茶园土壤重金属污染特征及迁移行为研究进展

摘 "要：茶园土壤重金属污染是近年来备受关注的环境问题之一。随着茶叶产业的快速发展，土壤中的重金属污染成为制约茶叶质量和农产品安全的重要因素。茶植物作为一种喜酸性植物，对土壤中重金属的吸收具有一定的选择性，而这种选择性会影响茶叶中重金属的含量。对茶园土壤中重金属的迁移、转化行为进行研究，有助于制定科学合理的土壤管理措施，减轻重金属对生态环境和人体健康的潜在影响。茶园土壤中重金属的迁移转化受多种因素影响，包括土壤因素、植物因素、环境因素和农业管理等。仍然存在一些亟待解决的问题。未来的研究可以深入探讨研究土壤-茶树系统中的微观机制、系统性阐明降雨和灌溉等因素导致的水体传播机制、辨明茶叶品质与茶园土壤中重金属含量之间的关联关系，为茶叶产业的可持续发展提供更为科学的支持。

关键词：茶园；土壤；重金属；迁移；污染

中图分类号：X53 " " "文献标志码：A " " " " "文章编号：2096-9902（2024）08-0040-04

Abstract： The pollution of heavy metals in tea garden soil is one of the environmental problems that have attracted much attention in recent years. With the rapid development of tea industry， the pollution of heavy metals in soil has become an important factor restricting the quality of tea and the safety of agricultural products. As a kind of acid-loving plant， tea plant has a certain selectivity for the absorption of heavy metals in soil， and this selectivity will affect the content of heavy metals in tea. The study on the migration and transformation behavior of heavy metals in tea garden soil is helpful to formulate scientific and reasonable soil management measures and reduce the potential effects of heavy metals on ecological environment and human health. The migration and transformation of heavy metals in tea garden soil is affected by many factors， including soil factors， plant factors， environmental factors， agricultural management and other factors. However， there are still some problems to be solved urgently. Future research can deeply study the micro-mechanism in the soil-tea system， systematically clarify the water transmission mechanism caused by rainfall and irrigation， and identify the relationship between tea quality and the content of heavy metals in tea garden soil， so as to provide more scientific support for the sustainable development of tea industry.

Keywords： tea garden; soil; heavy metal; migration; contaminate

茶叶是一种广泛消费的健康饮品，而茶叶的质量直接受其生长环境的影响。然而，随着工业化和农业生产的发展，茶园土壤中的重金属污染逐渐引起了广泛关注[1]。重金属作为环境中的有毒物质，其在茶园土壤中的积累可能对茶叶的质量和食品安全产生潜在威胁。随着现代农业生产和工业的发展，会不断产生重金属污染物，这些污染物在土壤之中不容易被微生物分解，具有持久性和毒害性，并且不断在土壤中持续累积，被植物吸收并富集在生物体内，进而危害人体健康和生态安全[2]。有研究发现重金属污染可以引起动物或人类肝损伤、神经毒性、癌症和心脏疾病等一系列疾病，动植物死亡，致使当地生物多样性减少，引发地区粮食危机[3]。

而茶园作为土地利用方式的一种，由于茶树生长所需要的特殊条件，因此其广泛分布于亚洲和非洲的热带和亚热带地区。中国、印度、日本和伊朗等地区人口密集，工农业发达，土壤相关重金属的污染问题不容忽视。茶园土壤重金属污染的研究已经成为土壤科学、环境科学和农业科学等多个领域的交叉研究课题。本文旨在系统综述茶园土壤重金属污染的特征及其在土壤-茶树系统中的迁移转化行为，以期为更好地理解重金属污染机制、制定科学的管理策略提供参考。

