皖南山区茶园土壤—茶树系统重金属迁移特征及健康风险评价研究

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茶叶是我国的重要经济作物,其质量问题不仅关系到我国茶叶产业的发展和8000万茶农的收益,还影响到人们的身体健康状况。近年来不断出现有关茶叶质量问题的报道,茶叶重金属污染问题是近几年出现的主要质量问题之一。而土壤是茶叶中重金属的重要来源。土壤是环境要素的重要组成部分,承担着环境中大约90%的来自各方面的污染物。随着工业化、城市化的发展,越来越多的污染物被释放到土壤中,土壤成为重金属的主要累积场所,重金属可通过“土壤—植物—人体”的途径进入人们体内,对人类健康产生潜在的威胁。当重金属富集量超过人体所能承受的最大限值,必然会危及人体健康。本研究选取皖南山区范围内的代表性茶园进行了土壤和茶叶样品的采集,并对土壤理化性质(pH、有机质、含水量)、土壤和茶叶重金属含量(Mg、Al、Fe、Mn、Cr、Cu、Zn、As、Pb、Ni)进行分析,重点研究不同海拔高度、不同种植年限、不同坡度下土壤—茶树系统重金属迁移特征;并对土壤—茶树系统重金属进行健康风险评价。主要得出以下结论:(1)以该地区土壤背景值为评价标准,土壤As属于重度污染,Cu属于中度污染,Zn、Mn、Ni、Cr属于轻度污染,Pb属无污染,综合污染指数达5.619,属于重污染。以《土壤环境质量标准GB15618-1995》中的二级标准(pH<6.5)为评价标准,As属于轻度污染,其他元素均属无污染,综合污染指数达1.268,属于轻污染。(2)老叶和嫩叶中的重金属含量具有较大差异。与其他城市相比,皖南山区嫩叶中As含量偏高,这可能和农药化肥的施用有关。以茶叶卫生标准(GB9679-88)、茶叶质量分级标准和茶叶中各重金属限量值为评价标准,Cu和Pb属无污染。嫩叶中的Cr和As属无污染。老叶中Cr受到一定程度的污染,而As污染较为严重。老叶的超标率大于嫩叶。嫩叶的综合污染指数为0.447,属于安全级;老叶的综合污染指数为1.458,属于轻度污染。(3)不同海拔高度的茶叶重金属含量差异较小。种植年限对老叶中重金属的含量的影响程度大于嫩叶。老叶中,除Mg以外,其他9种元素在40年以上茶叶中的含量均大于40年以下茶叶重金属含量。嫩叶中,Mn、Fe、Ni、Cr和As5种元素在40年以上茶叶中的含量大于40年以下茶叶重金属的含量,而Al、Mg、Zn、Cu和Pb则相反。总体上,坡度35°以下茶叶中的重金属含量大于35°以上。老叶中,除Mn、Fe、Ni以外,其他7种元素在35°以下茶叶中的含量都大于35°以上。嫩叶中,除Mn、Ni以外,其他8种元素在35°以下茶叶中的含量都大于35°以上。(4)除Mn以外,皖南山区茶叶中其他元素的富集系数都小于1,茶叶对Mn的富集能力较强。老叶和嫩叶对Cu和Zn的富集系数均较大,对Al和Fe的富集系数较低。老叶和嫩叶对不同金属元素的富集能力具有较大差异。(5)海拔高度仅对个别金属元素的富集系数构成影响。老叶中,仅Mn、Cu、Cr在不同海拔高度的富集系数差异较大;嫩叶中,仅Mn、Cu在不同海拔高度的富集系数差异较大。不同种植年限茶叶的富集系数具有较大差异。老叶中,除Mg以外,其他9种元素在40年以上茶叶的富集系数都大于40年以下;嫩叶中,除Pb以外,其他9种元素在40年以上茶叶的富集系数都大于40年以下。重金属的富集能力在坡度大的区域强于坡度小的区域。所有老叶和嫩叶中,除Pb以外,其他9种元素在坡度35°以上的茶叶的富集系数均大于35°以下。(6)嫩叶中重金属与土壤重金属的相关性和老叶中重金属与土壤重金属的相关性具有较大差异。嫩叶中的Ni含量和土壤中的Ni含量相关性显著。老叶中的Mg、Ni含量和土壤中的Mg、Ni含量相关性显著。茶叶中的Ni元素的来源与土壤中Ni的含量密切相关。嫩叶中Al、Mn和土壤pH显著负相关,老叶中Cr和土壤pH显著负相关。有机质和含水量在嫩叶和老叶中与任何元素均没有表现出显著的相关性。(7)成人对土壤中重金属3种不同途径非致癌日平均暴露量均为手-口摄入量>皮肤吸收量>呼吸吸入量。土壤中8种重金属对成人不同暴露途径的非致癌风险指数HQ均小于1,其中经手-口摄入途径暴露风险最大,其次为皮肤接触途径,经呼吸吸入风险最小。重金属非致癌风险HI均小于1,各种重金属多途径摄入的叠加风险度达0.226,说明土壤重金属的复合污染所带来的健康风险也较小。3种重金属致癌风险Risk均远低于癌症风险阈值范围10-6-10-4,表明致癌风险较低,不会对人体造成健康危害。(8)通过摄取途径摄入的化学致癌物As和Cr所引起的健康危害的个人年平均风险,以Cr(1.08×10-4)较大,As(4.35×10-6)次之。由化学非致癌重金属Zn和Cu通过饮茶途径所引起的健康危害的个人年平均风险,以Cu(2.06×10-8)最大,Zn(1.64×10-9)次之。化学非致癌物对人体健康危害的个人年风险总和约为2.23×10-8,其风险可以忽略。由化学致癌重金属和化学非致癌重金属通过摄取途径所引起的健康危害的总个人年风险约为1.12×10-4。皖南山区茶园茶叶中的重金属所致的健康风险主要来自化学致癌重金属。
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