基于GIS技术的贵定县茶园土壤质量安全调查与评价

刘红等

摘要：选择贵州省贵定县为研究区域，采集茶园土壤样品，进行重金属Pb、Cr、Cu、As、Cd、Hg的含量测定，借助ArcGIS技术，以NY 5020—2001《无公害食品 茶叶产地环境条件》中无公害茶园土壤环境质量标准为依据，对贵定县各乡镇土壤环境质量进行单项污染指数和综合污染指数评价。结果表明：贵定县有2个乡镇茶园土壤处于轻污染状态，8个乡镇处于警戒限范围，10个乡镇处于安全级别。茶园土壤主要污染元素为Cd和Hg，4个乡镇Cd平均值超标，其中定南乡Cd单项污染指数最高，为1.49；5个乡镇Hg平均值超标，其中新巴镇Hg单项污染指数最高，为1.27；定南乡土壤重金属综合污染最严重。

关键词：贵定县；GIS技术；茶园；土壤； 重金属污染；评价

中图分类号：X53 文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2014）03-0291-05

贵州是我国主要产茶省份，从2006年以来，贵州省茶园面积以每年3.35万hm2的速度增加，占全国新增茶园的一半。在发展茶产业的同时，茶叶中重金属含量超标问题越来越受到消费者的关注[1-2]。产地环境质量是茶叶科学种植的一个重要依据，但目前对产地环境信息缺乏一个系统的统计和规划[3]。中共贵州省委、贵州省人民政府2007年6号文件中明确提出了加快贵州茶产业发展的要求，要把贵州省打造成中国高品质绿茶重要生产基地，前期工作就是做好茶园土壤安全检测工作。

土壤是茶树生长的载体，土壤重金属可以通过茶叶富集进入食物链危害人类健康[4]，因此对影响茶叶品质土壤环境质量的研究尤为重要[5]，其中，茶园土壤重金属的调查与研究得到了高度重视，许多学者对茶园土壤重金属Cr、Cu、As、Cd、Hg、Pb进行了大量报道[6-8]。本研究以贵州省贵定县茶园土壤为研究对象，借助ArcGIS技术，并以NY 5020—2001《无公害食品 茶叶产地环境条件》中无公害茶园土壤环境质量标准为评价依据，进行茶园土壤环境质量调查与评价，旨在掌握土壤环境受污染程度，为贵定县科学规划建设新茶园以及中低产茶园改造提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土样采集与制备

选择贵州省贵定县为研究区域，采集茶园表层土壤。采用GPS定位，在样点附近以“S”法采取茶园表层土壤（0～20 cm）混合样。为避免污染，采样过程中使用木铲等工具，每个样品均由10个采样点混合而成，在贵定县共采集423个土壤样品。

将采集的样品分别放入洁净的聚乙烯塑料袋中，封装运回实验室。土壤样品放在室内自然风干，挑出石块和残枝落叶，采用四分法，并用玛瑙研钵研磨，分别过20、100目筛备用。采样覆盖区域见图1。

1.2 资料收集与整理

从贵定县农村工作局收集地形图（采用中国人民解放军总参谋部测绘局测绘的地形图）、第2次土壤普查成果图（最新的土壤图、土壤养分图）和土地利用现状图。县级地图采用1 ∶ 50 000地形图为空间数学框架基础，采用高斯-克吕格投影方式进行投影坐标转换，将土地利用现状图、土壤图及行政区划图叠置，划分生成贵定县区域茶园评价单元。

1.3 分析方法

在分析土壤样品过程中每批样品设2个空白，加入国家标准土壤样品（GSS-4、GSS-5）进行分析质量控制，分析样品重复数10%～15%，所用水均为二次去离子水（Milli-Q50超纯水系统），试剂均采用优级纯，张清海等用该方法对贵州鸟王茶产区土壤重金属负荷水平进行了研究[9]。分析方法和限量见表1。

1.4 属性数据库的建立

根据贵定县土壤质量评价需要，对每个指标完整的命名、格式、类型、取值区间等进行定义，在建立属性数据库时按数据字典的要求，制定统一的基础数据编码规则，进行属性数据录入，在ACCESS数据库中建立。

