中國彌勒市某村葡萄園土壤中金屬元素分布特征及污染評價

丁艷芳 魯廣秋 王云祥 和士彥 劉威

1.廣西博環(huán)環(huán)境咨詢服務有限公司，中國·云南 昆明 650000

2.玉溪師范學院化學生物與環(huán)境學院，中國·云南 玉溪 653100

3.云南省彌勒市煙用物資有限責任公司，中國·云南 彌勒 652399

4.云南溪影桑陌生態(tài)科技有限公司，中國·云南 昆明 650000

為了解中國彌勒市常年種植葡萄的土壤中金屬元素的分布特征，做出合理的污染評價，論文通過測定土壤常規(guī)理化指標了解土壤基本狀況，運用火焰原子吸收法測定土壤中Cu、Zn、Pb、Ni 元素的含量，研究其分布特征，并做出污染評價。結果表明，該區(qū)域土壤呈酸性，有機質、氮素等營養(yǎng)成分含量在中等水平，缺乏有效硼。金屬元素含量Cu 在62.4～82.3mg/kg，Zn 在53～71.4mg/kg，Pb 在32.4～39.1mg/kg，Ni 在46.2～53mg/kg。內梅羅指數(shù)法得到各金屬元素的平均綜合評價指數(shù)P綜＜0.7，整體污染程度安全，為進一步發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)以及科學種植葡萄提供了依據(jù)。

葡萄；土壤；金屬元素；污染評價；內梅羅指數(shù)法

1 引言

對土壤養(yǎng)分的分析關系葡萄生長的數(shù)量和質量，根據(jù)土壤養(yǎng)分情況，可以指定適合的肥料，補充有機質等營養(yǎng)成分，給土地修復，增加土地的活力和動力，為葡萄種植提供科學的依據(jù)。土壤狀況在很大程度上決定了葡萄的性質，土壤養(yǎng)分是土壤肥力的主要組成部分，他對農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展有重要影響，養(yǎng)分管理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起重要作用。土壤pH、氮素、有機質、硼與葡萄生長息息相關。陳云霞[1]等人對葡萄土壤的研究表明，土壤氮、磷、鉀均值分別為0.71g/kg、20.6mg/kg、149mg/kg 時，土壤養(yǎng)分較為良好。

彌勒市氣候屬亞熱帶，當?shù)剞r(nóng)業(yè)常年以種植葡萄為主。本研究所在的村莊坐落于高原葡萄之鄉(xiāng)東風農(nóng)場附近，土壤和氣候適合葡萄種植。但此地在葡萄種植過程中出現(xiàn)長勢有好有壞，給種植戶帶來了困難。有研究表明，金屬元素對葡萄的生長及品質有重要影響，耿慧[2]通過研究土壤銅、鋅分布特征，了解了其與葡萄品質的關系。同時，土壤中Cu、Zn、Pb、Ni 元素的含量是農(nóng)用地土壤污染風險篩選值的必測項目，劉子龍[3]等人分析了葡萄主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬含量，并評價其污染程度。文章旨在通過測定Cu、Zn、Pb、Ni 元素的含量，研究其分布特征，并做出污染評價，為進一步發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)以及科學種植葡萄提供依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試劑及儀器

金屬測定：硝酸(AR，天津風船）、高氯酸（AR，天津風船）、氫氟酸（AR，天津風船）、銅標準儲備液GBW(E)081008、鋅標準儲備液GBW(E)081009、鎳標準儲備液GBW（E)081006、鉛標準儲備液GBW（E)080987（濟南眾標科技有限公司）、重鉻酸鉀（AR，天津風船）、濃硫酸（AR，西隴化工）、硫酸亞鐵（AR，天津風船）、鄰啡羅啉（AR，科密歐）、硫酸銀（AR，西隴化工）、氫氧化鈉（AR，天津博迪化工）、濃硫酸（AR，西隴化工）、濃鹽酸（AR，國藥集團）、濃硫酸（AR，西隴化工）、乙醇（AR，西隴化工）、硼酸（AR，天津風船）。

儀器：電子分析天平（型號：AR114P/奧豪斯）、紫外分光光度計（UV-160A/日本島津）、原子吸收分光光度計（普析通用/TAS-990F）、pH 計（型號：PHS—3C/產(chǎn)地：上海虹益）、電熱板、量筒、容量瓶。

2.2 土樣采集及制備

此塊地面積為兩畝，長方形，土壤樣品采自4 個頂點和中心點。采用分層抽樣法3步設采樣點[4]，各取表層（0～20cm）土壤約1kg，在陰涼處自然風干，樣品風干后篩揀動、植物殘體、石子，用木棍研細，之后采用四分法粉碎過篩20 目和100 目，裝袋。

2.3 土壤理化性常規(guī)項目測定

依據(jù)國家或行業(yè)標準方法，進行土壤理化性常規(guī)項目的測定[4]。pH（電位法測定）；有機質（重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定）；全氮（凱氏定氮法測定）；有效硼（姜黃素比色法測定）；水解氮（堿解擴散法測定）。

2.4 金屬元素消解方法與測定條件

如表1所示，稱取過100 目篩的土壤樣品0.2g（精確至0.0001g）于聚四氟乙烯燒杯中，加入6mL 硝酸+1mL 高氯酸；置于電熱板上上，位于通風廚中（160～170℃）消解，至硝酸被趕盡，部分高氯酸分解出現(xiàn)大量白煙，樣品成糊狀時，取下冷卻。用塑料滴管加入10mL 氫氟酸，在加入高氯酸0.5mL，置于電熱板上，位于通風櫥中（210～220℃）加熱使硅酸鹽等礦物質分解后，繼續(xù)加熱至剩余的氫氟酸和高氯酸被趕盡，停止冒白煙時，取下冷卻，加入3mol/L 的鹽酸溶液10mL，繼續(xù)加熱至殘渣溶解，取下冷卻，用去離子水定量轉入25mL容量瓶中，定容，混勻，所得溶液為土壤消解液。

