胡留杰，廖敦秀，馬連杰，朱金山，劉小平

（1重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶九龍坡402329；2四川省瀘縣農(nóng)林局，四川瀘縣646100）

西南茶區(qū)土壤-茶樹系統(tǒng)重金屬研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

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(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶九龍坡402329；2四川省瀘縣農(nóng)林局，四川瀘縣646100）

西南茶區(qū)地處中國(guó)西南部，主要產(chǎn)茶地區(qū)為云南、貴州、四川和重慶，是中國(guó)最古老的茶區(qū)。為了解中國(guó)西南茶區(qū)的重金屬含量現(xiàn)狀，筆者回顧和綜述了國(guó)內(nèi)外有關(guān)茶園土壤重金屬方面的研究文獻(xiàn)，并提出了土壤-茶樹系統(tǒng)重金屬的研究方向。總結(jié)如下：西南茶區(qū)重金屬含量狀況總體良好，部分茶區(qū)鎘、汞含量超標(biāo)(GB 15618—2008)；土壤重金屬主要以水溶態(tài)、交換態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、碳酸鹽態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)幾種形態(tài)存在，水可溶態(tài)和交換態(tài)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(zhì)、茶園園齡和茶樹樹齡等都會(huì)影響土壤-茶樹系統(tǒng)重金屬的遷移。因此加強(qiáng)土壤-茶樹系統(tǒng)重金屬遷移規(guī)律的研究，構(gòu)建土壤-茶樹重金屬污染預(yù)測(cè)預(yù)警尤為重要。

茶園土壤；賦存形態(tài)；遷移轉(zhuǎn)化

0 引言

茶樹發(fā)源于中國(guó)，目前，亞洲、歐洲、非洲、美洲、大洋洲150多個(gè)國(guó)家和地區(qū)在從事茶葉生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)。茶已成為全世界普遍受歡迎的一種天然、營(yíng)養(yǎng)、保健飲料。但是近年來，隨著工農(nóng)業(yè)的深入發(fā)展，不斷出現(xiàn)有關(guān)茶葉質(zhì)量問題的報(bào)道，茶葉重金屬含量超標(biāo)是近幾年出現(xiàn)的主要質(zhì)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(jìn)入人體，對(duì)人類健康產(chǎn)生潛在的威脅[1-3]，當(dāng)重金屬富集量超過人體所能承受的最大限值時(shí)，必然會(huì)危及人體健康。

西南地區(qū)是世界茶樹的原產(chǎn)地，也是中國(guó)重要的茶區(qū)之一，大部分茶區(qū)分布在海拔500 m以上的高原，屬于高原茶區(qū)，也有部分茶區(qū)分布在盆地。整個(gè)茶區(qū)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(qū)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(duì)茶樹的生長(zhǎng)十分有利。但是隨著山區(qū)旅游業(yè)的開發(fā)、交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，人為因素造成環(huán)境中的重金屬越來越多。因此筆者對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于茶園土壤重金屬含量、茶樹體內(nèi)重金屬運(yùn)移、茶園栽培管理等方面文獻(xiàn)和資料進(jìn)行綜述，闡述中國(guó)西南茶區(qū)重金屬含量現(xiàn)狀，并指出茶園土壤-茶樹系統(tǒng)重金屬今后的研究方向，以期為推動(dòng)茶園土壤重金屬預(yù)測(cè)預(yù)警研究工作提供依據(jù)。

1 西南茶區(qū)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(dòng)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(dǎo)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(zhì)是茶園土壤重金屬的自然來源，但是在人們從事生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)的過程中，會(huì)導(dǎo)致大氣沉降、農(nóng)藥化肥使用、茶樹種植模式及其他等認(rèn)為因素，這也是構(gòu)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(xué)毒性以汞最強(qiáng)，其次是銅，然后依次是鎳＞鉛＞鈷=鋅＞鎘，并且依據(jù)土壤類型及其植物種類的不同，這一順序會(huì)有所差別[4]。重金屬含量過高對(duì)植物造成不可逆的損傷，會(huì)導(dǎo)致植物葉片葉綠素結(jié)構(gòu)破壞、細(xì)胞膜系統(tǒng)受到損傷等，綜合表現(xiàn)為植物生長(zhǎng)緩慢、光合作用下降、植株矮小、葉片失綠變形、根系受損；果實(shí)類作物則表現(xiàn)為果實(shí)小、著色早等問題[5-7]。

中國(guó)四川茶區(qū)根據(jù)其地域特征，主要出產(chǎn)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(gè)產(chǎn)茶縣，其中川西地區(qū)包括近30個(gè)主要產(chǎn)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(biāo)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(xiàng)污染指數(shù)均小于1，綜合污染指數(shù)小于0.7。川東地區(qū)有16個(gè)縣市產(chǎn)茶，該地區(qū)茶園土壤的鉛、銅、鋅、鎳等重金屬元素含量未超標(biāo)，但鎘、汞、砷、鉻等重金屬元素的含量存在一定程度的超標(biāo)[8-9]。

