楚雄市郊土壤重金属含量及酸度的测定

韦 薇，邱海红，杨秋霞，周友才，禹航铭

(楚雄师范学院化学与生命科学学院，云南 楚雄 675000)

楚雄市郊土壤重金属含量及酸度的测定

韦 薇，邱海红，杨秋霞，周友才，禹航铭

(楚雄师范学院化学与生命科学学院，云南 楚雄 675000)

本研究采用ICP-MS法测定楚雄城郊不同种植类型土壤中的重金属含量，用酸度计对土壤pH值进行监测。结果表明：土壤呈中性和酸性，不同种植类型的土壤中存在Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Mn、Ni等9种重金属元素。采用严格控制指标评价，单项污染指数法计算表明:蔬菜、草莓种植土壤中 As、Cd、Zn 含量超标，麦田种植土壤Cd元素超标，单项污染指数Pi≥1，说明土壤受到重金属As 、Cd的污染。

重金属；酸度；ICP-MS

环境中的重金属污染主要指生物毒性大的Hg、Cd、As、Pb、Cr。土壤中的重金属可通过大气沉降、农业化学品、肥料和水灌溉等途径进入土壤环境中。重金属一旦进入土壤中就很难被排除，由于重金属的不可降解性，会造成地表水、地下水和农作物的污染，随着环境条件的变化其存在的形态和生物可给性也会发生变化，往往会造成二次污染，危害生态系统和人体健康。随着社会经济的发展，城市垃圾、工业垃圾向农村转移，农药化肥的滥用，农村畜牧养殖过程中未经处理的粪水任意排放，加上农村环境管网不配套，无垃圾处理站[1―2]。

本研究采用酸度计对土壤pH值进行监测，采用ICP-MS法测定楚雄市郊不同种植类型土壤重金属的含量,了解土壤中重金属元素的积累情况,并进行相关的重金属污染评价，为当地土壤中重金属污染防治和农作物安全提供科学依据。

1 实验部分

1.1 土壤样品采集[3]

土壤采集地点:2015年3月，2016年3月在楚雄市东华镇黄练坡村、东瓜镇上章村、苍岭镇腰站街、鹿城镇白沙冲村四地采样共40份。

土壤样品采集方法[3]:根据当地的地形设置采样区，采用梅花形、S形或对角线取样法等取样法采集土壤。清除其中的植物残渣，然后用铲子垂直向下直至20cm耕层取土，放入塑料袋，贴好标签。

1.2 仪器和测试条件

ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪由ICP焰炬，接口装置和质谱仪三部分组成。ICP功率一般为1KW左右，冷却气流量为15L/min，辅助气流量和载气流量约为1L/min，调节载气流量会影响测量灵敏度。样品提升量为1ml/min。

1.3 试剂

浓HNO3(AR)成都市科龙化工试剂厂、HClO3(AR)天津政成化学制品有限公司、HF(AR)天津市风船化学试剂科技有限公司、KHC8H4O4(AR，105℃烘干))、KH2PO4(AR，45℃烘干)、Na2HPO4(AR，45℃烘干)。实验室用水均为去离子水。

1.4 土壤样品的预处理[3]

将每个采样区的混合土放在塑料布上，平铺摊开来，置于室内通风阴干。在土壤半干时，将大块土壤捏碎(防止风干后结成硬块，不易捏碎)，然后去除植物残渣，待风干后按照四分法的原则，分出1kg样品放入洁净的塑料袋里，于室温下保存。将土壤过80目标准筛后装入玻璃瓶中待用。

1.5 土壤酸度的测定[3]

本实验采用pHS-3C型酸度计对40个土壤样品的水浸液进行测定，由于一般土壤悬浊液越稀测的pH值越高，为了能够相互比较，在测pH时，采用2.5∶1的固定水土比例进行实验。