1 "茶园土壤污染现状

不同区域的茶园土壤中存在一定程度的潜在安全风险（表1）。红茶茶园土壤中的Cu、Zn、Pb、Cd含量总体较高，这主要是由于在红茶的种植过程中施加了化肥和农家肥，导致大量金属元素进入土壤，使土壤重金属含量偏高。绿茶土壤中Cr的含量为1.42～77.90 mg/kg，As的含量为0.33～68.00 mg/kg，不同地区的含量分布差异明显。在贵州黔南地区，Cr和As的含量较高，分别为77.90 mg/kg和22.80 mg/kg，这与该地区裸露的碳酸盐有关，同时该地的成土母质为石灰岩，风化形成的土壤重金属含量通常高于其他土壤。而在海南的五指山地区，Cr、As的含量较低，这归因于该地区工农业相对落后以及良好的生态环境保护，使得该地区土壤受到的重金属污染较小。总体而言，绿茶茶园土壤重金属含量高于红茶茶园。分布于热带地区的茶园土壤重金属含量整体明显低于亚热带地区。由于热带地区的茶园主要集中在一些发展中国家，相对滞后的工农业使得该地区污染较小，重金属含量低。然而，在印度地区，茶园土壤中的As含量为33.97 mg/kg，较其他热带茶园地区更高，主要是由于该地区灌溉水源中含有大量的As。

与国外地区相比，我国的西南、华南、江南和江北茶区的土壤中重金属含量偏高。其中，皖南地区的Zn、Cu、Pb、Ni存在明显的地区超标，Cu含量超过背景值305.92%。西南、华南茶区的土壤重金属状况总体良好，但部分茶区中的Cd、Hg和As含量超标。

2 "影响茶园土壤重金属污染的因素

茶园土壤重金属的空间分布受到诸多元素的影响，如成土母质、土壤类型、pH、有机质和人为因素等。

2.1 "成土母质

作为土壤来源的成土母质对于重金属的释放起着重要的作用。研究表明，在有沉积背景或母基岩等沉积岩中观察到高含量的重金属。同时对森林土壤中的Ca2+和Mg2+的来源进行分析，发现这3种物质主要来源于其母质的风化。并且通过对于人工和野生茶园土壤进行对比研究发现，造成重金属含量差异的主要原因是两者的土壤成土母质不同。

2.2 "土壤类型

对于土壤自身而言，不同的土壤类型其所含有的重金属类别和含量差异显著。对于皖南地区，该地区为典型的山地红壤，因此，该地区土壤中含有大量的Al和Fe元素。而对于四川茶区的土壤，发现As和Pb的含量以黄壤最高，Cd和Hg的含量以黄棕壤最高，并且发现Ni、As主要集中分布在紫色土壤中。同时在紫色土中发现其所含的重金属相比较于其他的土壤类型具有极大的空间变异性。

2.3 "土壤的pH

土壤的pH是影响重金属空间分布的重要因素。为此，相关学者对中国高原山区茶园土壤中的pH与Cd含量之间的空间分布关系展开研究，发现在酸性土壤中随着pH的升高，土壤中Cd的流动性降低，从而造成其原位沉淀，Cd含量偏低。而伴随着pH的降低，Cd的移动性明显得到加强，含量有所上升，并且通过相关性分析，发现pH是影响土壤中Cd含量的主要因素。并且茶叶中Mn的含量与土壤pH呈显著的负相关关系。也有学者发现在酸性土壤中Cd、Cu、Zn随着土壤pH增加而增加。而在碱性的土壤中其重金属含量低，并且主要以碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态和残渣态形式存在。此外，土壤pH的变化还会改变土壤的结构、肥力。同时引起电荷特性、吸附、解吸、溶解和沉淀电位等多种因素的变化，对土壤中重金属的分布和含量变化产生巨大的影响。

2.4 "有机质

除了pH，土壤有机质对于重金属的分布也有所影响。一般而言，茶园分布于高山与丘陵地区。土壤受到雨水侵蚀造成有机质普遍偏低，同时缺乏P、K等相关微量元素。有机质作为一种具有丰富官能团和复杂结构的溶解性有机混合物，其含量的差异变化对于土壤中的重金属形态变化会产生巨大的影响。有研究表明，有机质会改变土壤表面的负电荷量，同时其含有的大量官能团可以为重金属提供吸附位点，有利于其在土壤中的固化。除了有机质本身的结构会对重金属产生影响，有机质还会与相关的金属发生化学反应，从而改变金属的形态。

