茶树生态系中的立体污染链与阻控

1、5期 陈宗懋等：茶树生态系中的立体污染链与阻控959茶树生态系中的立体污染链与阻控陈宗懋1，阮建云1，蔡典雄2，章力建3（1中国农业科学院茶叶研究所，杭州310008；2中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081；3中国农业科学院，北京100081）摘要：运用农业立体污染的新概念，针对茶树和茶叶本身的特点，剖析了来自土壤、水源、空气中性质各异的污染物，包括农药残留、铅、氟、铝、硝酸盐、多环芳烃（PAHs）、多氯代二苯并二恶英/呋喃（PCDD/PCDF）等，在水-土、土-气、土-植物等不同相或界面间的相互交换和迁移特性。论述了茶园生态系中的立体污染链以及污染物对不同界面的偏嗜性和界

2、面间转移的时空特征，分析了中国茶叶生产中的立体污染问题。在对茶叶中几种污染物安全性风险评价的基础上，从清洁化生产角度，讨论了不同界面间污染源的控制和污染链防阻技术和应用，探讨了未来创新研究的重点领域。关键词：立体污染；立体污染链；界面转移；农药残留；重金属；污染源Tri-dimension Pollution Chain in Tea Ecosystem and Its ControlCHEN Zong-mao1, RUAN Jian-yun1, CAI Dian-xiong2, ZHANG Li-jian3( 1Institute of Tea Research, Chinese Acade

3、my of Agricultural Sciences, Hangzhou 310008; 2 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081; 3Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081 )Abstract: Transferring pathways and characteristics of different kinds of po

4、tential pollutants including pesticide residue, lead, fluorine, aluminium, nitrite and nitrate, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)/polychlorinated dibenzo-p-dioxins/dibenzofurans (PCDD/ PCDF) in teas from various sources such as soil, water and air are elucidated within the frame of a new conce

5、pt of agricultural tri-dimension pollution in this paper. The tri-dimension pollution chains in the tea ecosystems, the tendentiousness of pollutants on different interfaces as well as their time and spacious characters of transference between the interfaces i.e. water-soil, soil-air, soil-plant sys

6、tems are discussed in detail. The challenges of potential tri-dimension pollution in tea production of China are thoroughly analyzed. Based on the safety assessment of various pollutants in tea, technology and practical application to prevent and control the pollution sources and breakdown the pollu

7、tion chains are recommended from the viewpoint of the cleaning production. Needs for future researches concerning the innovation of new technology are emphasized.Key words: Tri-dimension pollution; Chains of tri-dimension pollution; Transference of pollutants between interfaces; Pesticide residues;

8、Heavy metals; Pollution sources0 引言茶叶作为一项产业在中国发展得非常稳健。1997年中国茶产业的产值为70亿，2006年上升到500亿以上。增幅如此之大的原因，一是茶产业链的延伸，从1997年起中国茶饮料和茶叶中有效成分提取的迅速发展，使得茶产业获得明显增值；二是茶学和医学、食品科学等学科的交叉和渗透，使茶叶的健康效应越来越为世界各国消费者接受；三是茶文化的崛起为茶产业的发展提供了一个平台；四是名优茶在全国范围的持续发展为茶产业的发展奠定了基础。茶叶以一种健康的、绿色的、天然的饮料的身份出现在人们面前，而如何使茶叶能保持这样的状态是茶产业能否实现持续发展的关键

9、。必须看到，中国茶产业尽管发展迅速，但茶叶的安全质量问题仍然是茶产业发展中存在的一个瓶颈，也是茶叶生产者和消费者共同关注的问题。本文对茶叶生产中污染物的种类、立体污染链的形成及其控制进行讨论。1 茶叶生产中的立体污染源与其它植物相比，由于具有如下一些的特点，在同等条件下茶树比其它植物对污染更为敏感：茶树是多年生常绿植物，它的叶片与其它一年生植物相比有更多的时间吸附和沉积空气中的污染物；茶树的经济收获部位是幼嫩新梢，也是直接施用农药的部位。茶树芽叶柔嫩纤薄，单位重量的表面积即表面积/体（surface-to-volume ratio）较其它作物大，即使和生长速度较快的蔬菜类相比，茶叶也具有更大的

10、叶面积1,2。按美国Hoerger和Kenega的单位剂量残留量（RUD）概念作为标准，茶树的RUD值界于最高的第一类和第二类之间3；这就是在使用相同剂量和空气中污染物浓度相同条件下，同重量的茶树芽叶由于拥有较大的叶面积，可以沉积较高的农药原始沉积量或吸附较高浓度的环境污染物；茶树是一种能富集土壤和环境中氟素和铝元素的植物，在叶片中氟的浓度常常可以超过1 000 mg·kg-1、铝的浓度可达到几千mg·kg-1级的含量，幼嫩芽叶中的含量比成叶和老叶中低，但也分别可以有几十到几百和几百到上千mg·kg-1级的浓度，明显较其它植物高48；茶树是一种全年多次采收的作物，