1.5 评价因子属性值的获取

茶园土壤环境质量评价包括土壤Pb、Cd、Cr、Cu、As、Hg等6个评价因子，以研究区域茶园土壤环境质量评价单元图数据库为基础，借助ArcGIS 9.3中的地统计学分析（geostatistical analysis）模块，选择最优的插值模型进行Kriging空间插值[10-11]，生成评价单元全系列的茶园土壤环境质量评价因子属性数据库。

1.6 土壤中重金属的评价方法

选取Pb、Cd、Cr、Cu、As、Hg等重金属元素为评价因子，运用单因子污染指数法[12-13]、综合污染指数法[14]，以NY 5020—2001《无公害食品 茶叶产地环境条件》中无公害茶园土壤环境质量标准（表2、表3）为评价依据，对贵定县茶园土壤环境质量进行综合评价。

单因子污染指数Pi计算公式为Pi=Ci/Si，

式中：Pi为土壤污染元素i的污染指数；Ci为污染元素i的实测值（mg/kg）；Si为污染元素i的评价限量值（mg/kg）。2.3 茶园土壤环境质量主要限制因子分析

评价结果表明，贵定县茶园主要表现土壤镉和汞污染。煤矿是贵定县优势矿产之一，各个乡镇均有分布，其中储量最多的有落北河乡、新铺乡、德新镇。石灰石矿、水泥用石灰岩全县广泛分布，储量大，品位高，其中定南乡矿点为黔南州水泥厂矿山[15]。全县开办了一些国营煤场，土陶蕴藏量比较丰

富，周边建设了一些陶瓷厂和水泥厂，镉和汞污染主要是由煤矿开采、冶炼以及陶瓷、水泥的开发利用造成的。

3 结论

本研究对贵定县各乡镇茶园土壤重金属的平均含量进行分析，结果表明，各乡镇Pb、Cr、As、Cu的平均含量均低于无公害茶园限量值，均未超标；马场河乡、都六乡、定南乡、德新镇Cd超标；云雾镇、新铺乡、都六乡、猴场堡乡、新巴镇Hg超标。

贵定县土壤重金属污染主要表现为一定程度镉和汞污染。单因子评价的结果与重金属含量分析大体一致。其中，都六乡土壤中镉和汞的单因子污染指数均大于1，综合污染指数也大于1，污染程度为轻污染。endprint

土壤重金属污染综合评价结果表明，都六乡、定南乡等2个乡镇处于轻污染状态；马场河乡、云雾镇、铁厂乡、新铺乡、猴场堡乡、旧治镇、新巴镇等8个乡镇处于警戒限；洛北河乡、巩固乡、岩下乡、昌明镇、定东乡、窑上乡、抱管乡、城关镇、沿山镇、盘江镇等10个乡镇处于安全级别。其中，定南乡土壤污染最严重，定东乡土壤环境最清洁。

土壤重金属是茶园土壤环境的限制指标，贵定县在发展茶产业的过程中，应该结合土壤环境质量评价结果进行科学、合理的规划，避开重金属污染区域，以保障茶叶品质。

参考文献：

[1]余正文，杨占南，张 来，等. 几种黔产绿茶中重金属污染分析[J]. 食品工业科技，2011，32（9）：425-426，460.

[2]周国兰，罗显扬，赵华富，等. 贵州凤冈县宜茶区土壤重金属含量状况及污染评价[J]. 化学分析计量，2010，19（5）：68-70.

[3]刘 凯. 贵定县茶园土壤中重金属元素含量及污染评价[J]. 贵州农业科学，2012，40（1）：101-103.

[4]林 清，葛慈斌，陈尧荣，等. 福安市社口镇茶园土壤重金属含量与安全质量评价[J]. 茶叶科学技术，2010（4）：8-10，23.

[5]梁远发，田永辉，王国华，等. 乌江流域茶园土壤理化性状对茶叶品质影响的研究[J]. 中国农学通报，2003，19（3）：44-46.

