茶树镉的吸收富集与控制研究进展

钟兴刚，覃事永，罗 意，刘淑娟，罗军武，谭正初*

（1.湖南省农业科学院 茶叶研究所，湖南 长沙410125；2.湖南农业大学 茶学系，湖南 长沙 410128）

茶树镉的吸收富集与控制研究进展

钟兴刚1，覃事永1，罗 意1，刘淑娟1，罗军武2，谭正初1*

（1.湖南省农业科学院 茶叶研究所，湖南 长沙410125；2.湖南农业大学 茶学系，湖南 长沙 410128）

综述了茶园及茶叶中重金属镉含量现状，土壤中镉形态分布特点及来源，茶树镉的吸收、富集、迁移规律与分布特性及对茶树的影响，提出了防控镉污染的技术措施。

茶叶；镉；吸收；富集；控制

我国是茶叶生产和消费大国，长期以来，茶叶质量安全是广大消费者关注的热点。重金属含量作为茶叶质量安全指标的重要一环，直接关系到人类的健康及茶叶产业的可持续发展。越来越多的研究证实［1-3］，镉（Cd）因其毒性强、易吸收积累、难消除等特点，被认为是重金属中最具危害性的一种污染元素。Cd对人体会产生亚慢性、慢性、急性中毒危害等负面影响，Cd中毒会造成肾小管再吸收障碍，造成肾损害、骨痛病等［4］，严重中毒甚至危及生命。随着人们健康意识的不断提高，茶叶中Cd的含量已经成为茶叶消费者及茶产业从业者关注的焦点。

目前，国内外对茶园及茶叶中重金属含量已开展较多研究，但系统性阐述Cd的研究报道尚不多。本文综述了前人有关茶园与茶叶中镉的研究进展，以期为今后茶叶中镉的研究及控制降低茶叶中Cd含量提供参考。

1　茶园及茶叶中Cd含量调查与评价

华南地区是我国重要的产茶区之一，种茶面积较广［5］。梁玉清等［6］分析了该地区茶园表层土壤（0～40 cm）样品中包括Cd在内的6 种重金属元素的含量。结果表明，土壤中Cd元素污染指数为0.34～0.92，根据土壤质量环境标准规定［12］，当单项元素污染指数＜1，判断该土壤未被该元素污染，因此该地区茶园未被Cd污染。陈剑侠等［7］对福建省的泉州、漳州、龙岩、三明、南平、宁德、莆田、福州等8个有代表性茶园土壤进行重金属检测，结果表明，这些地区茶园土壤Cd含量状况总体较好。余志强等［8］测定了广西乐业、罗城、苍梧、横县等重要茶区土壤中Cd及其它重金属含量，发现这些茶区Cd含量均较低，Cd元素污染指数均小于1.0，说明广西茶园土壤中Cd总体情况良好。有学者对云南省普洱、保山、西双版纳、大理等茶区土壤重金属含量进行普查，结果也表明，这些茶区土壤Cd含量均较低，污染指数均＜1.0，说明云南茶区土壤Cd总体良好。徐丽红等［9］2010年对浙西南地区茶园重金属含量进行监测与研究发现，该地区茶叶和土壤样品Cd元素污染指数P均＜0.6，表明该地区茶园土壤未受Cd的污染。

张清海等［10］2012年对贵州省云雾、都匀、湄潭3个典型名优茶产区做过研究，发现部分地区存在Cd污染，特别是湄潭、都匀茶园土壤中Cd有超标，超标率达到39.4%。黄苹［11］和李云等［12］分别对雅安等川西地区30多个主产茶县和重庆市茶园重金属进行监测，发现土壤中各种重金属均存在污染，以Cd的含量最高，污染最重，且各种重金属污染程度大小顺序为Cd＞Cr＞As＞Hg＞Cu＞Pb。谭和平等［13-14］通过调查研究也发现，川西地区、川东地区、重庆地区茶园土壤Cd等重金属元素存在一定程度的超标。有关研究人员［15］对鄂东大别山、鄂西武陵山、宜昌三峡库区、鄂西北秦巴山、鄂南幕阜山等茶区进行重金属含量普查，结果显示，这些茶区90%以上土壤未受重金属污染，Cd元素有超标的现象，但属于轻度污染。

