黃 瑩，景金泉，肖 旭，趙荷娟，文蔚明，馬建宏，毛久庚

（1.江蘇丘陵地區(qū)南京農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 南京 210046；2.南京市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)院，江蘇 南京 210036）

茶樹作為典型的喜酸性作物，其適宜生長(zhǎng)的土壤pH值范圍在4.0～6.5之間，最適值為5.5，大于6.0或小于4.5，茶樹的生長(zhǎng)將受到抑制甚至死亡。由于茶樹的代謝作用、人為管理措施不當(dāng)?shù)仍颍沟貌鑸@土壤酸化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。馬立峰等［1］對(duì)蘇、浙、皖茶園土壤的pH狀況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)3省pH＜4的茶園土壤近10年來上升了30.2%。此外，各種針對(duì)茶園土壤的研究表明［2-3］，我國(guó)茶園土壤酸化速度越來越快，嚴(yán)重危害了茶樹的生長(zhǎng)和茶葉品質(zhì)。土壤是茶樹生長(zhǎng)的載體，在茶園土壤的酸化背景下，土壤重金屬的活性增強(qiáng)，從而增加了重金屬向茶葉的轉(zhuǎn)移，對(duì)人類健康造成威脅。

江蘇是我國(guó)重要的茶葉生產(chǎn)省份之一，2010年全省茶園面積3.13萬(wàn)hm2，比2005年增加28%；茶葉產(chǎn)量和產(chǎn)值也是連年增加，分別比2005年增加32%和76%［4］。作為江蘇省茶葉新興產(chǎn)區(qū)，南京市茶園總面積0.87萬(wàn)hm2，2012年總產(chǎn)值7.6億元，均居全省前列。在茶產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，茶葉中重金屬含量問題越來越受到消費(fèi)者的關(guān)注。產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量是茶葉科學(xué)種植的一個(gè)重要依據(jù)，本研究通過對(duì)南京市不同地區(qū)典型茶園土壤環(huán)境質(zhì)量的長(zhǎng)期定位調(diào)查，從總體上掌握南京市茶園土壤的酸化程度以及重金屬 Cu、Pb、Cd、Hg、As、Cr的含量狀況；采用NY5020—2001《無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件》中無公害茶園土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對(duì)南京市茶園土壤的重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析影響南京市茶葉生產(chǎn)的限制因子，旨在為促進(jìn)南京市茶葉生產(chǎn)的合理區(qū)劃和科學(xué)種植提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土樣采集與制備

土樣采集具體步驟：選擇南京市為研究區(qū)域，于2004年4月至2012年5月分別采集江寧、浦口、溧水、六合、高淳5個(gè)地區(qū)116個(gè)代表性茶園的表層土壤，每個(gè)茶園于每年相同時(shí)間段采樣1次。為避免污染，采樣過程中使用木鏟等工具，采樣時(shí)根據(jù)茶園的面積和地形確定采樣點(diǎn)的數(shù)量和分布，每個(gè)茶場(chǎng)選擇代表性茶園，設(shè)置6～8個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)的面積不低于0.67 hm2，采用GPS定位，以“S”法采集表層（0～20 cm）土壤；將各采樣點(diǎn)的土樣混合均勻，用四分法棄取至各混合土樣保留1 kg左右。共采集116份土樣，經(jīng)風(fēng)干、磨碎分別過孔徑0.85、0.15 mm篩備用。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤分析參照農(nóng)化分析方法，土壤pH值測(cè)定采用水浸提電位法（液固比2.5∶1）。土壤Cu、Pb、Cd、Hg、As、Cr等 6種重金屬元素含量測(cè)定方法：稱取0.15 mm土樣0.5 g，經(jīng)鹽酸-氫氟酸-高氯酸-硝酸進(jìn)行消煮，消煮完成后定容，然后采用等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICPAES）測(cè)定。

1.3 污染評(píng)價(jià)

參照NY5020-2001《無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件》中無公害茶園土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中各項(xiàng)污染物的含量限值（表1）為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)南京市茶園土壤重金屬的污染現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。

