碭山黃河故道土壤重金屬地球化學(xué)特征及其環(huán)境效應(yīng)研究

郭 艷，孟棟材，陳 智，梅養(yǎng)英，吳 奇

(宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院,安徽 宿州 234000)

碭山黃河故道土壤重金屬地球化學(xué)特征及其環(huán)境效應(yīng)研究

郭 艷，孟棟材，陳 智，梅養(yǎng)英，吳 奇

(宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院,安徽 宿州 234000)

以碭山良梨、果園場(chǎng)等主要地區(qū)的梨園為研究對(duì)象，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀對(duì)土壤中重金屬元素進(jìn)行測(cè)定，并用pH測(cè)試儀測(cè)定部分樣品的pH值。研究結(jié)果如下：(1)Pb、Ni、Cd、As和Cu為強(qiáng)烈富集元素，Zn、Cr為正常元素，區(qū)內(nèi)元素整體分布均勻。(2)研究區(qū)Cd、Cu和Ni元素已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，造成污染；Pb、Cr和Zn元素相對(duì)虧損，而As含量在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。(3)研究區(qū)土壤大部分以中性土為主，pH值多數(shù)在7～8之間，土壤呈弱堿性。

地球化學(xué)；土壤；重金屬；污染；ICP-MS；碭山

土壤是土地的主體，土地是人類(lèi)社會(huì)生存的基礎(chǔ)，同時(shí)也是社會(huì)發(fā)展的基本條件，既是一種資產(chǎn)，也是非常寶貴的資源[1-3]。黃河故道地區(qū)發(fā)展果樹(shù)生產(chǎn),具有十分優(yōu)越的條件，是中國(guó)酥梨主產(chǎn)區(qū),其栽植品種95%以上是碭山酥梨，美味可口，銷(xiāo)遍全國(guó)。碭山酥梨的產(chǎn)量和質(zhì)量與土壤、環(huán)境、施肥條件和管理等因素息息相關(guān)，其中土壤是重要的因素，還須有與土壤密切相關(guān)并適應(yīng)酥梨特性的良好生態(tài)環(huán)境[4]。優(yōu)質(zhì)的碭山酥梨對(duì)土壤肥力的要求已有大量研究，如在砂性土壤中酥梨品質(zhì)更好、增施有機(jī)肥、氮磷鉀和鋅硼等微量元素相配合等[5-8]。但對(duì)于酥梨土壤中背景元素特別是重金屬元素的地球化學(xué)特征的研究還處在空白狀態(tài)。研究碭山縣黃河故道酥梨適應(yīng)性土壤，了解黃河故道地區(qū)果園的土壤狀況特別是重金屬地球化學(xué)特征，可確定酥梨土壤環(huán)境背景值，進(jìn)一步探討其與碭山酥梨果實(shí)品質(zhì)形成的關(guān)系，對(duì)土壤的處理及合理利用具有一定的參考意義。

1 環(huán)境概況

碭山縣酥梨生產(chǎn)地以良梨和果園廠為主，地勢(shì)平坦，系黃河沖積而成。碭山縣地處山東臺(tái)背斜徐蚌拗折帶，沉積了巨厚的第四系地層，其厚度至東向西逐漸增大[9]。

2 樣品采集與測(cè)試

本課題組(宿州學(xué)院學(xué)生)經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析研究后，本次采樣采用梅花采樣法(即五點(diǎn)取樣法)，沿著碭山東部和北部的黃河流域，共設(shè)78個(gè)采樣點(diǎn)，分別在每個(gè)采樣點(diǎn)表層5～10 cm和深層35～40 cm各采1件樣品，共計(jì)156件樣品，每件樣品重約10 g，采樣深度如圖1所示。采樣點(diǎn)主要布置于良梨和果園場(chǎng)，在良梨采樣102件，果園場(chǎng)采樣54件，如圖2所示。

將采回的樣品在室內(nèi)風(fēng)干，研磨過(guò)篩，將每個(gè)采樣點(diǎn)表層5～10 cm的樣品和深層35～40 cm的樣品組合成一個(gè)樣，代表此采樣點(diǎn)的樣品。稱(chēng)取研磨好的土樣50 mg于聚四氟乙烯內(nèi)膽中，加入硝酸1 ml、氫氟酸0.5 ml，搖勻，加蓋后放入不銹鋼套內(nèi)，擰緊不銹鋼蓋，于190 ℃的烘箱內(nèi)加熱20 h，取出內(nèi)膽,置于140 ℃的電熱板上至近干。再加硝酸和水各2 ml，加蓋于不銹鋼套內(nèi)，在烘箱內(nèi)150 ℃加熱2 h。冷卻后聚四氟乙烯內(nèi)膽，用硝酸(2+98)溶液定容至50 ml，搖勻。最后用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定[10]定容溶液中Pb、Cr、Cd、As、Co、Ni等8種重金屬元素的含量。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1所列。

