茶园重金属污染途径及其修复技术研究进展

茶园重金属污染途径及其修复技术研究进展

作者：郭胡津 胡波 蔡烈伟 来源：《现代农业科技》2016年第07期

摘要 概述了目前我国茶园土壤重金属污染途径及其修复技术的研究进展和现状，系统归纳了茶园重金属污染的成因，提出重金属污染修复技术在茶园中的应用，并对茶园重金属污染研究的发展趋势进行了展望。

关键词 茶园；重金属污染；现状；途径；修复技术

中图分类号 X131.3；X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）07-0214-03 Abstract The research progress and status of the soil in tea garden of China were outlined，and the reasons of heavy metal pollution were introduced，application of remediation technology of heavy metal pollution in tea garden was proposed，and the trend of research on heavy metal pollution in tea garden were prospected.

Key words tea garden；heavy metal pollution；status；means；remediation technology 茶叶是我国重要的经济作物。2014年，我国茶园面积274.13万hm2，茶叶产量209.2万t，干毛茶总产值达1 349亿元[1]。这些茶叶中，很大部分属于中低档茶，经济效益不明显，特别是近年来，茶叶中重金属超标时有发生，使其失去深加工利用价值，严重制约着我国茶产业的发展。

土壤重金属元素含量状况是影响茶树生长和茶叶安全生产的重要因子，关乎人类的健康。加强对茶园土壤重金属调查和研究是控制茶叶产品质量安全的重要手段，也是实现农业可持续发展的关键和进行农业生态环境保护的重要方向[2]。近年随着茶产业的发展，我国茶园重金属污染研究取得较大的进步与发展。笔者通过查阅大量资料，系统地总结和分析了近年来茶园重金属污染研究的研究动态与发展趋势，以期为推动和促进我国茶园重金属污染研究提供科学依据。

1 我国茶园重金属污染现状

自进入工业社会后，我国重金属污染面积不断扩大，茶园在一定程度上也受到了重金属的污染，茶叶重金属超标问题时有发生。李 云等[3]对西南地区主要茶园土壤和茶叶中的重金属含量进行检测分析，从总体上看，茶叶和茶园土壤环境质量总体良好，其未受重金属元素的污染，但乐山和川茶群体土壤中的Cd综合污染指数达到0.69，接近安全等级的上限0.70。缙云山茶和银芽中Cd和Hg是高富集元素，川茶群体中Hg是高富集元素。王红娟等[4]通过对湖北省61个典型茶园的土壤重金属Cu、Pb、As、Hg、Cd和Cr的含量测定，也表明茶园土壤环境整体状况良好，90%以上的茶园土壤未受重金属污染，有部分茶园土壤受重金属Cu、Cd、Cr

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的轻度污染，个别茶园出现Cd的严重污染。虽然我国有些茶区土壤重金属含量合格率很高，但重金属污染依然存在，不容忽视。李张伟[5]、苏祝成等[6]的研究也证实了这一点。在我国不同地区的重金属污染类型也有所不同，郭雅玲等[7]通过对福建省铁观音茶园土壤进行调查分析，表明3%的土壤铬、砷、汞含量均高于茶叶产地环境技术条件（NY/T853—2004）中相应的限量；8%的土壤镉、铬、砷、汞含量和30%的土壤铅含量高于有机茶产地环境条件（NY/5199—2002）中相应的限量。 2 茶园重金属污染途径 2.1 灌溉用水污染

茶树是喜湿性多年生植物，对水分的要求极高。我国大部分茶区月降雨量分布不均匀，如江南茶区降雨量主要集中在春季，江北茶区年降雨主要集中在夏季。有些茶区即使年降雨量达到要求，也会因为月降雨量不足而影响茶叶生产。因此，茶园灌溉对于茶叶生产有着重要的意义。廖金成[8]在安溪县主要产区进行选点监测，对监测点灌溉水的重金属污染进行分析检测，表明监测点灌溉水环境均未受到重金属污染。在我国很多茶区总体茶园灌溉用水都能符合无公害茶叶生产标准要求。由于我国水资源的匮乏，特别是北方地区缺水较为严重，这使污水成为灌溉用水的重要组成部分。而我国污水处理率低，灌溉水质重金属污染问题依然存在[9-10]。污水中的重金属通过细菌吸收、矿物颗粒表面吸附及无机盐（磷酸盐、硫酸盐）共沉淀等途径浓缩到土壤中，导致土壤中Cu、Zn、Cd、Ni、Cr、Pb、Hg和As等重金属含量超标[11]。刘磊[12]对华东地区某有机农作物地灌溉水环境中重金属含量进行检测分析，表明该农场灌溉水体受Cu的污染风险最小，而As、Cr污染风险可能较大。由于重金属富集程度与污水灌溉时间密切相关[13]，因此农场应做好水质的长期监测和防控工作，为茶叶安全生产提供良好保障。

