广西三江布央茶园土壤重金属含量及污染评价

吴柳杰,赖柳滢,吴惟筠

(1.南宁师范大学 环境与生命科学学院,广西 南宁 530100;2.广西职业技术学院 农业工程学院,广西 南宁 530226)

0 引 言

有害重金属的残留是我国茶叶质量安全的重要问题之一[1]。土壤中重金属积累到一定浓度会对茶树产生危害,影响茶叶质量安全,最终通过食物链等途径进入人体而危害健康[2-3]。茶叶生长的产地环境质量是解决茶叶安全问题的一个重要研究领域[4-5]。广西柳州市三江侗族自治县位于桂、湘、黔三省(区)交界处,系云贵高原余脉边缘,为中、低山和丘陵地带,属热带岭南湿润气候,寒暑分明、雨量充沛、日照充足,适宜茶叶生长。2012年三江茶获批国家地理标志保护产品。截至2021年,全县茶叶种植面积20万亩,可以采摘面积达19万亩,成为乡村振兴的支柱产业。其中以八江布央村为典型代表,全村种植茶叶面积3100多亩,以茶强村、以茶富民、以茶兴旅,2018年成为国家AAAA级旅游景区[6-7]。目前,有关广西柳州市三江侗族自治县主要茶园土壤重金属含量的研究鲜有报道。因此,本研究选取典型代表茶园(布央茶园)土壤作为研究对象,应用单项污染指数法和综合污染指数法相结合的方法对广西三江侗族自治县布央茶园土壤5种重金属元素污染进行评价,以期为三江侗族自治县茶叶产地环境及其安全生产管理、规划和预测预警提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以布央茶园土壤为研究对象,布央村茶园约206.67hm2(3100多亩),每33.33hm2(500亩)采集一个混合样,共6个采样点(表1)。

表1 茶园采样点概况

1.2 方法

1.2.1 土壤采集

按照《农田土壤环境质量监测技术规范》执行,采取GPS定位,采用梅花形五点取样法采集0～20cm深度土层混合土样2kg(图1),带回室内自然风干后,研磨、过100目筛后进行测定。

1.2.2 指标检测

土壤pH及重金属铬、汞、砷、铅和镉的检测方法(表2)。

表2 土壤重金属检测方法

1.2.3 土壤环境质量评价

1)评价标准。根据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(试行)(GB 15618—2018)对广西三江侗族自治县布央茶园土壤进行分析评价。

2)评价方法。(1)单项污染指数法。以《无公害食品 产地环境评价准则》(NY/T5295-2015)为评价方法。

采用单项污染指数法按式(1)计算。当Pi≤1时,控制指标未超标,判定合格,不再进行综合污染指数法评价;当Pi>1时,控制指标有超标,则需进行综合污染指数法评价。

2 结果与分析

2.1 重金属含量

茶树土壤pH在4.0～6.5之间能正常生长,而在4.5～5.5范围的pH最适宜,高于7.0或低于4.0时茶树生长受到明显抑制[8,9]。由表5可看出,布央茶园土壤pH在4.15～4.87之间,适合茶树生长。

参照GB 15618-2018,选取pH小于5.5时的风险筛选值作为参考依据。由表5可知,茶园土壤中重金属铬、汞、砷、铅、镉含量分别为70mg/kg、0.148mg/kg、17.6mg/kg、24mg/kg、0.11mg/kg,符合《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(试行)(GB 15618-2018)中的风险筛选值,均未超标(表3)。采用变异系数来反映这5种重金属在布央茶园的分布和污染程度的差异大小,变异系数越大表明采样点在总体样本中平均变异程度越大。布央茶园中重金属铬、汞、砷、铅、镉含量变异系数分别达18%、25%、93%、17%和40%,表明该茶园土壤中砷和镉含量的空间差异大,可能存在多个污染源。

表3 农用地土壤污染风险筛选值 单位:mg/kg

表5 布央茶园土壤重金属含量 单位:mg/kg

2.2 土壤重金属污染指数评价

分别以《绿色食品 产地环境质量》NY/T 391-2021中的土壤质量要求和符合茶园土壤pH的《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(试行)GB 15618-2018中的农用地土壤污染中风险筛选值作为评价标准,分别对布央茶园土壤污染状况进行评价。

2.2.1 单项污染指数法评价

由表6可知,以《绿色食品 产地环境质量》中的土壤质量要求作为评价标准时,铬的最大单项污染指数为0.78,最低值为0.48,平均值0.58;汞的最大单项污染指数为0.88,最低值为0.48,平均值0.59;砷的最大单项污染指数为1.46,最低值为0.08,平均值0.71;铅的最大单项污染指数为0.60,最低值为0.40,平均值0.48;镉的最大单项污染指数为0.56,最低值为0.20,平均值0.38。由此可见,研究区内部分采样点土壤砷的污染指数Pi>1,为轻度污染,应引起重视。

表6 布央茶园土壤重金属单项污染指数Pi

由表7可知,以《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(试行)中的农用地土壤污染的风险筛选值作为评价标准时,铬的最大单项污染指数为0.62,最低值为0.38,平均值0.47;汞的最大单项污染指数为0.17,最低值为0.09,平均值0.11;砷的最大单项污染指数为0.92,最低值为0.05,平均值0.44;铅的最大单项污染指数为0.43,最低值为0.29,平均值0.34;镉的最大单项污染指数为0.56,最低值为0.20,平均值0.38。茶园土壤重金属的污染指数Pi均小于1,但部分采样点砷的污染指数Pi接近1(0.92、0.88)。由此可见,茶园土壤重金属在《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》下处于安全范围内,但对于砷污染仍应引起重视。

表7 布央茶园土壤重金属单项污染指数Pi

2.2.2 综合污染指数法评价

由表8可知,以《绿色食品 产地环境质量》中的土壤质量要求作为评价标准时,研究区茶园土壤重金属铬、汞、砷、铅、镉的综合污染指数P分别为0.69、0.75、1.15、0.54、0.48。除了重金属砷外,其他4种重金属综合污染指标均小于1,说明土壤可能存在砷污染,应加强管理和保护。

表8 布央茶园土壤重金属综合污染指数P

由表9可知,以《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(试行)中的农用地土壤污染的风险筛选值作为评价标准时,研究区茶园土壤重金属铬、汞、砷、铅、镉的综合污染指数P分别为0.55、0.14、0.72、0.39、0.48,均小于1,说明土壤未受污染。

表9 布央茶园土壤重金属综合污染指数P

3 结 语

研究区土壤样品5种金属元素的平均含量均低于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》(试行)(GB 15618-2018)中的风险筛选值,但砷和镉的变异系数分别达93%和40%,说明土壤中砷和镉含量的空间差异大,可能存在多个污染源。单项污染指数法评价结果表明,以GB 15618-2018为依据,研究区土壤未受污染(Pi<1);以《绿色食品 产地环境质量》(NY/T 391-2021)为依据,研究区部分采样点土壤存在砷积累(Pi>1)。综合污染指数法评价结果表明,以GB 15618-2018为依据,研究区土壤属于清洁土壤(P<1);以NY/T 391-2021为依据,研究区土壤除了砷之外(P=1.15),其他4种重金属综合污染指标均小于1,说明土壤可能存在砷污染,应加强管理和保护。