清鎮(zhèn)市部分農(nóng)村土壤中鉛?鉻和鎘含量的評(píng)價(jià)

陳偉 陳焰 賀士軍 李海暢

摘要 [目的]以貴州省清鎮(zhèn)市農(nóng)村土壤為研究對(duì)象，考察清鎮(zhèn)市部分農(nóng)村土壤中鉛、鎘、鉻的含量。[方法]對(duì)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)50份土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)，石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定土壤中鉛、鎘含量，火焰原子吸收分光光度法測(cè)定土壤中鉻含量。[結(jié)果]土壤樣品中的鉛、鉻、鎘最高含量分別為81.9、193.7、0.792 mg/kg，鉛、鉻均未超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—1995）規(guī)定的350、250 mg/kg，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎘元素超出0.6 mg/kg。樣品中鉛、鉻、鎘單因子污染指數(shù)最大分別為0.107 8、0.466 7、1.160 3，鎘元素大于1，鉛、鉻元素均小于0.7，說(shuō)明鎘元素有輕微污染，而鉛、鉻均在安全范圍內(nèi);綜合污染指數(shù)最大為0.916 3，小于1，達(dá)到尚清潔、安全的水平。[結(jié)論]該研究為土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及土壤重金屬污染綜合治理提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 農(nóng)村土壤;鉛;鉻;鎘;評(píng)價(jià);清鎮(zhèn)市

中圖分類號(hào) X833文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）11-0060-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.019

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract [Objective] Taking the rural soil of Qingzhen City， Guizhou Province as the research object， the contents of lead， cadmium and chromium in some rural soils of Qingzhen City were investigated.[Method]50 soil samples from 5 townships were tested. The content of lead and cadmium in soil was determined by graphite furnace atomic absorption spectrophotometry. The content of chromium in soil was determined by flame atomic absorption spectrophotometry.[Result]The highest contents of lead， chromium and cadmium in the monitoring soil were 81.9 mg/kg， 193.7 mg/kg and 0.792 mg/kg， respectively. Lead and chromium were less than 350 mg/kg and 250 mg/kg from “Soil Environmental Quality Standard” （GB15618-1995）， but cadmium contents of some soil samples exceeded 0.6 mg/kg. The single factor pollution index of lead， chromium and cadmium in the sample was 0.107 8， 0.466 7， 1.160 3，respectively. The cadmium element was greater than 1， and the lead and chromium elements were all less than 0.7， indicating that the cadmium element was slightly polluted， while lead and chromium were within the safe range;the comprehensive pollution index was 0.916 3， which was less than 1， and it was still clean and safe.[Conclusion] The study provides a basis for the comprehensive management of soil environmental quality and comprehensive treatment of soil heavy metal pollution.

Key words Rural soils;Lead;Chromium;Cadmium;Evaluation;Qingzhen City

作者簡(jiǎn)介 陳偉（1982—），男，湖南懷化人，主管技師，從事環(huán)境污染物以及食品中有毒物質(zhì)研究。

收稿日期 2018-11-23

隨著現(xiàn)代工業(yè)和城市的不斷發(fā)展，近年來(lái)土壤持續(xù)受到含有重金屬的工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)公共基礎(chǔ)設(shè)施排出的廢水、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域廣泛施用的各種農(nóng)藥、化肥及大氣降塵等的污染，其中鉛、鎘、鉻等重金屬是土壤的重要污染源之一[1]。貴州省是礦產(chǎn)資源大省，蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源，不合理的開采礦藏資源，造成了十分嚴(yán)重的土壤污染[2]。由于人類活動(dòng)范圍的不斷擴(kuò)大，土壤受到人類活動(dòng)的影響程度也日益加深，重金屬污染元素Pb、Cd、Cr等生物毒性顯著的元素因人類生產(chǎn)生活等因素流入土壤，致使土壤中重金屬含量增加，環(huán)境質(zhì)量下降和生態(tài)惡化，最終造成土壤重金屬污染。重金屬污染在土壤中具有移動(dòng)性差、滯留時(shí)間長(zhǎng)、不容易擴(kuò)散和稀釋，不能被微生物分解等特點(diǎn)，有明顯的生物富集作用[3-4]。這些重金屬污染元素被農(nóng)作物吸收后，對(duì)植物的形態(tài)、生長(zhǎng)、繁衍造成危害，引起植物的高度、根莖的長(zhǎng)度、葉片的面積等一系列生理特征的變化，最終對(duì)其生長(zhǎng)、產(chǎn)量以及品質(zhì)都有較大影響[5]。鉛、鎘、鉻等還具有顯著的生物毒性，對(duì)人體和動(dòng)物體主要通過(guò)食物鏈的富集來(lái)危害人畜健康，在土壤中積累遷移，通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，導(dǎo)致一些慢性病、畸形、癌癥等發(fā)生[6]。重金屬能夠抑制人體化學(xué)反應(yīng)酶的活性，使細(xì)胞質(zhì)中毒，從而傷害神經(jīng)組織，還可直接導(dǎo)致組織中毒，損害肝、腎等器官。一旦重金屬進(jìn)入人體，就會(huì)與人體內(nèi)的重要物質(zhì)發(fā)生配位，改變了正常生理功能，可進(jìn)入神經(jīng)系統(tǒng)，干擾了神經(jīng)的正常功能，成為植物人，甚至導(dǎo)致死亡[7]。

