張掖市主要種植區(qū)域土壤幾種無(wú)機(jī)元素的測(cè)定分析

王昭國(guó)，于喆源，張 博

（張掖市質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)研究院,甘肅 張掖 734000）

土壤重金屬污染[1-5]與糧食安全息息相關(guān)，土壤重金屬元素會(huì)通過(guò)遷移、植物吸收等途徑進(jìn)入作物。近年來(lái)，有關(guān)作物中重金屬殘留的報(bào)道已屢見(jiàn)不鮮。甘肅省張掖市為農(nóng)業(yè)城市，主要種植作物有中藥材、棗、玉米、谷子等，中藥材在山丹縣、民樂(lè)縣兩地種植面積較廣，臨澤小棗、金花寨小米、制種玉米等是張掖市的特色農(nóng)產(chǎn)品。要想獲得高品質(zhì)的中藥材和農(nóng)產(chǎn)品，首先要對(duì)其種植環(huán)境進(jìn)行考察。本試驗(yàn)在甘肅張掖市主要種植區(qū)內(nèi)采集土壤樣本，應(yīng)用微波消解前處理方法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法對(duì)土壤中Al、As、Cd、Cr、Cu、Fe、Se、Sn、Zn元素的質(zhì)量比進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)土壤污染狀況進(jìn)行分析，旨在為張掖市種植區(qū)域土壤污染監(jiān)測(cè)和治理提供依據(jù)，同時(shí)也為當(dāng)?shù)靥厣r(nóng)產(chǎn)品種植提供參考。本試驗(yàn)土壤樣本來(lái)自張掖市種植區(qū)的45個(gè)采樣點(diǎn)，調(diào)查結(jié)果具有一定的覆蓋面和代表性。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)地概況

張掖市地處河西走廊中部，東經(jīng)97°20′～102°12′、北緯37°28′～39°57′，屬于典型的大陸性草原荒漠氣候，平均海拔1 482.7 m，年平均降水量130.4 mm，平均氣溫7.3℃，極端最高氣溫39.8℃，極端最低氣溫-28.21℃，年平均風(fēng)速2.0 m/s，年平均相對(duì)濕度52%。

1.2 儀器和試劑

Al、Fe、Cu、Cd、Cr、As單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg/L）:國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；Zn、Sn、Se單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg/L）:Inorganic Ventures；HNO3（分析純）:默克試劑有限公司；水（一級(jí)水）:屈臣氏去離子水。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP2030）:日本島津儀器有限公司；全自動(dòng)單模微波消解儀（PREPS）:上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司。

1.3 樣品采集

樣品采集于甘肅省張掖市甘州區(qū)、山丹縣、高臺(tái)縣、民樂(lè)縣、臨澤縣不同種植區(qū)域（表1）。采樣地植被類型為溫帶荒漠。采用多點(diǎn)混合土樣采集法，用木鏟采集深度20 cm處土樣。采集后放置風(fēng)干，研磨、過(guò)篩，存入自封袋保存?zhèn)溆谩?/p>

表1 土壤樣品采集地點(diǎn)

1.4 土壤樣品處理

土壤樣品前處理采用微波消解法:準(zhǔn)確稱取樣品0.200 g（精確至0.001 g），于微波消解罐中依次加入3 mL鹽酸、6 mL硝酸、2 mL氫氟酸和2 mL過(guò)氧化氫，按照微波消解操作步驟消解試樣。冷卻后取出消解罐，在電熱板上于160℃趕酸至0.5～1.0 mL。消解罐放置冷卻后，將消化液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用少量水洗滌消解罐3次，合并洗滌液，用水定容至刻度，同時(shí)做試劑空白。

1.5 樣品前處理微波消解程序

土壤樣品前處理微波消解程序升溫條件見(jiàn)表2。

表2 MARS6微波消解程序升溫條件

1.6 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列質(zhì)量濃度及相關(guān)系數(shù)

土壤中幾種無(wú)機(jī)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列質(zhì)量濃度及相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表3。