利用pH測(cè)試儀對(duì)部分樣點(diǎn)進(jìn)行pH值的測(cè)定。將土壤經(jīng)風(fēng)干過(guò)篩處理后，稱(chēng)取20.0 g土樣于50 ml的燒杯內(nèi)，加入20 ml的去離子水，蓋上表玻璃，并且持續(xù)攪拌懸浮液5 min。若含有吸水性的土壤或鹽類(lèi)等其它復(fù)雜基質(zhì)，可額外加入更多試劑水，并記錄加入水量。靜置懸浮液大約1 h，使懸浮液的大部分固體沉淀，必要時(shí)利用過(guò)濾或離心取得水相層，再用pH儀電極測(cè)定其pH值。

測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3所列[11]。

3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與討論

3.1 重金屬元素含量特征

表1中元素的豐度系數(shù)由蘇聯(lián)的巴爾蘇柯夫提出，表示元素在礦床次生分散暈(簡(jiǎn)稱(chēng)次生暈)的形成過(guò)程中富集-貧化變化特征?？赏ㄟ^(guò)礦床次生分散暈中元素平均含量與礦床原生暈中元素平均含量之比值而求得(陳靜，2007)?？死酥凳侵傅貧ぶ性氐钠骄?，研究區(qū)土壤豐度指研究區(qū)內(nèi)土壤中元素含量平均值，而豐度系數(shù)則是指研究區(qū)內(nèi)元素的豐度值與克拉克值之比，能夠定量的反映出各元素的富集貧化程度(羅先溶等，2007；Ji Hong-Bing et al，2000)(本文采用大陸殼體元素豐度)。變異系數(shù)則是標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值，表征數(shù)據(jù)離散程度，反應(yīng)數(shù)據(jù)的均勻性程度，并消除了測(cè)量尺度和量綱的影響。統(tǒng)計(jì)分析研究區(qū)土壤樣品中各元素的含量，其結(jié)果如表1所列[14-16]。

注：元素單位為10-6，克拉克值為泰勒1964，平均值為剔除特高和特低值之后的算術(shù)平均值。

豐度系數(shù)大于1.2的元素為富集元素，其中豐度系數(shù)大于5的元素為強(qiáng)烈富集元素，從表1可以看出，研究區(qū)內(nèi)Pb，Ni，Cd，As和Cu的富集系數(shù)均大于5，分別為8.22,12.28,35.74,21.74和61.08，為該區(qū)土壤中強(qiáng)烈富集的元素，其中Cu的富集系數(shù)最大，達(dá)到61.08；Zn，Cr和V元素豐度系數(shù)大于0.7小于1.2，為正常元素[17，18]?？梢?jiàn)本區(qū)形成較高背景值的元素為Pb、Ni、Cd、As和Cu，其局部富集趨勢(shì)較強(qiáng)。豐度系數(shù)最小的是Mn和Co元素，均在0.5左右。

元素變異系數(shù)在0.06～0.36之間變化，Ni和As元素變異系數(shù)為0.30和0.36，相對(duì)其他元素，Ni和As分布存在一定的不均一性，區(qū)內(nèi)分布最均勻的為Cu、Cr和V元素，變異系數(shù)分別為0.06、0.08和0.09。

根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值(GB15618-1995，1995-12-06實(shí)施)(如表2所列)可知，研究區(qū)Cd、Cu、和Ni元素已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，嚴(yán)重超標(biāo)，造成污染；Pb，Cr和Zn元素處于缺損狀態(tài)，而As含量在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。

3.2 土壤酸堿性特征

土壤中重金屬元素的含量，與土壤的酸堿性密切相關(guān)。因?yàn)樵谕寥浪嵝詶l件下，重金屬元素容易由化合態(tài)轉(zhuǎn)為離子態(tài)，即由固態(tài)溶于水，由植物的根系吸收，進(jìn)入生態(tài)環(huán)境循環(huán)系統(tǒng)中，最終進(jìn)入人體，對(duì)人體造成危害[19]。

注：pH單位無(wú)量綱。

研究區(qū)土壤按照酸性土(≤6.5)、中性土(6.5～7.5)、堿性土(>7.5)，進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，從表3可看出良梨pH平均為7.48，以中性土為主，占61.5%；果園場(chǎng)pH平均為7.76，以堿性土為主，占66.7%。整個(gè)研究區(qū)土壤大部分以中性土為主，研究區(qū)土壤pH值多數(shù)處于7～8之間，土壤呈弱堿性。即沿著黃河故道從東南往西北方向，土壤越來(lái)越呈堿性。

4 結(jié) 論

樣品經(jīng)處理并利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)試，所得數(shù)據(jù)經(jīng)分析，可得如下結(jié)論：

Pb、Ni、Cd、As和Cu為強(qiáng)烈富集元素，Zn、Cr為正常元素。區(qū)內(nèi)元素整體分布均勻，只有Ni和As分布存在一定的不均一性，區(qū)內(nèi)分布最均勻的為Cu、Cr元素。

研究區(qū)Cd、Cu和Ni元素已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，嚴(yán)重超標(biāo)，造成污染；Pb、Cr和Zn元素處于缺損狀態(tài)，而As含量在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。

整個(gè)研究區(qū)土壤大部分以中性土為主，研究區(qū)土壤pH值多數(shù)在7～8之間，土壤呈弱堿性。即沿著黃河故道從東南往西北方向，土壤越來(lái)越呈堿性。

[1]劉應(yīng)平.成都平原土壤地球化學(xué)組成及其生態(tài)響應(yīng)研究[D].成都：成都理工大學(xué)地球科學(xué)院,2012.

