砀山黄河故道土壤重金属地球化学特征及其环境效应研究

郭 艳，孟栋材，陈 智，梅养英，吴 奇

(宿州学院资源与土木工程学院,安徽 宿州 234000)

砀山黄河故道土壤重金属地球化学特征及其环境效应研究

郭 艳，孟栋材，陈 智，梅养英，吴 奇

(宿州学院资源与土木工程学院,安徽 宿州 234000)

以砀山良梨、果园场等主要地区的梨园为研究对象，利用电感耦合等离子体质谱仪对土壤中重金属元素进行测定，并用pH测试仪测定部分样品的pH值。研究结果如下：(1)Pb、Ni、Cd、As和Cu为强烈富集元素，Zn、Cr为正常元素，区内元素整体分布均匀。(2)研究区Cd、Cu和Ni元素已远远超过标准值，造成污染；Pb、Cr和Zn元素相对亏损，而As含量在标准值范围内。(3)研究区土壤大部分以中性土为主，pH值多数在7～8之间，土壤呈弱碱性。

地球化学；土壤；重金属；污染；ICP-MS；砀山

土壤是土地的主体，土地是人类社会生存的基础，同时也是社会发展的基本条件，既是一种资产，也是非常宝贵的资源[1-3]。黄河故道地区发展果树生产,具有十分优越的条件，是中国酥梨主产区,其栽植品种95%以上是砀山酥梨，美味可口，销遍全国。砀山酥梨的产量和质量与土壤、环境、施肥条件和管理等因素息息相关，其中土壤是重要的因素，还须有与土壤密切相关并适应酥梨特性的良好生态环境[4]。优质的砀山酥梨对土壤肥力的要求已有大量研究，如在砂性土壤中酥梨品质更好、增施有机肥、氮磷钾和锌硼等微量元素相配合等[5-8]。但对于酥梨土壤中背景元素特别是重金属元素的地球化学特征的研究还处在空白状态。研究砀山县黄河故道酥梨适应性土壤，了解黄河故道地区果园的土壤状况特别是重金属地球化学特征，可确定酥梨土壤环境背景值，进一步探讨其与砀山酥梨果实品质形成的关系，对土壤的处理及合理利用具有一定的参考意义。

1 环境概况

砀山县酥梨生产地以良梨和果园厂为主，地势平坦，系黄河冲积而成。砀山县地处山东台背斜徐蚌拗折带，沉积了巨厚的第四系地层，其厚度至东向西逐渐增大[9]。

2 样品采集与测试

本课题组(宿州学院学生)经过详细分析研究后，本次采样采用梅花采样法(即五点取样法)，沿着砀山东部和北部的黄河流域，共设78个采样点，分别在每个采样点表层5～10 cm和深层35～40 cm各采1件样品，共计156件样品，每件样品重约10 g，采样深度如图1所示。采样点主要布置于良梨和果园场，在良梨采样102件，果园场采样54件，如图2所示。

将采回的样品在室内风干，研磨过筛，将每个采样点表层5～10 cm的样品和深层35～40 cm的样品组合成一个样，代表此采样点的样品。称取研磨好的土样50 mg于聚四氟乙烯内胆中，加入硝酸1 ml、氢氟酸0.5 ml，摇匀，加盖后放入不锈钢套内，拧紧不锈钢盖，于190 ℃的烘箱内加热20 h，取出内胆,置于140 ℃的电热板上至近干。再加硝酸和水各2 ml，加盖于不锈钢套内，在烘箱内150 ℃加热2 h。冷却后聚四氟乙烯内胆，用硝酸(2+98)溶液定容至50 ml，摇匀。最后用电感耦合等离子体质谱仪测定[10]定容溶液中Pb、Cr、Cd、As、Co、Ni等8种重金属元素的含量。测试结果见表1所列。

利用pH测试仪对部分样点进行pH值的测定。将土壤经风干过筛处理后，称取20.0 g土样于50 ml的烧杯内，加入20 ml的去离子水，盖上表玻璃，并且持续搅拌悬浮液5 min。若含有吸水性的土壤或盐类等其它复杂基质，可额外加入更多试剂水，并记录加入水量。静置悬浮液大约1 h，使悬浮液的大部分固体沉淀，必要时利用过滤或离心取得水相层，再用pH仪电极测定其pH值。