11、每年从早春到秋季可以多次采收，在喷施农药条件下，喷药距采收的间隔日期远较其它作物为短，因而出现污染物积累的可能性较大；茶树叶片中的萜烯类化合物含量很高，因而具有比一般植物强的吸附活性。无论在田间条件下还是在室内密闭条件下，对一些挥发性的污染物具有强的吸附力；茶树上采下的鲜叶通常不经洗涤直接加工，因此与其它作物相比，茶叶上的污染物残留水平会较高；茶叶是一种饮用植物，饮用时用水（一种极性溶剂）连续浸泡茶叶，因此浸出的可能性较大。因为上述原因，茶叶的污染物问题显得比其它植物引起更多的关注。如20世纪60年代的六六六和滴滴涕农药残留问题，90年代的铅含量问题，90年代后期的氟问题和有害微生物污染问题，

12、21世纪的氰戊菊酯农药残留问题以及2002年起出现的八氯二丙醚（S-421）污染等等。这些污染的发生给茶产业带来了显著的负面影响。表1列举了茶树生态系中各种污染物的污染途径及其污染源。茶叶生产中的污染源主要有：1.1 土壤污染源土壤中的污染源包括一些矿质元素（如铅、氟、铝等），它们在土壤中的状态决定茶树对这些元素的吸收数量915。土壤中化肥的使用量增加会促进土壤的酸化，提高上述元素的生物有效性。土壤中沉积的农药是植物中农药残留的一个重要污染源。一些持久性的稳定型农药往往是水不溶或低溶的，它们可以被土壤吸附并和土壤有机质相结合，并逐渐挥发和释放到大气相中，由土壤相向气相转移。此外，施入茶园土壤中

13、氮肥在土壤中转化成硝酸盐和亚硝酸盐，经淋溶作用污染水体，或经反硝化作用转为温室气体排放，成为一种污染源。1.2 水体污染源水体中的污染源包括由土壤中淋洗而渗入地下水的硝酸盐和亚硝酸盐。此外，一些水溶性的农药会从植物上流入地下水或小河和水塘中，成为污染源，但这种水溶性的农药往往是非持久性的，它们的半衰期会很短。茶树上微量甲胺磷残留就是由水源中的污染源造成的。当然，水源中的污染物根据蒸汽压的高低会不同程度地挥发到气相中进一步进行循环和污染。1.3 大气污染源大气污染源是茶树立体污染中最为重要的一环。20世纪70年代到80年代茶叶生产中六六六和滴滴涕的残留徘徊不降主要是稻田用药时随着空气漂移进行循环

14、转移和污染的；大气中的铅通过干湿沉降到达茶叶表面，成为茶区铅污染的一个重要污染源1618。2 茶叶生产中的立体污染链尽管生态系中的土壤、水系和空气都可能成为茶树污染的源头，但是每一种污染物的污染源并非固定不变，而是会在不同界面间转移。章力建等提出了农业立体污染（agricultural tri-dimension pollution）的新概念，将点、面的污染提升为立体的模式26,27。它的涵义是：由农业系统内部引发和外部导入，包括农业生产过程中不合理农药和化肥的施用、畜禽粪便排放、农田废弃物处置、耕种措施以及工业废弃污染物农业利用，构成农业系统中水体-土壤-生物-大气的立体交叉污染26。在这里

15、，生物是中心，水体、土壤和大气从不同的界面对生物体带来污染的可能性。从对茶树生态系若干种污染物的迁移转化过程研究，证实了这种立体污染链现象以及不同界面在构成污染上的作用（图1）。表1 茶树生态系中不同污染物对茶叶构成的污染源Table 1 Potential source of various pollutants in tea ecosystems污染物Pollutant污染源Potential source主要污染途径Major pathway of pollution 资料来源Reference六六六Hexachlorocyclohexane (BHC)滴滴涕Dichlorodiphen

16、yl- trichloroethane (DDT)喷施农药Pesticides application污染物吸附在空气中的尘埃上，通过气态转移Pollutants absorbed on dust and transported in the air19甲胺磷Methimidophos喷施农药Pesticides application由地下水转移到水源Leaching into surface or underground water 陈宗懋等(未发表资料) Chen Z M et al.(unpublished)八氯二丙醚Octachlorodipropyl ether蚊香Mosquito

17、-repellent incense 茶叶成品吸附蚊香烟雾中的八氯二丙醚Absorption by tea leaves during processing from fog of incenseburning陈宗懋等(未发表资料) Chen Z M et al.(unpublished)多环芳烃类污染物Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) 多氯代二苯并-对-二恶英/并呋喃(Polychlorinated dibenzo-p- dioxins/dibenzo-furans (PCDD/PCDF)燃料、木材燃烧等Fuels, woods, garbage