湖南茶区在这方面公开发表统计数据不多，还不能很明确的得出有关结论。

2　茶园土壤Cd形态分布特点及来源

2.1土壤中Cd的形态分布特点

马玲等［18］研究表明：土壤中Cd形态包括以下几种：离子交换态、碳酸盐结合态、有机结合态、铁锰氧化物结合态、残渣态等。其中离子交换态活性较大，所占比率最高，对环境影响严重，是重要的Cd污染来源形态。碳酸盐结合态在pH值偏低的环境时，会重新释放进入环境，是潜在的Cd污染来源形态，因此对于碳酸盐结合态，酸度减弱有利于镉的固化。有机结合态是金属离子被有机质吸附、络合或者螯合，固定在土壤中，可分为腐殖酸结合态和强有机结合态［19］，腐殖酸结合态镉活性大些，强有机结合态则相对稳定，能起到固定土壤镉的作用［20］。

2.2茶园土壤中Cd的来源及迁移

Cd元素的主要来源有以下几种途径：（1）成土母质，土壤自然含有，如含锰铁铅矿地区。李艺等［21］对广西思荣锰铁铅矿恢复种植区的土壤进行Cd含量分析。结果表明，该复垦区土壤中的Cd含量较高，达31.42～46.5 mg/kg，超土壤三级标准值30倍，明显高于非矿区，作物中Cd含量也超出正常范围。（2）随含Cd污染的液体进入土壤，再被截留固定。如污水中Cd离子很容易被水中的悬浮物、有机质和粘土矿物吸附累积。（3）随大气尘埃进入土壤。来源于能源、冶金和建筑材料的Cd，在使用、生产和加工中伴随产生的气体和粉尘，以气溶胶的形态融入大气，通过自然沉降和降水进入土壤带来污染。有关研究表明，Cd元素污染通过大气尘埃带入具有直接关系［17］。（4）随固体废弃物进入土壤。以工矿业固体废弃物、农资废弃物污染为主，其次过度不合理使用农资也带来污染。例如在个别农药和肥料组成中含有Cd等重金属，废弃或过度不合理使用，会增加土壤重金属Cd的污染，特别是磷肥，是由磷矿生产出来，具有高含量Cd的风险。

3　茶树Cd的吸收、富集及对茶树生长的影响

3.1不同茶树品种对Cd吸收富集的差异性

唐茜等［23］研究表明：不同茶树品种对Cd的吸收、累积和向上部迁移能力有一定差异，这种差异在其它作物也表现明显［24-25］。实验所选的3个品种，Cd吸收含量大小顺序依次为：老叶和枝条：名山131＞福鼎＞名山213；新梢和主茎：福鼎＞名山131＞名山213；根部：名山213＞福鼎＞名山131。

3.2茶树不同器官对Cd的吸收富集特性及与土壤Cd含量的关系

李云等［22］针对茶树对包括Cd在内的四种重金属元素的吸收和富集进行研究，结果表明，茶树对Cd吸收累积呈以下规律：（1）茶树不同部位吸收Cd有明显差异，茶树受到Cd污染时，大部分累积在根部，向茎和叶迁移量较少，Cd从根部向叶片的平均迁移量仅为2%左右；（2）茶树各部位Cd含量随着土壤Cd添加量的增加而增加，且与土壤中Cd的有效态含量呈显著相关；（3）茶树各部位Cd含量随着时间的增长，累积含量增加；（4）有效态Cd离子活性与pH值呈负相关。

3.3茶树对Cd和其它重金素元素吸收富集能力比较

黄苹等［10］和李云等［11］针对茶树对包括Cd在内多个重金属元素的富集能力进行研究，结果表明，包括Cd在内的六种重金属在茶树中的富集能力有一定差异，富集能力大小依次为：Cd＞Cu＞Hg＞ Cr＞Pb ＞As，可以看出，Cd归为高富集重金属元素。

