連續(xù)提取法對土地土壤重金屬形態(tài)特征的研究

摘要：本文通過Tessier連續(xù)提取法對浦陽某土地南部和北部土壤樣品中Cd、Ni和Pb 3種元素重金屬進(jìn)行含量和形態(tài)分析，研究了土壤中重金屬的生物有效性。結(jié)果表明：浦陽某土地樣品中重金屬總量Ni>Pb>Cd。重金屬形態(tài)上，Cd、Ni主要以殘?jiān)鼞B(tài)形式存在，Pb主要以鐵錳氧化態(tài)形式存在;Cd、Ni的不可利用態(tài)含量高，所占比例在60.00%以上;Pb的有效態(tài)與潛在有效態(tài)之和占比在90.00%以上，具有一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)，在該土地上種植農(nóng)作物時(shí)要引起重視。

關(guān)鍵詞：連續(xù)提取;重金屬;形態(tài)分析;生物有效性

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.067

Abstract： The content and morphology of heavy metals in Cd， Ni and Pb soil samples from the southern and northern soil samples of a land in Puyang were studied by Tessier continuous extraction method. The bioavailability of heavy metals in soil was studied. The results show that the total amount of heavy metals in a land sample in Puyang is Ni>Pb>Cd. In the form of heavy metals， Cd and Ni mainly exist in the form of residual state， and Pb mainly exists in the form of iron-manganese oxidation state. The unusable content of Cd and Ni is high， and the proportion is above 60.00%. The sum of the effective state and the potential effective state of Pb is above 90.00%， which has certain potential risks， and should be paid attention to when planting crops on the land.

Keywords： Continuous extraction; Heavy metals; Morphological analysis; Bioavailability

土地中的重金屬會(huì)對植物生長產(chǎn)生一定的制約作用，同時(shí)，通過食物鏈的富集作用會(huì)對人類身體健康產(chǎn)生威脅。學(xué)者們現(xiàn)在不僅關(guān)注金屬總量，更關(guān)注其各種化學(xué)形態(tài)。重金屬的形態(tài)不同，就會(huì)有不同的生物毒性和環(huán)境行為。本研究用浦陽某土地南部和北部土壤為樣品，通過Tessier連續(xù)提取法對樣品中Cd、Ni和Pb 3種元素重金屬不同形態(tài)的分析測定，為該土地今后的合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

土壤樣品采自浦陽某土地南部和北部（南部和北部按照等面積法各取3個(gè)樣），采樣深度0～30cm。樣品采回實(shí)驗(yàn)室后，在室溫下自然風(fēng)干，去除石塊和雜物，四分法取樣，用土壤研磨儀研碎，過100目尼龍篩，裝瓶，待測。

1.2 儀器與試劑

主要儀器：石墨爐原子吸收光譜儀（PinAAcle 900T，PerkinElmer）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Optima 7000 DV，PerkinElmer）、土壤研磨儀（MG100）、離心機(jī)（TDL-40B，上海安亭科學(xué)儀器廠）、電子天平（AL204-IC，METTLER TOLEDO）、水浴恒溫振蕩器（SHA-B，常州邁科諾儀器有限公司）等。

試劑：氯化鎂（分析純）、醋酸鈉（分析純）、乙酸（分析純）、鹽酸羥胺（分析純）、硝酸（分析純）、雙氧水（分析純）、乙酸銨（分析純）、鹽酸（分析純）、氫氟酸（優(yōu)級純）、高氯酸（優(yōu)級純）等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 提取方法

重金屬化學(xué)形態(tài)分析的連續(xù)提取法參照Tessier進(jìn)行[1]：

可交換態(tài)：取1.0g預(yù)處理后的土壤樣品置于50mL離心管，加入8mL試劑A[1 mol/L氯化鎂溶液 （pH=8.2）]，在25℃、120rpm搖床中培養(yǎng)1h后，將樣品用離心機(jī)以1600 rpm離心12 min，取上清液待測金屬離子濃度;

碳酸鹽結(jié)合態(tài)：過程1中剩余的固體樣品，離心分離洗滌2次后，加8mL試劑B[1 mol/L醋酸鈉（CH3COONa）溶液（HAc調(diào)pH=5.0 ）]， 在25℃、120rpm搖床中培養(yǎng)5h后，離心分離上清液待測金屬離子濃度;

鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)：過程2中剩余的固體樣品，離心分離洗滌2次后，加10mL試劑C（加入0.04mol/L鹽酸羥胺（HONH3Cl）溶液的HAc（質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%）），96±3℃條件下，偶爾或不時(shí)的攪動(dòng)6h，離心分離上清液待測金屬離子濃度;

有機(jī)結(jié)合態(tài)：過程3中剩余的固體樣品，離心分離洗滌2次后，加8ml試劑D[0.02mol/L HNO3溶液與30%H2O2溶液按體積比3：5配制混合液 （硝酸調(diào)pH=2）]，85℃條件下，偶爾攪拌保持5h，冷卻后加2.5ml試劑E[（加入3.2mol/L NH4Ac溶液的HNO3溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%）]，連續(xù)攪拌30min，離心分離上清液待測金屬離子濃度;

殘?jiān)鼞B(tài)：過程4中剩余的固體樣品，加入10mL HCl + 20ml HNO3 + 5mL HF + 8mL HClO4，混合酸降解后測定金屬離子濃度。

1.3.2 重金屬含量的測定

樣品中重金屬含量的測定采用石墨爐原子吸收光譜法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法。

2 結(jié)果與討論

2.1 土地中重金屬的含量及形態(tài)分析

浦陽某土地樣品中Cd、Ni和Pb 3種重金屬元素的各種形態(tài)含量（均值）及占比分析結(jié)果見表1。從表1可見，浦陽某土地樣品中重金屬總量Ni>Pb>Cd。不同位置采集的土地中同種重金屬形態(tài)分布基本一致，但是不同的重金屬元素連續(xù)提取形態(tài)分布有所不同。Cd和Ni的總量比較低，而且形態(tài)分布特點(diǎn)是殘?jiān)鼞B(tài)最大，比較穩(wěn)定，一般不容易被植物吸收利用，可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)雖然容易被植物吸收，但是其含量比較低，在土地利用中對植物的危害比較小。Pb的形態(tài)分布特點(diǎn)是鐵錳氧化態(tài)最大，一般不易釋放，但是當(dāng)土壤環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，其中的部分Pb會(huì)重新釋放，對土地植物有潛在危害。

2.2 土地中重金屬的生物有效性

根據(jù)各形態(tài)生物利用性的大小把各種化學(xué)形態(tài)分為有效態(tài)、潛在有效態(tài)和不可利用態(tài)[2]，其中有效態(tài)包括可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)，潛在有效態(tài)包括鐵錳氧化態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)，不可利用態(tài)一般指的是殘?jiān)鼞B(tài)。

由表1可見：浦陽某土地南部樣品中Cd的不可利用態(tài)占76.52%，有效態(tài)占16.60%，潛在有效態(tài)占6.88%;Ni的不可利用態(tài)占66.20%，有效態(tài)占15.71%，潛在有效態(tài)占18.09%;Cd、Ni兩種元素的不可利用態(tài)占比均在60.00%以上，可見其生物可利用性較低;Pb的潛在有效態(tài)占91.09%，有效態(tài)占8.28%，不可利用態(tài)占0.63%;Pb的有效態(tài)和潛在有效態(tài)之和占比在90.00%以上，具有很強(qiáng)的生物可利用性，在該土地上種植農(nóng)作物時(shí)要引起重視。浦陽某土地北部樣品中各重金屬三態(tài)分布與南部基本一致。

3 結(jié)論

（1）浦陽某土地樣品中重金屬總量Ni>Pb>Cd，重金屬形態(tài)上，Cd、Ni主要以殘?jiān)鼞B(tài)形式存在，Pb主要以鐵錳氧化態(tài)形式存在;

（2）Cd、Ni的不可利用態(tài)含量高，所占比例在60.00%以上，Pb的有效態(tài)和潛在有效態(tài)之和占比在90.00%以上，具有一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)，在該土地上種植農(nóng)作物時(shí)要引起重視。

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收稿日期：2019-01-24

作者簡介：魏亞龍（1988-），男，漢族，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測。