[2]武漢地質(zhì)學(xué)院地球化學(xué)教研室.地球化學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社，1961:30-75.

[3]趙振華.微量元素地球化學(xué)原理[M].北京:中國(guó)科學(xué)出版社,1997:40-80.

[4]胡預(yù)生,於忠祥,宋仲耆.碭山酥梨土壤條件的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),1993,21(01)：69-74.

[5]趙慶庭,朱立武，賈兵,等.黃河故道地區(qū)果園土壤肥力與碭山酥梨品質(zhì)初步研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(29):14121-14123.

[6]代曼.農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)背景下碭山酥梨產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的研究[J].北京農(nóng)業(yè)，2015，(22)：186-187.

[7]宋俊偉，任士福，李學(xué)玲.不同基肥對(duì)“大石早生李”土壤養(yǎng)分和果實(shí)品質(zhì)的影響[J].北方園藝，2015，(13)：169-172.

[8]常潔，董思永，于德科.“金正大”含硝態(tài)氮新型肥料在碭山酥梨上施用效果實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)研究，2014，(03)：119-123.

[9]李公巖,劉東,路小慧,等.菏澤黃河故道濕地地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與保護(hù)探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009,(03):117-120.

[10]陳尤和.有關(guān)ICP測(cè)樣的一些條件實(shí)驗(yàn)[J].科技信息,2010,(09):

[11]管恩太，蔡德龍.硅營(yíng)養(yǎng)[J].磷肥與復(fù)肥,2000,15(05):64-66.

[12]魏復(fù)盛,楊國(guó)治,蔣德珍,等.中國(guó)土壤元素背景值基本統(tǒng)計(jì)量及其特征[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),1991,7(01):1-6.

[13]劉寧.河北金絲小棗主產(chǎn)區(qū)土壤地球化學(xué)背景研究[D].保定:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,2009.

[14]國(guó)坤.江西省玉華山火山盆地紫云山巖體土壤地球化學(xué)特征及成礦預(yù)測(cè)[D].南昌：東華理工大學(xué),2013.

[15]孫春葉.河南省淮河上游平原區(qū)土壤地球化學(xué)特征研究[D].荊州：長(zhǎng)江大學(xué)，2013.

[16]代杰瑞,龐緒貴,喻超,等.山東省東部地區(qū)土壤地球化學(xué)特征及污染評(píng)價(jià)[J].中國(guó)地質(zhì),2011,38(05):1387-1395.

[17]蔣敬業(yè),程建萍,祁世華,等.應(yīng)用地球化學(xué)[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,2006:41-81.

[18]何玉生,任利民,唐文春,等.成都經(jīng)濟(jì)區(qū)淺層土壤地球化學(xué)特征的土壤分類(lèi)學(xué)意義[J].地球化學(xué),2006,35(03):311-318.

[19]繆白玉.四川蒼溪獼猴桃產(chǎn)區(qū)土壤地球化學(xué)特征研究[D].成都：成都理工大學(xué)地球科學(xué)院,2012.

[責(zé)任編輯：王榮榮 英文編輯：劉彥哲]

Geochemical Analysis and Environmental Effects of Heavy Metals in Soil from Railway over Dried-up River Bed of Yellow River in Dangshan County

GUO Yan，MENG Dong-cai，CHEN Zhi，MEI Yang-ying，WU Qi

(School of Resources and Civil Engineering,Suzhou University,Suzhou,Anhui 234000,China)

Taking the main pear gardens in Liangli and Guoyuanchang,Dangshan as research objects,the contents of heavy metal elements in soil were determined by ICP-MS.And the pH of some sample was determined by pH meter.The findings are as follows:(1)Pb,Ni,Cd,As and Cu are strong enrichment elements,Zn and Cr normal ones and these elements are overall evenly distributed;(2)the values of Cd，Cu，and Ni are much higher than standard,thus causing pollution; the values of Pb,Cr and Zn are relative loss,and As is within the scope of the standard;(3)most of soil is neutral,with pH among 7-8,thus the soil is weakly alkaline.

geochemistry;soil;heavy metal;pollution;ICP-MS;Dangshan county

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目碭山縣黃河故道酥梨適宜性土壤研究(20141037907)；宿州區(qū)域發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心全國(guó)開(kāi)放課題資助項(xiàng)目宿縣礦區(qū)地溫場(chǎng)模擬及地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)(2014SZXTKF09)

郭艷(1985-)，女，安徽宿州人，宿州學(xué)院助教，碩士。

P 592

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2015.06.008

來(lái)稿日期：2015-09-08