荸薺土壤中鋅、銅、鉻的測定及污染評價

唐昭領 包秘 王蕾 左柱敏 趙大慶 陳蔚 陶劍恒 羅曉慧 莫秋云 李惠靜

摘要：利用微波消解-火焰原子吸收光譜法測定荸薺土壤中的鋅、銅和鉻含量，旨在為荸薺重金屬生物有效性研究、合理種植及確保荸薺質量提供參考依據。驗證檢測方法的檢出限、準確度與精密度，分析荸薺土壤中的重金屬鋅、銅和鉻含量，采用單因子污染指數法和潛在生態危害指數法對研究區域荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染及其生態風險進行評價。結果表明，荸薺土壤中鋅、銅、鉻含量分別為63.9～126.8、9.1～18.9、1.2～26.8 mg/kg，平均值分別為83.8、12.6、11.4 mg/kg。以食用農產品產地環境質量標準為評價依據，荸薺土壤鋅、銅和鉻元素均無污染。經潛在生態危害指數分析得知，3種重金屬潛在生態危害由強至弱依次為Cu>Zn>Cr。總體上看研究區域荸薺土壤中鋅、銅和鉻污染風險程度較低。

關鍵詞：荸薺;土壤;原子吸收光譜;鋅;銅;鉻;污染評價

中圖分類號：X825? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）23-0128-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.23.030? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

土壤既是自然環境的構成要素，又是農業生產最重要的自然資源。隨著世界人口的快速增長、工業生產規模的不斷擴大和城市化的快速發展，土壤已受到較為嚴重的重金屬污染。含有重金屬的物質通過各種途徑進入環境，參與土壤-水體-生物系統的循環，并通過食物鏈逐級富集進入人的食物鏈，對人體的健康與安全構成嚴重的威脅。因此，對土壤中重金屬含量調查與評價研究，確定其污染程度，對保障人體健康和農業的可持續發展具有十分重要的意義。

土壤中重金屬的檢測分析方法很多，歸納起來有原子熒光光譜法[1]、電感耦合等離子體質譜法[2]、電化學法[3]、原子吸收光譜法[4]、X射線熒光光譜法[5]等。近年以來，土壤中重金屬含量測定與安全性評價引起了人們的廣泛關注[6-8]，但截止目前，關于荸薺土壤中鋅、銅和鉻的研究卻鮮有報道。在參考有關文獻的基礎上，利用微波消解-火焰原子吸收光譜法測定荸薺土壤中鋅、銅和鉻，并對檢測方法的準確度與精密度進行了驗證，根據測定結果對荸薺土壤中鋅、銅和鉻的含量水平進行分析，以食用農產品產地環境質量標準為評價依據，采用單因子污染指數法和潛在生態危害指數法對研究區域荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染及其生態風險進行評價。通過采集賀州市馬蹄生產基地內的土壤作為研究對象，利用微波消解-火焰原子吸收光譜法對其土壤中鋅、銅和鉻含量進行分析，以期為荸薺產地環境中鋅、銅和鉻的污染防控提供理論依據。

1? 材料與方法

1.1? 材料與儀器

土壤樣品全部采自賀州市荸薺地的0～20 cm表層土壤。每個采樣點用五點法采集，除去動植物殘體、石礫等雜物，并將大塊樣品捻碎混合均勻后，用四分法選取1 kg土樣，共28份。土壤樣品帶回實驗室，風干、研磨，分別過20和100目尼篩，并保存于玻璃瓶中備用。

PE900T型原子吸收分光光度計，珀金埃爾默股份有限公司;CEM MARS6型密閉微波消解系統，美國CEM公司;EH20A plus微控數顯電熱板，蘇州江東精密儀器有限公司;BT125D型電子天平，德國賽多利斯集團;DQ3超純水機，美國密理博公司。鋅、銅和鉻空心陰極燈，珀金埃爾默股份有限公司;硝酸、氫氟酸、鹽酸均為優級純，國藥集團化學試劑有限公司;其他化學試劑為分析純;試驗用水為超純水;所用玻璃器皿均用25%硝酸浸泡24 h;1 000 mg/L鋅、1 000 mg/L銅和1 000 mg/L鉻標準儲備溶液，國家標準物質中心。

1.2? 方法

1.2.1? pH的測定? 稱取10.0 g制備好的土壤，置于50 mL的高腳燒杯中，加入25 mL無二氧化碳水。將容器密封后于磁力攪拌器上攪拌5 min，靜置1 h后，用校正好的pH計進行測定。

1.2.2? 樣品的消解? 分別稱取制備好的土壤樣品0.100 0 g于微波消解罐中，加入硝酸6 mL、鹽酸2 mL、氫氟酸2 mL浸泡過夜。第二天消解前塞好內蓋，旋緊外蓋，將消解罐對稱放入轉盤中，于微波消解儀中進行消化（微波消解程序見表1）。消解完成后，打開消解罐移至趕酸架中趕酸至1 mL左右，冷卻后用1%硝酸溶液移至50 mL容量瓶中定容，同時做空白試驗。

1.2.3? 元素的測定? 將鋅、銅和鉻標準儲備溶液逐級稀釋成10 mg/L標準溶液。分別準確吸取鋅、銅和鉻三種標準溶液各0、0.5、1.0、2.0、2.5、5.0 mL于50.0 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度配成0、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0 mg/L的混合標準溶液。按儀器設定條件分別測定標準溶液、樣品空白溶液、樣品溶液。原子吸收分光光度計的工作參數見表2。