1.5.1 pH4.01标准缓冲溶液的配制

将KHC8H4O4(AR)在105℃下烘干2h，然后称取10.2100g于烧杯中，用超纯水溶解后定容至1L容量瓶中，保存在聚乙烯瓶中待用。

1.5.2 pH6.87标准缓冲溶液的配制

将KH2PO4(AR)和Na2HPO4(AR)在45℃下烘干2h，分别称取3.3900g和3.5300g于烧杯中，用超纯水溶解后定容至1L容量瓶中，保存在聚乙烯瓶中待用。

1.5.3 土壤pH的测定

称取处理好的土壤样品20.0g放入100mL烧杯中，加入500mL超纯水，间歇地搅拌和摇动30分钟，静置30分钟后过滤待测。

将酸度计温度补偿调至室温。先用pH为4.01的标准缓冲溶液校准酸度计，再用pH为6.87的标准缓冲溶液回校，直至酸度计的值与标准缓冲溶液的pH一致，反复几次使度数稳定。

将电极插入到待测液中，轻轻晃动烧杯以除去电极上的水膜，静止片刻，待读数不变后记下pH值。然后取出电极用超纯水洗净，再用滤纸吸干水分后进行第二个样品试液的测定。

1.6 土壤消解-全消解法

准确称取0.2000g土壤样品置于1000mL的烧杯中，用超纯水润湿后加入10.00mL 1∶3混合酸(浓HNO3+HClO3)，加盖浸泡过夜，观察样品溶解情况，若不溶解，可加入5.00mL HF。将待测的样品充分摇匀后，放在电热板上低温加热煮沸，若变棕黑色，再加混合酸，直至冒白烟，消化液呈无色或略带黄色，注意不能蒸干。取下室温冷却后，加入2% HNO3溶解，若有残渣，过滤为干净溶液后定容至1000mL容量瓶中待测。同时做空白实验。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量的测定结果

采用ICP-MS测定楚雄市郊4个村40个土壤样品中元素含量(平均值)结果如下：

表1 土壤样品中的元素测定值(mg/kg)

2.2 土壤酸度的测定结果

采用pHS-3C型酸度计测定楚雄市郊4个村40个土壤pH (平均值)，结果如下：

表2 4个村土壤样点的pH测定值(平均值)

根据国家pH强度的土壤级别，从表2分析鹿城镇白沙冲村属于酸性土壤，其余3个采样土壤样品的pH值(平均值) 属于中性。

表3 国家二级土壤环境质量标准值[4]mg/kg

根据表3中国家二级土壤环境质量标准值，不同pH下各种金属含量范围，分析以上所测定的四个村不同种植土壤中重金属含量(表1)，结果表明：东华镇黄练坡村麦田土壤pH值测定为7.03，属中性。麦田土壤中检测出Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等9种元素，其中有危害的重金属元素As、Cd、Hg、Pb等4种元素存在。与表3对照，未超标的元素有Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Pb等7种，Cd元素含量均值为4.1mg/kg，超过了标准值(0.30 mg/kg)。

东瓜镇上章村种植蔬菜土壤pH值测定为7.02，属中性。土壤中检测出Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb等8种元素，其中有危害的重金属元素有As、Cd、Pb，未检测出Hg。对照表3，未超标的元素有Cr、Ni、Cu、Pb等4种元素， Zn(3419 mg/kg) 、As(117.99 mg/kg)、Cd(6.35mg/kg)等3种元素大大超超额完成了标准值。

苍岭镇腰站街村种植蔬菜土壤pH值测定为6.54，属中性。土壤中检测出有Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等9种元素，其中有危害的重金属元素有As、Cd、Hg 、Pb等4种。对照表3，未超标的元素有Cr、Ni、Cu、As、Hg、 Pb等6种元素，超标的有Zn(857.95 mg/kg)、Cd(5.20 mg/kg)等2种元素。

