清镇市部分农村土壤中铅?铬和镉含量的评价

陈伟 陈焰 贺士军 李海畅

摘要 [目的]以贵州省清镇市农村土壤为研究对象，考察清镇市部分农村土壤中铅、镉、铬的含量。[方法]对5个乡镇50份土壤样品进行检测，石墨炉原子吸收分光光度法测定土壤中铅、镉含量，火焰原子吸收分光光度法测定土壤中铬含量。[结果]土壤样品中的铅、铬、镉最高含量分别为81.9、193.7、0.792 mg/kg，铅、铬均未超出《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）规定的350、250 mg/kg，部分乡镇镉元素超出0.6 mg/kg。样品中铅、铬、镉单因子污染指数最大分别为0.107 8、0.466 7、1.160 3，镉元素大于1，铅、铬元素均小于0.7，说明镉元素有轻微污染，而铅、铬均在安全范围内;综合污染指数最大为0.916 3，小于1，达到尚清洁、安全的水平。[结论]该研究为土壤环境质量评价及土壤重金属污染综合治理提供依据。

关键词 农村土壤;铅;铬;镉;评价;清镇市

中图分类号 X833文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）11-0060-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.019

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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 陈伟（1982—），男，湖南怀化人，主管技师，从事环境污染物以及食品中有毒物质研究。

收稿日期 2018-11-23

随着现代工业和城市的不断发展，近年来土壤持续受到含有重金属的工业生产和社会公共基础设施排出的废水、农业领域广泛施用的各种农药、化肥及大气降尘等的污染，其中铅、镉、铬等重金属是土壤的重要污染源之一[1]。贵州省是矿产资源大省，蕴藏着丰富的矿产资源，不合理的开采矿藏资源，造成了十分严重的土壤污染[2]。由于人类活动范围的不断扩大，土壤受到人类活动的影响程度也日益加深，重金属污染元素Pb、Cd、Cr等生物毒性显著的元素因人类生产生活等因素流入土壤，致使土壤中重金属含量增加，环境质量下降和生态恶化，最终造成土壤重金属污染。重金属污染在土壤中具有移动性差、滞留时间长、不容易扩散和稀释，不能被微生物分解等特点，有明显的生物富集作用[3-4]。这些重金属污染元素被农作物吸收后，对植物的形态、生长、繁衍造成危害，引起植物的高度、根茎的长度、叶片的面积等一系列生理特征的变化，最终对其生长、产量以及品质都有较大影响[5]。铅、镉、铬等还具有显著的生物毒性，对人体和动物体主要通过食物链的富集来危害人畜健康，在土壤中积累迁移，通过食物链进入人体，导致一些慢性病、畸形、癌症等发生[6]。重金属能够抑制人体化学反应酶的活性，使细胞质中毒，从而伤害神经组织，还可直接导致组织中毒，损害肝、肾等器官。一旦重金属进入人体，就会与人体内的重要物质发生配位，改变了正常生理功能，可进入神经系统，干扰了神经的正常功能，成为植物人，甚至导致死亡[7]。

贵阳市现已逐步发展成为拥有冶金、煤炭、机械制造、电子、电力、仪器仪表、化工等的新兴工业城市，清镇市是贵阳工业区的主要分布区之一[8]，现有铝工业园区、百花工业园、复合肥厂、爆竹厂、油石厂、酿酒厂、水泥厂等分布于部分乡镇。据调查，贵州省清镇市蔬菜中Pb、Cr、Cd含量常出现含量超标现象，其中 Cd 超标严重[9]。如今，在土地资源日益紧张的情况下，既要满足人口粮食的需求，又要发展经济，对农村土壤重金属污染情况监测、降低重金属在食物中的含量变得非常重要和迫切[10]。目前，对土壤中重金属检测的方法越来越多，常用的检测方法有电感耦合等离子体发射光谱法、分光光度法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子-质谱法等。在土壤重金属检测的过程中，前处理方法也非常重要，传统的前处理方法有电热板消解法、高压消解罐消解法、微波消解法和碱熔法等，其中微波消解法是一种最常用的前处理方法，与其他前处理方法相比，具有热效率高、节能、省时、安全、待测元素损失少等优点[11]。笔者利用微波消解法对土壤进行前处理，石墨炉原子吸收分光光度法与火焰原子吸收分光光度法检测所监测的清镇市农村土壤铅、铬、镉含量，根据检测结果对所监测的土壤污染状况进行评价。