测试结果见表3所列[11]。

3 数据统计与讨论

3.1 重金属元素含量特征

表1中元素的丰度系数由苏联的巴尔苏柯夫提出，表示元素在矿床次生分散晕(简称次生晕)的形成过程中富集-贫化变化特征。可通过矿床次生分散晕中元素平均含量与矿床原生晕中元素平均含量之比值而求得(陈静，2007)。克拉克值是指地壳中元素的平均含量，研究区土壤丰度指研究区内土壤中元素含量平均值，而丰度系数则是指研究区内元素的丰度值与克拉克值之比，能够定量的反映出各元素的富集贫化程度(罗先溶等，2007；Ji Hong-Bing et al，2000)(本文采用大陆壳体元素丰度)。变异系数则是标准差与平均值的比值，表征数据离散程度，反应数据的均匀性程度，并消除了测量尺度和量纲的影响。统计分析研究区土壤样品中各元素的含量，其结果如表1所列[14-16]。

注：元素单位为10-6，克拉克值为泰勒1964，平均值为剔除特高和特低值之后的算术平均值。

丰度系数大于1.2的元素为富集元素，其中丰度系数大于5的元素为强烈富集元素，从表1可以看出，研究区内Pb，Ni，Cd，As和Cu的富集系数均大于5，分别为8.22,12.28,35.74,21.74和61.08，为该区土壤中强烈富集的元素，其中Cu的富集系数最大，达到61.08；Zn，Cr和V元素丰度系数大于0.7小于1.2，为正常元素[17，18]。可见本区形成较高背景值的元素为Pb、Ni、Cd、As和Cu，其局部富集趋势较强。丰度系数最小的是Mn和Co元素，均在0.5左右。

元素变异系数在0.06～0.36之间变化，Ni和As元素变异系数为0.30和0.36，相对其他元素，Ni和As分布存在一定的不均一性，区内分布最均匀的为Cu、Cr和V元素，变异系数分别为0.06、0.08和0.09。

根据土壤环境质量标准值(GB15618-1995，1995-12-06实施)(如表2所列)可知，研究区Cd、Cu、和Ni元素已远远超过标准值，严重超标，造成污染；Pb，Cr和Zn元素处于缺损状态，而As含量在标准值范围内。

3.2 土壤酸碱性特征

土壤中重金属元素的含量，与土壤的酸碱性密切相关。因为在土壤酸性条件下，重金属元素容易由化合态转为离子态，即由固态溶于水，由植物的根系吸收，进入生态环境循环系统中，最终进入人体，对人体造成危害[19]。

注：pH单位无量纲。

研究区土壤按照酸性土(≤6.5)、中性土(6.5～7.5)、碱性土(>7.5)，进行分级评价，从表3可看出良梨pH平均为7.48，以中性土为主，占61.5%；果园场pH平均为7.76，以碱性土为主，占66.7%。整个研究区土壤大部分以中性土为主，研究区土壤pH值多数处于7～8之间，土壤呈弱碱性。即沿着黄河故道从东南往西北方向，土壤越来越呈碱性。

4 结 论

样品经处理并利用电感耦合等离子体质谱仪测试，所得数据经分析，可得如下结论：

Pb、Ni、Cd、As和Cu为强烈富集元素，Zn、Cr为正常元素。区内元素整体分布均匀，只有Ni和As分布存在一定的不均一性，区内分布最均匀的为Cu、Cr元素。

研究区Cd、Cu和Ni元素已远远超过标准值，严重超标，造成污染；Pb、Cr和Zn元素处于缺损状态，而As含量在标准值范围内。

整个研究区土壤大部分以中性土为主，研究区土壤pH值多数在7～8之间，土壤呈弱碱性。即沿着黄河故道从东南往西北方向，土壤越来越呈碱性。

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[责任编辑：王荣荣 英文编辑：刘彦哲]

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

国家级大学生创新创业训练计划项目砀山县黄河故道酥梨适宜性土壤研究(20141037907)；宿州区域发展协同创新中心全国开放课题资助项目宿县矿区地温场模拟及地热资源评价(2014SZXTKF09)

郭艳(1985-)，女，安徽宿州人，宿州学院助教，硕士。

P 592

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2015.06.008

来稿日期：2015-09-08