3.4Cd对茶树的影响

唐茜等［23］针对茶树在Cd胁迫下的伤害症状进行研究，结果表明：一定的Cd污染程度下，茶树基本症状为：叶片出现褐变或失绿黄化，发芽、发根和新梢生长受到严重抑制。李云等［22］利用Cd离子水培液栽培茶树，在Cd离子的胁迫作用下，茶树产生应激反应，会加速生理生化活动，产生大量的代谢物与重金属结合以解毒，通过适应性反应产生保护作用；另一方面，激活的代谢系统加速了Cd离子的进入，反过来抑制植物的代谢活动，对植物产生毒害作用。因此，Cd浓度过大，会影响茶树特别是茶苗的正常生长。

4　茶园及茶叶中Cd的控制

4.1 筛选、利用Cd低吸收富集品种

不同基因型茶树品种对Cd的吸收累积及Cd在茶树不同器官分配具有显著的差异性。因此可以通过筛选、培育一些对Cd富集比较低，尤其在茶鲜叶中富集少的茶树品种，来达到控制茶叶中Cd的含量。这方面可以借鉴烟草成功的案例，采用农杆菌介导法将星星草中的金属硫蛋白基因导入到烟草基因组中的转基因烟草，其抗Cd胁迫能力明显优于非转基因烟草［26］。

4.2科学选址建园

发展、建设新的茶园基地，要改变过去粗放型的发展模式，采取现代集约型、生态型农业发展模式。首先要充分调研论证，做好总体发展规划；其次在建基地前，对基地环境空气、灌溉水质、土壤质量等方面进行检测、评估，并本着适宜茶树生长的气候、环境、土质等条件，选择适宜的基地发展茶园。

4.3规范茶园农艺措施

（1）定期监测土壤肥力水平及重金属特别是Cd元素含量，每3年检测1次，根据结果，有针对性地采取土壤改良措施，对土壤重金属等污染物严重超标的茶园应退茶还林。（2）茶行间裸露土地采用稻草、青草等植物源材料覆盖，以提高茶园的保土保肥蓄水能力，覆盖材料应未受Cd等有害或有毒物质的污染。（3）采用合理耕作、施用有机肥等方法改良土壤结构。（4）茶园间作绿肥。（5）当土壤pH值低于4.0时，宜施用白云石粉、石灰等物质调节pH值至4.0～5.5。（6）茶园实行节水喷灌工程，水质应符合GB 5084。（7）加强对茶园废弃农资物品的收集，慎重使用污泥、内河疏浚底泥、城市垃圾做肥料。（8）据茶园土壤理化性质、茶树生理生态规律，实施茶园测土平衡施肥，基肥与追肥、化肥与有机肥配合使用，避免单纯使用化肥和矿物源肥料，宜多施有机肥，特别是生物菌肥，肥料应该符合相关国家标准规定，农家肥施用前应经渥堆等无害化处理。有研究表明，在烟叶控Cd中，通过测土平衡施肥可有效、简单调控烟叶中Cd的含量［27］。

4.4综合利用工程、物理、化学与生物修复技术

4.4.1工程措施

工程修复主要针对小范围Cd严重污染的土壤，采取包括客土、换土等措施。目前，这些措施已在葡萄、梨树、柑橘、桃树等的种植上取得成功。

4.4.2物理、化学措施

目前最常用、普遍的是在Cd等重金属污染地区，施撒熟石灰，或施撒骨粉、活性炭、赤泥等土壤改良剂，通过提高土壤pH值，降低Cd的活性以及生物有效性，增加土壤中粘土矿物、水合氧化物和有机物表面的负电荷，及其对Cd2+的吸附力和Cd2+络合物的稳定性，减少Cd等重金属进入植物体内，从而减少进入农作物中Cd的含量。目前市面上的重金属修复土壤改良剂，就是依据这个原理。

4.4.3生物修复

生物修复包括植物修复与微生物修复，具有效果显著、操作方便、成本较低、不会造成二次污染等特点。

植物修复，是指利用某些植物对一些重金属高富集、高累积的原理，带走受污染土壤的重金属，从而净化和修复污染地区土壤的一种绿色环保技术，是一种最具有发展前景的污染土壤植物修复方法。目前，国际上报道的重金属超积累植物已有500多种，主要集中在十字花科［30］，涵盖主要在芸苔属、庭芥属及遏蓝菜属。如油莱、宝山堇菜、龙葵和东南景天等为Cd超积累植物［31-32］，特别是油菜，在我国大部分茶区，都适合种植，对重金属Cd有超积累，最高含量（干物质量）可达Cd 180 mg/g。因此，茶园中可充分考虑间作油菜。