18、 burning, etc茶树叶片吸附空气中的气态污染物Absorbed by leaves from air茶叶加工时木材等燃料燃烧产生，被茶叶吸附Released from fuels or woods burning and absorbed by tea leaves during processing 20,21铅Lead工厂排污、废弃物、土壤等Factories wastes, garbage, soil, etc.大气中的铅通过干湿沉降到达茶叶表面或被茶树吸收Deposition on tea leaves surface and absorbed by tea plants随外

19、源生产资料投入带入Input as impurities in agricultural products土壤酸化等因子促进铅由不可利用态转变为可利用态而为茶树根系吸收Change from unavailable to available forms and absorbed by teaplant roots due to, i.e. soil acidification10, 1317, 22氟、铝Fluorine, aluminium工厂、土壤Factories, soil主要通过茶树根系从土攘中吸收，也可从大气中吸收Absorbed by tea plant roots from s

20、oil or by tea plant leavesfrom air8, 11, 23 硝酸盐, 亚硝酸盐 Nitrate, nitrite肥料Nitrogen fertilizer氮肥在土壤中转化为硝酸盐，经淋溶污染水体，或经反硝化作用转为温室气体排放，污染环境Nitrification, leaching, denitrification 24, 252.1 土-水界面间的污染物转移土水界面间污染物转移的实例是土壤中氮肥转化成硝酸盐，并淋溶到地下水中，或汇流到河塘中。硝酸盐和亚硝酸盐之所以是一种环境污染物是因为它们随着食品进入人胃中，在酸性的条件下，会与二级胺化合成亚硝胺，而亚硝胺是一种强

21、致癌物。与中性和石灰性土壤相比，酸性的茶园土壤硝化细菌数量少，硝化作用明显较低28,29。但是茶园土壤仍存在一些耐酸硝化细菌如Nitrosococcus sp.，即使在pH 2时还能起硝化作用30。特别在施氮量比较高的茶园土壤内经常会累积大量的硝态氮，例如日本由于一些茶园中氮肥（N）施用量高达1 000 kg·ha-1，使土壤溶液中硝态氮（N）的含量达到3044 mg·L-124,25，一年内通过NO3-淋溶损失的氮素可达284 kg·ha-1，造成茶园附近地下水中硝酸盐和亚硝酸盐含量超过日本国家标准4倍。茶叶中土水界面间污染物转移的另一个实例是一种有机磷农药甲胺

22、磷。甲胺磷是茶园中的禁用农药，却是稻田中的常用农药。近年来在对中国茶叶中农药残留的检测时，发现茶叶中有时会出现残留水平不高（0.030.1 mg·kg-1）的甲胺磷。据分析，这种残留不是来自直接施药，而与周围水源有关。在稻田喷施甲胺磷后过量的农药会流入土中，再由土壤淋洗到周围的水塘中。当用这种水源进行灌溉和喷施时，水相中的甲胺磷农药就会传递到茶园系统，成为茶园污染物的一个来源。2.2 土-气（植物）界面间的污染物转移土气界面间污染物转移的最好实例是六六六和滴滴涕两种农药在生态系中的转移。六六六和滴滴涕是Root uptake根系吸收大气Air六六六、滴滴涕、重金属BHC, DDT,

23、heavy metals茶树树体Tea plant干湿沉降Wet/dry deposition水体Water水溶性农药Water soluble pesticides重金属 Heavy metals EXIN土壤Soil铅、氟、铝活化Activation of Pb, F and Al NO3-累积Accumulation of NO3-吸收Uptake水溶性农药Water soluble pesticides重金属Heavy metals药液雾滴散逸Droplet spreading and drift 茶叶成品Tea product喷施农药Pesticide application加工过程

24、吸附PAHs、八氯二丙醚、尘埃(重金属)Absorption during processing：PAHs,Octachlorodipropyl ether, Dust (heavy metals)不合理施肥Improper fertilization外来污染物External pollutants虚线表示主要污染来源，实线表示污染物转移途径Dashed lines indicate main pollution sources and real lines indicate transferring routes of pollutants图1 茶叶生产中的立体污染链示意图Fig.1 Sch

25、ematic diagram of tri-dimension pollution chain in tea production外来污染物External pollutants人为非法添加污染色素、添加物等Illegal additives两种持久性的有机污染物，从20世纪50年代初在中国的农业生产中广为应用，造成在农产品中含有很高的六六六和滴滴涕农药残留，严重影响茶叶的出口。1974年农业部宣布禁止在茶树、果树和蔬菜上使用这两种农药，茶叶中的残留随之有明显的下降，但在20世纪70年代后期至80年代初其总体残留水平仍维持在0.30.5 mg·kg-1，而国际上食品的MRL值均定在0