貴陽(yáng)市現(xiàn)已逐步發(fā)展成為擁有冶金、煤炭、機(jī)械制造、電子、電力、儀器儀表、化工等的新興工業(yè)城市，清鎮(zhèn)市是貴陽(yáng)工業(yè)區(qū)的主要分布區(qū)之一[8]，現(xiàn)有鋁工業(yè)園區(qū)、百花工業(yè)園、復(fù)合肥廠、爆竹廠、油石廠、釀酒廠、水泥廠等分布于部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)。據(jù)調(diào)查，貴州省清鎮(zhèn)市蔬菜中Pb、Cr、Cd含量常出現(xiàn)含量超標(biāo)現(xiàn)象，其中 Cd 超標(biāo)嚴(yán)重[9]。如今，在土地資源日益緊張的情況下，既要滿足人口糧食的需求，又要發(fā)展經(jīng)濟(jì)，對(duì)農(nóng)村土壤重金屬污染情況監(jiān)測(cè)、降低重金屬在食物中的含量變得非常重要和迫切[10]。目前，對(duì)土壤中重金屬檢測(cè)的方法越來(lái)越多，常用的檢測(cè)方法有電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、分光光度法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子-質(zhì)譜法等。在土壤重金屬檢測(cè)的過(guò)程中，前處理方法也非常重要，傳統(tǒng)的前處理方法有電熱板消解法、高壓消解罐消解法、微波消解法和堿熔法等，其中微波消解法是一種最常用的前處理方法，與其他前處理方法相比，具有熱效率高、節(jié)能、省時(shí)、安全、待測(cè)元素?fù)p失少等優(yōu)點(diǎn)[11]。筆者利用微波消解法對(duì)土壤進(jìn)行前處理，石墨爐原子吸收分光光度法與火焰原子吸收分光光度法檢測(cè)所監(jiān)測(cè)的清鎮(zhèn)市農(nóng)村土壤鉛、鉻、鎘含量，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)所監(jiān)測(cè)的土壤污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

安捷倫240Z石墨爐原子吸收光譜;安捷倫240FS火焰原子吸收光譜;美國(guó)CEM微波消解儀（Mars-Xpress型）;梅特勒XP204電子天平（萬(wàn)分之一）;東方科創(chuàng)EHD-24趕酸儀;鹽酸;硝酸;氫氟酸;鉛（GSB04-1742-2004）、鉻（GSB04-1723-2004（a））、鎘（GSB04-1721-2004）標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 測(cè)定方法。

根據(jù)《土壤質(zhì)量鉛、鎘的測(cè)定》（GB/T 17141—1997）采用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定土壤中鉛、鎘的含量（儀器條件如表1所示）;根據(jù)《土壤總鉻的測(cè)定》（HJ 491—2009）采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定土壤中鉻的含量（儀器條件：波長(zhǎng)283.3 nm，狹縫寬度0.4 nm，燈電流2.0 mA，乙炔流量1.5 L/min，空氣壓力0.2 MPa，燃燒頭高度7 mm）;土壤pH采用電位法測(cè)定。

1.2.2 采樣與樣品前處理方法。

1.2.2.1 樣品采集。

從清鎮(zhèn)市東西南北中5個(gè)方位抽取5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為采樣對(duì)象。每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)采用“蛇型線”采樣法，布置10個(gè)點(diǎn)，采樣時(shí)，采集5～20 cm深表層土壤，在10 m2范圍內(nèi)按照5點(diǎn)取樣法采集土壤混合為一個(gè)樣品，樣品總量為1 kg左右，于6—8月開展采樣工作，采樣過(guò)程中做好相關(guān)記錄。

1.2.2.2 樣品前處理。

①將樣品（一般不少于500 g）混勻后用四分法縮分至100 g，縮分后的土樣再經(jīng)風(fēng)干處理后去除土樣中的石子和植物殘?bào)w等異物。用研缽碾壓土壤，過(guò)2 mm尼龍篩除去沙礫后，進(jìn)一步研磨，再過(guò)100目尼龍篩，混勻后干燥（105 ℃干燥2 h）備用。