微生物修复，是指利用微生物新陈代谢过程中所产生的代谢物，如酶、多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等对金属离子进行还原沉淀、絮凝、吸附等作用来降低重金属离子溶解度及毒性的一种技术。目前市面上有一种土壤重金属Cd修复剂（金无踪）就是利用这种原理降低农作物中Cd的含量。据在Cd污染的试验田应用试验，发现对稻谷中Cd含量的降低平均可以达到21.62%［33］。因此，在茶园控制Cd污染的措施中，微生物修复技术是一个非常值得考虑的选项。

5　思考与展望

目前，我国茶园及茶叶中Cd含量总体情况较为理想，比较安全，仅个别地区处在警戒线上，存在轻、中度污染，值得关注。虽然我国目前在重金属污染修复、防控存在着一些问题，譬如技术研究较单一、不够深入系统和全面、治理试点少规模小、污染区划和识别不清晰、治理政策体制不完善、参与主体尚末多元化等情况，但是，在实际中，通过加强技术集成与创新研究，实施分类分区示范与治理，加强政府监管和治理力度，政府环保部门、涉茶行业机构、企业等参与主体密切配合，科学谋划，是完全能够做好茶园Cd的污染防控，即使在Cd污染区，也能够为消费者提供优质安全的茶叶产品。

［1］Colbron T，Tom SFS，Soto AM.Developmental effect of endocrine-disrupting chemicals in wildlife and humans ［J］. Envine Health Prospect，1993，101（5）：378-384.

［2］陈朗，宋玉芳，张薇，等. 土壤镉污染毒性效应的多指标综合评价［J］.环境科学，2008，29（9）：2606-2612.

［3］陈怀满. 土壤-植物系统中重金属污染 ［M］. 北京：科学出版社，1996.

［4］陈英旭. 环境学 ［M］. 北京：中国环境科学出版社，2005.

［5］王秋霜，刘淑媚，凌彩金，等. 茶园土壤重金属安全性评价研究进展［J］.广东农业科学，2011（20）：145-147.

［6］梁玉清，刘平，程炯，等. 粤东北典型山地茶园土壤质量评价——以梅州市雁南飞茶田为例［J］.广东农业科学，2009（6）：65-68.

［7］陈剑侠，姜能座，杨冬雪，等. 福建省茶园土壤中重金属的监测与评价［J］.茶叶科学技术，2009（3）：26-29.

［8］余志强.广西主要茶区土壤重金属的监测与污染评价［J］.广东农业科学，2009（9）：174-176.

［9］徐丽红，吴全聪，周惠娟，等. 浙西南地区茶园土壤和茶叶中重金属的监测与污染评价［J］. 农业环境与发展，2012（5）：86-90.

［10］张清海，陆洋，林绍霞，等. 贵州省典型名优茶产区土壤重金属污染及在茶叶中的富集［J］. 江苏农业科学，2012，40（8） ：292-294.

［11］黄苹，谭和平，陈能武. 茶叶与土壤中铜含量相关分析［J］.西南农业学报，2003（1） ：51-53.

［12］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］. 农业资源与环境科学，2007，23（7） ：519-524.

［13］谭和平，陈能武，黄苹. 川西茶区茶园土壤重金属元素背景值及其评价［J］. 农业环境科学学报，2005，24（3）： 196-199.

［14］谭和平，陈能武，黄苹. 川东北茶区茶园土壤重金属现状分析 ［J］. 四川农业大学学报，2004，22（1） ：37-40.

［15］王红娟，龚自明，高士伟，等. 湖北省典型茶园土壤重金属污染状况及评价［J］. 中国茶叶，2009（2）：30-31.

［16］石元值，金李孟，祝幼松. 茶叶重金属元素含量现状和累积特点［J］. 中国茶叶，2007（2）：17-19.

