土壤重金屬鎘總含量與其有效態(tài)含量的關(guān)系

鄧敬頌，陳健輝，劉明新

（廣州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，廣州 510000）

食品安全工作關(guān)系人民群眾的身體健康和生命安全，國家和各級(jí)地方政府都高度重視這項(xiàng)工作。隨著工業(yè)、生活廢水廢物的排放、含重金屬的農(nóng)藥和化肥的不合理使用，農(nóng)田重金屬污染日趨嚴(yán)重。國家對(duì)土壤鎘的評(píng)價(jià)體系主要是對(duì)土壤pH 及土壤重金屬鎘總含量的評(píng)價(jià)，GB 15618—2018［1］《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》規(guī)定，水田鎘的限量值在pH≤5.5、5.5＜pH≤6.5、6.5＜pH≤7.5、pH＞7.5 分別為0.3、0.4、0.6、0.8 mg∕kg。但是，在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，土壤重金屬總含量超標(biāo)，其地上農(nóng)產(chǎn)品重金屬并不一定超標(biāo)。馬佳燕等［2］對(duì)杭嘉湖平原水稻及土壤研究表明，部分土壤鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)，但水稻籽粒鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)均沒有超標(biāo)。隨著國家對(duì)土壤重金屬污染治理越來越重視，越來越多的科研工作者對(duì)土壤有效態(tài)重金屬進(jìn)行研究。唐豆豆等［3］研究認(rèn)為，土壤有效態(tài)重金屬、pH、有機(jī)質(zhì)和CaO 是影響水稻子實(shí)重金屬含量的主要因子。王俊偉等［4］研究表明，用4 種有效態(tài)提取劑（0.10 mol∕L CaCl2、DTPA、0.05 mol∕L EDTA 和1.00 mol∕L NH4OAc）浸提出的有效態(tài)鎘含量和土壤中鎘總量與水稻糙米中鎘含量均達(dá)到顯著水平。本研究以南沙土壤為基體，人為增加5 個(gè)梯度鎘溶液污染土壤，馴化6 個(gè)月，研究土壤鎘總含量與土壤有效態(tài)鎘含量的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

南沙土壤；鎘粉；有機(jī)肥（原綠蚯蚓糞）；硝酸、鹽酸、高氯酸、氫氟酸（廣州試劑廠）。DTPA 提取劑：稱取1.967 g DTPA、14.92 g TEA、1.11 g 氯化鈣，溶于水，轉(zhuǎn)移至1 000 mL容量瓶，加水至900 mL，用6 mol∕L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH 至7.30，定容。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

取40 個(gè)花盆，花盆長、寬、高分別為40、30、27 cm，裝入南沙土壤，每盆土壤重量18 kg。稱取20 g 鎘粉，用20%硝酸溶解，定容至200 mL，此鎘溶液濃度為100 mg∕mL。分5 個(gè)梯度加入鎘溶液污染土壤（表1），并加入有機(jī)肥。澆水?dāng)嚢杈鶆?，露天放? 個(gè)月后取土壤檢測(cè)鎘總含量、有效態(tài)鎘含量。

表1 土壤污染試驗(yàn)方案

1.3 檢測(cè)方法

1.3.1 土壤鎘總含量檢測(cè) 準(zhǔn)確稱取0.2 g 過100 目篩的土壤樣品于聚四氟乙烯管中，加水濕潤后加入5 mL 鹽酸，電熱板80 ℃加熱至剩余2～3 mL 鹽酸，冷卻，加入5 mL 硝酸、4 mL 氫氟酸、2 mL 高氯酸，加蓋120 ℃消解1 h，開蓋升溫至180 ℃繼續(xù)消解至白煙消失。消解時(shí)經(jīng)常搖動(dòng)，使之消解充分。消解完全的土壤為白色熔融狀態(tài)，如果還有黃色，則加入2 mL 硝酸、2 mL 氫氟酸、1 mL 高氯酸繼續(xù)消解，直至消解完全。加入10 mL 10%硝酸溶解，轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶，用超純水定容。