[6]何璐君，王修俊. 遵义县茶园土壤重金属元素含量及污染评价[J]. 湖北农业科学，2011，50（7）：1350-1353.

[7]李 云，张进忠，童华荣. 重庆市某茶园土壤和茶叶中重金属的监测与污染评价[J]. 中国农学通报，2007，23（7）：519-524.

[8]苏祝成，陈德彪，朱有为，等. 浙江山区茶园重金属污染现状研究[J]. 江苏农业科学，2011（1）：339-341.

[9]张清海，龙章波，林绍霞，等. 贵州鸟王茶产区土壤重金属负荷水平与评价[J]. 贵州农业科学，2012，40（4）：139-142.

[10]邢世和，黄 吉，黄 河，等. 区域耕地质量评价与合理利用对策[J]. 土壤通报，2003，34（1）：6-10.

[11]谢正苗，李 静，王碧玲，等. 基于地统计学和GIS的土壤和蔬菜重金属的环境质量评价[J]. 环境科学，2006，27（10）：2110-2116.

[12]邓秋静，宋春然，谢 锋，等. 贵阳市耕地土壤重金属分布特征及评价[J]. 土壤，2006，38（1）：53-60.

[13]安中华，董元华，安 琼，等. 苏南某市农田土壤环境质量评价及其分级[J]. 土壤，2004，36（6）：631-635.

[14]范拴喜，甘卓亭，李美娟，等. 土壤重金属污染评价方法进展[J]. 中国农学通报，2010，26（17）：310-315.

[15]贵州省贵定县史志编纂委员会. 贵定县志[M]. 贵阳：贵州人民出版社，1990.endprint

土壤重金属污染综合评价结果表明，都六乡、定南乡等2个乡镇处于轻污染状态；马场河乡、云雾镇、铁厂乡、新铺乡、猴场堡乡、旧治镇、新巴镇等8个乡镇处于警戒限；洛北河乡、巩固乡、岩下乡、昌明镇、定东乡、窑上乡、抱管乡、城关镇、沿山镇、盘江镇等10个乡镇处于安全级别。其中，定南乡土壤污染最严重，定东乡土壤环境最清洁。

土壤重金属是茶园土壤环境的限制指标，贵定县在发展茶产业的过程中，应该结合土壤环境质量评价结果进行科学、合理的规划，避开重金属污染区域，以保障茶叶品质。

参考文献：

[1]余正文，杨占南，张 来，等. 几种黔产绿茶中重金属污染分析[J]. 食品工业科技，2011，32（9）：425-426，460.

[2]周国兰，罗显扬，赵华富，等. 贵州凤冈县宜茶区土壤重金属含量状况及污染评价[J]. 化学分析计量，2010，19（5）：68-70.

[3]刘 凯. 贵定县茶园土壤中重金属元素含量及污染评价[J]. 贵州农业科学，2012，40（1）：101-103.

[4]林 清，葛慈斌，陈尧荣，等. 福安市社口镇茶园土壤重金属含量与安全质量评价[J]. 茶叶科学技术，2010（4）：8-10，23.

[5]梁远发，田永辉，王国华，等. 乌江流域茶园土壤理化性状对茶叶品质影响的研究[J]. 中国农学通报，2003，19（3）：44-46.

[6]何璐君，王修俊. 遵义县茶园土壤重金属元素含量及污染评价[J]. 湖北农业科学，2011，50（7）：1350-1353.

[7]李 云，张进忠，童华荣. 重庆市某茶园土壤和茶叶中重金属的监测与污染评价[J]. 中国农学通报，2007，23（7）：519-524.

[8]苏祝成，陈德彪，朱有为，等. 浙江山区茶园重金属污染现状研究[J]. 江苏农业科学，2011（1）：339-341.

[9]张清海，龙章波，林绍霞，等. 贵州鸟王茶产区土壤重金属负荷水平与评价[J]. 贵州农业科学，2012，40（4）：139-142.

[10]邢世和，黄 吉，黄 河，等. 区域耕地质量评价与合理利用对策[J]. 土壤通报，2003，34（1）：6-10.

