張掖市主要種植區域土壤幾種無機元素的測定分析

王昭國，于喆源，張 博

（張掖市質量檢驗檢測研究院,甘肅 張掖 734000）

土壤重金屬污染[1-5]與糧食安全息息相關，土壤重金屬元素會通過遷移、植物吸收等途徑進入作物。近年來，有關作物中重金屬殘留的報道已屢見不鮮。甘肅省張掖市為農業城市，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產品。要想獲得高品質的中藥材和農產品，首先要對其種植環境進行考察。本試驗在甘肅張掖市主要種植區內采集土壤樣本，應用微波消解前處理方法和電感耦合等離子體質譜法對土壤中Al、As、Cd、Cr、Cu、Fe、Se、Sn、Zn元素的質量比進行測定，并對土壤污染狀況進行分析，旨在為張掖市種植區域土壤污染監測和治理提供依據，同時也為當地特色農產品種植提供參考。本試驗土壤樣本來自張掖市種植區的45個采樣點，調查結果具有一定的覆蓋面和代表性。

1 試驗

1.1 試驗地概況

張掖市地處河西走廊中部，東經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℃，年平均風速2.0 m/s，年平均相對濕度52%。

1.2 儀器和試劑

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

1.3 樣品采集

樣品采集于甘肅省張掖市甘州區、山丹縣、高臺縣、民樂縣、臨澤縣不同種植區域（表1）。采樣地植被類型為溫帶荒漠。采用多點混合土樣采集法，用木鏟采集深度20 cm處土樣。采集后放置風干，研磨、過篩，存入自封袋保存備用。

表1 土壤樣品采集地點

1.4 土壤樣品處理

土壤樣品前處理采用微波消解法:準確稱取樣品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表2。

表2 MARS6微波消解程序升溫條件

1.6 標準溶液系列質量濃度及相關系數

土壤中幾種無機元素的標準溶液系列質量濃度及相關系數見表3。

1.7 測定結果

運用電感耦合等離子體質譜法對土壤中幾種無機元素質量比進行測定，結果見表4。

表4 土壤中幾種無機元素質量比測定結果

2 結果與分析

2.1 數據統計分析

土壤中幾種無機元素質量比統計分析如表5所示，Fe、Se平均質量比高于其他元素；而Cr的質量比最大值達到了1.078 mg/kg，該樣本來自山丹縣清泉鎮雙橋村，建議在該地區持續對Cr元素進行監測。

表5 土壤中幾種無機元素質量比統計分析 mg/kg

2.2 單因子污染指數分析

采用單因子污染指數公式計算采樣點土壤無機元素環境質量數:

式中:Pi為土壤中元素i的環境質量數；Ci為元素i的實測值（mg/kg）；Si為元素i的評價標準（mg/kg）。以《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618—2018）風險篩選值和中國土壤環境背景值[6]為標準，對各采樣地點土壤幾種無機元素環境質量數進行評價，結果見表6、表7。

表6 各采樣點土壤幾種無機元素單因子指數分析結果

表7 單因子污染指數分級標準

續表

由表6、表7可知，各采樣點土壤As、Cd、Cr、Cu、Zn的Pi值均小于1.0，這表明調查區域土壤沒有受到以上幾種無機元素的污染[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對張掖市種植區域土壤幾種無機元素的測定結果進行聚類分析，根據測量區間計算標準化歐式距離得到樹狀圖，如圖1所示。

由圖1可知，采樣點土壤無機元素可分為3類:第1類是As、Zn、Cd、Cu；第2類是Al、Fe、Se；第3類是Se、Sn、Cr。根據測定結果，As、Zn、Cr、Cu、Cd質量比最低，通過單因子污染指數分析可知采樣地點土壤沒有受到這幾種無機元素的污染。而Fe、Se、Sn質量比平均值均相對較大，其中Fe、Se元素是人體必需的微量元素，在調查區域土壤中有較好的表現值。

圖1 張掖市種植區域土壤幾種無機元素的聚類分析圖

3 結論與討論

張掖市種植區域土壤As、Cd、Cr、Cu、Zn元素的單因子指數均小于1，根據單因子污染指數分級標準，評價結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種元素質量比平均值大于0.400 mg/kg，高于其他元素。

Se、Fe是對人體有益的元素，近年來張掖地區推出了特色農產品臨澤小棗、金花寨小米以及富硒面粉，其中臨澤小棗中Fe元素的質量比達到了22.189 mg/kg[13]，較其他產地產品有明顯優勢，這與當地土壤Fe、Se元素含量較高存在一定相關性。因此，在土壤Se、Fe含量較高的地區可加強特色農作物種植。