山東礦區及化工區26份土壤重金屬分析試驗

張釩，蔣海燕，姚洪濤，王晨，王萍，于曙光

1.青島農業大學化學與藥學院（青島 266109）；2.山東海岱園林集團有限公司（濟南 250000）；3.青島市城陽第一高級中學（青島 266109）；4.山東藝匠旅游規劃設計有限公司（濟南 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。土壤重金屬污染對植物影響很大，會降低種子的發芽率及脂肪含量，影響植物體內酶的活性和葉綠素含量，抑制光合作用和生長發育等[2]。馬敏等[3]、陳穎等[4]和Rahoui等[5]研究表明，濃度過高時，Pb、Cu、Cd均會抑制種子的萌發；王慧忠等[6]研究表明，Pb能夠使植物的根冠細胞分裂速度減緩，且膨大變黑；何翠屏[7]發現過量Cd會破壞葉綠素結構，使葉片褪色，葉綠素含量的減少也影響到光合作用的效果。

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

因此，土壤的重金屬污染會對人類的生產生活帶來巨大危害，有必要對土壤的重金屬污染情況進行實時監控，調查重金屬污染的源頭，并進行及時有效的治理。試驗采集礦區或者化工區附近的土壤樣品，進行前處理，采用原子吸收法進行4種重金屬（鉛、銅、鎘、鉻）測定分析，以GB 15618—2018《土壤環境質量標準》為評價標準，對土壤進行分級。

1 材料與分析

1.1 試劑與儀器

濃硝酸、濃鹽酸、高氯酸等（均為市售分析純試劑）；超純水。

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

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品采集

樣品分別采集于山東省濰坊市、煙臺市和淄博市，記錄下采集時間、地點，把標簽貼好，標簽需要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]、郭興強等[11]對于土壤樣品的消解方法[12-13]，并根據多次預試驗處理結果，確定樣品的前處理方案。將采集到的土壤樣品進行簡單的碾碎處理，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，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，繼續加熱，溫度不可超過250 ℃，否則高氯酸會大量冒煙，使其中的鉛、鎘損失掉。消解完畢的樣品呈灰白色糊狀，用熱蒸餾水洗滌內壁，用中速定量濾紙過濾并定容至100 mL容量瓶中，貼上相對應的標簽，等待上機測定。

1.2.3 上機測定

根據待測重金屬元素的種類配制標準溶液，按照不同濃度梯度，各配制出5個不同濃度的標準溶液，測定時把超純水作為空白樣品，對標準溶液進行測定，根據測定結果繪制標準曲線。其中，Pb、Cu元素的標準溶液按0.5，1.0，1.5，2.0和3.0 ng/μL的質量濃度梯度進行配制；Cd元素的標準溶液按0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 ng/mL的梯度配制；Cr元素的標準溶液按10，20，30，40和50 ng/mL的質量濃度梯度配制。上機測定后繪出標準曲線。將前處理完成的待測樣品上機測試，計算待測溶液中重金屬含量。

2 結果與討論

2.1 標準曲線的繪制（見圖1~圖4）

圖1 Pb標準曲線

圖2 Cu標準曲線

圖3 Cd標準曲線

圖4 Cr標準曲線

2.2 數據處理及計算

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

式中：c為標準曲線查得待測液中重金屬的質量濃度，μg/mL；V為消化后定容體積，100 mL；m為稱取的烘干土樣質量，g。

2.3 26份土壤的采集地點（見表1）

表1 樣品采集地點一覽表

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

對照26份土壤樣品的采集地點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區，達到554 mg/kg；含Pb量最高的來自濰坊礦區，達到353 mg/kg；含Cr量最高的土壤來自淄博工業區，達到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，達到0.29 mg/kg。

從土壤分級來看，以GB 15618—1995《土壤環境質量標準》為評價標準（見表3），由于Cu含量偏高而導致3個土壤樣品達到Ⅲ級土壤標準，4個土樣達到Ⅱ級土壤標準，其中的2個土壤樣品非常接近Ⅲ級土壤標準；由于Pb含量偏高而導致23個土樣達到Ⅱ級土壤標準，由此可見鉛污染相當普遍；由于Cr含量偏高而導致5個土樣達到Ⅱ級土壤標準；由于Cd含量偏高而導致3個土樣含量很接近Ⅱ級土壤標準。4種元素含量指標均符合I級土壤標準的樣品僅3個。

表3 土壤環境質量標準值 單位：mg/kg

從采樣區的3個城市來看，通過對比土壤樣品中4種重金屬元素（Pb、Cu、Cd、Cr）含量，發現淄博化工區土壤樣品的重金屬含量普遍較高，重金屬污染程度較為嚴重；其次就是濰坊礦區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較高；從煙臺礦區取得土壤樣品均符合一級土壤的標準，土壤重金屬污染程度較輕。但是考慮到采樣地區主要集中在礦區和化工區，所以樣本不具有普遍性，只代表某一特定區域的土壤狀況。

3 結論

分別在3個城市的6個地區采集土壤樣品，分別測試4種重金屬元素的含量，將測試數據匯總分析，以GB 15618—1995《土壤環境質量標準》為評價標準，對本地區的土壤進行分級。結果表明，含Cu量最高的土樣來自淄博工業區，達到554 mg/kg；含Pb量最高的來自濰坊礦區，達到353 mg/kg；含Cr量最高的土壤來自淄博工業區，達到246 mg/kg；含Cd量最多的來自淄博化工區，達到0.29 mg/kg。從土壤分級來看，26份土壤樣品中，由于Cu含量偏高而導致3個土壤樣品達到Ⅲ級土壤標準，4個土樣達到Ⅱ級土壤標準，其中的2個土壤樣品非常接近Ⅲ級土壤標準；由于Pb含量偏高而導致23個土樣達到Ⅱ級土壤標準；由于Cr含量偏高而導致5個土樣達到Ⅱ級土壤標準；由于Cd含量偏高而導致3個土樣含量很接近Ⅱ級土壤標準。4種元素含量指標均符合I級土壤標準的樣品僅有3個。土壤的重金屬污染對食物鏈影響很大，在污染地的農副食品進入市場之前應做重金屬含量檢測。