清鎮市部分農村土壤中鉛?鉻和鎘含量的評價

陳偉 陳焰 賀士軍 李海暢

摘要 [目的]以貴州省清鎮市農村土壤為研究對象，考察清鎮市部分農村土壤中鉛、鎘、鉻的含量。[方法]對5個鄉鎮50份土壤樣品進行檢測，石墨爐原子吸收分光光度法測定土壤中鉛、鎘含量，火焰原子吸收分光光度法測定土壤中鉻含量。[結果]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《土壤環境質量標準》（GB15618—1995）規定的350、250 mg/kg，部分鄉鎮鎘元素超出0.6 mg/kg。樣品中鉛、鉻、鎘單因子污染指數最大分別為0.107 8、0.466 7、1.160 3，鎘元素大于1，鉛、鉻元素均小于0.7，說明鎘元素有輕微污染，而鉛、鉻均在安全范圍內;綜合污染指數最大為0.916 3，小于1，達到尚清潔、安全的水平。[結論]該研究為土壤環境質量評價及土壤重金屬污染綜合治理提供依據。

關鍵詞 農村土壤;鉛;鉻;鎘;評價;清鎮市

中圖分類號 X833文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）11-0060-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.019

開放科學（資源服務）標識碼（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

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

收稿日期 2018-11-23

隨著現代工業和城市的不斷發展，近年來土壤持續受到含有重金屬的工業生產和社會公共基礎設施排出的廢水、農業領域廣泛施用的各種農藥、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]。貴州省是礦產資源大省，蘊藏著豐富的礦產資源，不合理的開采礦藏資源，造成了十分嚴重的土壤污染[2]。由于人類活動范圍的不斷擴大，土壤受到人類活動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生活等因素流入土壤，致使土壤中重金屬含量增加，環境質量下降和生態惡化，最終造成土壤重金屬污染。重金屬污染在土壤中具有移動性差、滯留時間長、不容易擴散和稀釋，不能被微生物分解等特點，有明顯的生物富集作用[3-4]。這些重金屬污染元素被農作物吸收后，對植物的形態、生長、繁衍造成危害，引起植物的高度、根莖的長度、葉片的面積等一系列生理特征的變化，最終對其生長、產量以及品質都有較大影響[5]。鉛、鎘、鉻等還具有顯著的生物毒性，對人體和動物體主要通過食物鏈的富集來危害人畜健康，在土壤中積累遷移，通過食物鏈進入人體，導致一些慢性病、畸形、癌癥等發生[6]。重金屬能夠抑制人體化學反應酶的活性，使細胞質中毒，從而傷害神經組織，還可直接導致組織中毒，損害肝、腎等器官。一旦重金屬進入人體，就會與人體內的重要物質發生配位，改變了正常生理功能，可進入神經系統，干擾了神經的正常功能，成為植物人，甚至導致死亡[7]。

貴陽市現已逐步發展成為擁有冶金、煤炭、機械制造、電子、電力、儀器儀表、化工等的新興工業城市，清鎮市是貴陽工業區的主要分布區之一[8]，現有鋁工業園區、百花工業園、復合肥廠、爆竹廠、油石廠、釀酒廠、水泥廠等分布于部分鄉鎮。據調查，貴州省清鎮市蔬菜中Pb、Cr、Cd含量常出現含量超標現象，其中 Cd 超標嚴重[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，又要發展經濟，對農村土壤重金屬污染情況監測、降低重金屬在食物中的含量變得非常重要和迫切[10]。目前，對土壤中重金屬檢測的方法越來越多，常用的檢測方法有電感耦合等離子體發射光譜法、分光光度法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子-質譜法等。在土壤重金屬檢測的過程中，前處理方法也非常重要，傳統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、節能、省時、安全、待測元素損失少等優點[11]。筆者利用微波消解法對土壤進行前處理，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所監測的清鎮市農村土壤鉛、鉻、鎘含量，根據檢測結果對所監測的土壤污染狀況進行評價。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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CEM微波消解儀（Mars-Xpress型）;梅特勒XP204電子天平（萬分之一）;東方科創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）標準儲備液。

1.2 試驗方法

1.2.1 測定方法。

根據《土壤質量鉛、鎘的測定》（GB/T 17141—1997）采用石墨爐原子吸收分光光度法測定土壤中鉛、鎘的含量（儀器條件如表1所示）;根據《土壤總鉻的測定》（HJ 491—2009）采用火焰原子吸收分光光度法測定土壤中鉻的含量（儀器條件：波長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。

從清鎮市東西南北中5個方位抽取5個鄉鎮作為采樣對象。每個鄉鎮采用“蛇型線”采樣法，布置10個點，采樣時，采集5～20 cm深表層土壤，在10 m2范圍內按照5點取樣法采集土壤混合為一個樣品，樣品總量為1 kg左右，于6—8月開展采樣工作，采樣過程中做好相關記錄。

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，縮分后的土樣再經風干處理后去除土樣中的石子和植物殘體等異物。用研缽碾壓土壤，過2 mm尼龍篩除去沙礫后，進一步研磨，再過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，用少量水潤濕，加入6 mL硝酸、2 mL鹽酸加蓋，靜置過夜后，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，設定微波消解程序（一個大氣壓），設置時間程序（表2），進行樣品消解。④自動冷卻后取出消解罐，打開內外蓋，置于150 ℃趕酸儀上加熱，揮發近干后冷卻。