2? 結果與分析

2.1? 標準曲線、精密度、檢出限及準確度

2.1.1? 標準曲線、精密度、檢出限? 按儀器工作條件（表2）對鋅、銅和鉻系列標準溶液進行測定，繪制標準曲線;在儀器工作條件下對0.4 mg/L鋅、銅和鉻標準溶液進行11次測定，計算各元素的相對標準偏差（RSD），同時用空白溶液連續測定11次計算其鋅、銅和鉻的檢出限（3 s/k）?；貧w方程、相關系數、精密度及檢出限見表3。

2.1.2? 準確度試驗? 在未知土壤樣品中分別加入一定量的鋅、銅和鉻標準溶液，進行加標回收試驗來驗證方法的準確度。經測定，該方法鋅的回收率在98.0%～109.0%，銅的回收率在92.0%～103.0%，鉻的回收率在95.0%～107.2%，準確度可以滿足試驗要求。

2.2? 荸薺土壤鋅、銅和鉻含量

以國家土壤環境質量標準[9]中的二級標準和廣西地區土壤背景值[10]為依據，對荸薺地土壤中鋅、銅和鉻含量進行分析。由表4可知，鋅、銅和鉻在荸薺土壤中含量范圍分別為63.9～126.8、9.1～18.9、1.2～26.8 mg/kg，均值分別為83.8、12.6、11.4 mg/kg。鋅元素在土壤中的含量低于國家土壤環境質量二級標準，但其平均值已超出廣西地區土壤背景值;銅、鉻元素含量均低于國家土壤環境質量二級標準值和廣西地區土壤背景值，且含量相對較低。從變異系數來看，鉻元素在土壤中的變異較大，而鋅元素在土壤中的變異較小。

2.3? 荸薺土壤鋅、銅和鉻污染評價

為查明采樣區土壤中鋅、銅和鉻的污染情況，本研究以《食用農產品產地環境質量評價標準》[11]（表5）為依據，采用單因子污染指數法對土壤中鋅、銅和鉻的污染水平進一步評價。單因子污染指數計算公式如下：

Pi=Ci/S （1）

式中，Pi為污染物單因子指數;Ci為實測濃度;S為土壤環境質量標準限定值（表5）。Pi值越大表示該地區受污染越嚴重;Pi≤1時，表示該地區土壤未受污染;當13，則表示該地區土壤受重度污染。本研究采集的28個土壤樣品pH均小于6.5。

經計算，28個荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染指數均小于1，沒有污染指數大于1的樣品，可見，在采用《食用農產品產地環境質量評價標準》進行單因子污染指數評價時，荸薺土壤未受到鋅、銅和鉻元素的污染。荸薺土壤中鋅、銅和鉻污染評價的具體計算與評價結果見表6。

2.4? 荸薺土壤鋅、銅和鉻潛在生態風險評價

為進一步分析采樣區土壤中鋅、銅和鉻的潛在生態風險，本研究采用潛在生態指數法進行生態風險評價[12，13]。為了更準確反應研究區域土壤重金屬含量的分異性，避免大尺度平均參考的偏差，研究用廣西地區土壤背景值作為參比值（表7）進行單因子污染物生態風險評價，其計算公式如下。

Pi=Cis/Cin（2）

Eir=Tir×Pi（3）

其中，Pi為單因子污染指數，Cis為重金屬濃度實測值，Cin為重金屬參比值，Eir為單因子危害系數，Tir為毒性響應系數。

采用潛在生態危害評價指標（表8）對土壤鉛和鎘污染潛在生態危害進行分級評價。經計算，各采樣點土壤鋅、銅和鉻的潛在生態危害指數均小于40，處于輕微的潛在生態風險水平。鋅、銅和鉻的潛在生態危害指數平均值分別為1.11、2.25和0.28，其潛在生態危害由強至弱為：Cu>Zn>Cr。具體計算結果見表9。

3? 結論

利用微波消解-火焰原子吸收光譜法測定荸薺土壤中鋅、銅和鉻的含量，方法中鋅、銅和鉻的檢出限分別為0.004 4、0.005 4和0.023 0 mg/L，回收率分別為98.0%～109.0%、92.0%～103.0%和95.0%～107.2%，相對標準偏差分別為4.3%、1.2%和1.4%，表明該方法檢出限、準確度和精密度較好，滿足試驗要求。

荸薺土壤中鋅含量為63.9～126.8 mg/kg，平均值為83.8 mg/kg，銅的含量為9.1～18.9 mg/kg，平均值為12.6 mg/kg，鉻的含量為1.2～26.8 mg/kg，平均值為11.4 mg/kg。銅、鉻元素含量均低于國家土壤環境質量二級標準值和廣西地區土壤背景值，但鋅元素平均值已超出廣西地區土壤背景值，需要引起管理者和生產者的注意。

從單因子污染指數法評價結果可以看出，28份荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染指數均小于1，表明研究區荸薺土壤目前未受到鋅、銅和鉻元素的污染。從潛在生態風險評價結果來看，鋅、銅和鉻3種重金屬均處于輕微的潛在生態風險水平，其潛在生態危害指數平均值分別為1.11、2.25和0.28，潛在生態危害由強至弱為Cu>Zn>Cr?？傮w上看鋅、銅和鉻還處于一個較低含量水平，污染風險程度較低，基本符合荸薺安全種植的要求。

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