映样品受人为影响的程度，变异系数（CV）＜10%为弱变异，10%≤CV≤30%为中等变异，CV＞30%为强变异[23]。由表1可知，7种重金属平均变异程度由大到小依次为As＞Cr＞Ni＞Hg＞ Pb＞Cd＞Cu；Hg，As，Pb，Cr，Ni等5种重金属的变异系数均大于30%；Cd，Cu的变异系数介于10%～30%，表明Cd，As，Hg，Pb，Ni，Cr，Cu等7种重金属元素空间差异相对较大。初步认为，西双版纳州茶园土壤中Cd，As，Hg，Pb，Cu，Ni，Cr受外界干扰比较显著，空间变异较大，可能是受农药、化肥施用和交通污染等外源因子干扰影响所致。

表1 土壤pH值和重金属含量描述性统计分析

2.2 茶园土壤重金属相关性分析

相关分析（Correlation Analysis）是研究现象之间是否存在某种依存关系，并对其相关方向和依存程度进行探讨的一种统计方法。研究土壤中重金属的相关性可以推测重金属的来源是否相同[24]，土壤元素间的相关性可以表征土壤中重金属元素之间的变化特征及变化趋势，如果相关性显著，说明土壤元素的地球化学行为相似、赋存状态相似或相同、亲和力强[25]，以此揭示元素来源关系及富集规律。相关性分析结果（表2）表明，pH值与Cd，Cr，Ni，Cu在0.01水平上显著相关，表明Cd，Cr，Ni，Cu富集受pH值影响；Pb与As，Ni与Cr，Ni与Cd，Cr与Cd之间在0.01水平上相关性达到显著水平，Cd与Cu，Cr与Cu，Ni与Cu之间在0.05水平上显著相关，表明它们之间同源性很高，具有较强的伴生关系，可能来自同一污染源。Hg与其他元素之间相关性较低，表明Hg的积累不受pH值和其他重金属的影响。

表2 茶园土壤中各重金属含量的相关性分析

2.3 土壤潜在生态风险评价

以云南省土壤元素背景值[26]作参比，计算得到西双版纳州茶园土壤7种重金属Eir值，并按照HÅKANSON[15]分级标准开展潜在生态风险评价（表3）。西双版纳州茶园土壤各个重金属平均Eir的大小顺序依次为：Hg（51.93）＞Cd（43.55）＞As（8.32）＞Pb（5.15）＞Ni（1.83）＞Cr（1.23）＞Cu（0.04）。

从不同生态风险程度的样本数所占比例来看，对于Ni，Cr，Pb，Cu和As元素，所有土壤样点都属于轻微生态潜在风险；而对Cd和Hg元素，大多数样点的生态风险程度达到中等以上，Cd元素达到中等生态风险等级的样点占58.33%；Hg元素有8.33%样点达到了强度生态风险等级，有58.33%样点的生态风险程度达到了中等。从单元素的生态风险来看，Cd和Hg的生态风险水平较为严重，需要引起注意。

通过计算西双版纳州茶园土壤重金属的综合因子潜在生态风险指数（RI），结果表明，RI值范围为69.69～146.19，平均值为112.05，从不同RI风险级别样点数占样点总数的比例来看，轻微生态风险样点数达到100%，表明西双版纳州茶园的土壤状况整体为轻微程度的生态风险。

表3 土壤重金属潜在生态风险指数分析

3 结论与讨论

本研究对西双版纳州茶园土壤中的Pb，Cd，Hg，Cr，As，Ni，Cu等7种重金属含量进行了检测与潜在生态风险评价，结果表明，西双版纳州茶园土壤As，Cd，Cr，Cu，Ni，Pb和Hg的平均含量与《茶叶产地环境技术条件》[18]、《绿色食品产地环境质量》[19]、《有机茶产地环境条件》[20]、《无公害食品茶叶产地环境条件》[21]、《土壤环境质量标准》二级标准[22]相比均未超标。其中，Pb，Hg和Cd含量高于云南省土壤元素背景值。西双版纳州茶园土壤7种重金属空间变异较大，可能是受农药、化肥施用和交通污染等外源因子干扰影响所致。