1.7 測(cè)定結(jié)果

運(yùn)用電感耦合等離子體質(zhì)譜法對(duì)土壤中幾種無(wú)機(jī)元素質(zhì)量比進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 土壤中幾種無(wú)機(jī)元素質(zhì)量比測(cè)定結(jié)果

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

土壤中幾種無(wú)機(jī)元素質(zhì)量比統(tǒng)計(jì)分析如表5所示，F(xiàn)e、Se平均質(zhì)量比高于其他元素；而Cr的質(zhì)量比最大值達(dá)到了1.078 mg/kg，該樣本來(lái)自山丹縣清泉鎮(zhèn)雙橋村，建議在該地區(qū)持續(xù)對(duì)Cr元素進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

表5 土壤中幾種無(wú)機(jī)元素質(zhì)量比統(tǒng)計(jì)分析 mg/kg

2.2 單因子污染指數(shù)分析

采用單因子污染指數(shù)公式計(jì)算采樣點(diǎn)土壤無(wú)機(jī)元素環(huán)境質(zhì)量數(shù):

式中:Pi為土壤中元素i的環(huán)境質(zhì)量數(shù)；Ci為元素i的實(shí)測(cè)值（mg/kg）；Si為元素i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（mg/kg）。以《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—2018）風(fēng)險(xiǎn)篩選值和中國(guó)土壤環(huán)境背景值[6]為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各采樣地點(diǎn)土壤幾種無(wú)機(jī)元素環(huán)境質(zhì)量數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表6、表7。

表6 各采樣點(diǎn)土壤幾種無(wú)機(jī)元素單因子指數(shù)分析結(jié)果

表7 單因子污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表

由表6、表7可知，各采樣點(diǎn)土壤As、Cd、Cr、Cu、Zn的Pi值均小于1.0，這表明調(diào)查區(qū)域土壤沒(méi)有受到以上幾種無(wú)機(jī)元素的污染[7—12]，而Al、Fe、Se、Sn的Pi值小于2.0，屬于輕度污染。

2.3 聚類分析

采用IBM SPSS statistics 22.0對(duì)張掖市種植區(qū)域土壤幾種無(wú)機(jī)元素的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行聚類分析，根據(jù)測(cè)量區(qū)間計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化歐式距離得到樹(shù)狀圖，如圖1所示。

由圖1可知，采樣點(diǎn)土壤無(wú)機(jī)元素可分為3類:第1類是As、Zn、Cd、Cu；第2類是Al、Fe、Se；第3類是Se、Sn、Cr。根據(jù)測(cè)定結(jié)果，As、Zn、Cr、Cu、Cd質(zhì)量比最低，通過(guò)單因子污染指數(shù)分析可知采樣地點(diǎn)土壤沒(méi)有受到這幾種無(wú)機(jī)元素的污染。而Fe、Se、Sn質(zhì)量比平均值均相對(duì)較大，其中Fe、Se元素是人體必需的微量元素，在調(diào)查區(qū)域土壤中有較好的表現(xiàn)值。

圖1 張掖市種植區(qū)域土壤幾種無(wú)機(jī)元素的聚類分析圖

3 結(jié)論與討論

張掖市種植區(qū)域土壤As、Cd、Cr、Cu、Zn元素的單因子指數(shù)均小于1，根據(jù)單因子污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)結(jié)果為土壤未受到上述幾種元素污染；Al、Fe、Se、Sn的Pi小于2.0，屬于輕度污染，其中Fe、Se 2種元素質(zhì)量比平均值大于0.400 mg/kg，高于其他元素。

Se、Fe是對(duì)人體有益的元素，近年來(lái)張掖地區(qū)推出了特色農(nóng)產(chǎn)品臨澤小棗、金花寨小米以及富硒面粉，其中臨澤小棗中Fe元素的質(zhì)量比達(dá)到了22.189 mg/kg[13]，較其他產(chǎn)地產(chǎn)品有明顯優(yōu)勢(shì)，這與當(dāng)?shù)赝寥繤e、Se元素含量較高存在一定相關(guān)性。因此，在土壤Se、Fe含量較高的地區(qū)可加強(qiáng)特色農(nóng)作物種植。