山東礦區(qū)及化工區(qū)26份土壤重金屬分析試驗(yàn)

張釩，蔣海燕，姚洪濤，王晨，王萍，于曙光

1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院（青島 266109）；2.山東海岱園林集團(tuán)有限公司（濟(jì)南 250000）；3.青島市城陽第一高級(jí)中學(xué)（青島 266109）；4.山東藝匠旅游規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司（濟(jì)南 250000）

土壤中重金屬污染具有隱蔽性、滯后性、不可逆性、持久性、累積性和地域性等[1]特點(diǎn)。土壤重金屬污染對(duì)植物影響很大，會(huì)降低種子的發(fā)芽率及脂肪含量，影響植物體內(nèi)酶的活性和葉綠素含量，抑制光合作用和生長發(fā)育等[2]。馬敏等[3]、陳穎等[4]和Rahoui等[5]研究表明，濃度過高時(shí)，Pb、Cu、Cd均會(huì)抑制種子的萌發(fā)；王慧忠等[6]研究表明，Pb能夠使植物的根冠細(xì)胞分裂速度減緩，且膨大變黑；何翠屏[7]發(fā)現(xiàn)過量Cd會(huì)破壞葉綠素結(jié)構(gòu)，使葉片褪色，葉綠素含量的減少也影響到光合作用的效果。

重金屬在植物體內(nèi)不斷累積，并隨著食物鏈進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，最終進(jìn)入到人體內(nèi)。人體內(nèi)重金屬含量逐漸增加，人體內(nèi)正常的新陳代謝會(huì)被破壞，甚至威脅人體健康和生命。

因此，土壤的重金屬污染會(huì)對(duì)人類的生產(chǎn)生活帶來巨大危害，有必要對(duì)土壤的重金屬污染情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，調(diào)查重金屬污染的源頭，并進(jìn)行及時(shí)有效的治理。試驗(yàn)采集礦區(qū)或者化工區(qū)附近的土壤樣品，進(jìn)行前處理，采用原子吸收法進(jìn)行4種重金屬（鉛、銅、鎘、鉻）測(cè)定分析，以GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)土壤進(jìn)行分級(jí)。

1 材料與分析

1.1 試劑與儀器

濃硝酸、濃鹽酸、高氯酸等（均為市售分析純?cè)噭怀兯?/p>

KDM型調(diào)溫電熱套、電熱鼓風(fēng)干燥箱、分析天平、TAS-986G型原子吸收分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；WFX-120A型原子吸收分光光度計(jì)（北京瑞力分析儀器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品采集

樣品分別采集于山東省濰坊市、煙臺(tái)市和淄博市，記錄下采集時(shí)間、地點(diǎn)，把標(biāo)簽貼好，標(biāo)簽需要1式2份，其中一份放入袋中，另一份系在袋口，將取好的樣品放入樣品袋中，于陰涼處放置，等待之后的試驗(yàn)處理。

1.2.2 樣品的前處理

參考李海峰等[8]、黃智偉等[9]、張芙蕖等[10]、郭興強(qiáng)等[11]對(duì)于土壤樣品的消解方法[12-13]，并根據(jù)多次預(yù)試驗(yàn)處理結(jié)果，確定樣品的前處理方案。將采集到的土壤樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單的碾碎處理，于烘箱中105 ℃烘干至恒重，以除去土壤中的水分。烘干之后，將樣品拿出冷卻。待冷卻至室溫時(shí)，過0.425 mm（40目）孔徑篩子，稱取2 g左右土樣，記錄下土樣的質(zhì)量，將稱好的土樣放入100 mL的三角瓶中，用少量的水潤濕樣品，此時(shí)加入20 mL新配制好的王水（濃硝酸和濃鹽酸以1∶3體積比混合）。輕輕搖勻，蓋上小漏斗，置于電熱套上，在通風(fēng)櫥中低溫加熱至微沸（溫度在140~160 ℃）。待其中的棕色氮氧化物基本趕完之后，取下冷卻。冷卻完之后沿瓶壁加入10~20 mL高氯酸，繼續(xù)加熱，溫度不可超過250 ℃，否則高氯酸會(huì)大量冒煙，使其中的鉛、鎘損失掉。消解完畢的樣品呈灰白色糊狀，用熱蒸餾水洗滌內(nèi)壁，用中速定量濾紙過濾并定容至100 mL容量瓶中，貼上相對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽，等待上機(jī)測(cè)定。

1.2.3 上機(jī)測(cè)定

根據(jù)待測(cè)重金屬元素的種類配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照不同濃度梯度，各配制出5個(gè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定時(shí)把超純水作為空白樣品，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)測(cè)定結(jié)果繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。其中，Pb、Cu元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液按0.5，1.0，1.5，2.0和3.0 ng/μL的質(zhì)量濃度梯度進(jìn)行配制；Cd元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液按0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 ng/mL的梯度配制；Cr元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液按10，20，30，40和50 ng/mL的質(zhì)量濃度梯度配制。上機(jī)測(cè)定后繪出標(biāo)準(zhǔn)曲線。將前處理完成的待測(cè)樣品上機(jī)測(cè)試，計(jì)算待測(cè)溶液中重金屬含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制（見圖1~圖4）