2.5 "人为因素

除了土壤本身的性质，人为因素的干扰也会对茶园土壤中的重金属产生影响。有研究表明皖南山区茶园土壤中As含量与当地土壤背景值相比，差异显著。这与该地区为防治树木虫病而喷洒农药有着巨大的关系。同时为了研究不同性质肥料的输入对于茶园土壤重金属所产生的影响，相关学者设计了4组不同类别的施肥处理实验，通过观察，发现长期施用农家肥会导致土壤中的Cu、Zn和Cd的含量升高，并且土壤中的Cu向有机质结合态和交换态转化。

2.6 "生态条件

除此之外，茶园的海拔、坡度及种植年限对于土壤中重金属的含量和分布也会产生不同程度的影响。同时研究发现，随着茶园种植年限的延长，茶园土壤中的Fe、Mn、Zn和Cu等相关重金属的含量会得到显著的增加。并且在海拔较高以及坡度较大地区，其土壤中重金属的含量明显低于其他地区。

3 "茶园土壤重金属主要来源

除了含量和分布，茶园土壤重金属的来源也备受关注。一般认为，茶园重金属的来源，可分为自然来源和人为来源。

成土母质，火山的喷发以及大气的干湿沉降属于典型的自然来源。在对浙西北、浙中、浙东和浙南4个具有代表性的产茶县市其茶园土壤重金属中的大气沉降来源进行了分析，表明4个茶区中Zn、Cu、Pb、Cd、Hg和As的年大气干湿沉降量平均分别在328.4～416.3、19.6～29.5、33.5～47.8、1.04～1.86、0.15～0.26和17.8～32.1 g/hm2 之间，大气的干湿沉降是茶园污染的重要来源。同时地区土壤中的母质成分也是重金属的重要来源。在对贵州普安县的茶园土壤重金属含量测定中发现，土壤中的Cu元素含量偏高，其主要原因是其基岩为陆生硅质碎屑岩、泥岩、页岩，因此导致该地区土壤中的Cu元素含量偏高。再对武夷山岩茶的核心产区的土壤重金属进行溯源分析以及质量评价，发现Cu、Cr和Ni主要来源于成土母质。

随着经济社会的不断发展，人类活动对于土壤重金属含量的贡献往往超过自然来源，比较典型的有工业源、交通源、农业源以及矿山的开采。对武夷山茶区土壤重金属来源进行分析，发现潜在生态风险较高的元素Cd和Hg来源于农业污染源，同时在对莱芜市钢城中的土壤重金属进行来源分析，得出土壤中As、Cd、Hg、Cu、Pb和Zn的污染范围与相关的工业企业的位置具有高度的一致性。并且对于空气中的降尘研究中发现，其重金属主要来自工业排放。对于公路茶园的土壤重金属进行检测，发现靠近路旁一侧土壤中Pb的含量显著高于远离道路一侧土壤Pb含量，汽油燃烧是该土壤中Pb的重要来源。同时，大量矿山的开采也是造成茶园土壤中重金属超标的重要原因。通过对于福建闽中某一矿区县旁的茶园土壤重金属研究，其土壤中Cr、Ni、Cu和Zn等相关重金属的平均含量明显高于该省份的土壤背景值。该区所具有的煤、铁矿石、Cu、Pb、Zn、Wu、Mn、S和瓷土等矿藏的长期开采造成地区重金属污染。此外，不当使用化肥和农药可能导致茶园土壤中重金属的积累。例如，长期大量使用含有重金属的肥料或农药，特别是在茶叶生产中，可能导致土壤中Cd、Pb等元素的过量积累。