式中，Pi為土壤重金屬i的污染指數(shù)，Ci為重金屬i的實(shí)測(cè)含量，Si為重金屬i的含量限值。

式中，PN為內(nèi)梅羅污染指數(shù)，Pimax為土壤重金屬的最大污染分指數(shù)，Pi為各污染分指數(shù)的算術(shù)平均值。

內(nèi)梅羅污染指數(shù)法與單因子污染指數(shù)法采用相同的評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)Pi≤0.7，土壤環(huán)境處于清潔狀態(tài)；0.7＜Pi≤1.0，土壤重金屬含量不超標(biāo)，屬尚清潔，不影響作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，但污染已處于安全警戒狀態(tài)；Pi＞1.0，土壤重金屬含量超標(biāo)，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育有影響，其中1.0＜Pi≤2.0 為輕度污染，2.0＜Pi≤3.0 為中度污染，Pi≥3.0為重度污染。

用SPSS20.0對(duì)土壤pH與重金屬含量的相關(guān)性進(jìn)行Pearson分析，用Sigma Plot 12.0對(duì)土壤酸堿度的分布情況進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 南京市茶園土壤pH值分布情況

土壤酸化是我國(guó)各茶區(qū)普遍存在的問題。對(duì)南京市不同地區(qū)116個(gè)茶園土壤pH的測(cè)定結(jié)果（圖1）顯示，不同采樣時(shí)期（2004—2006、2007—2009、2010—2012）茶園土壤 pH值分布情況存在明顯差異。2004—2006年間，土壤pH 4.1～5.0的茶園只占19.4%，2007—2009年為22.2%，而2010—2012年增加到49.1%，說明南京市茶園土壤正變得越來越酸；土壤pH 5.1～6.0的茶園占比隨采樣年份的增加呈下降趨勢(shì)，由2004—2006年的66.7%下降到2010—2012年的35.8%；土壤pH 6.1～7.0的茶園占比在2007—2009年達(dá)到最大，為29.6%，2010—2012年則降為9.4%；土壤pH＜4的茶園占比在2010—2012年間比2004—2009年增加了3.8個(gè)百分點(diǎn)。如果按通常認(rèn)為的pH 4.5～5.5最適合于茶樹生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)劃分，近10年來（2004—2012），最適宜茶樹生長(zhǎng)土壤比例未發(fā)生顯著改變；如按適于種茶樹的土壤（pH 4.0～6.5）的標(biāo)準(zhǔn)劃分，則2010—2012年該土壤pH范圍內(nèi)的茶園比例與2004—2006年相比，減少了12.6個(gè)百分點(diǎn)。

2.2 南京市茶園土壤重金屬含量分布情況

表1 南京市不同地區(qū)重金屬分布情況（mg/kg）

由表1 可知，南京市茶園土壤中Cu、Pb、Cr、Hg、As、Cd平均含量均低于《無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件》中無公害茶園土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限量要求（表2）。2004—2006年Cu含量為20.2～43.2 mg/kg，最高含量為最低含量的2.1 倍，均值為26.2 mg/kg。隨著年份的增加，土壤Cu含量顯著升高，2010—2012年Cu含量均值為28.8，超過江蘇省土壤背景值，說明Cu在茶園土壤中有一定程度的積累。3個(gè)時(shí)間段土壤Cu含量的變異系數(shù)在22.0%～27.3%范圍內(nèi)變化；土壤Pb含量隨著年份的增加呈上升趨勢(shì)，2010—2012年土壤Pb含量為27.9，超過江蘇省土壤背景值，且樣本之間差異較大。Cd含量隨著年份的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，2010—2012年土壤Cd含量為0.08 mg/kg，未超過江蘇省土壤背景值。不同年份土壤的Hg含量在0.05～0.07 mg/kg范圍內(nèi)變化，均未超過江蘇省土壤背景值。不同年份土壤的As含量雖然有下降趨勢(shì)，但是2010—2012年土壤的As含量超過江蘇省土壤背景值。土壤的Cr含量隨年份增加呈顯著上升趨勢(shì)，為64.7～80.1 mg/kg，2007—2009和2010—2012的土壤Cr含量均超過江蘇省土壤背景值。說明從2007年開始，Cr在土壤中有一定的積累。