26、.2 mg·kg-1。80年代初对六六六在茶树生态系中的来源、动态变化进行了跟踪研究。研究表明，茶叶中的六六六农药的污染源并非来自土壤和水源，而主要是来自空气漂移19。从连续两年对同一块茶园的土壤和茶梢（在没有芽梢的月份，采集成叶进行分析）进行残留测定的结果表明（图2），茶梢中六六六农药残留水平和茶园上空空气中六六六农药含量的增减呈现同步的增减动态19。36月茶园上空空气中的六六六农药含量很低，茶梢中的六六六残留水平也不高。但79月茶园空气中的六六六含量由于稻田的用药和农药的漂移传带而有所上升，与此同时茶梢中的六六六农药残留水平也相应上升。这种同步增长现象可以说明茶叶中六六六农药残留

27、的污染源是来自空气漂移，而这种六六六的空气漂移和周围稻田的用药密切相关。笔者进行了稻田喷施六六六农药后空气中含量变化的测定表明，在喷药后15 min距喷药地50 m处的茶园空气中六六六农药含量提高了上千倍，只有经过大约15 d后方可降至原来的水平（表2）19。以上两个试验充分证明空气中六六六农药是茶园中茶树六六六农药污染的主要来源，这个结果和前苏联Kopoao B M 等的研究相似31。从大范围来看，自1974年，茶叶生产中停止使用六六六和滴滴涕农药后，中国茶叶中的六六六和滴滴涕农药残留虽有明显下降，但仍维持在0.30.5 mg·kg-1水平，自1982年在全国范围停止生产、使用六六

28、六和滴滴涕农药后，到90年代末起，才得以降到0.1 mg·kg-1以下。拟除虫菊酯类农药在茶树上的成功应用可以作为土-气-植物界面间转移的又一实例，但这是从另一角度来进行探讨。拟除虫菊酯类农药在茶叶生产中广为应用，除了由于直接喷施而引起茶树叶片上有残留外， 很少出现由于农药空气漂移和水源携带而出现的微量拟除虫菊酯类农药在茶树叶片上残留的现象。这是因为拟除虫菊酯类农药的蒸汽压都很低，一般在10-710-9mm 汞柱，在水中的溶解度也很低，在g·L-1水平，因此低挥发性和低水溶性的拟除虫菊酯类农药不太可能通过空气漂移和水系携带实现土-气-茶树叶片各界面间的转移。图2 茶园上空和

29、茶树叶片中六六六含量的月动态变化19Fig. 2 Monthly dynamic change of BHC contents in tea fresh shoots and overhead air of tea garden19表2 稻田喷施六六六经空气漂移对茶园六六六农药残留的影响19Table 2 Influence of BHC application in paddy field on pesticide deposition in tea garden via atmospheric drift 19空气中六六六浓度BHC concentration in air (g·

30、;m-3)喷药前 Before pesticideapplication喷药后2小时2 h after application喷药后5天5 days after application喷药后15天15 days after application喷药稻田 Paddy field after application1.616401387.5距喷药田50 m（顺风）50 m away from pesticide-sprayed paddy field （tail wind）1.11240521.3距喷药田100 m（顺风）100 m away from pesticide-sprayed pad

31、dy field（tail wind） 1.9463371.6距喷药田200 m（顺风）200 m away from pesticide-sprayed paddy field（tail wind）1.5439201.9距喷药田50 m（逆风）50 m away from pesticide-sprayed paddy field（against wind） 1.148121.5另一个例子尽管不完全属于土-气层面转移，但可以说明由空气层面向茶叶中转移的情况。20世纪90年代后期在茶叶中出现一种名为八氯二丙醚的化合物，在有些省份出口欧洲的茶叶中检测到较高的残留超标率。八氯二丙醚是一种增效剂，对

32、菊酯类农药和氨基甲酸酯类农药具有增效作用。为了探明茶叶中八氯二丙醚的污染源，20042005年对此进行了研究。研究表明，茶叶中八氯二丙醚残留的污染源主要来自蚊香。据测定，几乎每一种蚊香（包括盘状蚊香和喷雾蚊香）中都含有浓度不一的八氯二丙醚，含量最低的为0.2 mg·kg-1，最高的达1 100 mg·kg-1。它的传递途径是通过已加工好的成茶对空气中八氯二丙醚的吸附。在茶叶生产地区，每年的夏、秋季蚊虫和蠓普遍发生，在茶叶加工车间有时会点蚊香以驱除。研究表明，由于茶叶具有非常强的吸附能力，在点过蚊香的房间内，48 h内空气中八氯二丙醚的含量足以让原来无污染的茶叶吸附至超过欧盟