使用原子吸收石墨爐法檢測(cè)，儀器條件為波長228.8 nm，狹縫0.5 nm，燈電流5.0 mA，升溫程序?yàn)?5 ℃5 s、110 ℃50 s、120 ℃10 s、600 ℃7 s、600 ℃4.6 s、600 ℃4.6 s、1 900 ℃0.8 s、1 900 ℃2 s、2 200 ℃2 s、40 ℃21 s。進(jìn)樣體積為10 μL，同步進(jìn)樣10 μL 10%磷酸二氫銨基體改進(jìn)劑。制作鎘標(biāo)準(zhǔn)曲線的溶液配置見表2。

表2 制作鎘標(biāo)準(zhǔn)曲線的溶液配置

1.3.2 土壤鎘有效態(tài)含量檢測(cè) 準(zhǔn)確稱取5.0 g 過10目篩的土壤樣品于100 mL三角瓶中，加入25.00 mL PDTA 提取劑，在180 次∕min 下振蕩提取2 h，過濾。使用原子吸收火焰法檢測(cè)。儀器條件：波長為228.8 nm，狹縫為0.5 nm，燈電流為5.0 mA，爐高為12.5 mm。制作有效態(tài)鎘標(biāo)準(zhǔn)曲線的溶液配置見表3。

表3 制作有效態(tài)鎘標(biāo)準(zhǔn)曲線的溶液配置

2 結(jié)果與分析

由圖1 可以看出，鎘總含量檢測(cè)結(jié)果與理論值稍有不同，可能是配置鎘溶液、加入鎘溶液及流失出現(xiàn)的誤差所致。同一個(gè)基體的土壤，土壤有效態(tài)鎘含量與土壤鎘總含量呈正相關(guān)。周峻宇等［5］對(duì)南方典型鎘污染稻田土壤有效態(tài)鎘預(yù)測(cè)模型進(jìn)行研究，也得出土壤鎘總含量是影響土壤有效態(tài)鎘含量的主要因素。袁波［6］研究認(rèn)為，土壤鎘總含量與有效態(tài)鎘含量之間極顯著相關(guān)。

圖1 土壤鎘總含量、有效態(tài)鎘含量及其占比

因?yàn)楸狙芯考尤氲氖窍跛徭k溶液，可水溶提取為有效態(tài)鎘含量，理論上，加入硝酸鎘溶液越多，土壤有效態(tài)鎘含量占總含量的比重就越大，但是從圖1 可以看出，土壤有效態(tài)鎘含量占總含量的比重，1～8 號(hào)花盆（未加入硝酸鎘溶液）在50.1%～61.0%；9～40號(hào)花盆（加入硝酸鎘溶液）在28.4%～60.0%，且大部分都低于50.0%。加入有效態(tài)鎘后，土壤有效態(tài)鎘含量占總含量的比重沒有增加，反而減少了，可能是由于加入的有效態(tài)鎘溶液大部分與土壤結(jié)合被固定下來。土壤有效態(tài)鎘含量占總含量的比重可能與土壤性質(zhì)有關(guān)。袁波［6］對(duì)北碚區(qū)菜地土壤鉛、鎘全量與有效態(tài)含量的研究表明，土壤類型對(duì)有效態(tài)鎘含量也有影響，有效態(tài)鎘含量紫色土大于石灰土。不同土壤固定有效態(tài)鎘的能力不同，導(dǎo)致土壤有效態(tài)鎘含量占總量的比重不一樣，具體原因有待進(jìn)一步研究。

3 小結(jié)

土壤重金屬污染評(píng)價(jià)以重金屬全量為依據(jù)［7-9］，但是重金屬的生物毒性不僅與其總含量有關(guān)，更大程度上由其形態(tài)分布決定［10］。本研究中，同一個(gè)基體的土壤，土壤有效態(tài)鎘含量與土壤鎘總含量呈正相關(guān)；所研究土壤有效態(tài)鎘含量占鎘總含量的比重與加入有效態(tài)鎘含量的相關(guān)性不明顯，該占比可能與土壤性質(zhì)有關(guān)，不同土壤固定有效態(tài)鎘的能力不同。