开化县茶园土壤营养和安全评价研究

方辉韩 ， 苏小琴 ， 孔俊豪 ， 胡金寿 ， 吴荣梅 ， 杨秀芳 *

（1.开化县茶叶局，浙江衢州 324300；2.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江杭州 310016；3.浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州 310016）

茶作为一种营养丰富的天然健康饮料，已成为当今国际的时尚饮品。茶叶质量安全问题不仅会制约其保健功能的挥发，而且会影响一个地区或国家茶叶生产与贸易的发展，受到了各界人士的高度关注[1-2]。源头把控是保证茶叶质量安全的关键，主要涉及茶园土壤、投入品、环境、采摘等主要环节。茶园土壤是茶树赖以生存的基础，也是影响茶叶品质安全的关键因素[3-4]。茶树的生长发育和茶叶品质的形成需要土壤中的各种必需营养元素，这些营养元素直接参与茶树代谢。

重金属元素指密度在4.0 g/cm3以上的元素（约60种）或密度在 5.0 g/cm3以上的元素（45种），主要包括铅（Pb）、铬（Cr）、镉（Cd）、汞（Hg）、铜（Cu）等，是当前影响茶园土壤安全的重要因子[5]。重金属的长期积累会直接影响茶园土壤和茶叶品质安全，并最终通过食物链进入人体危害健康[6]。目前，已有多篇文献报道我国茶叶产区部分茶园土壤生态环境退化，存在不同程度的重金属污染的情况[7-9]。因此监测区域茶园重金属含量情况，做好重金属的风险防治工作，是安全优质生产的基石。

开化县地处浙江省西部、钱塘江源头，是中国绿茶“金三角”（婺绿、屯绿、遂绿）的核心区，也是我国龙顶名茶之乡。开化龙顶茶品质优良，且冲泡后芽头挺立杯中，享有“杯中森林”的美誉。文章通过开展开化县茶园土壤安全评价研究，从源头监测了开化龙顶主产区茶园土壤的营养成分特征，测定分析了主要重金属元素铅（Pb）、铬（Cr）、镉（Cd）和总砷（TAs）的含量及安全评价情况，并对监测茶园的茶鲜叶进行了铅含量状况的分析。研究为开化县的茶叶品质和质量安全提供了科学的数据支撑，为开化龙顶茶质量安全监管与预警机制的建立和完善奠定基础。

1 材料与方法

1.1 样品采集与制备

2017年春季（4月上旬），采集开化县境内开化龙顶主产区马金镇、何田乡、齐溪镇、村头镇、长虹乡、苏庄镇、池淮镇的茶园土壤样品。按照NY/T 395—2012 规定[10]，采用“S”型采样法，每个土样随机选取5个取样点得到混合土样，深度为0～20 cm，设置3个重复，均匀混合后采用四分法保留1 kg土壤，装入干净采集袋中。将取回的土样剔除杂物，自然风干，磨碎、过筛备用。同时在每处土壤采样点采摘茶鲜叶，采集等级为一芽三、四叶，90℃烘干，分袋装好。

图1 样品采集地地貌（三角形标注为采集地）Fig.1 Landform of sample collection place（The triangle labels indicated sample collection place）

1.2 试验方法

1.2.1 茶园土壤养分含量测定

对所采土样的酸碱度（pH）、有机质碳（OM）、总氮（TN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）进行分析测定。具体测定方法[11]：土壤pH测定采用水浸提电位法（水土比为2.5∶1）；OM和TN采用元素分析仪进行测定分析；AP采用碳酸氢钠法测定；AK的测定采用乙酸铵提取法。

1.2.2 茶园土壤养分状况评价标准

根据NY/T 391—2013中茶园土壤的肥力分级标准提出茶园土壤养分含量分级标准[12]，见表1，Ⅰ级为优良、Ⅱ级为尚可、Ⅲ级为较差。

表1 茶园土壤养分分级标准Table 1 Classification standards of soil nutrients of tea plantation

1.2.3 茶园土壤重金属含量测定

土壤元素的测定参照GB 5009.268—2016[13]，采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。

1.2.4 重金属污染评价

采用GB 15618—1995二级标准进行评价[14]，具体指标限量值为：pH＜6.5、Pb≤250 mg/kg、Cr≤150 mg/kg、Cd≤0.3 mg/kg 和 TAs≤40 mg/kg。采用单因子指数法和内梅罗综合污染指数法对土壤重金属的污染程度进行评价，其分级标准见表2。单因子污染指数计算公式见式（1）：

式中：Pi为土壤中污染物i的污染指数，Ci为污染物i的实测浓度，Si为污染物i的评价标准。当Pi≤1时，表示土壤未受污染；当Pi＞1时，表示土壤已受污染，Pi值越小，表明土壤受这种元素的污染程度愈轻。

