泰州某草莓園土壤中重金屬含量調(diào)查

梅 潔，李 陽(yáng)，王 燕

(南京師范大學(xué)泰州學(xué)院，化學(xué)與生物工程學(xué)院，江蘇泰州 225300)

近年來(lái)，隨著泰州地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，環(huán)境受到了嚴(yán)重影響，特別是土壤污染嚴(yán)重。土壤中重金屬含量超標(biāo)對(duì)泰州地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響。泰州地方環(huán)保部門(mén)和食品衛(wèi)生監(jiān)督部門(mén)對(duì)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題非常重視，對(duì)綠色、無(wú)公害農(nóng)作物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)也非常嚴(yán)格。

果園環(huán)境質(zhì)量會(huì)直接影響果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)，而土壤重金屬含量是綠色食品產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測(cè)中一項(xiàng)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]。當(dāng)土壤中的重金屬積累到一定程度時(shí)就會(huì)對(duì)果園中土壤造成污染，進(jìn)而影響果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)，再通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，從而對(duì)人體健康造成危害[2]。因此，監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)果園土壤重金屬污染具有非常重要的意義。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)果園土壤重金屬含量已有一些研究，如對(duì)我國(guó)山東蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)部分果園的土壤重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)，檢出鉛、鎘和汞等重金屬含量超標(biāo)[3-5]；在美國(guó)，重金屬污染監(jiān)測(cè)已被納入果園的營(yíng)養(yǎng)管理[6]，中國(guó)農(nóng)業(yè)部在2000年也頒布了《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境與技術(shù)條件》[7]。

筆者以泰州海陵區(qū)某草莓園為例，對(duì)其土壤中重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，并將測(cè)定值與土壤環(huán)境背景值進(jìn)行比較，旨在研究該地區(qū)土壤中重金屬含量，為泰州地區(qū)果業(yè)的發(fā)展和果園生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善提供參考。該研究所測(cè)定元素含量參考1990年出版的《中國(guó)土壤元素環(huán)境背景值》[8]。

1 材料與方法

1.1樣品采集在草莓成熟季節(jié)采集土樣，時(shí)間為2016年12月1日，該草莓園為長(zhǎng)方形田塊，具有地勢(shì)平坦等特點(diǎn)。用挖坑剖面取樣方法采集土壤樣品，按雙對(duì)角線法布點(diǎn)采樣，根據(jù)“代表性”原則，在草莓園地塊按方位選5個(gè)采樣點(diǎn)(東南、東北、中部、西南、西北)，在每個(gè)采樣點(diǎn)上，按層垂直向下挖取土壤。用鐵鍬向土層下挖15 cm左右，再用竹片去除邊緣約1 cm厚的土層，每個(gè)點(diǎn)取約1 cm厚的土壤(1 kg左右)，每個(gè)點(diǎn)所取土壤量基本相等，采樣完畢后將各點(diǎn)土樣分別裝入不同的塑料袋，并貼上相應(yīng)標(biāo)簽(東南CMDN、東北CMDB、中部CMZB、西南CMXN、西北CMXB)。

1.2樣品制備

1.2.1風(fēng)干。將采回的土壤樣品平鋪在木盤(pán)中，攤成約2 cm厚的薄層，放于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)風(fēng)干。保持實(shí)驗(yàn)室干燥通風(fēng)，并防止污染，土壤標(biāo)簽采用竹夾夾在相應(yīng)木盤(pán)邊上，將風(fēng)干后的土樣轉(zhuǎn)送樣品加工室制備。

1.2.2研磨與過(guò)篩。首先，將風(fēng)干好的土樣倒入木盤(pán)中，壓碎，并不斷清除碎石、砂礫及植物根莖等雜質(zhì)。用四分法縮分，將經(jīng)過(guò)縮分后的樣品，1份留作備用，另1份繼續(xù)研磨至全部通過(guò)200目尼龍篩，充分混合均勻后，分裝于特制塑料袋中，以備分析測(cè)試用。