33、标准（0.01 mg·kg-1）的残留量，造成八氯二丙醚对茶叶的气态污染。在对茶叶中16种多环芳烃类污染物（PAHs）含量和来源的研究中提出，加工时作为燃料的木材在燃烧时释出而存在于加工车间空气中的PAHs是茶叶中这些污染物的重要来源21,32，这也是气态污染的一个实例。在茶叶生产中，如果大量施用氮肥超过茶树需求时，也会形成污染物从土壤向气态的转化。15N试验表明，温室气体N2O是酸性茶园土壤（pH 3.6）反硝化作用的主要产物33。对4种性质不同的茶园土壤比较研究表明，在低pH（<3.6）和曾经大量施用氮肥（> 1 000 kg·ha-1）的茶园土壤中，通过反

34、硝化作用释放大量的N2O，施氮后嫌气培养2周释放的N2O量达53 mg ·kg-1，约占培养开始时土壤无机氮总量的6.6%，释放速度比酸性针叶林土壤（pH3.7）高2个数量级33。这是由于大量施用氮肥后，茶园土壤累积了高浓度的NO3-，而在未施用大量氮肥的酸性茶园土壤中（施氮400 kg·ha-1·a-1），没有观测到显著的N2O产生。2.3 土壤-生物界面的污染物转移土壤中的污染物直接或通过另一个界面向植物转移在生产中屡见不鲜。铅曾经是20世纪90年代后期浙江、四川、湖南等省茶叶中含量较高的一种重金属元素。从2000年开始进行的试验结果表明，它的污染来源主要有如

35、下几个途径：一是通过根系从土壤中吸收；二是大气中的铅通过干湿沉降粘着于茶叶表面，或通过叶片吸收系统被吸收；三是在加工过程中污染所致，如茶厂所用的含铅燃料在燃烧时释放出的铅烟雾实现的气态传递，或者由于加工场所环境较差以及加工原料直接与地表接触，造成空气尘埃和泥土附着在茶叶上，带来污染10,14,17,18,22,34,35。其中由根系直接从土壤中吸收是重要的途径。中国大部分茶园分布于生态条件较好的山区或半山区，土壤中的铅含量一般在土壤背景值水平15,16,36，而且在通常情况下，土壤中绝大部分的铅以茶树不易吸收的矿物态、吸附结合态等形态存在，只有极少量的铅以生物有效形态存在而被茶树吸收，并不构成

36、污染；但是在土壤酸化条件下，部分以矿物态或结合态存在的铅可转化为游离态而被植物根系所吸收13,16。在某些情况下如施用重金属含量高的磷肥或有机肥，也有可能造成对土壤和茶叶的污染。茶树是一种典型的聚铝植物，在茶树老叶中铝的浓度可达到几千甚至30 000 mg·kg-15,6,37，在成品茶叶中的含量一般在1 000 mg·kg-1以下7。茶叶铝含量高的主要原因，一是可能与茶树生长需要一定量的铝有关，因为适量的铝能促进茶树的生长38,39；而且茶树根系具有活化根际土壤铝有效性的能力，与非根际土壤相比，茶树根际土壤的水溶性铝、交换性铝和吸附羟基态铝的浓度显著增加40。二是可能与茶

37、树生长的酸性土壤中铝的含量很高有关9,12，茶园土壤的交换性铝（1 mol·L-1 KCl浸提）含量为2.5988 mg·kg-112。茶树叶片的氟含量明显高于其它植物，显示茶树对氟具有特别的累积特性5,8,41。茶叶中氟素污染除了来自砖瓦、磷肥、金属冶炼、化工、水泥、陶器等生产厂释放的烟雾中含有的氟素通过气态传送外23，主要通过根系吸收土壤中的氟而积累在芽叶中的11。茶树根系对氟的吸收与外界有效氟水平有关，随介质（溶液或土壤）氟浓度提高而增加11，因此茶叶氟的含量与土壤全氟或水溶性氟含量呈正相关。在pH<5.5的酸性土壤中，土壤溶液中的氟以氟铝络合物为主要形态，铝能

38、促进茶树对氟的吸收11。与此相反，在土壤或吸收溶液中添加钙则显著降低茶树对氟的吸收42,43，从而降低氟从土壤向植物的传递。2.4 水-土-气-生界面间污染链的形成各种污染物尽管可以通过水、土、气各种界面进行转移和交换，但实际上水、土、气和生物是一个整体，是一个大循环链，各个界面中的污染物都可能或多或少地向其它界面进行转移，这与污染物的物理、化学特征以及生物体的特性有密切关系。如一些非水溶性或低溶性化合物在水体中存在的可能性较小。持久性稳定化合物在土中的可能性较大，蒸汽压较大的化合物在气态中存在的可能性较大。从污染物在大循环链中的转移、交换来看，有如下几个特点：2.4.1 污染源对不同界面的偏