鹿城镇白沙冲村种植草莓土壤pH值测定为5.64，属酸性。土壤中检测出有Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等9种元素，其中有危害的重金属元素有As、Cd、Hg 、Pb等4种。对照表3，未超标的元素有Cr、Ni、Cu、Zn、Hg、Pb等6种元素，As (53.10 mg/kg) 、Cd(3.69 mg/kg)等2种元素超过标准值。

2.3 土壤环境质量评价[4]

采用严格控制指标评价。单项污染指数法计算，Pi=Ci/Si式中Pi是指土壤中污染物i的单项污染指数；Ci是指土壤中污染物i的实测值；Si是指土壤中污染物i的评价标准。Pi≥1，严格控制指标超标，判定为不合格；Pi≤1，严格控制指标未超标，判定为合格。

表4 严格控制指标评价

以表4数据分析，按严格控制指标评价，鹿城镇白沙冲村草莓种植土壤As 、Cd两元素Pi≥1，判定为不合格。苍岭镇腰站街村蔬菜种植土壤Zn、Cd两元素Pi≥1，判定为不合格；东华镇黄练坡村麦田种植土壤Cd元素Pi≥1，判定为不合格；东瓜镇上章村蔬菜种植土壤Zn 、As、Cd(6.35mg/kg)3种元素Pi≥1，判定为不合格。

以上分析表明所选取的4个村不同种植类型的土壤都可能受到了重金属不同程度的污染。需要进一步监测。

3 结论

3.1 利用酸度计对所采土壤pH值进行监测，结果表明种植小麦和蔬菜土壤以中性为主，种植草莓土壤pH值为酸性。

3.2 采用ICP-MS对楚雄城区麦田、草莓地、蔬菜种植土壤中重金属进行测定，结果表明不同种植土壤中均存在有Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Mn、Ni等9种重金属。采用严格控制指标评价，单项污染指数法计算表明蔬菜、草莓种植土壤都存在As 、Cd、Zn超标情况(Pi≥1)，种植小麦土壤Cd元素存在超标情况(Pi≥1)。说明所测定的不同种植物的土壤中受到重金属As 、Cd的污染。

[1]郑喜珅，鲁安怀，高翔.土壤中重金属污染现状与防治方法[J].土壤与环境，2002,11(1):79―84.

[2] 王桂华,李家成,陆剑华等.广东蔗区土壤重金属元素的监测和评价[J].甘蔗糖业，2014,(1):54―57.

[3]林启美.陶水龙编.土壤肥料学自学指导及实验[M].北京:中央广播电视大学出版社，1999：88―92.

[4]段昌群，王红华，杨双兰编.无公害蔬菜生产理论与调控技术[M].北京：科学出版社，2006:189,191―192.

(责任编辑 徐成东)

Determination of Heavy Metal Content and Acidity in Soil of Chuxiong

WEI Wei, QIU Haihong, YANG Qiuxia, ZHOU Youcai & YU Hangming

(SchoolofChemistryandLifeScience,ChuxiongNormalUniversity, 675000,YunnanProvince)

In this study, ICP-MS method was used to measure the content of heavy metals in the soils of different planting types in Chuxiong suburb, and the soil pH value was monitored by pH meter. The results showed that the soil was neutral and acidic, and there were 9 kinds of heavy metals such as Cd, Hg, Cu, As, Pb, Cr, Zn, Mn, Ni and so on. By strictly controlling the evaluation indicators, calculations on the single pollution index show that As, Cd and Zn content has exceeded the standard in strawberry and vegetables’ planting soil, and Cd element has exceeded the standard in wheat planting soil, whose single pollution index of Pi is greater than 1, indicating that the soil has been polluted by As, Cd metals.

Heavy metals； Soil acidity； ICP-AES

2017 - 04 - 20

韦 薇(1960―)，女，壮族，楚雄师范学院化学与生命科学学院教授，研究方向：环境化学教学与研究。

S153.6

A

1671 - 7406(2017)03 - 0027 - 04