1.3樣品預(yù)處理

1.3.1智能石墨消解法。稱(chēng)取經(jīng)處理過(guò)的土壤樣品0.200～0.500 g(精確至0.001 g)于專(zhuān)用聚四氟乙烯消解管中，滴加少量水潤(rùn)濕，加入10 mL硝酸、8 mL氫氟酸、3 mL高氯酸，待設(shè)備溫度升高至200 ℃時(shí)，將消解管放入加熱90 min，此過(guò)程消解管需要加蓋密封。冷卻10 min左右，再次向消解管中加入4 mL硝酸、1 mL氫氟酸，等溫度升到200 ℃，再加熱120 min，此過(guò)程消解管不需要加蓋。加熱結(jié)束后冷卻15 min，最后加入2 mL水、0.3 mL硝酸。取出消解管定容到50 mL容量瓶中加蓋搖勻，靜置約30 min取上清液測(cè)定，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.3.2王水水浴消解法。土壤中重金屬汞(Hg)測(cè)定采用王水水浴消解法，稱(chēng)取經(jīng)處理過(guò)的土壤樣品0.200～1.000 g于50 mL具塞比色管中，加少許水潤(rùn)濕，然后加入10 mL王水(鹽酸∶硝酸∶水=3∶1∶4)，將瓶塞蓋上后搖勻，置于沸水浴中消解2 h，取出冷卻至室溫，用稀釋液將其稀釋至刻度，搖勻后靜置，取上層清液待測(cè)，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.4pH測(cè)定稱(chēng)取過(guò)篩后的土壤樣品10.000 g于50 mL燒杯中，加入25 mL蒸餾水，用玻璃棒劇烈攪拌2～3 min，靜置30 min，密封，以防止空氣中氨以及揮發(fā)性化合物影響。儀器校正：用pH分別為4.00、7.00、10.00的緩沖液對(duì)儀器進(jìn)行校正，使標(biāo)準(zhǔn)緩沖液pH與儀器標(biāo)度上的pH相一致，然后，把玻璃電極和甘汞電極插入土壤懸浮液中，測(cè)pH，每份樣品測(cè)完，即用去離子水沖洗電極，并用濾紙將水吸干。

1.5溶液配制

1.5.1標(biāo)準(zhǔn)溶液。Hg標(biāo)準(zhǔn)貯備液。

1.5.2混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。Be、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Se、Mo、Ag、Cd、Sb、Ba、Pb混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度為100.0 mg/L。

1.5.3稀釋液。稱(chēng)取0.200 g重鉻酸鉀(優(yōu)級(jí)純)，用少量水溶解，加入28 mL硫酸(優(yōu)級(jí)純)，用水稀釋至1 000 mL，搖勻。

1.5.4ICP-MS質(zhì)譜調(diào)諧液。Li、Y、Ce、Tl、Co、Mg混合溶液，濃度為1 μg/L。

1.5.5ICP-MS內(nèi)標(biāo)溶液。Li6、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi混合溶液，濃度為400 μg/L。

1.5.6純水。電阻率大于18.0 MΩ/cm。

1.6測(cè)定方法分別用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP—MS)法測(cè)定土壤樣品中的重金屬Be、V、Co、Se、Mo、Ag、Sb、Cr、Ni、Cu、Cd、Pb，采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP—AES)法測(cè)定土壤樣品中的重金屬Ba、Mn、Ti、Fe、Zn，采用雙道原子熒光計(jì)測(cè)定土壤樣品中的重金屬Hg。

2 結(jié)果與分析

2.1pH測(cè)定結(jié)果從表1可以看出，土壤樣品的pH為6.66～6.84，符合國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)6.50～7.50，為中性土壤。

表1 土壤樣品的pH

2.2重金屬含量測(cè)定結(jié)果該次試驗(yàn)中，重金屬Zn采用原液測(cè)定，其余土樣均要稀釋10倍測(cè)定。共8個(gè)土樣，5份草莓園土壤樣品，2份標(biāo)樣，1份試劑空白。