39、嗜性 水体、土壤和大气都可能成为茶树污染物的来源，但必有一个是主要的污染源。不同的污染物由于其不同的物理、化学特性使得它们可以偏嗜在某一个界面上扩展、转移，最后造成茶树污染（表3）。例如，六六六和滴滴涕等非水溶性或低水溶性的持久性污染物由于其不溶于水或低水溶性特征，通过水体作为主要传带载体的有效性不大。即使以饱和的六六六水溶液（丙体六六六在水中的溶解度为10 mg·L-1）喷施茶树，也只能造成茶树嫩梢上0.05 mg·kg-1左右的残留水平19。滴滴涕由于水溶解度更低（0.2 g·L-1），通过水体传带的可能性更小。光下易于降解而水溶性又较强的污染物，如一些有机磷

40、农药，通过吸附在空气中的尘埃上而远距离传带的可能性不大，而由水体进行短距离传带的成功率就较大。茶叶中含有一定量的多环芳烃和二恶英多氯代二苯并-对-二恶英（PCDD）和多氯代二苯并呋喃（PCDF）20,21,44，土壤中的PCDD/PCDF一般不能进入植物，因此大气中的PCDD/PCDF可能是茶树的污染主要来源20。而多环芳烃则主要由茶叶加工过程中木材、煤、液化气等燃烧产生，存在于加工场所的空气中，通过吸附进入茶叶21。一些重金属和矿质元素本身主要分布在土壤基质中，但很大一部分呈结合态存在。某些元素含量还与茶叶特定的特性有关，如与自然土壤相比，植茶后土壤逐步酸化，pH降低，交换性铝含量和铝饱和度

41、增加12。由此可见，由于污染物的不同特性，使得在不同的污染物在水体、土壤和大气的相对重要性并不等同。可以根据污染物的物理、化学特性预测其可能的污染途径。也只有探明了污染物的主要存在的相或界面，才能找到关键控制点，进行污染物控制。2.4.2 污染物的时空变化特性和相（phase）间或界面（interface）间的转移特性 从生态学的角度分析，物质转化和迁移是农业立体污染的基础。如茶叶中铅被污染在每年春季的污染水平最高15，同时在空间分布上有明显的特征。研究还表明，空气中铅可逐渐被空气中尘埃吸附，降落在茶树叶片上，或粘附在叶片表面或通过叶片吸收系统进入叶片内部，显著增加茶叶铅含量15,16,35，

42、叶面积越大，接受的降尘越多，铅含量越高17。分布于工业化程度较高地区茶园比工业化程度低地区接受的铅要高14。许多研究表明，离公路愈近的茶园，茶叶中的铅污染也愈严重13,15,16,35。在茶园田间喷药时，大量的农药雾滴会降落在土壤中。如果这些农药是挥发性化合物，它们会从固态的土壤中转移到大气中，并随着空气而漂移，逐渐转移到茶树上。从20世纪80年代以来，六六六已在中国停止生产、使用和销售，但由于六六六是一种持久性的农药，即使目前并不使用，但在土壤中已有一定量的蓄积。这些在土壤中的六六六由于具有一定的挥发性，因此会由固态转移为气态，再沉降到茶树上。正因为如此，即使80年代以来，在茶树上没有使用过

43、六六六，但在茶叶中仍可检测到微量的六六六残留。近年来，茶叶中的八氯二丙醚的残留水平在时间上也呈现一定的规律性，超标率通常在夏、秋季出现高峰，这与蚊香的使用量相关。尽管这不属于茶园生态系的问题，但也可以说明污染物的时空特征。实践证明，在掌握了时空特性和界面间转移特性的基础上，可以在高峰发生期以前进行防治和节点阻控。表3 化合物的不同物理/化学特性影响污染物在不同界面中的偏嗜性Table 3 Influence of physical/chemical characters of compound on the tendency of pollutants on various interface

44、s化合物的物理/化学特性Physical/chemical characters of compound可能的主要界面转移Possible transfer between major interfaces实例Examples高蒸汽压High vapor pressure （10-410-6 mm Hg）气相茶树AirTea plant敌敌畏、二溴磷、马拉硫磷、多氯代二苯并二恶英/呋喃Dichlorofos, Dibrom, malathion, PCDD/PCD低蒸汽压Low vapor pressure（10-710-9 mm Hg）进入气相界面的可能性小Low possibility i

45、n transferring to air interface拟除虫菊酯类农药Pyrethroids水溶解度高、蒸汽压高High water solubility and high vapor pressure水气茶树或水茶树WaterAirTea plant or waterTea plant甲胺磷、马拉硫磷Methimidophos, Malathion水溶解度高、蒸汽压低High water solubility and low vapor pressure水茶树Water Tea plant咪蚜胺Imidacloprid蒸汽压高、光敏性强High vapor pressure and

46、photosensitivity气茶树Air Tea plant辛硫磷，甲胺磷Phoxim, Methimidophos蒸汽压低、稳定性强Low vapor pressure and high stability滞留在植物表面Retain on tea plant surface拟除虫菊酯类农药Pyrethroids低水溶解度、高稳定性Low water solubility and high stability土壤茶树或气相茶树Soil Tea plant or air Tea plant铅Pb3 茶叶生产中立体污染链的安全性评价、阻控和对创新技术的需求3.1 茶叶中污染物的安全性评价在对污

