论文摘要
镉是环境中对动植物以及人类毒性最强的典型重金属污染物。重金属对环境的危害程度,不仅取决于重金属的总量,更主要由重金属在环境中的存在形态所决定。重金属在环境中的存在形态决定了其在环境中的迁移转化和生物活性,从而决定其生物可给性,并最终通过食物链对人类健康产生影响。重金属的生物可给性（Bioavailability）指重金属能被生物吸收或对生物产生毒性的性状,受环境和生物体自身的综合影响,涉及到物理、化学及生物学等各个方面。土壤-植物系统中重金属的生物可给性研究直接反映土壤重金属的污染程度及重金属对生态系统和人体健康的危害,并为重金属污染土壤的修复和当地的农业生产提供理论依据。本研究以澄迈万昌苦丁茶场为研究对象,采集了茶树土壤、茶树根及茶树叶样品,测定了土壤的理化性质,并针对采集样品开展了苦丁茶树土壤镉的生物可给性研究。同时从茶场获取苦丁茶产品,对茶叶产品中镉暴露水平及其饮用的健康风险进行了评估。主要研究内容与结果包括：建立了高压密封消解-石墨炉原子吸收光谱法测定茶树土壤、茶树根及茶树叶样品中镉含量的方法,对土壤-茶树系统中镉的分布和富集特性进行了研究。结果表明：采用高压密封罐消解样品,可得到澄清透明的样品溶液,以石墨炉原子吸收光谱法对样品溶液进行测定,镉的浓度在0.0～10.0ng·mL-1范围内呈良好线性关系,相关系数R2=0.9920,检出限为0.300ng·mL-1,力法精密度RSD<5%,加标回收率94%～108%。澄迈万昌苦丁茶场土壤-苦丁茶树系统中镉的含量分布为：树根>树叶>>根际土壤>非根际土壤,苦丁茶树对镉具有较强的富集作用,其富集作用大小为树根>树叶,树根的平均富集系数为4.0,树叶为3.4。树根对土壤中镉富集后,部分向树叶中迁移,平均迁移系数为0.85。镉在苦丁茶树中的富集与土壤理化性质（pH、Eh、含水率、土壤有机质、挥发酚）的相关性不显著,这可能跟不同采样点土壤理化性质的差异不大有关,也可能表明这种以元素总量计算的富集性无法反映植物的生物吸收本质。相对来说,pH、Eh对镉在树根中的积累具有一定的负相关性,而对镉在树叶中的积累表现为一定的正相关,土壤有机质、含水率及挥发酚对镉在苦丁茶树中的积累均表现为一定的负相关。因此,降低土壤pH、Eh及升高土壤含水率、有机质和挥发酚对降低镉在茶树叶中的富集有利。采用BCR连续提取法对澄迈苦丁茶树的根际土壤与非根际土壤中镉的形态分布进行了分析。结果显示,根际土壤中镉的酸提取态和可还原态所占比例小于非根际土壤；而残渣态和可氧化态所占比例高于非根际土壤。表明根际土壤中镉的生物可给性低于非根际士壤,这点可能跟苦丁茶树根对镉的强富集性有关,因为苦丁茶树根对镉的强富集导致根际土壤中有效态镉大量向树根迁移,从而相对降低根际土壤中镉的生物可给性。为了更全面的表征苦丁茶树土壤中镉的生物可给性,本实验进一步采用五种浸提剂对茶树土壤中有效镉进行提取研究,同时与BCR方法提取的有效态包括F1和（F1+F2）进行比较,结果表明,各浸提剂对茶树土壤中镉的浸提率大小顺序为：（F1+F2）＞F1＞FDTA＞盐酸>柠檬酸>醋酸铵>DTPA,从提取态镉与茶树叶中镉的相关性分析显示,盐酸提取态及BCR方法中的F1提取态、（F1+F2）提取态（或活性系数MF）与茶树叶中镉的相关性显著,表明这些形态的镉较容易转移到茶树叶中,其生物可给性高,同时三种提取态的提取率也处在较高的水平,因此采用这三种提取态来表征苦丁茶树土壤中镉的生物可给性是恰当的。以土壤镉的三种提取态和活性系数MF对土壤理化性质作相关性分析得出：pH与4种指标均呈显著正相关,Eh与F1、（F1+F2）呈显著负相关,含水率、挥发酚与活性系数MF呈显著负相关,有机质与盐酸提取态呈显著负相关。说明降低土壤pH及升高土壤含水率、有机质、挥发酚和Eh对降低镉的生物可给性有利,这一结论与茶树根、叶中镉的富集性规律基本一致。采用微波消解原子吸收光谱法测定了万昌茶场成品苦丁茶中镉、钙、镁、铁、锌、锰的含量,结果显示,春茶中对身体有益元素的含量明显高于夏茶,而对身体有害元素镉的含量明显低于夏茶。夏茶中镉的含量达1.122μg·g-1,根据中华人民共和国农业部茶叶中镉的限量标准（NY659-2003,Cd≤1μg·g-1）,夏茶中镉元素超标,饮用夏茶存在健康风险,为此本实验研究了苦丁茶中镉的溶出特性。结果表明苦丁茶浸泡20min时镉的溶出率最大,此时春茶与夏茶的一次茶水镉的溶出率分别为64.5%与34.0%,夏茶的溶出率小于春茶,同时镉的溶出均随次数的增加而依次减小。借鉴美国环保局推荐的评价模型,本文建立了苦丁茶镉溶出的健康风险评价模型。据此对夏茶的评估表明,如果全部摄入苦丁茶中的镉,夏茶中镉产生的平均致癌年风险Rc为2.8×10-6,而如果饮用夏茶水,按最大溶出量计,夏茶水中镉的致癌年风险Rc为8.5×10-7a-1,根据国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的化学致癌物可接受水平Rc（?）5×10-5a-1,可见夏茶中镉不管是按总量计还是按浸泡出的量来计,其风险均比推荐可接受水平低1至2个数量级,因此澄迈苦丁茶镉暴露的健康风险小,可安全饮用。