安溪县感德镇铁观音茶园土壤重金属污染风险评价

陈凤哲

（安溪老固茶园专业合作社，福建 泉州 362400）

茶作为一种常见饮料，具有多种保健功效[1]，深受大众喜爱。然而随着社会的发展，茶叶质量安全问题日益凸显，其中尤以茶园土壤重金属污染问题更为人类所关注[2]。已有研究者对茶园土壤重金属污染问题展开了调查研究，黄华斌等[3]对安溪铁观音茶园土壤重金属污染进行调查后指出Cd应被重点关注，表现为较高潜在生态风险；程强强等[4]以宜宾市屏山县某茶园土壤为研究对象，也发现Cd对于整个研究区的潜在毒性元素污染起到控制作用；赵佐平等人[5]在研究中发现Cd和Hg对陕南茶园潜在生态风险的贡献最大；周国华[6]在研究中发现，茶园土壤中的重金属含量会显著影响茶叶中的重金属含量。所以，开展茶园土壤重金属含量调查及污染评价对于茶叶安全质量保障具有重要意义。

感德镇地处安溪县西北部，年平均气温17℃-19℃，年降雨量1850mm以上，平均海拔507m，土壤肥沃，属亚热带湿润气候区，环境得天独厚，十分适宜茶树的生长[7]。感德镇拥有5.8万亩茶园，是安溪铁观音的主产区之一，有“中国茶叶第一镇”之称[8]。茶业是感德镇的支柱产业，茶农人均收入中茶业收入占比极高，因而茶叶品质的好坏将直接影响感德镇经济的发展。然而，随着工业化、城镇化的不断推进，在农业生产上出现了过量施肥、农药污染以及大气污染物沉降等问题。对茶园土壤来说，这将严重影响其理化性质，同时带来潜在重金属污染风险，这对茶叶的品质与产量构成了严重威胁。

本研究通过测定感德镇铁观音主产区茶园土壤中5种重金属元素（Pb、As、Hg、Cr、Cd）的含量，采用因子污染指数法以及潜在生态风险指数法等来评价茶园土壤重金属污染特征及其潜在生态危险，以期为感德镇铁观音茶产业的高质量发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与预处理

选取安溪县感德镇15处典型铁观音茶园为采样点（图1），采样时间为2021年5月底。采用S型或梅花形布点法进行采样，每个采样点采集5个以上子样品，采集深度均为0-20cm。将采集的土样简单剔除杂物后均匀混合，按照4分法选取约1kg混合样。土样运回实验室后，自然风干，剔除杂物，研磨过0.149mm筛后备用。

图1 土壤采样点分布

1.2 样品分析方法

土壤样品中Cd、Cr和Pb的测定参照HJ 803-2016[9]中的ICP-MS法，As和Hg的测定参照HJ680-2013[10]中的原子荧光法。重金属含量测定过程中使用国家标准物质中心的标准土壤样品（GSS-1）进行质量控制。

1.3 评价方法

本研究以福建省土壤背景值[11]及《茶叶产地环境技术条件（NY/T853-2004）》中的标准[12]为参比，就感德镇铁观音茶园土壤中重金属含量进行分析；采用单因子污染指数法和综合污染指数法分析感德镇铁观音茶园土壤的污染程度[13]，土壤环境质量分级标准如表1所示；同时，采用潜在生态风险指数法进行茶园土壤污染风险评价[14]，潜在生态风险程度分级标准如表2所示。

表1 综合因子污染指数分级标准

表2 潜在生态风险程度分级

单因子污染指数法的计算公式如下：

式（1）中：Pi为第i种污染物的单因子污染指数；Ci为第i种污染物的实测值，mg/kg；Si为第i种污染物的评价标准值，mg/kg，本研究采用福建省土壤背景值[10]。

综合污染指数法的计算公式如下：

式（2）中：P综为重金属污染物的综合污染指数；Pimax为测定点的单项污染指数中的最大值；Pave为测定点的所有污染物单项污染指数的平均值。

潜在生态风险指数法的计算公式如下：

1.4 数据处理与分析

本试验采用SPSS26.0、Excel 2016等软件进行数据统计分析，采用Arc Gis10.8绘制采样点分布图。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量