2.2 大气粉尘沉降

茶园大气重金属污染主要体现在空气中的粉尘沉降污染，特别是工业废气和汽车尾气的排放沉降的污染。岳 勇等[14]对煤燃烧排放的粉尘颗粒进行采样分析，表明重金属元素随粒径减小以成倍速度富集，最末级As的相对富集因子分别为30和23，Pb为16和13，Ni、Co、Cu、Cr也有4～8倍的富集。有研究表明，茶园土壤中重金属Pb、Cd和Hg的积累与大气沉降有关[15]。Pb、Cd、Cu、Zn等是典型的交通源重金属元素。王学锋等[16]通过对107国道两侧土壤进行分析，表明公路两侧农田土壤重金属含量随着与公路距离的增大而有降低趋势，各重金属含量的峰值均出现在距离公路10～30 m处；公路两侧300 m范围内土壤受到不同程度的Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Ni污染和潜在生态危害。韩文炎[17]研究表明，公路边茶园的铅含量较高，距公路水平500 m以内的大气会受较强影响，大气中垂直距离50 cm以下铅含量较高。合理控制茶园与主干公路距离，能大大降低重金属对茶园土壤的污染。 2.3 肥料污染

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在化肥的生产过程中，有些原料或者加工过程都能导致化肥中含有一定量的重金属。王起超等[18]通过研究表明大部分化肥样品中Cu、Zn、Pb、Cd、Hg含量低于土壤环境质量标准（GB15618—1995）二级标准中土壤的浓度限值。但按该标准中土壤pH值

有机肥是茶园重要的肥料来源，有机肥中重金属状况直接影响着茶叶的安全化生产。在生产过程中，有些以畜禽粪便加工成的商品有机肥在生产过程中并未按照行业标准来生产，普遍存在重金属超标的现象。王 飞等[21]对华北地区畜禽粪便有机肥进行研究发现，按照中国有机肥行业标准，Pb的超标率高达80.56%。按照德国腐熟堆肥标准，Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Hg的超标率分别为8.33%、13.89%、16.67%、19.44%、2.78%、11.11%。有机肥在生产过程根据其原料的不同，重金属的含量也有较大的差异。参照德国腐熟堆肥中部分重金属限量标准，我国鸡粪的超标率为21.3%～66.0%，以Cd、Ni超标为主；猪粪超标率为10.3%～69.0%，以Zn、Cd、Ni超标为主；牛粪超标率为2.4%～38.1%，以Cd超标为主；羊粪中Zn、Cd、Ni和Hg的超标率为6.7%-20.0%，以Cd、Ni超标为主[22]。

随着在现代茶园的发展，有部分茶园会以沼液作为茶园的肥料，其实沼液中也存在不可忽视的重金属污染。沼肥中的重金属主要来自重金属超标的植物残骸、秸秆、畜禽粪便等。统计分析表明，沼液灌溉存在一定风险，其风险取决于沼液中重金属的含量[23]。 2.4 农药污染

农药是土壤重金属的一个重要来源。石宁宁等[24]以苏南某农药工业园区周边30 km2区域为研究区分析了土壤的重金属情况，结果表明，研究区表层土壤Hg、Cu、Cd和Pb平均含量超过自然背景值，其中Hg和Cu含量最高。在农药中，铜类农药中的铜元素本身就是重金属元素。卜元卿等[25]研究了波尔多液中铜离子在土壤中的残留动态，表明徐州和石家庄土壤中铜原始沉积量分别为36.9 mg/kg和28.0 mg/kg，最终残留量最大值分别为128.4 mg/kg和39.8 mg/kg，其中徐州果园的铜含量已接近国家土壤铜环境标准限值。而且表土中全铜含量随喷施波尔多液年限增加而显著增加。 2.5 自然来源