内梅罗综合污染指数计算公式见式（2）：

式中：Pij为某地区的综合污染指数，Pmax为参评污染物中单因子污染指数最大值，Pave为参评污染物中单因子污染指数的平均值。

表2 土壤环境质量等级Table 2 Grading of soil environmental quality

1.2.5 茶鲜叶铅含量测定验证和污染评价

茶叶中铅含量的测定按照GB 5009.268—2016，限量参照 GB 2762—2017[15]，污染评价方法采用单因子指数法。

2 结果与分析

2.1 茶园土壤养分情况

依据标准，对开化县茶叶主产区茶园土壤pH、AP、AK、OM和TN进行测定分析，结果见表3。由表3可知，开化县茶园土壤pH范围为4.29～5.07，均值为4.61，适合茶树生长，变异系数为0.05，属弱变异。土壤AP含量范围4.03～51.12 mg/kg，均值19.58 mg/kg，其中，达Ⅰ级茶园土壤标准占66.67%，达Ⅱ级标准占22.22%，变异系数较大为0.91，这可能与磷在土壤中迁移性低有关。AK范围 107.91～1011.79 mg/kg， 均值 333.92 mg/kg，达Ⅰ级茶园占88.89%，变异系数为0.85，属较强的变异。TN含量范围0.40～1.60 g/kg，均值0.84 g/kg，达Ⅰ和达Ⅱ级茶园土壤标准均占22.22%，变异系数0.40，属中等强度变异。OM含量范围5.50～12.30 g/kg，均值10.23 g/kg，达Ⅱ级标准占77.78%，变异系数0.20，属中等强度变异。进一步差异分析表明，开化县不同乡镇的茶园土壤各营养成分含量具有显著性差异。

表3 开化县茶园土壤主要养分含量Table 3 Contents of major nutrients in tea plantation soils from Kaihua county

2.2 茶园土壤重金属含量及污染评价

采用ICP-MS法，对开化龙顶主产区茶园土壤重金属含量进行测定，并采用单因子污染指数和综合污染指数进行安全评价，结果分别见表4、表5。由表4可知，土壤重金属含量状况良好，Pb、Cd、Cr和 TAs含量范围分别为 7.34～42.10 mg/kg、0.06～0.25 mg/kg、5.89～193.48 mg/kg、2.54～49.68 mg/kg，其相对平均值分别为 26.67 mg/kg、0.14 mg/kg、46.02 mg/kg、11.62 mg/kg，4 种重金属的变异系数顺序为 Cr＞TAs＞Cd＞Pb，根据变异系数的划分等级标准[16]，土壤中重金属Cr、TAs变异系数大于1.0，属于强的变异，其余土壤重金属的变异系数均介于0.1～1.0之间，属于中等强度变异。由表5可知，茶园土壤4种重金属污染程度为Pb＜TAs＜Cr＜Cd，其对应的单因子污染指数平均值分别为0.11、0.29、0.31和0.47。依据国家土壤环境质量二级标准，除A1和G2，其余乡镇4种重金属的单因子污染指数均小于1.0，综合污染指数范围为0.19～0.98，表明开化县茶园土壤总体处于清洁水平。

2.3 茶鲜叶铅含量及污染评价

对开化龙顶监测茶园的茶鲜叶Pb含量进行测定，结果见表6，Pb含量范围在0.17～0.37 mg/kg，平均值为 0.25 mg/kg，参照 GB 2762—2017 标准中规定的最高限量（5 mg/kg），茶鲜叶中Pb含量均低于标准限量值，单因子污染指数远远小于1，表明开化龙顶茶鲜叶Pb元素处于安全水平。

表4 茶园土壤重金属含量（单位：mg/kg）Table 4 Contents of heavy metals in tea plantation soils （Unit： mg/kg ）

表5 茶园土壤重金属的污染指数评价Table 5 Evaluation of heavy metals pollution in tea plantation soils

表6 茶鲜叶铅含量及安全评级Table 6 Content and safety evaluation of Pb in fresh tea leaves

3 结论与讨论

文章监测了开化县茶园土壤养分及重金属含量，并对监测茶园的茶鲜叶进行了铅含量状况分析。 结果显示，（1） 茶园土壤 pH、AP、AK、TN 和OM 范 围 分 别 为 4.29～5.10、4.03～51.12 mg/kg、107.91～1011.79 mg/kg、0.40～1.90g/kg、5.50～21.50g/kg，达Ⅱ级以上茶园土壤标准的茶园占87%。（2）茶园土壤中4种重金属单因子污染指数顺序为 Pb＜As＜Cr＜Cd， 综合污染指数为 0.19～0.98，与国内茶园土壤重金属含量状况相比[17-19]，开化县茶园土壤重金属含量处于清洁水平。（3）龙顶茶鲜叶铅含量范围为0.17～0.37 mg/kg，符合GB 2762—2017限量标准，单因子污染指数远远低于1，处于安全水平。

研究针对开化龙顶茶的源头进行安全指标监测，为开化县的茶叶品质和质量安全提供了科学的数据支撑。为确保开化县茶叶持续优质的安全生产，今后，需要从茶园土壤、投入品、环境、采摘到茶叶的加工生产和包装运输环节进行动态监测，基于数据库技术构建开化县茶叶全产业链质量可追溯体系，对于科学指导茶园管理、建立健全质量安全预防预警机制、持续开展生态茶园建设和促进产业健康发展具有重要意义。