[11]谢正苗，李 静，王碧玲，等. 基于地统计学和GIS的土壤和蔬菜重金属的环境质量评价[J]. 环境科学，2006，27（10）：2110-2116.

[12]邓秋静，宋春然，谢 锋，等. 贵阳市耕地土壤重金属分布特征及评价[J]. 土壤，2006，38（1）：53-60.

[13]安中华，董元华，安 琼，等. 苏南某市农田土壤环境质量评价及其分级[J]. 土壤，2004，36（6）：631-635.

[14]范拴喜，甘卓亭，李美娟，等. 土壤重金属污染评价方法进展[J]. 中国农学通报，2010，26（17）：310-315.

[15]贵州省贵定县史志编纂委员会. 贵定县志[M]. 贵阳：贵州人民出版社，1990.endprint

土壤重金属污染综合评价结果表明，都六乡、定南乡等2个乡镇处于轻污染状态；马场河乡、云雾镇、铁厂乡、新铺乡、猴场堡乡、旧治镇、新巴镇等8个乡镇处于警戒限；洛北河乡、巩固乡、岩下乡、昌明镇、定东乡、窑上乡、抱管乡、城关镇、沿山镇、盘江镇等10个乡镇处于安全级别。其中，定南乡土壤污染最严重，定东乡土壤环境最清洁。

土壤重金属是茶园土壤环境的限制指标，贵定县在发展茶产业的过程中，应该结合土壤环境质量评价结果进行科学、合理的规划，避开重金属污染区域，以保障茶叶品质。

参考文献：

[1]余正文，杨占南，张 来，等. 几种黔产绿茶中重金属污染分析[J]. 食品工业科技，2011，32（9）：425-426，460.

[2]周国兰，罗显扬，赵华富，等. 贵州凤冈县宜茶区土壤重金属含量状况及污染评价[J]. 化学分析计量，2010，19（5）：68-70.

[3]刘 凯. 贵定县茶园土壤中重金属元素含量及污染评价[J]. 贵州农业科学，2012，40（1）：101-103.

[4]林 清，葛慈斌，陈尧荣，等. 福安市社口镇茶园土壤重金属含量与安全质量评价[J]. 茶叶科学技术，2010（4）：8-10，23.

[5]梁远发，田永辉，王国华，等. 乌江流域茶园土壤理化性状对茶叶品质影响的研究[J]. 中国农学通报，2003，19（3）：44-46.

[6]何璐君，王修俊. 遵义县茶园土壤重金属元素含量及污染评价[J]. 湖北农业科学，2011，50（7）：1350-1353.

[7]李 云，张进忠，童华荣. 重庆市某茶园土壤和茶叶中重金属的监测与污染评价[J]. 中国农学通报，2007，23（7）：519-524.

[8]苏祝成，陈德彪，朱有为，等. 浙江山区茶园重金属污染现状研究[J]. 江苏农业科学，2011（1）：339-341.

[9]张清海，龙章波，林绍霞，等. 贵州鸟王茶产区土壤重金属负荷水平与评价[J]. 贵州农业科学，2012，40（4）：139-142.

[10]邢世和，黄 吉，黄 河，等. 区域耕地质量评价与合理利用对策[J]. 土壤通报，2003，34（1）：6-10.

[11]谢正苗，李 静，王碧玲，等. 基于地统计学和GIS的土壤和蔬菜重金属的环境质量评价[J]. 环境科学，2006，27（10）：2110-2116.

[12]邓秋静，宋春然，谢 锋，等. 贵阳市耕地土壤重金属分布特征及评价[J]. 土壤，2006，38（1）：53-60.

[13]安中华，董元华，安 琼，等. 苏南某市农田土壤环境质量评价及其分级[J]. 土壤，2004，36（6）：631-635.

[14]范拴喜，甘卓亭，李美娟，等. 土壤重金属污染评价方法进展[J]. 中国农学通报，2010，26（17）：310-315.

[15]贵州省贵定县史志编纂委员会. 贵定县志[M]. 贵阳：贵州人民出版社，1990.endprint