土壤是由岩石风化而来，岩石中所含的重金属元素的情况直接决定了茶园土壤中重金属的最初含量和自然背景。郭雅玲等[7]通过对福建铁观音茶园土壤调查分析，发现变质岩和砂岩类发育的土壤镉含量较高，流纹质凝灰岩类发育的土壤铅含量较高，流纹岩类发育的土壤砷含量较高，闪长岩类发育的土壤汞和铜含量较高，赤红壤发育的土壤中铅含量较高，黄壤发育的土壤中铬和砷含量较高，红壤发育的土壤中铜含量较高。李 艺等[26]通过对猛矿复垦区种植茶进行研究分析，表明土壤中Cd含量超过土壤三级标准值的30余倍，Cd、Pb、Cr及Mn等是复垦区土壤和植物的主要毒害元素，在茶叶中的Cd、Cr、Pb的含量均严重超过食品中污染物限量标准。

3 茶园重金属污染修复技术

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重金属污染土壤的修复主要有2种方法：一是去除化，将重金属从土壤中去除；二是固定化，将重金属固定在土壤中限制其释放[27]。由于茶树是多年生经济作物，茶园土壤环境与其他用地土壤环境有着极大的不同。 3.1 客土、深耕翻土法

客土和换土方法适合于小面积茶园的重金属污染。引入客土是在污染茶园表层加入客土，或与茶园土壤混匀；换土法是将茶园污染土壤部分或全部换去，引入未污染土壤。深耕翻土是翻动土壤上下土层，正常情况是茶园表土重金属浓度要大于深层土壤重金属浓度。深耕翻土将深层污染少的土壤与表土混合，使重金属浓度降低到可承受的范围，但该方法未能从根本上清除重金属，因此不是一种理想的治理土壤重金属污染的方法。 3.2 固化法

固化法是指向茶园重金属污染土壤中加入某一类或几类重金属固化药剂，通过物理化用防止或降低土壤有毒重金属释放的技术。一类是在土壤中添加化学药剂，使重金属被吸附、沉淀或者形成络合物来降低重金属在土壤中的迁移性和生物有效性；另一类是通过添加药剂将茶园土壤中的有毒重金属包被起来，形成相对稳定性的形态，限制土壤重金属的释放。 3.3 离子拮抗技术

土壤中某些重金属离子间存在拮抗作用，利用茶树对不同重金属的富集程度的差异，当土壤中某种茶树容易富集的重金属浓度过高时，可向土壤中加入少许对作物危害较轻的拮抗性重金属元素，进而减少该重金属对作物的毒害作用，达到降低重金属生物毒性的目的[28]。周启星等[29]研究发现，Zn和Cd具有相似的化学性质和地球化学行为，Zn具有拮抗植物吸收Cd的作用。冯雪[30]对陕西茶园土壤进行研究，分析pH值与茶园土壤中铜、镉、铅的关系。结果表明：Cu、Cd、Pb这3种重金属元素与土壤pH值有显著相关性。pH值的大小影响土壤对重金属的吸附量和土壤中重金属的存在形态。通过合理调节土壤pH值能有效地降低土壤中某些重金属对茶树的影响。此外，还发现土壤重金属Pb与Cd、Cu之间呈明显的负相关，说明这几种重金属间可能存在着拮抗作用。 3.4 植物提取技术

利用不同植物对重金属富集特点的差异，根据茶园土壤的重金属污染元素，间作对此类元素超积累植物，将污染土壤中的重金属吸收并在地上部积累，通过割除植物的地上部分从而达到去除污染物的目的。韦朝阳等[31]研究发现，凤尾蕨属的大叶井口边草和粉叶蕨是砷的超富集植物。Zhang等[32]研究发现，杂交狼尾草可以修复Cd和Zn污染的土壤，热研11号黑籽雀稗和串叶松香草可应用于Cd污染土壤的修复。 3.5 微生物修复技术