表1 火焰原子吸收測定條件

2.5 標準曲線配制方法

土壤有效硼標準曲線：分別吸取10 μg/mL 的硼標準儲備液0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL 于50mL 容量瓶中，配制成一系列濃度為0、0.1、0.2、0.4 、0.6 、0.8、1.0μg/mL 的標準工作液。

金屬元素標準曲線：分別取濃度為1000 μg/mL 的Cu、Zn、Pb、Ni 標準儲備液0.00、0.25、0.50、1.00、2.50、5.00、10.00 mL 至50mL 容量瓶中，配制得濃度為0.00、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 μg/mL 的標準工作液。

2.6 評價方法

采用內梅羅污染指數(shù)法[5][6][7]分析，分別進行單因子指數(shù)和綜合因子指數(shù)的計算。

單因子計算公式：Pi=Xi／Si

(Pi—內梅羅污染指數(shù)；Xi—土壤中污染物實測濃度（mg/kg）；Si—土壤環(huán)境質量標準值中的評價指標。)

綜合污染指數(shù)法的計算公式：

式中：P綜為綜合污染指數(shù)(綜合反映各污染物對區(qū)域土壤的不同作用)；P均為所有單項污染指數(shù)的平均值；Pmax為土壤環(huán)境中各單項污染指數(shù)中的最大值。

3 結果與分析

3.1 土壤理化性常規(guī)項目測定結果

表4中編號1代表此塊正方形地的中心點樣。編號2、3、4、5 分別代表此塊地四個頂點的樣品。各常規(guī)理化性質如下表2所示。

表2 紅石巖果園中pH、有機質、水解氮、全氮、有效硼含量

此塊地5 個點土壤pH 小于6.5，變幅在4.21～6.16 之間，平均值為5.03，屬于酸性土壤。有機質在23.52～42.04g/kg，有機質平均值為29.22g/kg，此塊果園土壤有機質分布不均，含量在中等水平。水解氮含量變幅在62.8～90.2mg/kg之間，平均含量為77.22mg/kg，全氮變幅在0.097～0.198%之間，平均值為0.144%。有效硼含量變幅在0.101～0.235mg/kg 之間，平均值為0.150mg/kg。

3.2 金屬元素測定結果

用4 種金屬元素Cu、Zn、Pb、Ni 的標準儲備液配制不同濃度的標準溶液系列繪制標準曲線，并計算回歸方程及相關系數(shù)r。計算結果如下表3所示：相關系數(shù)范圍在0.9963 ≤r ≤0.9997 之間，各組分峰面積與質量濃度相關性良好，可以滿足定量測定的需要。

表3 各元素測定方程

通過用火焰原子吸收光譜儀對土壤樣品Cu、Zn、Pb、Ni 元素進行測定，各采樣點位的金屬元素含量如下圖1所示。

圖1 各點位金屬元素含量圖

各金屬元素含量平均值由高到低依次為：Cu ＞Zn ＞Ni＞Pb，根據(jù)《GB 15618-2018 土壤環(huán)境質量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）》標準：土壤pH ≤5.5 時，各元素含量限值，Cu 為72.3 mg/kg ＜150 mg/kg（果園），Zn 為63.3 mg/kg ＜200mg/kg，Ni 為48.4 ＜60mg/kg，Pb 為36.0＜250mg/kg，如表4所示，該葡萄園土壤中的金屬未超過限值范圍。

表4 各元素含量平均值

3.3 污染評價

如表5所示，依據(jù)內梅羅污染指數(shù)法[6，7]進行該葡萄園土壤金屬污染評價可知，各元素的Pi 均小于1，污染水平均為非污染，其中Ni 的Pi 最大。通過計算綜合污染指數(shù)（P 綜）可知，該地土壤中金屬含量分布不均勻，其中4、5 兩個點位的綜合污染指數(shù)為0.7 ＜P 綜＜1.0，金屬污染程度在警戒線，但平均的P 綜＜0.7，整體污染程度安全。這可能是由于施肥及噴灑農(nóng)藥過程中，較為集中在4、5 號點位附近造成的。

表5 內梅羅污染指數(shù)法分析結果

4 結語

該區(qū)域土壤平均pH 為5.03 呈酸性，有機質、氮素等營養(yǎng)成分含量在中等水平，缺乏有效硼。金屬元素含量Cu：62.4～82.3mg/kg，Zn：53～71.4mg/kg，Pb：32.4～39.1mg/kg，Ni：46.2～53mg/kg。內梅羅指數(shù)法得到各金屬元素平均綜合評價指數(shù)P 綜＜0.7，整體污染程度安全，但該地土壤pH、有機質、氮素等營養(yǎng)成分，以及金屬含量分布均有較大差異，其中pH 較低的兩個點位，金屬綜合污染指數(shù)為0.7 ＜P 綜＜1.0，污染程度在警戒線，說明存在不合理的施肥及噴灑農(nóng)藥，造成該地土壤營養(yǎng)成分不均衡，金屬在局部富集的情況，建議該地葡萄種植戶可采取重新耕地，翻新土壤等有效手段，合理施肥、打農(nóng)藥，科學管理葡萄園，使得該地區(qū)葡萄種植增產(chǎn)的同時提供品質，并且積極發(fā)展綠色、可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)農(nóng)業(yè)。