1 材料与方法

1.1 试验材料

安捷伦240Z石墨炉原子吸收光谱;安捷伦240FS火焰原子吸收光谱;美国CEM微波消解仪（Mars-Xpress型）;梅特勒XP204电子天平（万分之一）;东方科创EHD-24赶酸仪;盐酸;硝酸;氢氟酸;铅（GSB04-1742-2004）、铬（GSB04-1723-2004（a））、镉（GSB04-1721-2004）标准储备液。

1.2 试验方法

1.2.1 测定方法。

根据《土壤质量铅、镉的测定》（GB/T 17141—1997）采用石墨炉原子吸收分光光度法测定土壤中铅、镉的含量（仪器条件如表1所示）;根据《土壤总铬的测定》（HJ 491—2009）采用火焰原子吸收分光光度法测定土壤中铬的含量（仪器条件：波长283.3 nm，狭缝宽度0.4 nm，灯电流2.0 mA，乙炔流量1.5 L/min，空气压力0.2 MPa，燃烧头高度7 mm）;土壤pH采用电位法测定。

1.2.2 采樣与样品前处理方法。

1.2.2.1 样品采集。

从清镇市东西南北中5个方位抽取5个乡镇作为采样对象。每个乡镇采用“蛇型线”采样法，布置10个点，采样时，采集5～20 cm深表层土壤，在10 m2范围内按照5点取样法采集土壤混合为一个样品，样品总量为1 kg左右，于6—8月开展采样工作，采样过程中做好相关记录。

1.2.2.2 样品前处理。

①将样品（一般不少于500 g）混匀后用四分法缩分至100 g，缩分后的土样再经风干处理后去除土样中的石子和植物残体等异物。用研钵碾压土壤，过2 mm尼龙筛除去沙砾后，进一步研磨，再过100目尼龙筛，混匀后干燥（105 ℃干燥2 h）备用。

②称取约0.200 0 g的已处理样品，置于聚四氟乙烯消解罐中，用少量水润湿，加入6 mL硝酸、2 mL盐酸加盖，静置过夜后，开盖放入赶酸仪中加热10 min，再分别加入6 mL氢氟酸后加热保持微沸30 min后，停止加热放冷。

③向消解罐子中加入6 mL硝酸，将消解罐加盖拧紧放入Mars-Xpress型微波消解仪炉腔内，设定微波消解程序（一个大气压），设置时间程序（表2），进行样品消解。④自动冷却后取出消解罐，打开内外盖，置于150 ℃赶酸仪上加热，挥发近干后冷却。

⑤用1～2 mL的去离子水冲洗消解罐罐盖及罐壁2～3次，洗涤液用注射器进行抽滤，滤液转移至25 mL比色管中，去离子水定容，混匀待测。

1.2.2.3 质量控制。

采取每间隔6～8个样品设置平行样进行质量控制，平行样品相对偏差在4%的范围内。

1.2.2.4 最低检出限。

被测定元素能产生的信号为空白值的标准偏差3倍时，样品中铅、铬、镉的浓度为最低检出限[12]。

1.2.2.5 线性范围试验。

分别配制0、10.0、20.0、30.0、400、50.0、60.0 μg/L铅标准溶液，0、10.0、20.0、30.0、40.0、500、60.0 μg/L铬标准溶液，0、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、300 μg/L镉标准溶液，分别进样10 μL，以标准品质量浓度（X）为横坐标、吸光度值（Y）为纵坐标绘制标准曲线。

1.2.2.6 回收率试验。

为检验该方法的稳定性，取已测土壤内控样GBW07454样品6份的标准样，按照样品方法处理制备样品液，测定并计算Pb、Cr、Cd元素平均加标回收率[13]，检测含量方法同“1.2.1”。