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通过人工接种或者茶园土壤原有的微生物种类中，某些微生物如细菌、真菌和藻类对重金属具有吸附、沉淀、氧化还原等作用，从而降低污染土壤中重金属的毒性[33]。张晓虎等[34]在诺德理论的基础上，通过理论建模与参数优化得到针对Zn2+和Hg2+在不同浓度条件下的吸收动力学模型。发现茶园丛枝菌根的真菌孢子在适中浓度下对重金属的吸收作用最强，表明该模型能够有效地用于丛枝菌根土壤修复作用。有研究表明，接种丛枝真菌极大地提高了鬼针草和龙珠果对污染土壤中Cu、Pb和Zn的吸收积累[35]。丛枝菌根在土壤重金属污染修复方面往往体现出比单纯的植物修复具有更强的土壤修复能力。 3.6 农业生态修复

在重金属污染茶园，因地制宜地调整一些茶园管理制度以及在污染土壤中种植不进入食物链的植物等，以达到减轻重金属的危害。农业措施主要有合理施用农药和肥料、调整作物种类、改变耕作制度、控制土壤水分等。在重金属污染严重的茶园间作种植超富集植物；在重金属污染较轻的茶园间作重金属耐性植物。在化肥和农药的生产过程中，最大程度地降低化肥和农药产品本身的重金属含量。由于不同肥料对土壤重金属浓度的影响的不同，合理施肥以控制重金属对茶叶生产的影响。

4 茶园管理和重金属污染防治研究的发展趋势 4.1 注重理论研究

理论研究是科学的动力和源泉。重视茶园土壤重金属理论的研究，加速茶叶生产安全化、科学化进程。虽然我国在茶园重金属方面有一定程度的研究，但是绝大多数是对茶园重金属的种类、分布及含量的分析，而对于重金属污染严重的茶园的修复技术研究存在一定的滞后性。 4.2 加大技术型茶园管理人员培养

随着无公害茶园、绿色茶园、有机茶园的快速发展，对茶园管理人员的要求越来越高，不再仅仅是提高茶园茶叶产量问题，而应该以茶叶生产安全化、可持续化为基础，并合理地应用茶园管理技术，解决茶园重金属污染防控问题。技术型茶园管理人员短缺问题亟待解决。 4.3 加速信息化技术应用

2000年以来，GIS在茶园土壤重金属污染数据监测、重金属污染评价等方面得到应用[36]。使得茶园土壤重金属管理信息化有了很大提高。但由于我国信息化技术管理起步晚，发展较慢，积极推动茶园信息化有着重要的意义。 4.4 建立安全化茶园管理体系

重金属污染是茶叶食品安全问题的关键影响因素之一，日益受到人们关注。因此，应当不断加强有机茶生产基地建设；强化茶叶重金属检测监控；建立科学的安全化茶园管理体系。

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5 参考文献

[1] 梅宇.2014年中国茶叶产销报告及2015年形势预测[J].茶世界，2015（6）：50-59. [2] 杨扬.苏州市茶园重金属现状研究[D].杭州：中国农业科学院，2009.

[3] 李云，张进忠，童华荣.茶园土壤和茶叶中重金属的监测与污染评价[J].环境科学与技术，2008，31（5）：71-75.

[4] 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].中国茶业，2009（2）：30-31.

[5] 李张伟.粤东凤凰山区茶园茶叶重金属含量的调查和污染评价[J].环境科技与技术，2012，33（9）：183-186.

[6] 苏祝成，陆德彪，朱有为，等.浙江山区茶园重金属污染状况研究[J].江苏农业科学，2011（1）：339-341.

[7] 郭雅玲，王果，罗丹，等.福建铁观音茶园土壤中铅、镉、砷、铬、汞、铜、氟的环境质量现状分析[J].中国生态农业学报，2011，19（3）：676-681.

[8] 廖金成.安溪县茶园土壤和灌溉水环境质量评价[J].农业资源与环境学报，2013，30（5）：72-75.

[9] 陈牧霞，地里拜尔·苏力坦，王吉德.污水灌溉重金属污染研究进展[J].干旱地区农业研究，2004，24（2）：200-204.

[10] 刘润堂，许建中.我国污水灌溉现状、问题及对策[J].中国水利，2002（10）：123-125. [11] 鲁洪娟，马友华，樊霆，等.有机肥中重金属特征及其控制技术研究进展[J].生态环境学报，2014，23（12）：2022-2030.