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

1.2.2.3 質量控制。

采取每間隔6～8個樣品設置平行樣進行質量控制，平行樣品相對偏差在4%的范圍內。

1.2.2.4 最低檢出限。

被測定元素能產生的信號為空白值的標準偏差3倍時，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。

分別配制0、10.0、20.0、30.0、400、50.0、60.0 μg/L鉛標準溶液，0、10.0、20.0、30.0、40.0、500、60.0 μg/L鉻標準溶液，0、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、300 μg/L鎘標準溶液，分別進樣10 μL，以標準品質量濃度（X）為橫坐標、吸光度值（Y）為縱坐標繪制標準曲線。

1.2.2.6 回收率試驗。

為檢驗該方法的穩定性，取已測土壤內控樣GBW07454樣品6份的標準樣，按照樣品方法處理制備樣品液，測定并計算Pb、Cr、Cd元素平均加標回收率[13]，檢測含量方法同“1.2.1”。

回收率=內控樣品測定值/ 內控樣已知值×100%。

1.2.3 評價標準。

1.2.3.1 污染等級劃分。

單因子污染指數與綜合污染指數的分級標準見表3。

1.2.3.2 土壤污染的評價標準。

《土壤環境質量標準》（GB 15618—1995）中土壤重金屬含量二級標準作為土壤污染的評價標準，見表4。

2 結果與分析

2.1 土壤環境中鉛、鉻、鎘含量的測定

對清鎮市5個鄉鎮（數字1～10分別為采樣點）50份土壤樣品進行檢測，測定結果如表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 《土壤環境質量標準》（GB 15618—1995）標準規定的限量值350、250 mg/kg，而衛城鎮與麥格鄉鎘元素分別超標0.013、0.048 mg/kg。

2.2 最低檢出限

經分析，土壤環境中鉛、鉻、鎘的最低檢出限濃度分別為0.02、0.038、0.001 mg/kg。

2.3 標準曲線

以濃度為橫坐標（X）、吸光度為縱坐標（Y），繪制標準曲線（表6），鉛、鉻、鎘相關系數分別為0.999 7、0.999 4、0.999 2，相關性良好。

2.4 回收率試驗

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

2.5 土壤污染指數

清鎮市不同鄉鎮土壤質量情況采用單因子污染指數法和綜合污染指數法，《土壤環境質量標準》（GB 15618—1995）中土壤重金屬含量二級標準作為土壤污染的評價標準，其污染指數分析結果見表8。

由表8可知，除衛城鎮和麥格鄉土壤的鎘的單因子污染指數大于1外，其余鄉鎮土壤鉛、鉻、鎘的單因子污染指數都小于1，說明衛城鎮和麥格鄉受到鎘元素的輕度污染，而其余鄉鎮土壤鉛、鉻、鎘在安全水平內。從綜合污染指數上分析，土壤鉛、鉻、鎘的綜合污染指數均小于1，達尚清潔、安全水平。對比分析清鎮市部分鄉鎮農村土壤鉛、鉻、鎘含量結果與國家農田土壤質量限量標準，發現所監測土壤中鉛、鉻均在國家農村土壤質量標準范圍內，衛城鎮與麥格鄉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、鄉鎮內有工廠、施用含重金屬的化肥或農藥而引起土壤鎘元素的輕微污染，具體原因還需進一步調查和研究。

3 結論

該研究對清鎮市部分農村土壤中鉛、鉻、鎘的含量進行了檢測和分析，結果表明，所監測的5個鄉鎮中，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《土壤環境質量標準》（GB 15618—1995）標準規定的限量值350、250 mg/kg，衛城鎮農村土壤中鎘元素超出限量值0.6 mg/kg，從單因子污染指數可以看出，衛城鎮和麥格鄉的鎘的單因子污染指數 PCd分別為1.021 5、1.160 3，其他土樣的PCd、PCr、PPb的單因子污染指數均小于1，說明衛城鄉和麥格鄉受到土壤鎘元素的輕度污染。從總體來看，使用綜合污染指數分析，監測鄉鎮土壤中鉛、鉻、鎘均未大于1，即尚清潔、安全水平。據筆者調查發現，衛城鎮與麥格鄉受工業影響較大，降低工業廢氣及廢水中鎘含量是減少土壤鎘污染的主要措施，需有關部門引起關注，以阻止土壤中鎘元素的進一步富集和土壤環境質量的進一步惡化。

參考文獻

[1] 王麗君.淺析土壤環境中的重金屬污染[J].山西農業科學，2013，41（3）：243-245.

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

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

[4] 彭帥.環境污染物在土壤介質中遷移行為研究[D].重慶：重慶大學，2010.

[5] 楊志新，馮圣東，劉樹慶.鎘、鋅、鉛單元素及其復合污染與土壤過氧化氫酶活性關系的研究[J].中國生態農業學報，2015，13（4）：138-141.

[6] 范拴喜，甘卓亭，李美娟，等.土壤重金屬污染評價方法進展[J].中國農學通報，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綜述[J].化工管理，2013（12）：237-238.

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

[9] 靳輝勇，齊紹武，趙世浩，等.我國蔬菜重金屬污染現狀及研究進展[J].安徽農業科學，2015，43（6）：255-257.

[10] 何冠華.不同基因型小麥對土壤重金屬污染響應及抗性篩選研究[D].鄭州：河南農業大學，2012.

[11] 韋猛，劉永強.石墨消解-ICP-MS同時測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方法研究[J].內蒙古石油化工，2013（1）：22-23.

[13] 伍云卿，涂杰峰，范超，等.加標回收實驗方案探討[J].福建分析測試，2010，19（3）：67-68，71.

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