表2 無公害茶園土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2.3 南京市茶園土壤不同重金屬含量與pH值之間的相關(guān)性

pH是土壤重要的基本性質(zhì)之一，影響了土壤中重金屬的活性。分析土壤pH與重金屬之間的相關(guān)性，從而得到南京市茶園土壤重金屬污染程度和大致趨勢(shì)，結(jié)果顯示，土壤pH值與Cu、Cr含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.232和-0.385；與Pb、Hg含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.197和-0.235；pH值與Cd、As相關(guān)性不顯著。

2.4 茶園土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

以NY5020-2001《無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件》為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有一項(xiàng)單項(xiàng)污染指數(shù)大于1即可判定為土壤不合格。評(píng)價(jià)結(jié)果（表3）表明，南京地區(qū)茶園土壤6種重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)平均值均小于0.7，綜合污染指數(shù)為0.12～0.58，土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)均為清潔。

表3 以《無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件》為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的單項(xiàng)污染指數(shù)

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，南京市茶園土壤存在明顯的酸化現(xiàn)象，且存在進(jìn)一步酸化的趨勢(shì)。雖然 Cu、Pb、Cd、Hg、As、Cr 等 6種重金屬元素含量未超過NY5020-2001《無公害食品茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件》中無公害茶園土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)均為清潔，但土壤pH值的持續(xù)降低會(huì)促進(jìn)重金屬Cu、Pb、Cr在土壤中的積累，從而影響茶葉質(zhì)量的安全。此外，畜禽糞便肥和含Cr農(nóng)藥的使也會(huì)造成Cu和Cr在茶園土壤中有一定的積累。因此，為防止南京市茶園土壤酸化的加劇和避免重金屬污染的危害，在茶園日常管理中，要避免使用化肥，可通過施用適量白云石粉或生物質(zhì)炭減輕茶園土壤的酸化現(xiàn)象；同時(shí)，控制有機(jī)肥和農(nóng)藥的輸入等農(nóng)業(yè)措施來減少重金屬的輸入從而緩解重金屬在土壤中的積累。

3.1 南京市茶園土壤酸化的原因

茶園土壤的酸化成因包括自然酸化和人為酸化，其中受栽培過程中人為的影響更大。施肥是直接影響茶園土壤酸度的首要因素［5］。我們對(duì)一些典型茶場(chǎng)調(diào)查施肥情況時(shí)了解到，偏施氮肥和過量施氮肥的現(xiàn)象較普遍，氮肥品種以尿素為主，作基肥使用。尿素雖是中性肥，但它在土壤中很快氨化繼而又被硝化后，也能酸化土壤。茶園中施用的大多為氨態(tài)氮肥，茶樹根系在吸收氨態(tài)氮后分泌大量的H+，從而造成土壤pH的下降。已有研究表明［6］，氮肥用量大的茶園土壤pH值較低，原因主要是由于施肥不平衡引起的土壤鹽基元素的淋失，從而導(dǎo)致茶園土壤的酸化。隨著近10年來南京市名優(yōu)茶的迅速發(fā)展，茶園氮肥施用量越來越大，而有機(jī)肥用量比例卻未發(fā)生顯著改變，這可能是茶園土壤pH值持續(xù)下降的一個(gè)重要原因。土壤酸化的另一人為原因是環(huán)境條件的惡化。隨著工業(yè)化生產(chǎn)水平的高速發(fā)展，“三廢”問題尤其嚴(yán)重，一些酸沉降物質(zhì)隨降雨等方式落到地面，會(huì)直接造成土壤酸化，隨著年限增加，土壤pH＜4的茶園比例顯著增加，說明工業(yè)發(fā)展加快導(dǎo)致環(huán)境污染以酸雨的形式造成茶園土壤酸化加劇。