[12] 刘磊.华东地区典型有机农业产地环境与产品品质的研究[D].南京：南京农业大学，2009.

[13] TMANIOS，E I STENTIFORD，P MILLNER.Removal of heavy metals from a metaliferous water solution by Typha latifolia plants and sewage sludge compost[J].Chemosphere，2003，53：487-494.

[14] 岳勇，姚强，邱冬英，等.煤燃烧排放的细粉尘颗粒形态及重金属分布的研究[C]//冶金循环经济发展论坛论文集.北京：中国金属学会，2008：213-217.

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[15] 孔樟良，谢国雄.杭州市典型茶园土壤与茶叶中重金属的积累与来源分析[J].中国农学通报，2015，31（10）：226-231.

[16] 王学锋，姚远鹰.107国道两侧土壤重金属分布及潜在生态危害研究[J].土壤通报，2011，42（1）：174-178.

[17] 韩文炎.西湖龙井茶铅污染成因及治理技术研究[D].杭州：浙江大学，2006. [18] 王起超，麻壮伟.某些市售化肥的重金属含量水平及环境风险[J].农村生态环境，2004，20（2）：62-64.

[19] 王美，李书田.肥料重金属含量状况及施肥对土壤和作物重金属富集的影响[J].植物营养与肥料学报，2014，20（2）：466-480.

[20] 陈林华，倪吾钟，李雪莲，等.常用肥料重金属含量的调查分析[J].浙江理工大学学报，2009，26（2）：223-226.

[21] 王飞，赵立欣，沈玉君，等.华北地区畜禽粪便有机肥中重金属含量及溯源分析[J].农业工程学报，2013，29（19）：202-208.

[22] 刘荣乐，李书田，王秀斌，等.我国商品有机肥料和有机废弃物中重金属的含量状况与分析[J].农业环境科学学报，2005，24（2）：392-397.

[23] 刘思辰，王莉玮，李希希，等.沼液灌溉中的重金属潜在风险评估[J].植物营养与肥料学报，2014，20（6）：1517-1524.

[24] 石宁宁，丁艳锋，赵秀峰，等.某农药工业园区周边土壤重金属含量与风险评价[J].应用生态学报，2010，21（7）：1835-1843.

[25] 卜元卿，石利利，单正军.波尔多液在苹果和土壤中残留动态及环境风险评价[J].农业环境科学学报，2013，32（5）：972-978.

[26] 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.

[27] 黄益宗，郝晓伟，雷鸣，等.重金属污染土壤修复技术及其修复实践[J].农业环境科学学报，2013，32（3）：409-417.

[28] FENG R，WEI C，TU S，et al.Effects of Se on the uptake of essential elements in Pteris vittata L.[J].Plant and Soil，2009，325（1-2）：123-132.

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

[29] 周启星，吴燕玉，熊先哲.重金属Cd-Zn对水稻的复合污染和生态效应[J].应用生态学报，1994，5（4）：438-441.

[30] 冯雪.陕西茶园土壤重金属铜、镉、铅对茶树生长影响的研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2010.

[31] 韦朝阳，陈同斌，黄泽春，等.大叶井口边草：一种新发现的富集砷的植物[J].生态学报，2002，22（5）：777-778.

[32] ZHANG X，XIA H，LI Z，et al.Potential of four forage grasses in remediation of Cd and Zn contaminated soils[J].Bioresour Technol，2010，101（6）：2063-2066.

[33] 王瑞兴，钱春香，吴淼，等.微生物矿化固结土壤中重金属研究[J].功能材料，2007（38）：1523-1526.

[34] 张晓虎，张胜华，杨宁.丛枝菌根修复茶园土壤重金属污染动力学研究[J].环境科学与技术，2012，35（12J）：17-20.

[35] TSENG C C，WANG J Y，YANG L.Accumulation of copper，lead，and zinc by in situ plants inoculated with AM fungi in multi contaminated soil[J].Commun Soil Sci Plant Anal，2009，40（21-22）：3367-3386.

[36] 熊春红.基于和数据挖掘技术评价江西主要茶区土壤和茶鲜叶重金属状况及其预测[D].南昌：南昌大学，2011.