楚雄市郊土壤重金屬含量及酸度的測定

韋 薇，邱海紅，楊秋霞，周友才，禹航銘

(楚雄師范學院化學與生命科學學院，云南 楚雄 675000)

楚雄市郊土壤重金屬含量及酸度的測定

韋 薇，邱海紅，楊秋霞，周友才，禹航銘

(楚雄師范學院化學與生命科學學院，云南 楚雄 675000)

本研究采用ICP-MS法測定楚雄城郊不同種植類型土壤中的重金屬含量，用酸度計對土壤pH值進行監測。結果表明：土壤呈中性和酸性，不同種植類型的土壤中存在Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Mn、Ni等9種重金屬元素。采用嚴格控制指標評價，單項污染指數法計算表明:蔬菜、草莓種植土壤中 As、Cd、Zn 含量超標，麥田種植土壤Cd元素超標，單項污染指數Pi≥1，說明土壤受到重金屬As 、Cd的污染。

重金屬；酸度；ICP-MS

環境中的重金屬污染主要指生物毒性大的Hg、Cd、As、Pb、Cr。土壤中的重金屬可通過大氣沉降、農業化學品、肥料和水灌溉等途徑進入土壤環境中。重金屬一旦進入土壤中就很難被排除，由于重金屬的不可降解性，會造成地表水、地下水和農作物的污染，隨著環境條件的變化其存在的形態和生物可給性也會發生變化，往往會造成二次污染，危害生態系統和人體健康。隨著社會經濟的發展，城市垃圾、工業垃圾向農村轉移，農藥化肥的濫用，農村畜牧養殖過程中未經處理的糞水任意排放，加上農村環境管網不配套，無垃圾處理站[1―2]。

本研究采用酸度計對土壤pH值進行監測，采用ICP-MS法測定楚雄市郊不同種植類型土壤重金屬的含量,了解土壤中重金屬元素的積累情況,并進行相關的重金屬污染評價，為當地土壤中重金屬污染防治和農作物安全提供科學依據。

1 實驗部分

1.1 土壤樣品采集[3]

土壤采集地點:2015年3月，2016年3月在楚雄市東華鎮黃練坡村、東瓜鎮上章村、蒼嶺鎮腰站街、鹿城鎮白沙沖村四地采樣共40份。

土壤樣品采集方法[3]:根據當地的地形設置采樣區，采用梅花形、S形或對角線取樣法等取樣法采集土壤。清除其中的植物殘渣，然后用鏟子垂直向下直至20cm耕層取土，放入塑料袋，貼好標簽。

1.2 儀器和測試條件

ICP-MS電感耦合等離子體質譜儀由ICP焰炬，接口裝置和質譜儀三部分組成。ICP功率一般為1KW左右，冷卻氣流量為15L/min，輔助氣流量和載氣流量約為1L/min，調節載氣流量會影響測量靈敏度。樣品提升量為1ml/min。

1.3 試劑

濃HNO3(AR)成都市科龍化工試劑廠、HClO3(AR)天津政成化學制品有限公司、HF(AR)天津市風船化學試劑科技有限公司、KHC8H4O4(AR，105℃烘干))、KH2PO4(AR，45℃烘干)、Na2HPO4(AR，45℃烘干)。實驗室用水均為去離子水。

1.4 土壤樣品的預處理[3]

將每個采樣區的混合土放在塑料布上，平鋪攤開來，置于室內通風陰干。在土壤半干時，將大塊土壤捏碎(防止風干后結成硬塊，不易捏碎)，然后去除植物殘渣，待風干后按照四分法的原則，分出1kg樣品放入潔凈的塑料袋里，于室溫下保存。將土壤過80目標準篩后裝入玻璃瓶中待用。

1.5 土壤酸度的測定[3]

本實驗采用pHS-3C型酸度計對40個土壤樣品的水浸液進行測定，由于一般土壤懸濁液越稀測的pH值越高，為了能夠相互比較，在測pH時，采用2.5∶1的固定水土比例進行實驗。