除上述栽培過程中人為的影響導(dǎo)致茶園土壤酸化外，茶樹自身物質(zhì)代謝（茶樹凋落物和修剪葉還園）和茶樹根系分泌物也會(huì)導(dǎo)致土壤的酸化。研究表明，茶樹在生長(zhǎng)過程中每年要從土壤深處吸收大量活性鋁，茶樹平均含鋁量在1 500 mg/kg以上，老葉中的含量可達(dá)20 000 mg/kg，茶樹每年通過枯枝落葉歸還土壤的鋁可高達(dá)30.06 kg/hm2［7］；茶樹根系分泌的有機(jī)酸較其他作物高出8倍多［8］。因此，茶樹自身物質(zhì)循環(huán)是導(dǎo)致茶園酸化的主要原因。

3.2 南京市茶園土壤重金屬含量與pH值的關(guān)系

與自然狀態(tài)下穩(wěn)定的土壤重金屬含量水平和分布規(guī)律不同，在人為因素高強(qiáng)度作用下，土壤中重金屬含量和分布特征將發(fā)生較大變化。pH值是影響重金屬有效性的最重要因素，因?yàn)樗粌H影響重金屬在土壤溶液中的形態(tài)，而且通過影響土壤顆粒表面交換性能而影響其有效性。重金屬與土壤pH值的相關(guān)分析顯示，Pb、Cu、Cr、Hg與土壤pH值呈顯著負(fù)相關(guān)，其原因主要是由于隨著土壤酸度的增加，重金屬離子的溶解度逐漸增大，致酸離子會(huì)與土壤膠體吸附的重金屬離子發(fā)生交換，造成土壤中被固定的重金屬發(fā)生淋溶，從而導(dǎo)致土壤中重金屬含量增加［9］。

3.3 南京市茶園土壤環(huán)境質(zhì)量的影響因子

茶園土壤是茶葉賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤的質(zhì)量及安全狀況對(duì)茶葉質(zhì)量具有重要影響。本研究結(jié)果顯示，南京市各地茶場(chǎng)的土壤重金屬含量均小于我國(guó)無公害茶葉產(chǎn)地環(huán)境條件中的規(guī)定，但呈現(xiàn)明顯的酸化趨勢(shì)。我們調(diào)查了一些典型茶場(chǎng)的地理位置、交通狀況、管理措施等因子，發(fā)現(xiàn)大部分的茶園已開始按照有機(jī)茶園的模式對(duì)茶園進(jìn)行整改，并且茶區(qū)大多位于偏遠(yuǎn)郊區(qū)，周邊鮮有工業(yè)廢水、廢氣及汽車尾氣的排放，空氣質(zhì)量良好，這可能是重金屬含量低于標(biāo)準(zhǔn)的主要原因。重金屬含量與土壤pH的相關(guān)性分析表明，隨著南京市茶園土壤的pH持續(xù)下降，重金屬Pb、Cu、Cr含量呈上升趨勢(shì)。研究表明，茶葉與土壤中的Pb含量呈正相關(guān)關(guān)系［10］，Pb積累到一定限度就會(huì)對(duì)土壤植物系統(tǒng)產(chǎn)生危害，直接影響茶葉對(duì)重金屬的吸收量從而危害人類健康。因此，為了杜絕茶葉的Pb超標(biāo)問題，必須有效控制土壤中的Pb含量，即控制茶園土壤的酸度持續(xù)下降。另外，我們?cè)谡{(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，茶園中養(yǎng)殖糞便施用量增多，而飼料添加劑中銅的使用由于增加了糞便中銅的含量從而進(jìn)一步加重茶園土壤銅的積累。因此，畜禽糞便施用量的增加是南京市茶園土壤環(huán)境中的重金屬Cu積累的原因之一。此外，含Cr化肥和農(nóng)藥的使用是造成茶園土壤重金屬Cr含量積累的主要原因。因此，茶農(nóng)在日常的施肥管理中應(yīng)該控制畜禽糞便肥和含Cr農(nóng)藥的使用，從源頭上避免土壤的重金屬污染。

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