回收率=内控样品测定值/ 内控样已知值×100%。

1.2.3 评价标准。

1.2.3.1 污染等级划分。

单因子污染指数与综合污染指数的分级标准见表3。

1.2.3.2 土壤污染的评价标准。

《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）中土壤重金属含量二级标准作为土壤污染的评价标准，见表4。

2 结果与分析

2.1 土壤环境中铅、铬、镉含量的测定

对清镇市5个乡镇（数字1～10分别为采样点）50份土壤样品进行检测，测定结果如表5所示。

由表5可知，土壤中铅的含量为10.8～81.9 mg/kg，平均含量为32.4 mg/kg;铬的含量为31.5～1937 mg/kg，平均含量为76.5 mg/kg;镉的含量为0.103～0792 mg/kg，平均含量为0.366 mg/kg;土壤pH为5.67～860，呈弱酸性或弱碱性;土壤中铅、铬含量符合我国 《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）标准规定的限量值350、250 mg/kg，而卫城镇与麦格乡镉元素分别超标0.013、0.048 mg/kg。

2.2 最低检出限

经分析，土壤环境中铅、铬、镉的最低检出限浓度分别为0.02、0.038、0.001 mg/kg。

2.3 标准曲线

以浓度为横坐标（X）、吸光度为纵坐标（Y），绘制标准曲线（表6），铅、铬、镉相关系数分别为0.999 7、0.999 4、0.999 2，相关性良好。

2.4 回收率试验

由表7可见，该试验条件下，铅、铬、镉的回收率均大于80%，小于120%，回收率好，相关性好。

2.5 土壤污染指数

清镇市不同乡镇土壤质量情况采用单因子污染指数法和综合污染指数法，《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）中土壤重金属含量二级标准作为土壤污染的评价标准，其污染指数分析结果见表8。

由表8可知，除卫城镇和麦格乡土壤的镉的单因子污染指数大于1外，其余乡镇土壤铅、铬、镉的单因子污染指数都小于1，说明卫城镇和麦格乡受到镉元素的轻度污染，而其余乡镇土壤铅、铬、镉在安全水平内。从综合污染指数上分析，土壤铅、铬、镉的综合污染指数均小于1，达尚清洁、安全水平。对比分析清镇市部分乡镇农村土壤铅、铬、镉含量结果与国家农田土壤质量限量标准，发现所监测土壤中铅、铬均在国家农村土壤质量标准范围内，卫城镇与麦格乡镉元素稍微超出限量范围。镉元素污染土壤的原因可能是由于离化工厂较近、乡镇内有工厂、施用含重金属的化肥或农药而引起土壤镉元素的轻微污染，具体原因还需进一步调查和研究。

3 结论

该研究对清镇市部分农村土壤中铅、铬、镉的含量进行了检测和分析，结果表明，所监测的5个乡镇中，土壤铅的含量为10.8～81.9 mg/kg，平均含量为32.4 mg/kg;铬的含量为31.5～193.7 mg/kg，平均含量为76.5 mg/kg;镉的含量为0103～0.792 mg/kg，平均含量为0.366 mg/kg;土壤 pH在5.67～8.60，呈弱酸性或弱碱性，铅和铬均符合我国《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）标准规定的限量值350、250 mg/kg，卫城镇农村土壤中镉元素超出限量值0.6 mg/kg，从单因子污染指数可以看出，卫城镇和麦格乡的镉的单因子污染指数 PCd分别为1.021 5、1.160 3，其他土样的PCd、PCr、PPb的单因子污染指数均小于1，说明卫城乡和麦格乡受到土壤镉元素的轻度污染。从总体来看，使用综合污染指数分析，监测乡镇土壤中铅、铬、镉均未大于1，即尚清洁、安全水平。据笔者调查发现，卫城镇与麦格乡受工业影响较大，降低工业废气及废水中镉含量是减少土壤镉污染的主要措施，需有关部门引起关注，以阻止土壤中镉元素的进一步富集和土壤环境质量的进一步恶化。

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