②稱取約0.200 0 g的已處理樣品，置于聚四氟乙烯消解罐中，用少量水潤(rùn)濕，加入6 mL硝酸、2 mL鹽酸加蓋，靜置過(guò)夜后，開蓋放入趕酸儀中加熱10 min，再分別加入6 mL氫氟酸后加熱保持微沸30 min后，停止加熱放冷。

③向消解罐子中加入6 mL硝酸，將消解罐加蓋擰緊放入Mars-Xpress型微波消解儀爐腔內(nèi)，設(shè)定微波消解程序（一個(gè)大氣壓），設(shè)置時(shí)間程序（表2），進(jìn)行樣品消解。④自動(dòng)冷卻后取出消解罐，打開內(nèi)外蓋，置于150 ℃趕酸儀上加熱，揮發(fā)近干后冷卻。

⑤用1～2 mL的去離子水沖洗消解罐罐蓋及罐壁2～3次，洗滌液用注射器進(jìn)行抽濾，濾液轉(zhuǎn)移至25 mL比色管中，去離子水定容，混勻待測(cè)。

1.2.2.3 質(zhì)量控制。

采取每間隔6～8個(gè)樣品設(shè)置平行樣進(jìn)行質(zhì)量控制，平行樣品相對(duì)偏差在4%的范圍內(nèi)。

1.2.2.4 最低檢出限。

被測(cè)定元素能產(chǎn)生的信號(hào)為空白值的標(biāo)準(zhǔn)偏差3倍時(shí)，樣品中鉛、鉻、鎘的濃度為最低檢出限[12]。

1.2.2.5 線性范圍試驗(yàn)。

分別配制0、10.0、20.0、30.0、400、50.0、60.0 μg/L鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液，0、10.0、20.0、30.0、40.0、500、60.0 μg/L鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液，0、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、300 μg/L鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別進(jìn)樣10 μL，以標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度（X）為橫坐標(biāo)、吸光度值（Y）為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2.6 回收率試驗(yàn)。

為檢驗(yàn)該方法的穩(wěn)定性，取已測(cè)土壤內(nèi)控樣GBW07454樣品6份的標(biāo)準(zhǔn)樣，按照樣品方法處理制備樣品液，測(cè)定并計(jì)算Pb、Cr、Cd元素平均加標(biāo)回收率[13]，檢測(cè)含量方法同“1.2.1”。

回收率=內(nèi)控樣品測(cè)定值/ 內(nèi)控樣已知值×100%。

1.2.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.3.1 污染等級(jí)劃分。

單因子污染指數(shù)與綜合污染指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

1.2.3.2 土壤污染的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）中土壤重金屬含量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為土壤污染的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表4。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤環(huán)境中鉛、鉻、鎘含量的測(cè)定

對(duì)清鎮(zhèn)市5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（數(shù)字1～10分別為采樣點(diǎn)）50份土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果如表5所示。

由表5可知，土壤中鉛的含量為10.8～81.9 mg/kg，平均含量為32.4 mg/kg;鉻的含量為31.5～1937 mg/kg，平均含量為76.5 mg/kg;鎘的含量為0.103～0792 mg/kg，平均含量為0.366 mg/kg;土壤pH為5.67～860，呈弱酸性或弱堿性;土壤中鉛、鉻含量符合我國(guó) 《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量值350、250 mg/kg，而衛(wèi)城鎮(zhèn)與麥格鄉(xiāng)鎘元素分別超標(biāo)0.013、0.048 mg/kg。

2.2 最低檢出限

經(jīng)分析，土壤環(huán)境中鉛、鉻、鎘的最低檢出限濃度分別為0.02、0.038、0.001 mg/kg。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

以濃度為橫坐標(biāo)（X）、吸光度為縱坐標(biāo)（Y），繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（表6），鉛、鉻、鎘相關(guān)系數(shù)分別為0.999 7、0.999 4、0.999 2，相關(guān)性良好。

2.4 回收率試驗(yàn)

由表7可見，該試驗(yàn)條件下，鉛、鉻、鎘的回收率均大于80%，小于120%，回收率好，相關(guān)性好。

2.5 土壤污染指數(shù)

清鎮(zhèn)市不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤質(zhì)量情況采用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法，《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）中土壤重金屬含量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為土壤污染的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其污染指數(shù)分析結(jié)果見表8。