47、染源和污染物转移研究的同时，必须对存在于茶叶中的污染物进行安全性评价。不同的污染物对人体具有不同的毒性程度，要按照风险分析的原则进行安全性评价。从茶叶生产而言，最重要的是应关注茶汤中的污染物浓度，即人体通过饮茶可能摄入的污染物数量。以农药残留为例，溶解度愈高的农药在泡茶时的浸出率也愈高，这样可以按最大的茶叶日消费量测算摄入量占污染物每天允许摄入量（ADI）的比率。根据所占比率的大小即可判断其安全性的大小。一部分农药如滴滴涕、六六六、三氯杀螨醇、几乎所有的拟除虫菊酯类农药，以及多环芳烃和二恶英类污染物在水中的溶解度都很低，在泡茶时进入茶汤中的比率一般只有1%5%左右。假如1 kg含1 mg某污染

48、物残留的茶叶，在泡茶时进入茶汤中的量只有0.01 mg（即10微克），也就是说1 kg茶叶在泡茶时进入茶汤中的量只有10 g。通过风险分析表明，通过饮茶进入人体的这类污染物的量只占允许摄入量（ADI）值的几百分之一到几千分之一。PCDD/PCDF是一类具有致癌性的持久性有机污染物，WHO制订的每天允许摄入量为14 pg·kg-1。据对绿茶、砖茶的研究表明，一个70 kg体重的人通过饮茶而摄入的PCDD/PCDF类污染物量为WHO制订的ADI值的6%10%20。多环芳烃类污染物包括有多种2个环到多环的化合物。据测定，在茶汤中主要是24环毒性较低的污染物为主（占总多环芳烃类污染物的91.

49、2%97.2%），毒性较大的56环的多环芳烃类在茶汤中未发现，每人每天通过饮茶摄入的多环芳烃类污染物不会对人体健康安全构成威胁32。但另一方面，一些在水中溶解度较高的污染物（如乐果、敌敌畏、马拉硫磷和甲胺磷等农药，硝酸盐和亚硝酸盐，铅、氟等污染物）在泡茶时的浸出率相对较高，风险性也相对较大。对于这类水溶性高的农药从人体安全考虑，不适宜在茶叶生产中使用。铅从茶叶中进入茶汤中比率约为20%（一般实验浸出度在10%30%）7,10，如茶叶中铅含量均按5 mg·kg-1（中国2005年标准）、每杯茶4.3 g茶叶（按每人每天最高饮茶13 g，分3次泡饮）和150 ml水，茶汤中的含铅量为29

50、 ng·ml-1，低于中国规定的饮用水中铅的允许标准（30 ng·ml-1，日本和WHO规定的标准为50 ng·ml-1）。而氟对人体健康有双重影响，适量的氟有益于健康，过量引起氟中毒，多数国家规定每人每天氟的允许摄入量（RDA）最高为3.04.0 mg，中国2000年规定的每人每天氟的允许摄入量为3.0 mg。中国一般红、绿茶中含氟量一般在150 mg·kg-1以下45，按上述饮用方式，即使按茶叶中氟的含量为300 mg·kg-1计算（农业行业标准），氟的浸出率为70%（一般在30%90%之间），氟的摄入量为1.36 mg，仅为允许摄入量的1

51、/2以下。但砖茶和紧压茶所用原料以成熟叶或老叶片为主，氟含量高，泡茶时茶汤中的含氟量也较高，因此在大量饮用时宜注意摄入量。3.2 茶叶生产中立体污染链的阻控农业立体污染涉及土、水、气和生物等界面，通过各界面间的污染物交换与转移，使生物体受到污染，同时还由于相互间的影响、转化和作用而起到循环污染。因此在治理上应首先确定其污染源，通过对污染源的阻断，实现对整个立体污染链的控制。从茶叶生产而言，关键是贯彻茶叶全程清洁化生产过程，对各种污染物进行源头管理，控制与阻断各界面间污染源传递，以实现茶叶生产中的污染物治理。2002年6月中国全国人民代表大会常务委员会通过了清洁化生产法，这标志着中国的工、农业生

52、产步入了一个新阶段。2000年年底在茶叶生产上率先提出了茶叶的清洁化生产，2006年中又进一步提出茶叶生产全程清洁化，它既包括茶园环境中的土、水、空气等因素，也包含茶树种植、生产加工等环节，还涉及包装、销售、保管贮存等不同方面46。如上所述，土、水、空气是农药残留、重金属、硝酸盐、多环芳烃类污染物的污染源。因此，在茶园选择时要考虑到茶园与工厂、矿区、居民区、其它农田的隔离，要考虑到农药、重金属和其它污染物的污染来源。茶叶种植中的清洁化是当前阻控农药残留、重金属、硝酸盐污染源的关键控制点，特别是要合理选用农药，继续贯彻禁止使用国家禁用和停用的农药（如氰戊菊酯、三氯杀螨醇、乐果、甲胺磷、乙酰甲胺磷