［17］李义强，李成富，许立峰，等. 我国部分烟叶产区土壤和烟叶重金属状况及相关性研究［J］. 烟草科技，2004（12）：20-23.

［18］马玲，刘文长，查立新，等. 土壤样品中镉的形态分析研究. ［J］.安徽地质，2010，20（4）：273-275.

［19］刘文长，马琳，刘洪青，等. 生态地球化学土壤样品元素形态分析方法研究［J］. 岩矿测试，2005， 24（3）：181-188.

［20］余贵分，将新，孙磊，等. 有机物质对土壤镉有效性的研究综述［J］.生态学报，2002，22（5）：682-688.

［21］李艺，李明顺，赖燕平，等. 广西思荣锰矿复垦区的重金属污染影响与生态恢复探讨，［J］. 农业环境科学学报，2008，27（6） ：2172-2177.

［22］李云，张进忠，童华荣. 茶苗对重金属Pb Cu Cd 和Cu的吸收累积规律［J］. 农业环境科学学报，2009，28（3） ：454-459.

［23］唐茜，叶善蓉，陈能武，等. 茶树对铬、镉的吸收累积特性研究［J］. 茶叶科学，2008，28（5） ：339-347.

［24］宋阿琳，娄运生，梁永超. 不同水稻品种对铜镉的吸收与耐性研究［J］.中国农学通报，2006，22（9）：408-411.

［25］赵秀兰，李彦娥. 烟草积累与忍耐镉的品种差异 ［J］.西南大学学报（自然科学版），2007，29（3）：110-114.

［26］王雷，曲跃军，杜人杰，等.转星星草金属硫蛋白基因烟草的获得及其抗重金属镉能力分析［J］.植物生理学通讯，2009，45（4）：318-322.

［27］罗真华，晏哲，周毅，等. 不同肥料种类配比控制烟叶中镉含量的研究［J］.作物研究，2014，28（8）：909-911.

［28］谢运河，纪雄辉，黄娟，等. 有机肥与钝化剂及其配施对土壤Cd生物有效性的影响［J］. 作物研究，2014，28（8）：890-895.

［29］胡蝶，陈文清. 土壤重金属污染现状及植物修复研究进展［J］. 安徽农业科学，2011， 39（5）：2706-2710.

［30］熊国焕，何艳明，染景丽，等. 土壤重金属污染修复技术研究现状与进展［C］. 中国环境科学学会学术年会论文集，2012. 2678-2773.

［31］张守文，呼世斌，肖璇，等. 油菜对Cd污染土壤的植物修复［J］. 西北农业学报，2009， 18（4）：197-201.

［32］吴双桃. 镉污染土壤治理的研究进展［J］. 广东化工，2005（4）：40-41.

［33］黄恩雄，杨俊杰，何定国，等. 土壤修复剂（金无踪）的推广与应用［J］. 作物研究，2014， 28（8）：922-924.

Research Progress on Absorption Accumulation and Control of Cadmium of tea

ZHONG Xing-gang1，QING Shi-yong1，LUO Yi1，LIU Shu-juan1，LUO Jun-wu2，TAN Zheng-chu1*
（1.Tea Research Institute of Hunan Academy of Agricultural Sciences，Changsha 410125，China； 2.College of Horticulture and Landscape，Hunan Agricultural University， Changsha 410128，China）

Expounded the harm of cadmium to the human body， review the tea garden and tea in the heavy metal cadmium content status and evaluation， a detailed explanation of the soil cadmium speciation distribution characteristics and sources， tea on cadmium absorption， accumulation， migration rule， distribution characteristics and influence on the growth and quality of tea， the prevention and control of cadmium in tea garden， provides the reference for the safe production of tea.

Tea，Cadmium，Absorption，Enrichment，Control

S571.1

A

1009-525X（2016）03-08-12

2016-03-04

2016-07-26

农业部、省农委重大项目：“湖南省镉低积累作物品种筛选与选育项目”子课题“镉低积累茶树品种筛选及配套技术研究与示范”

钟兴刚（1977-），男，湖南宜章人，副研究员，主要从事茶叶加工与利用，茶树生化、代谢组学及质量安全研究。

谭正初，tanzhengchu@163.com