荸薺土壤中鋅、銅、鉻的測定及污染評價

唐昭領(lǐng) 包秘 王蕾 左柱敏 趙大慶 陳蔚 陶劍恒 羅曉慧 莫秋云 李惠靜

摘要：利用微波消解-火焰原子吸收光譜法測定荸薺土壤中的鋅、銅和鉻含量，旨在為荸薺重金屬生物有效性研究、合理種植及確保荸薺質(zhì)量提供參考依據(jù)。驗證檢測方法的檢出限、準確度與精密度，分析荸薺土壤中的重金屬鋅、銅和鉻含量，采用單因子污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對研究區(qū)域荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染及其生態(tài)風(fēng)險進行評價。結(jié)果表明，荸薺土壤中鋅、銅、鉻含量分別為63.9～126.8、9.1～18.9、1.2～26.8 mg/kg，平均值分別為83.8、12.6、11.4 mg/kg。以食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準為評價依據(jù)，荸薺土壤鋅、銅和鉻元素均無污染。經(jīng)潛在生態(tài)危害指數(shù)分析得知，3種重金屬潛在生態(tài)危害由強至弱依次為Cu>Zn>Cr。總體上看研究區(qū)域荸薺土壤中鋅、銅和鉻污染風(fēng)險程度較低。

關(guān)鍵詞：荸薺;土壤;原子吸收光譜;鋅;銅;鉻;污染評價

中圖分類號：X825? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）23-0128-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.23.030? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

土壤既是自然環(huán)境的構(gòu)成要素，又是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的自然資源。隨著世界人口的快速增長、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和城市化的快速發(fā)展，土壤已受到較為嚴重的重金屬污染。含有重金屬的物質(zhì)通過各種途徑進入環(huán)境，參與土壤-水體-生物系統(tǒng)的循環(huán)，并通過食物鏈逐級富集進入人的食物鏈，對人體的健康與安全構(gòu)成嚴重的威脅。因此，對土壤中重金屬含量調(diào)查與評價研究，確定其污染程度，對保障人體健康和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

土壤中重金屬的檢測分析方法很多，歸納起來有原子熒光光譜法[1]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[2]、電化學(xué)法[3]、原子吸收光譜法[4]、X射線熒光光譜法[5]等。近年以來，土壤中重金屬含量測定與安全性評價引起了人們的廣泛關(guān)注[6-8]，但截止目前，關(guān)于荸薺土壤中鋅、銅和鉻的研究卻鮮有報道。在參考有關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，利用微波消解-火焰原子吸收光譜法測定荸薺土壤中鋅、銅和鉻，并對檢測方法的準確度與精密度進行了驗證，根據(jù)測定結(jié)果對荸薺土壤中鋅、銅和鉻的含量水平進行分析，以食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準為評價依據(jù)，采用單因子污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對研究區(qū)域荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染及其生態(tài)風(fēng)險進行評價。通過采集賀州市馬蹄生產(chǎn)基地內(nèi)的土壤作為研究對象，利用微波消解-火焰原子吸收光譜法對其土壤中鋅、銅和鉻含量進行分析，以期為荸薺產(chǎn)地環(huán)境中鋅、銅和鉻的污染防控提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料與儀器

土壤樣品全部采自賀州市荸薺地的0～20 cm表層土壤。每個采樣點用五點法采集，除去動植物殘體、石礫等雜物，并將大塊樣品捻碎混合均勻后，用四分法選取1 kg土樣，共28份。土壤樣品帶回實驗室，風(fēng)干、研磨，分別過20和100目尼篩，并保存于玻璃瓶中備用。

PE900T型原子吸收分光光度計，珀金埃爾默股份有限公司;CEM MARS6型密閉微波消解系統(tǒng)，美國CEM公司;EH20A plus微控數(shù)顯電熱板，蘇州江東精密儀器有限公司;BT125D型電子天平，德國賽多利斯集團;DQ3超純水機，美國密理博公司。鋅、銅和鉻空心陰極燈，珀金埃爾默股份有限公司;硝酸、氫氟酸、鹽酸均為優(yōu)級純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司;其他化學(xué)試劑為分析純;試驗用水為超純水;所用玻璃器皿均用25%硝酸浸泡24 h;1 000 mg/L鋅、1 000 mg/L銅和1 000 mg/L鉻標準儲備溶液，國家標準物質(zhì)中心。

1.2? 方法

1.2.1? pH的測定? 稱取10.0 g制備好的土壤，置于50 mL的高腳燒杯中，加入25 mL無二氧化碳水。將容器密封后于磁力攪拌器上攪拌5 min，靜置1 h后，用校正好的pH計進行測定。

1.2.2? 樣品的消解? 分別稱取制備好的土壤樣品0.100 0 g于微波消解罐中，加入硝酸6 mL、鹽酸2 mL、氫氟酸2 mL浸泡過夜。第二天消解前塞好內(nèi)蓋，旋緊外蓋，將消解罐對稱放入轉(zhuǎn)盤中，于微波消解儀中進行消化（微波消解程序見表1）。消解完成后，打開消解罐移至趕酸架中趕酸至1 mL左右，冷卻后用1%硝酸溶液移至50 mL容量瓶中定容，同時做空白試驗。

1.2.3? 元素的測定? 將鋅、銅和鉻標準儲備溶液逐級稀釋成10 mg/L標準溶液。分別準確吸取鋅、銅和鉻三種標準溶液各0、0.5、1.0、2.0、2.5、5.0 mL于50.0 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度配成0、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0 mg/L的混合標準溶液。按儀器設(shè)定條件分別測定標準溶液、樣品空白溶液、樣品溶液。原子吸收分光光度計的工作參數(shù)見表2。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 標準曲線、精密度、檢出限及準確度