单因子污染指数研究结果表明，西双版纳州茶园土壤各个重金属平均Eir的大小顺序依次为：Hg（51.93）＞Cd（43.55）＞As（8.32）＞Pb（5.15）＞Ni（1.83）＞Cr（1.23）＞Cu（0.04），只有Hg，Cd存在中等水平潜在生态风险，其他重金属均属于轻微生态风险。7种重金属平均RI为112.05，属于轻微生态风险。西双版纳州茶园土壤中Pb与As，Ni与Cr，Ni与Cd，Cr与Cd，Cd与Cu，Cr与Cu，Ni与Cu的相关性显著，极有可能来自同一污染源；Hg与其他元素相关性较低，表明Hg的积累不受pH值和其他重金属的影响。初步推断，土壤中重金属除了来源于成土母质外，还可能来源于农药化肥的滥施滥用和汽车尾气排放等交通污染。

虽然西双版纳州茶园土壤为轻微生态风险，但是为了确保茶园土壤用地的长期安全，首先，在选择土地建立茶园时，应规避成土母质重金属含量高的地区；其次，远离重大污染源，严格禁止“三废”污染茶园土壤；第三，要加强茶园田间管理，严禁使用受重金属污染的肥料，注意严格控制农药污染，鼓励和倡导科学施肥施药，最大程度地降低人为二次污染风险。

［1］兰海霞.Pb、Cd及复合污染对茶树生理生态效应的研究 [D].雅安：四川农业大学，2008.

［2］孔樟良，谢国雄.杭州市典型茶园土壤与茶叶中重金属的积累与来源分析[J].中国农学通报，2015，31（10）：226-231.

［3］HANWY，ZHAOF J，SHI Y Z，et al.Scale and causes of lead contamination in Chinese tea[J].Environmental Pollution，2006，139（1）：125-132.

［4］李灵，梁彦兰，张玉，等.武夷岩茶核心种植区土壤重金属污染特征及土壤质量评价[J].土壤通报，2013，44（3）：730-736.

［5］杨强，马祥爱.晋城市工矿区部分农田土壤重金属健康风险评价[J].山西农业科学，2016，44（6）：811-816.

［6］刘子姣，李廷亮，田源.太谷县蔬菜大棚土壤重金属污染及生态风险评价[J].山西农业科学，2015，43（1）：58-60.

［7］许剑敏，郭锋，刘奋武.晋城市煤矿区农田土壤重金属评价与来源分析[J].山西农业科学，2014，42（12）：1294-1297.

［8］陈保，姜东华，李光涛，等.云南部分古茶园土壤重金属元素的监测与评价[J].热带作物学报，2012，33（12）：2262-2266.

［9］方凤满，林跃胜，魏晓飞.土壤-茶树系统中重金属污染研究进展[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2013，36（3）：288-292.

［10］王学，张祖陆，王茂香，等.日照市茶树种植区表层土壤重金属环境质量评价[J].水土保持通报，2011，31（3）：219-224.

［11］张惠，马立锋，伊晓云，等.典型绿茶茶园土壤重金属空间分布特征及环境质量评价 [J].浙江农业科学，2015，56（9）：1385-1391.

［12］麻万诸，章明奎.浙江省典型茶园生态系统中重金属流及其平衡分析[J].茶叶科学，201l，31（4）：362-370.

［13］林跃胜，方凤满，魏晓飞.皖南茶园土壤重金属化学形态及其生物有效性[J].水土保持通报，2014，34（6）：59-63.

［14］牟明辉，石杨程，张晓晴，等.恩施富硒茶园土壤重金属和氟含量及风险评价[J].河南农业科学，2016，45（5）：61-65.

［15］HÅKANSON L.An ecological risk index for Aquatic Pollution Control：A sedimentologicalapproach [J].WaterResearch，1980，14（8）：975-1001.