53、、甲氰菊酯等），严格实施安全间隔期规定；要摸清不同地区铅污染的来源，针对性地采取措施降低污染；对酸化严重的土壤进行改造，降低铅、铝、氟等元素的生物活性。茶叶生产加工清洁化包括贯彻食品卫生法，严格杜绝茶叶生产中加入添加剂和注意夹杂物的进入；加强茶厂中的设备改造和清洁卫生，尽可能实现茶厂生产的连续化，做到“不落地生产”；注意茶厂加工人员的清洁卫生，逐步实现茶厂的“封闭”式生产，加工机械原料、燃料和机械用润滑油的清洁化应提到新世纪的茶厂改造计划中。茶叶深加工过程的清洁化要注意溶剂残留问题，向“绿色产业”的方向发展。茶叶包装、运输和保管贮存的清洁化同样至关重要，要求包装材料不含有害物质，运输过程中严防

54、污染。3.3 茶叶立体污染阻控对创新技术的需求农业立体污染是工、农业快速发展的一个伴生产物，是由不合理的农业生产方式和人类活动引起的，因此在立体污染的防控技术上一方面要审视以往技术上暴露出来的问题。另一方面要进行科技创新，研究新问题，提出新方法。农药残留占当前茶叶生产中污染物总量的60%70%，减少化学农药的用量已是全世界的共识，但农作物上有害生物的治理到目前为止还离不开化学农药。从茶树这个饮用型的健康作物而言，减少化学农药的应用量显得更为必要，如何实现这个目标任重道远。应用综合防治策略是减少茶园农药用量、降低农药残留量的一项有效技术措施。近年来，在化学生态学方面的研究为实现有害生物控制描绘出

55、了诱人的前景。植物并非“聋子”也非“哑巴”，相反它能通过挥发物的释放来调节生态系的生物种群，在遇到有害生物危害时通过挥发物的释放向有益生物发出“SOS”求救信号47。而小小天敌昆虫也非无能之辈，它们可以凭借两根纤细的触角辨别出浓度低至10-810-10，人鼻无法辨别的挥发性化合物而寻找到有害昆虫。这些并非是童话片中的故事，而已为许多试验所证实48,49。如何通过人类的帮助和介入用模拟的挥发物来调节茶园生态系中有害生物和有益生物种群的比例以达到种群平衡的目的，并帮助天敌找到害虫，是目前和未来几年农业立体污染研究的一项研究内容。不合理的化肥使用也是农业立体污染的一个重要方面。日本茶叶生产中施用高剂

56、量的氮肥，使得地下水中硝酸盐和亚硝酸盐的含量比日本规定的标准（10 mg·L-1）高出4倍，而且温室气体如N2O排放量也大幅度增加，引起环保工作者的关注。中国近年来茶叶效益较好，促使氮肥的投入快速增长，在部分地区存在着氮肥投入过量的问题。如对浙江省杭州市西湖区和新昌茶园氮肥的用量平均达560 kg·ha-1，为收获的生物量的4倍，据此推算平均表观利用率在25%左右，一些茶园在20%以下。大量施用氮肥还造成土壤质量严重退化，特别是茶园土壤酸化严重，pH低于4.0的土壤极为普遍，相当一部分茶园土壤的pH在3.5以下，增加了重金属铅等的溶出和茶树对铅的吸收，近年来受广泛关注的茶叶

57、铅含量超标问题可能与此有关。损失的氮素大部分进入地下水或进入大气，造成水资源和大气污染，引发水体富营养化和气温升高等严重的环境问题，而一些有机肥中的重金属也对茶叶的清洁化生产构成了威胁。因此，未来需要研究茶园系统内养分元素的吸收、转化和循环的基本规律，提出养分管理和施肥的新技术，在提高施肥效率的同时，减轻茶叶生产对环境的影响；随着重金属残留污染风险增加，建立产地环境评价体系，提出茶叶安全、清洁化生产过程中重金属污染的预防、减轻和治理技术等，也是未来的一项重要工作。立体污染物的检测是对农业立体污染链防患于未然的重要步骤。要及时掌握茶园生态系中污染物的总体水平和污染源的水平，对目前已列入“黑名单”的污染物种类要进行系统检测，对尚未觉察的污染物更要掌握动态，必要时要发出预警，引起政府重视。要掌握和分析国外有关标准的进展。要认真和科学地解读国外有关标准。References1 陈宗懋. 茶园用药安全性指标的设计. 茶叶科学, 1984, 4(1): 9-18.Chen Z M. Design of safety parameters for selecting the pesticide used in tea