貴州是西南茶區(qū)重要的產(chǎn)地之一，根據(jù)行政區(qū)劃、海拔、產(chǎn)茶類型等條件將貴州產(chǎn)茶區(qū)主要分為5個(gè)，分別是黔中，黔南高檔名優(yōu)茶產(chǎn)業(yè)帶，黔東優(yōu)質(zhì)出口綠茶產(chǎn)業(yè)帶、黔北鋅硒優(yōu)質(zhì)綠茶產(chǎn)業(yè)帶，黔西北高山有機(jī)綠茶產(chǎn)業(yè)帶，黔西南大葉種早生綠茶和花茶產(chǎn)業(yè)帶。有研究表明：貴州部分茶區(qū)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(gè)主要茶區(qū)中鎘和汞的含量超標(biāo)較為嚴(yán)重，湄潭茶產(chǎn)區(qū)土壤鎘的超標(biāo)率最高，達(dá)到39.4%，都勻茶產(chǎn)區(qū)土壤汞超標(biāo)率最高，為24.2%[10-15]。

云南省的地形氣候環(huán)境很特殊，有高緯度、高海拔、低緯度與低海拔同時(shí)存在，加上各地區(qū)因茶樹品種和生態(tài)環(huán)境不同，茶菁茶質(zhì)有明顯不同特質(zhì)，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(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)水平，銅平均含量都處在二級(jí)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(dá)到國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB15618—2008)；鉻(15.4～8.5mg/kg)，砷(12.2～3.1mg/kg)，銅(13.6～3.4 mg/kg)均達(dá)到國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，所有古茶園綜合污染指數(shù)小于0.7，表明古茶區(qū)土壤屬于清潔水平，滿足有機(jī)茶園環(huán)境條件，適合建設(shè)有機(jī)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(qū)具有30多個(gè)區(qū)縣產(chǎn)茶，出產(chǎn)近60種茶葉，其中以針形綠茶為代表，通過對(duì)已發(fā)表的文獻(xiàn)查閱：重慶市永川區(qū)、榮昌區(qū)和南川區(qū)茶園土壤環(huán)境質(zhì)量總體表現(xiàn)良好，未受到重金屬砷、銅、鉛的污染，其單因子污染指數(shù)Pi＜1、綜合污染指數(shù)P綜＜0.07，但Cr元素的綜合污染指數(shù)為0.763，達(dá)到警戒線水平，Cd元素污染嚴(yán)重[18]；永川區(qū)茶園土壤汞含量水平良好[19]，重慶某個(gè)未標(biāo)明產(chǎn)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(shù)Pi＜1，綜合污染指數(shù)P綜＜1.0[20]。筆者所在單位于2006—2008年連續(xù)3年對(duì)重慶茶區(qū)30個(gè)區(qū)縣茶園土壤采樣200多個(gè)茶園土壤樣品，研究發(fā)現(xiàn)，茶園土壤汞超標(biāo)率達(dá)到5.1%，其中部分區(qū)縣汞含量較高，超過國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618—1195)。

總體來說，西南茶區(qū)由于其地理位置和地形特點(diǎn)，加上人們?cè)诜N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(zhì)量水平達(dá)到有機(jī)茶園所要求的環(huán)境條件，適合建設(shè)有機(jī)茶園。

2 茶園土壤中重金屬的賦存形態(tài)

土壤中重金屬主要分為水溶態(tài)、交換態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、碳酸鹽態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)[21]。其中水溶態(tài)和交換態(tài)重金屬又稱為有效態(tài)，對(duì)植物吸收利用重金屬有重要關(guān)系。植物從土壤環(huán)境吸收重金屬元素的難易程度，一般認(rèn)為，植物可直接吸收利用的為水溶交換態(tài)重金屬，但毒性也最強(qiáng)。隨著土壤中重金屬總量增加，可交換態(tài)重金屬量上升，殘余態(tài)重金屬量減少，相對(duì)會(huì)增加重金屬的毒性[22]。

茶園土壤重金屬賦存形態(tài)受諸多因素的影響，如土壤理化性質(zhì)，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(tài)、氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)鉛和鎘的含量主要與土壤中鉛、鎘積累有關(guān)；而生物有效性較高的交換態(tài)和水可溶態(tài)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(shì)[24]。不同茶園土壤有效態(tài)鉛、銅、鎘含量和總量，均達(dá)到差異極顯著水平(P＜0.01)，3種重金屬元素有效態(tài)和總量也均表現(xiàn)為表土層＞心土層。茶樹是多年生植物，茶樹屬于富鋁作物，長(zhǎng)期種植茶樹導(dǎo)致茶園土壤酸化，會(huì)進(jìn)一步增加土壤中重金屬活性，增強(qiáng)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化行為。以鋅為例，重金屬在茶園土壤中分布規(guī)律為殘?jiān)鼞B(tài)＞有機(jī)結(jié)合態(tài)＞交換態(tài)＞鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)＞碳酸鹽結(jié)合態(tài)，其中交換態(tài)與土壤pH值呈顯著負(fù)相關(guān)，有機(jī)結(jié)合態(tài)與土壤陽子交換量顯著負(fù)相關(guān)，而殘?jiān)鼞B(tài)與粘粒含量和陽離子交換量均呈顯著正相關(guān)[7]。不同賦存形態(tài)的重金屬表現(xiàn)出不同生物毒性和環(huán)境行為，影響其在土壤-茶樹系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化能力。