［16］李一蒙，马建华，刘德新，等.开封城市土壤重金属污染及潜在生态风险评价[J].环境科学，2015，36（3）：1037-1044.

［17］方晓波，史坚，廖欣峰，等.临安市雷竹林土壤重金属污染特征及生态风险评价[J].应用生态学报，2015，26（6）：1883-1891.

［18］中华人民共和国农业部.NY/T 853—2004 茶叶产地环境技术条件[S].北京：中国农业出版社，2005.

［19］中华人民共和国农业部.NY/T 391—2013 绿色食品产地环境质量[S].北京：中国农业出版社，2014.

［20］中华人民共和国农业部.NY5199—2002 有机茶产地环境条件[S].北京：中国标准出版社，2004.

［21］中华人民共和国农业部.NY 5020—2001 无公害食品 茶叶产地环境条件[S].北京：电子工业出版社，2001.

［22］国家环境保护总局.GB 15618—1995 土壤环境质量标准[S].北京：中国标准出版社，1996.

［23］谢小进，康建成，李卫江，等.上海宝山区农用土壤重金属分布与来源分析[J].环境科学，2010，31（3）：768-744.

［24］陈怀满.土壤：植物系统中的重金属污染[M].北京：科学出版社，1996.

［25］IKEM A，EGIEBPR N O，NUAVPR K.Trace elements in water，fish and sediment from Tuskegee Lake，Southeastern USA[J].Water，Air，and Soil Pollution，2003，149（1）：51-75.

［26］中国环境监测总站.中国土壤元素背景值[M].北京：中国科学出版社，1990.

Heavy Metal Pollution Characteristics and Ecological Risk Analysis for Soil in Tea Gardens of Xishuangbanna

SUNYunnan1，2，XUYan1，2，XIALifei1，2，YANGShengmei1，2，YINLiqiong1，2，CHENHongyun1，2，XIAOXing1，2，XIARui1，2，CHENJianfeng3，LIUDehe1，2
（1.Institute ofTea，Yunnan AcademyofAgricultural Sciences，Menghai 666201，China；2.Yunnan TechnologyEngineering Research Center ofTea GermplasmInnovation and SupportingCultivation，Menghai 666201，China；3.Tea TechnologyExtension Center ofMenghai County，Menghai 666201，China）

The studyinvestigated concentrations ofsoil heavymetals in tea gardens ofXishuangbanna.And the pollution status and ecological risks of heavy metals in the soils were assessed by HÅKANSON potential ecological risk index.The result showed that compared with"the Environmental Requirement for Growing Area of Tea"and"the Green Food Environmental Quality for Production Area"and"the Environmental Condition for Organic Tea Production Area"and"the Non-Environmental Pollution Food Environmental Condition for Tea Production Area"and"the Environmental Quality Standard for Soils",the average content of heavy metals in tea gardens soilof Xishuangbanna were all below the limit by the official standards.The average single factor potential ecological risk index（Eir）ofheavy metal pollution in the soils was in order ofHg（51.93）＞Cd（43.55）＞As（8.32）＞Pb（5.15）＞Ni（1.83）＞Cr（1.23）＞Cu（0.04）.And only Cd and Hg reached moderate level,while the others were of slight level.The integrated factor potential ecological risk index（RI）ofheavymetal pollution in the soils was 112.05,and potential ecological risk analysis suggested a slight risk tolocal ecosystem originated from heavy metal contamination in the soils of tea garden in Xishuangbanna.Fertilization and pesticide spraying must be managed scientificallyin the future,tobe maximumdecreased secondarypollution risk.

tea garden;soil;heavymetals;potential ecological risk index;Xishuangbanna

S571.1

：A

：1002-2481（2017）01-0089-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.01.23

2016-07-12

云南省社会发展科技项目（2012CH008）；西双版纳傣族自治州科技三项费专项（YX200903）

孙云南（1984-），男，云南大理人，助理研究员，主要从事茶树生理生化研究工作。刘德和为通信作者。