由表3可知，15个茶园样点的Pb、As、Hg、Cr、Cd的平均值分别为39.27、11.03、0.08、60.10、0.05 mg/kg，其中Pb、As、Cr三种元素的平均值超出了福建省土壤背景值，但5种元素的平均值均未超过《茶叶产地环境技术条件（NY/T853-2004）》中的标准。土壤重金属含量变异较大，这说明不同茶园土壤的重金属来源较为分散[3]，所研究的5个重金属元素均存在极端异常值，且以As、Cr尤为突出，存在超过《茶叶产地环境技术条件（NY/T853-2004）》标准的样点。

表3 感德镇观音茶园土壤重金属含量

2.2 土壤重金属污染评价

感德镇铁观音茶园土壤重金属单因子污染指数如表4所示。据表可知，Pb、As、Hg、Cr、Cd的单因子污染指数的平均值分别为0.56、0.28、0.07、0.40、0.17，均小于0.7。Hg与Cd两种元素单因子污染指数均小于0.7，其余3种元素的单因子污染指数均存在大于0.7的样点。其中，Pb元素有两个样点的污染指数处于0.7-1之间，两个样点的处于1-2之间，各占样本总数的13.33%，污染程度分别为警戒与轻度污染，其余样点环境质量等级均为安全；As元素存在6.67%的样点处于轻度污染状态，其余环境质量等级均为安全；Cr元素中有两个样点的污染指数处于1-2之间，占样本总数的13.33%，为轻度污染状态，其余环境质量等级均为安全；研究区所有样点的单因子污染指数均不存在中度及重度污染情况。

表4 土壤重金属污染指数统计

单因子污染指数法难以反映茶园土壤的综合污染水平，因而再采用综合污染指数法对茶园土壤进行综合评价。由表4可知，研究区茶园土壤的综合污染指数的平均值为0.55，小于0.7。而就单个样点来说，存在警戒状态与轻度污染状态的样点，各占样点总数的20.00%与6.67%，其余样点质量等级均为安全。

2.3 土壤重金属污染生态风险评价

据表5可知，感德镇茶园土壤各重金属元素的单项潜在生态风险指数的平均值从大到小依次为Cr＞Hg＞Cd＞As＞Pb。可以发现，Cr和Hg是感德镇铁观音茶园中最主要的潜在生态风险元素。其中Cr的生态风险指数的范围为19.66-113.83，平均值为43.65，有3个样点的Cr元素处于中等风险等级，2个样点的Cr元素处于较高风险等级，分别占样点总数的20.00%和13.33%，其余均为轻度潜在生态风险等级；Hg元素的生态风险指数的平均值为41.69，处于中等风险等级的样点有6个，占总数的40.00%，处于较高风险等级的样点有1个，占总数的6.67%，其余均为轻度潜在生态风险等级。所有样点重金属元素均不存在高潜在生态风险等级与很高潜在生态风险等级的情况。

表5 土壤重金属单项潜在生态风险指数统计

从表6中可以看出，感德镇茶园土壤中5种重金属元素的综合潜在生态风险指数平均值为140.13。其中有5个样点处于中等潜在生态风险等级，占样本总数的33.33%，其余均处于轻度潜在生态风险等级。以上表明，感德镇茶园土壤综合潜在生态风险指数总体处于轻度和中等等级，不存在较高和很好生态风险等级。

表6 土壤重金属综合潜在生态风险指数统计

3 结论

（1）15个茶园样点的Pb、As、Hg、Cr、Cd的平均值分别为39.27、11.03、0.08、60.10、0.05mg/kg，其中Pb、As、Cr三种元素的平均值超出了福建省土壤背景值，但平均值均未超过《茶叶产地环境技术条件（NY/T853-2004）》中的标准。

（2）Pb、As、Hg、Cr、Cd 5种土壤重金属元素的单因子污染指数的平均值分别为0.56、0.28、0.07、0.40、0.17，综合污染指数的平均值为0.55，均小于0.7，说明大部分茶园的质量等级为安全，但仍存在少量处于警戒状态与轻度污染状态的样点。

（3）各重金属元素的单项潜在生态风险指数的平均值从大到小依次为Cr＞Hg＞Cd＞As＞Pb，其中Cr和Hg是感德镇铁观音茶园中最主要的潜在生态风险元素。5种重金属元素的综合潜在生态风险指数平均值为140.13，茶园土壤综合潜在生态风险指数总体处于轻度和中等风险等级，不存在较高和很好生态风险等级。