1.5.1 pH4.01標準緩沖溶液的配制

將KHC8H4O4(AR)在105℃下烘干2h，然后稱取10.2100g于燒杯中，用超純水溶解后定容至1L容量瓶中，保存在聚乙烯瓶中待用。

1.5.2 pH6.87標準緩沖溶液的配制

將KH2PO4(AR)和Na2HPO4(AR)在45℃下烘干2h，分別稱取3.3900g和3.5300g于燒杯中，用超純水溶解后定容至1L容量瓶中，保存在聚乙烯瓶中待用。

1.5.3 土壤pH的測定

稱取處理好的土壤樣品20.0g放入100mL燒杯中，加入500mL超純水，間歇地攪拌和搖動30分鐘，靜置30分鐘后過濾待測。

將酸度計溫度補償調至室溫。先用pH為4.01的標準緩沖溶液校準酸度計，再用pH為6.87的標準緩沖溶液回校，直至酸度計的值與標準緩沖溶液的pH一致，反復幾次使度數穩定。

將電極插入到待測液中，輕輕晃動燒杯以除去電極上的水膜，靜止片刻，待讀數不變后記下pH值。然后取出電極用超純水洗凈，再用濾紙吸干水分后進行第二個樣品試液的測定。

1.6 土壤消解-全消解法

準確稱取0.2000g土壤樣品置于1000mL的燒杯中，用超純水潤濕后加入10.00mL 1∶3混合酸(濃HNO3+HClO3)，加蓋浸泡過夜，觀察樣品溶解情況，若不溶解，可加入5.00mL HF。將待測的樣品充分搖勻后，放在電熱板上低溫加熱煮沸，若變棕黑色，再加混合酸，直至冒白煙，消化液呈無色或略帶黃色，注意不能蒸干。取下室溫冷卻后，加入2% HNO3溶解，若有殘渣，過濾為干凈溶液后定容至1000mL容量瓶中待測。同時做空白實驗。

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量的測定結果

采用ICP-MS測定楚雄市郊4個村40個土壤樣品中元素含量(平均值)結果如下：

表1 土壤樣品中的元素測定值(mg/kg)

2.2 土壤酸度的測定結果

采用pHS-3C型酸度計測定楚雄市郊4個村40個土壤pH (平均值)，結果如下：

表2 4個村土壤樣點的pH測定值(平均值)

根據國家pH強度的土壤級別，從表2分析鹿城鎮白沙沖村屬于酸性土壤，其余3個采樣土壤樣品的pH值(平均值) 屬于中性。

表3 國家二級土壤環境質量標準值[4]mg/kg

根據表3中國家二級土壤環境質量標準值，不同pH下各種金屬含量范圍，分析以上所測定的四個村不同種植土壤中重金屬含量(表1)，結果表明：東華鎮黃練坡村麥田土壤pH值測定為7.03，屬中性。麥田土壤中檢測出Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等9種元素，其中有危害的重金屬元素As、Cd、Hg、Pb等4種元素存在。與表3對照，未超標的元素有Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb等7種，Cd元素含量均值為4.1mg/kg，超過了標準值(0.30 mg/kg)。

東瓜鎮上章村種植蔬菜土壤pH值測定為7.02，屬中性。土壤中檢測出Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb等8種元素，其中有危害的重金屬元素有As、Cd、Pb，未檢測出Hg。對照表3，未超標的元素有Cr、Ni、Cu、Pb等4種元素， Zn(3419 mg/kg) 、As(117.99 mg/kg)、Cd(6.35mg/kg)等3種元素大大超超額完成了標準值。

蒼嶺鎮腰站街村種植蔬菜土壤pH值測定為6.54，屬中性。土壤中檢測出有Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等9種元素，其中有危害的重金屬元素有As、Cd、Hg 、Pb等4種。對照表3，未超標的元素有Cr、Ni、Cu、As、Hg、 Pb等6種元素，超標的有Zn(857.95 mg/kg)、Cd(5.20 mg/kg)等2種元素。