3 茶樹-土壤中重金屬遷移規(guī)律研究

3.1 土壤-茶樹系統(tǒng)中重金屬遷移轉(zhuǎn)化規(guī)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(nèi)遷移和分布能力與該元素的化學(xué)形態(tài)有非常大的關(guān)系，元素的化學(xué)形態(tài)不同其生物活性也存在很大差異，植物中重金屬形態(tài)的變化是植物對(duì)重金屬積累和解毒的重要機(jī)制之一。

重金屬在茶樹體內(nèi)的運(yùn)移分布多表現(xiàn)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(duì)均勻[25]。但是亦有研究表明：鉛在茶樹體內(nèi)的分布規(guī)律為根＞莖＞新葉＞老葉，新根和主根對(duì)鉛的吸收能力存在差異[25-27]。銅在苦丁茶中的分布規(guī)律為吸收根＞嫩葉＞莖＞主根[27]。

3.2 茶樹-土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響因素

重金屬在土壤-茶樹系統(tǒng)中的遷移和轉(zhuǎn)化受到土壤pH值、土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、土壤中重金屬賦存形態(tài)、管理方式、生態(tài)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(zhì)和重金屬形態(tài)差異較大，直接或間接影響重金屬遷移轉(zhuǎn)化[28]。茶園系統(tǒng)中重金屬的年平衡值有機(jī)肥施用為主的茶園高于化肥施用為主的茶園，施用有機(jī)肥會(huì)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(tài)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(duì)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(duì)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(duì)錳有較強(qiáng)降低作用[32]。

3.2.2 土壤理化性質(zhì)的影響 茶園土壤是酸性環(huán)境，茶園種植時(shí)間越長(zhǎng)，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(huì)隨著茶園種植年限的增加呈現(xiàn)酸化的趨勢(shì)，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(nèi)模擬酸雨，酸雨pH值越低，土壤酸化強(qiáng)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(jìn)入土壤后，各形態(tài)鉛的含量顯著增加，活性越強(qiáng)的形態(tài)增加的比例越大[34]；土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬的生物活性有較影響，有研究表明：土壤可交換態(tài)銅、可交換態(tài)鉻和有機(jī)結(jié)合態(tài)銅與土壤有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)，茶葉中銅和鉻含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)[35]。

3.2.3 茶樹樹齡的影響 茶樹樹齡對(duì)重金屬的吸收累積時(shí)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(zhǎng)呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，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(xiàn)增加的趨勢(shì)[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(huì)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(dú)立的小氣候環(huán)境，土壤有機(jī)質(zhì)、pH值等含量差別較大，進(jìn)而影響到重金屬在茶園生態(tài)系統(tǒng)中的積累與遷移[28]。

4 研究展望

關(guān)于茶園土壤中重金屬含量、賦存形態(tài)以及污染評(píng)價(jià)以及重金屬在土壤-茶樹系統(tǒng)中的運(yùn)移轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)，因此今后茶園重金屬研究方向2個(gè)方面。

（1）重金屬在茶園土壤-茶樹系統(tǒng)中的累積和遷移轉(zhuǎn)化特征方面的研究多集中在模擬試驗(yàn)，但是實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，重金屬的遷移轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)以獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來驗(yàn)證室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，以建立較為標(biāo)準(zhǔn)的研究方法。

（2）茶園重金屬趨勢(shì)預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建立，土壤重金屬預(yù)測(cè)預(yù)警是指一定時(shí)期內(nèi)對(duì)土壤重金屬含量進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，再綜合評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行總的預(yù)測(cè)，從而確定土壤重金屬變化的趨勢(shì)、速度和達(dá)到污染水平的時(shí)間，并且根據(jù)需要及時(shí)發(fā)出各種警戒信息、提出相應(yīng)對(duì)策。目前土壤重金屬預(yù)測(cè)預(yù)警主要應(yīng)用于農(nóng)田、城市土壤重金屬污染預(yù)測(cè)，因此建立茶園土壤重金屬預(yù)測(cè)預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)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(hào)：cjas17040010

重慶市農(nóng)發(fā)資金(NKY-2016AB033；NYK-2016AC030)；重慶市基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(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(huán)境質(zhì)量變化研究。通信地址：402329重慶市九龍坡區(qū)白市

驛鎮(zhèn)農(nóng)科大道 重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，Tel：023-65778912，E-mail：shuimu0702@163.com。

劉小平，男，1964年出生，四川瀘縣人，農(nóng)藝師，本科，主要從事有機(jī)農(nóng)業(yè)研究。通信地址：646100四川省瀘縣農(nóng)林局，E-mail：lxplxp1964311@sina.com。

2017-04-11，

2017-07-24。