將表2電感耦合等離子體質(zhì)譜檢測(cè)數(shù)據(jù)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較可以看出，大部分重金屬含量值符合標(biāo)準(zhǔn)，但其中Se含量嚴(yán)重超出土壤元素環(huán)境背景值。95%置信范圍內(nèi)Se含量為0.047～0.993 mg/kg，而該草莓園土壤中Se含量均達(dá)2.000 mg/kg，土壤中含有少量的Se對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用。在增加作物產(chǎn)量、提高農(nóng)作物質(zhì)量方面，Se也有著非常重要的作用。但是，若土壤中Se過(guò)量會(huì)抑制作物生長(zhǎng)發(fā)育，可能會(huì)導(dǎo)致草莓出苗較弱，生長(zhǎng)緩慢，產(chǎn)量下降，同時(shí)有機(jī)Se轉(zhuǎn)化率下降，甚至有副作用。主要原因可能是來(lái)自成土母質(zhì)母巖及生物循環(huán)，此外還有肥料過(guò)度施用所致。

表2 電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP—MS)檢測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)我國(guó)4 000個(gè)表土樣品環(huán)境背景值中Ag含量在95%置信范圍為0.027～0.410 mg/kg。由表2可知，5個(gè)土壤樣品中重金屬Ag含量均略微高出土壤元素環(huán)境背景值。Ag具有殺菌消毒的作用，土壤中適量Ag的存在不僅對(duì)動(dòng)植物有益，而且對(duì)人體健康也有好處。該土壤中Ag可能來(lái)源于大氣沉降。

根據(jù)我國(guó)4 000個(gè)表土樣品環(huán)境背景值中Cd含量在95%置信范圍為 0.017～0.333 mg/kg。從表2可以看出，CMDN、CMZB這2個(gè)土壤樣品中Cd含量分別為0.329、0.314 mg/kg，接近土壤元素環(huán)境背景值的最高限度，過(guò)量的Cd會(huì)影響草莓的生長(zhǎng)發(fā)育，且草莓根系是受害最嚴(yán)重的器官，Cd污染使草莓結(jié)果的能力降低、果實(shí)品質(zhì)下降,甚至?xí)斐晒麑?shí)不能食用。

從表3可以看出，草莓園土壤重金屬M(fèi)n、Ti、Fe含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

Hg含量在95%置信范圍為0.006～0.272 mg/kg，若土壤中Hg含量高于0.500 mg/kg，即認(rèn)為該土壤已受到Hg污染，Hg對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞作用；土壤中Hg含量高于1.000 mg/kg時(shí)就會(huì)對(duì)生態(tài)造成較嚴(yán)重的影響，生長(zhǎng)在這種土壤的植物，殘留Hg含量會(huì)超過(guò)食用標(biāo)準(zhǔn)。

表3 電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)檢測(cè)數(shù)據(jù)

從表4可以看出，草莓園土壤中重金屬Hg含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。Hg污染來(lái)源非常廣泛，主要來(lái)源于汽車(chē)尾氣的排放、工業(yè)“三廢”的排放，含汞農(nóng)藥、肥料的使用等，土壤中Hg含量超標(biāo)不會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生很大影響，但殘留在植物籽實(shí)中的Hg會(huì)通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，從而危害到人體健康。土壤中Hg含量高，可能與草莓園長(zhǎng)期施用農(nóng)藥有很大關(guān)系，另外汽車(chē)尾氣的排放和大氣沉降等對(duì)土壤中Hg的累積也會(huì)有一定的影響。

表4 原子熒光儀測(cè)定數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

該研究以智能石墨消解法和王水水浴消解法對(duì)泰州某草莓園土壤pH和土壤中18種重金屬進(jìn)行測(cè)定，分別借助于ICP-AES、ICP-MS和AFS對(duì)土壤重金屬消解液中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni等18種重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)，并與土壤元素環(huán)境背景值進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明土壤的pH符合國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(6.50～7.50)，為中性土壤。土壤中除Cd、Hg、Se、Ag含量超出土壤元素環(huán)境背景值外，其他重金屬含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。盡管草莓園土壤中大部分重金屬含量沒(méi)有超標(biāo)，但土壤中重金屬Hg含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)引起環(huán)保等部門(mén)的重視，建議采取相關(guān)措施，降低土壤中Hg的含量，防止草莓園土壤質(zhì)量惡化，確保草莓園生產(chǎn)的草莓優(yōu)質(zhì)高效，讓市民能夠放心食用。

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