4 "土壤-茶树系统中重金属迁移转化规律及其影响因素

土壤是茶树生长的重要条件，也是茶树中重金属的重要来源。其重金属的迁移以及形态的转化受到多种因素的影响，包括其理化性质、相关金属元素的种类、茶园的管理模式、环境条件等。并且土壤中的重金属主要通过质流、扩撒等方式向茶树中迁移。而茶树则通过特定的吸收方式来吸收土壤中的重金属元素。同时重金属向茶树的迁移过程中，其在茶树中的含量分布也存在一定的规律性。一般而言，土壤中的重金属含量越高，则当地茶树中所对应的重金属含量也较高。研究发现，铁观音茶园土壤中As向茶树的转移量与土壤中的全As以及有效As的含量间存在极显著的相关性，并且茶树对于土壤中的重金属吸收累积呈现根大于茎大于叶的趋势，并且存在研究指出对于不同叶龄茶叶Mn的含量分布规律为老叶大于成叶大于嫩叶。同时茶树对于土壤中的重金属吸收存在一定的饱和性，即茶树对于土壤中重金属的吸收富集能力随着土壤中其含量的不断增加，其能力出现下降趋势。

总体而言，土壤-茶树系统中的重金属迁移和转化是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。这个系统中的重金属主要包括Cd、Pb、Hg等，其可能来自土壤、气体、水体等多个来源。在土壤-茶树系统中重金属的迁移和转化受到土壤因素、植物因素、环境因素和农业管理等多个要素的影响。

对于土壤因素，不同土壤类型对重金属的吸附和释放能力不同。黏土性土壤通常具有较高的吸附能力，能够将重金属留在土壤中，减少其迁移到植物中的可能性。土壤的pH对重金属的溶解度和离子形态有影响。通常来说，土壤呈酸性时，重金属更容易被释放和吸收；而在碱性条件下，它们更容易沉淀在土壤中。有机质能够与重金属形成腐殖质，降低重金属的生物有效性，减缓其迁移到植物中的速度。

植物因素中茶树根系、植物生长阶段、环境因素、气象条件和大气沉降也直接影响土壤-茶树系统中重金属迁移转化。茶树的根系可以通过吸收土壤中的重金属，将其转运到茶树的地上部分。不同植物对重金属的吸收能力不同，茶树一般被认为对一些重金属具有较高的吸收能力。茶叶的不同生长阶段对重金属的吸收能力也可能有所不同。通常来说，一些研究表明茶叶的嫩叶部分更容易积累重金属。

环境因素中气象条件和大气沉降对重金属迁移产生重要影响。降雨和温度等气象条件会影响土壤中重金属的迁移。降雨可能导致重金属从土壤中被冲刷到水体中，从而影响茶树对重金属的暴露。而大气中的颗粒物和尘埃可以通过沉降进入土壤，进而影响茶树。

农业管理实践也会影响土壤-茶树系统中重金属迁移转化。首先是化肥和农药的使用，化肥和农药使用不当可能导致土壤中重金属的积累，从而增加茶叶的重金属含量。灌溉的水质也会直接影响水-植物介质中重金属迁移行为。使用受污染的水源灌溉可能将水中的重金属引入土壤-茶树系统。

综合来看，土壤-茶树系统中的重金属迁移和转化规律是一个综合的生态过程，需要考虑土壤性质、植物生理特性、气象条件和农业管理等多方面因素。相关的研究涉及土壤科学、植物生理学、环境科学等多个学科领域。科学家们通过采样、实地调查和实验研究等手段，努力揭示这些规律，以指导农业管理实践，减少重金属在茶叶中的积累。

5 "研究展望

未来的研究应该聚焦于以下几个方面，以便更全面地了解和有效管理茶园土壤中的重金属污染问题。

第一，深入研究土壤-茶树系统中的微观机制，包括根际微生物的作用、植物根系对重金属的吸收转运机制等，能够为理解重金属的生物有效性和植物对其的响应提供更多依据。第二，系统性阐明降雨和灌溉等因素形成的水体传播机制，开展茶园周边水体中重金属的监测与生态风险评估。第三，辨明茶叶品质与茶园土壤中重金属含量之间的关联关系，明确重金属对茶叶品质的影响机制。

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