由表8可知，除衛(wèi)城鎮(zhèn)和麥格鄉(xiāng)土壤的鎘的單因子污染指數(shù)大于1外，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤鉛、鉻、鎘的單因子污染指數(shù)都小于1，說(shuō)明衛(wèi)城鎮(zhèn)和麥格鄉(xiāng)受到鎘元素的輕度污染，而其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤鉛、鉻、鎘在安全水平內(nèi)。從綜合污染指數(shù)上分析，土壤鉛、鉻、鎘的綜合污染指數(shù)均小于1，達(dá)尚清潔、安全水平。對(duì)比分析清鎮(zhèn)市部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村土壤鉛、鉻、鎘含量結(jié)果與國(guó)家農(nóng)田土壤質(zhì)量限量標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)所監(jiān)測(cè)土壤中鉛、鉻均在國(guó)家農(nóng)村土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，衛(wèi)城鎮(zhèn)與麥格鄉(xiāng)鎘元素稍微超出限量范圍。鎘元素污染土壤的原因可能是由于離化工廠較近、鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)有工廠、施用含重金屬的化肥或農(nóng)藥而引起土壤鎘元素的輕微污染，具體原因還需進(jìn)一步調(diào)查和研究。

3 結(jié)論

該研究對(duì)清鎮(zhèn)市部分農(nóng)村土壤中鉛、鉻、鎘的含量進(jìn)行了檢測(cè)和分析，結(jié)果表明，所監(jiān)測(cè)的5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，土壤鉛的含量為10.8～81.9 mg/kg，平均含量為32.4 mg/kg;鉻的含量為31.5～193.7 mg/kg，平均含量為76.5 mg/kg;鎘的含量為0103～0.792 mg/kg，平均含量為0.366 mg/kg;土壤 pH在5.67～8.60，呈弱酸性或弱堿性，鉛和鉻均符合我國(guó)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量值350、250 mg/kg，衛(wèi)城鎮(zhèn)農(nóng)村土壤中鎘元素超出限量值0.6 mg/kg，從單因子污染指數(shù)可以看出，衛(wèi)城鎮(zhèn)和麥格鄉(xiāng)的鎘的單因子污染指數(shù) PCd分別為1.021 5、1.160 3，其他土樣的PCd、PCr、PPb的單因子污染指數(shù)均小于1，說(shuō)明衛(wèi)城鄉(xiāng)和麥格鄉(xiāng)受到土壤鎘元素的輕度污染。從總體來(lái)看，使用綜合污染指數(shù)分析，監(jiān)測(cè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤中鉛、鉻、鎘均未大于1，即尚清潔、安全水平。據(jù)筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)城鎮(zhèn)與麥格鄉(xiāng)受工業(yè)影響較大，降低工業(yè)廢氣及廢水中鎘含量是減少土壤鎘污染的主要措施，需有關(guān)部門引起關(guān)注，以阻止土壤中鎘元素的進(jìn)一步富集和土壤環(huán)境質(zhì)量的進(jìn)一步惡化。

參考文獻(xiàn)

[1] 王麗君.淺析土壤環(huán)境中的重金屬污染[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（3）：243-245.

[2] 張建江，楊勝元，王林.貴州土壤環(huán)境污染現(xiàn)狀及其防治建議[J].貴州地質(zhì)，2008，25（4）：292-296.

[3] 趙新雙.土壤污染現(xiàn)狀及防治措施[J].現(xiàn)代農(nóng)村科技，2009（12）：37-39.

[4] 彭帥.環(huán)境污染物在土壤介質(zhì)中遷移行為研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2010.

[5] 楊志新，馮圣東，劉樹慶.鎘、鋅、鉛單元素及其復(fù)合污染與土壤過(guò)氧化氫酶活性關(guān)系的研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，13（4）：138-141.

[6] 范拴喜，甘卓亭，李美娟，等.土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26（17）：310-315.

[7] 董鑫瑜，陳佳琦，劉帆，等.食品及生活用品中重金屬檢測(cè)綜述[J].化工管理，2013（12）：237-238.

[8] 鄧秋靜，宋春然，謝鋒，等.貴陽(yáng)市耕地土壤重金屬分布特征及評(píng)價(jià)[J].土壤，2006，38（1）：53-60.

[9] 靳輝勇，齊紹武，趙世浩，等.我國(guó)蔬菜重金屬污染現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（6）：255-257.

[10] 何冠華.不同基因型小麥對(duì)土壤重金屬污染響應(yīng)及抗性篩選研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[11] 韋猛，劉永強(qiáng).石墨消解-ICP-MS同時(shí)測(cè)定土壤中的五種重金屬元素[J].大眾科技，2016，18（8）：43-44，61.

[12] 徐紅穎.食品中的重金屬檢測(cè)方法研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2013（1）：22-23.

[13] 伍云卿，涂杰峰，范超，等.加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)方案探討[J].福建分析測(cè)試，2010，19（3）：67-68，71.

[14] 宋偉，陳百明，劉琳.中國(guó)耕地土壤重金屬污染概況[J].水土保持研究，2013，20（2）：293-298.