2.1.1? 標準曲線、精密度、檢出限? 按儀器工作條件（表2）對鋅、銅和鉻系列標準溶液進行測定，繪制標準曲線;在儀器工作條件下對0.4 mg/L鋅、銅和鉻標準溶液進行11次測定，計算各元素的相對標準偏差（RSD），同時用空白溶液連續(xù)測定11次計算其鋅、銅和鉻的檢出限（3 s/k）?；貧w方程、相關(guān)系數(shù)、精密度及檢出限見表3。

2.1.2? 準確度試驗? 在未知土壤樣品中分別加入一定量的鋅、銅和鉻標準溶液，進行加標回收試驗來驗證方法的準確度。經(jīng)測定，該方法鋅的回收率在98.0%～109.0%，銅的回收率在92.0%～103.0%，鉻的回收率在95.0%～107.2%，準確度可以滿足試驗要求。

2.2? 荸薺土壤鋅、銅和鉻含量

以國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準[9]中的二級標準和廣西地區(qū)土壤背景值[10]為依據(jù)，對荸薺地土壤中鋅、銅和鉻含量進行分析。由表4可知，鋅、銅和鉻在荸薺土壤中含量范圍分別為63.9～126.8、9.1～18.9、1.2～26.8 mg/kg，均值分別為83.8、12.6、11.4 mg/kg。鋅元素在土壤中的含量低于國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準，但其平均值已超出廣西地區(qū)土壤背景值;銅、鉻元素含量均低于國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準值和廣西地區(qū)土壤背景值，且含量相對較低。從變異系數(shù)來看，鉻元素在土壤中的變異較大，而鋅元素在土壤中的變異較小。

2.3? 荸薺土壤鋅、銅和鉻污染評價

為查明采樣區(qū)土壤中鋅、銅和鉻的污染情況，本研究以《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標準》[11]（表5）為依據(jù)，采用單因子污染指數(shù)法對土壤中鋅、銅和鉻的污染水平進一步評價。單因子污染指數(shù)計算公式如下：

Pi=Ci/S （1）

式中，Pi為污染物單因子指數(shù);Ci為實測濃度;S為土壤環(huán)境質(zhì)量標準限定值（表5）。Pi值越大表示該地區(qū)受污染越嚴重;Pi≤1時，表示該地區(qū)土壤未受污染;當(dāng)13，則表示該地區(qū)土壤受重度污染。本研究采集的28個土壤樣品pH均小于6.5。

經(jīng)計算，28個荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染指數(shù)均小于1，沒有污染指數(shù)大于1的樣品，可見，在采用《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標準》進行單因子污染指數(shù)評價時，荸薺土壤未受到鋅、銅和鉻元素的污染。荸薺土壤中鋅、銅和鉻污染評價的具體計算與評價結(jié)果見表6。

2.4? 荸薺土壤鋅、銅和鉻潛在生態(tài)風(fēng)險評價

為進一步分析采樣區(qū)土壤中鋅、銅和鉻的潛在生態(tài)風(fēng)險，本研究采用潛在生態(tài)指數(shù)法進行生態(tài)風(fēng)險評價[12，13]。為了更準確反應(yīng)研究區(qū)域土壤重金屬含量的分異性，避免大尺度平均參考的偏差，研究用廣西地區(qū)土壤背景值作為參比值（表7）進行單因子污染物生態(tài)風(fēng)險評價，其計算公式如下。

Pi=Cis/Cin（2）

Eir=Tir×Pi（3）

其中，Pi為單因子污染指數(shù)，Cis為重金屬濃度實測值，Cin為重金屬參比值，Eir為單因子危害系數(shù)，Tir為毒性響應(yīng)系數(shù)。

采用潛在生態(tài)危害評價指標（表8）對土壤鉛和鎘污染潛在生態(tài)危害進行分級評價。經(jīng)計算，各采樣點土壤鋅、銅和鉻的潛在生態(tài)危害指數(shù)均小于40，處于輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險水平。鋅、銅和鉻的潛在生態(tài)危害指數(shù)平均值分別為1.11、2.25和0.28，其潛在生態(tài)危害由強至弱為：Cu>Zn>Cr。具體計算結(jié)果見表9。

3? 結(jié)論

利用微波消解-火焰原子吸收光譜法測定荸薺土壤中鋅、銅和鉻的含量，方法中鋅、銅和鉻的檢出限分別為0.004 4、0.005 4和0.023 0 mg/L，回收率分別為98.0%～109.0%、92.0%～103.0%和95.0%～107.2%，相對標準偏差分別為4.3%、1.2%和1.4%，表明該方法檢出限、準確度和精密度較好，滿足試驗要求。

荸薺土壤中鋅含量為63.9～126.8 mg/kg，平均值為83.8 mg/kg，銅的含量為9.1～18.9 mg/kg，平均值為12.6 mg/kg，鉻的含量為1.2～26.8 mg/kg，平均值為11.4 mg/kg。銅、鉻元素含量均低于國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準值和廣西地區(qū)土壤背景值，但鋅元素平均值已超出廣西地區(qū)土壤背景值，需要引起管理者和生產(chǎn)者的注意。

從單因子污染指數(shù)法評價結(jié)果可以看出，28份荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染指數(shù)均小于1，表明研究區(qū)荸薺土壤目前未受到鋅、銅和鉻元素的污染。從潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果來看，鋅、銅和鉻3種重金屬均處于輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險水平，其潛在生態(tài)危害指數(shù)平均值分別為1.11、2.25和0.28，潛在生態(tài)危害由強至弱為Cu>Zn>Cr。總體上看鋅、銅和鉻還處于一個較低含量水平，污染風(fēng)險程度較低，基本符合荸薺安全種植的要求。

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