鹿城鎮白沙沖村種植草莓土壤pH值測定為5.64，屬酸性。土壤中檢測出有Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等9種元素，其中有危害的重金屬元素有As、Cd、Hg 、Pb等4種。對照表3，未超標的元素有Cr、Ni、Cu、Zn、Hg、Pb等6種元素，As (53.10 mg/kg) 、Cd(3.69 mg/kg)等2種元素超過標準值。

2.3 土壤環境質量評價[4]

采用嚴格控制指標評價。單項污染指數法計算，Pi=Ci/Si式中Pi是指土壤中污染物i的單項污染指數；Ci是指土壤中污染物i的實測值；Si是指土壤中污染物i的評價標準。Pi≥1，嚴格控制指標超標，判定為不合格；Pi≤1，嚴格控制指標未超標，判定為合格。

表4 嚴格控制指標評價

以表4數據分析，按嚴格控制指標評價，鹿城鎮白沙沖村草莓種植土壤As 、Cd兩元素Pi≥1，判定為不合格。蒼嶺鎮腰站街村蔬菜種植土壤Zn、Cd兩元素Pi≥1，判定為不合格；東華鎮黃練坡村麥田種植土壤Cd元素Pi≥1，判定為不合格；東瓜鎮上章村蔬菜種植土壤Zn 、As、Cd(6.35mg/kg)3種元素Pi≥1，判定為不合格。

以上分析表明所選取的4個村不同種植類型的土壤都可能受到了重金屬不同程度的污染。需要進一步監測。

3 結論

3.1 利用酸度計對所采土壤pH值進行監測，結果表明種植小麥和蔬菜土壤以中性為主，種植草莓土壤pH值為酸性。

3.2 采用ICP-MS對楚雄城區麥田、草莓地、蔬菜種植土壤中重金屬進行測定，結果表明不同種植土壤中均存在有Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Mn、Ni等9種重金屬。采用嚴格控制指標評價，單項污染指數法計算表明蔬菜、草莓種植土壤都存在As 、Cd、Zn超標情況(Pi≥1)，種植小麥土壤Cd元素存在超標情況(Pi≥1)。說明所測定的不同種植物的土壤中受到重金屬As 、Cd的污染。

[1]鄭喜珅，魯安懷，高翔.土壤中重金屬污染現狀與防治方法[J].土壤與環境，2002,11(1):79―84.

[2] 王桂華,李家成,陸劍華等.廣東蔗區土壤重金屬元素的監測和評價[J].甘蔗糖業，2014,(1):54―57.

[3]林啟美.陶水龍編.土壤肥料學自學指導及實驗[M].北京:中央廣播電視大學出版社，1999：88―92.

[4]段昌群，王紅華，楊雙蘭編.無公害蔬菜生產理論與調控技術[M].北京：科學出版社，2006:189,191―192.

(責任編輯 徐成東)

Determination of Heavy Metal Content and Acidity in Soil of Chuxiong

WEI Wei, QIU Haihong, YANG Qiuxia, ZHOU Youcai & YU Hangming

(SchoolofChemistryandLifeScience,ChuxiongNormalUniversity, 675000,YunnanProvince)

In this study, ICP-MS method was used to measure the content of heavy metals in the soils of different planting types in Chuxiong suburb, and the soil pH value was monitored by pH meter. The results showed that the soil was neutral and acidic, and there were 9 kinds of heavy metals such as Cd, Hg, Cu, As, Pb, Cr, Zn, Mn, Ni and so on. By strictly controlling the evaluation indicators, calculations on the single pollution index show that As, Cd and Zn content has exceeded the standard in strawberry and vegetables’ planting soil, and Cd element has exceeded the standard in wheat planting soil, whose single pollution index of Pi is greater than 1, indicating that the soil has been polluted by As, Cd metals.

Heavy metals； Soil acidity； ICP-AES

2017 - 04 - 20

韋 薇(1960―)，女，壯族，楚雄師范學院化學與生命科學學院教授，研究方向：環境化學教學與研究。

S153.6

A

1671 - 7406(2017)03 - 0027 - 04