圖1 Pb標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖2 Cu標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖3 Cd標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖4 Cr標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 數(shù)據(jù)處理及計(jì)算

由于火焰原子吸收法和石墨爐原子吸收法測(cè)得的數(shù)據(jù)為溶液中重金屬離子濃度，通過式（1）計(jì)算得出重金屬離子在土壤中含量。

式中：c為標(biāo)準(zhǔn)曲線查得待測(cè)液中重金屬的質(zhì)量濃度，μg/mL；V為消化后定容體積，100 mL；m為稱取的烘干土樣質(zhì)量，g。

2.3 26份土壤的采集地點(diǎn)（見表1）

表1 樣品采集地點(diǎn)一覽表

2.4 26份土壤樣品中的重金屬含量（見表2）

表2 土壤中各重金屬含量

2.5 4種重金屬元素在各土壤樣品中的含量分布

為更直觀地觀察重金屬在土壤樣品中的分布，繪制4種元素分別在各土壤樣品中含量圖，見圖5~圖8。

圖5 Pb在各樣品中含量

圖6 Cu在各樣品中含量

圖7 Cd在各樣品中含量

圖8 Cr在各樣品中含量

對(duì)照26份土壤樣品的采集地點(diǎn)和土壤樣品中重金屬含量分析，可以看出，含Cu量最高的土樣來自淄博工業(yè)區(qū)，達(dá)到554 mg/kg；含Pb量最高的來自濰坊礦區(qū)，達(dá)到353 mg/kg；含Cr量最高的土壤來自淄博工業(yè)區(qū)，達(dá)到246 mg/kg；含Cd量普遍較低，其中含Cd量最多的是來自淄博化工區(qū)，達(dá)到0.29 mg/kg。

從土壤分級(jí)來看，以GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（見表3），由于Cu含量偏高而導(dǎo)致3個(gè)土壤樣品達(dá)到Ⅲ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，4個(gè)土樣達(dá)到Ⅱ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，其中的2個(gè)土壤樣品非常接近Ⅲ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)；由于Pb含量偏高而導(dǎo)致23個(gè)土樣達(dá)到Ⅱ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，由此可見鉛污染相當(dāng)普遍；由于Cr含量偏高而導(dǎo)致5個(gè)土樣達(dá)到Ⅱ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)；由于Cd含量偏高而導(dǎo)致3個(gè)土樣含量很接近Ⅱ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)。4種元素含量指標(biāo)均符合I級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)的樣品僅3個(gè)。

表3 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值 單位：mg/kg

從采樣區(qū)的3個(gè)城市來看，通過對(duì)比土壤樣品中4種重金屬元素（Pb、Cu、Cd、Cr）含量，發(fā)現(xiàn)淄博化工區(qū)土壤樣品的重金屬含量普遍較高，重金屬污染程度較為嚴(yán)重；其次就是濰坊礦區(qū)的土壤樣品中重金屬含量相比淄博要低，但土壤受到重金屬污染程度也相對(duì)較高；從煙臺(tái)礦區(qū)取得土壤樣品均符合一級(jí)土壤的標(biāo)準(zhǔn)，土壤重金屬污染程度較輕。但是考慮到采樣地區(qū)主要集中在礦區(qū)和化工區(qū)，所以樣本不具有普遍性，只代表某一特定區(qū)域的土壤狀況。

3 結(jié)論

分別在3個(gè)城市的6個(gè)地區(qū)采集土壤樣品，分別測(cè)試4種重金屬元素的含量，將測(cè)試數(shù)據(jù)匯總分析，以GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本地區(qū)的土壤進(jìn)行分級(jí)。結(jié)果表明，含Cu量最高的土樣來自淄博工業(yè)區(qū)，達(dá)到554 mg/kg；含Pb量最高的來自濰坊礦區(qū)，達(dá)到353 mg/kg；含Cr量最高的土壤來自淄博工業(yè)區(qū)，達(dá)到246 mg/kg；含Cd量最多的來自淄博化工區(qū)，達(dá)到0.29 mg/kg。從土壤分級(jí)來看，26份土壤樣品中，由于Cu含量偏高而導(dǎo)致3個(gè)土壤樣品達(dá)到Ⅲ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，4個(gè)土樣達(dá)到Ⅱ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，其中的2個(gè)土壤樣品非常接近Ⅲ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)；由于Pb含量偏高而導(dǎo)致23個(gè)土樣達(dá)到Ⅱ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)；由于Cr含量偏高而導(dǎo)致5個(gè)土樣達(dá)到Ⅱ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)；由于Cd含量偏高而導(dǎo)致3個(gè)土樣含量很接近Ⅱ級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)。4種元素含量指標(biāo)均符合I級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)的樣品僅有3個(gè)。土壤的重金屬污染對(duì)食物鏈影響很大，在污染地的農(nóng)副食品進(jìn)入市場(chǎng)之前應(yīng)做重金屬含量檢測(cè)。