土壤中砷、汞消解方法研究及其在土壤中含量的评价

刘茜+刘彦杰+李泓+赵震+曹磊+冯阳+丁聪

摘 要：文章利用国标方法GB22105.1-2008、GB22105.2-2008和HJ680-2013对标准土壤样品进行砷、汞元素的测定，通过实验发现水浴消解方法的准确度、精密性等指标都优于微波消解。对微波消解方法存在的问题，提出改进措施，进行实验，改进效果明显。采集北京东郊地区土壤18个样品（以林地为主），利用水浴消解进行前处理，原子荧光法测定砷、汞；利用单因子污染指数法进行评价，砷和汞均属于清洁安全等级。利用瑞典科学家Hakanson的潜在生态危害指数，对砷、汞的潜在生态危害程度进行评价，砷（18个样品）的生态危害程度都在微弱生态危害级别，汞的生态危害程度13个样品为微弱的生态危害，5个样品为轻微的生态危害。因此，北京东郊林地土壤砷、汞的潜在生态危害较低。

关键词：砷；汞；水浴消解；微波消解；现状评价；潜在生态；危害指数

中图分类号：O613 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）05-0007-04

Abstract： In this paper， GB22105.1-2008， GB22105.2-2008 and HJ680-2013 are used to determine arsenic and mercury in standard soil samples. The experimental results show that the accuracy and precision of water bath digestion are better than microwave digestion. For the existing problems of microwave digestion method， the improvement measures are put forward， and the experiment results show that the improvement effect is obvious. Eighteen soil samples （mainly from woodland） were collected from eastern suburb of Beijing. Water bath was used for pretreatment and atomic fluorescence spectrometry（AFS） was used to determine arsenic and mercury. Using the single factor pollution index method， arsenic and mercury are classified as clean safety grade. The potential ecological hazard degree of arsenic and mercury is evaluated by using the potential ecological hazard index of Swedish scientist Hakanson. The ecological hazard degree of arsenic （18 samples） is within the weak ecological hazard level. The ecological hazard degree of mercury was weak in 13 samples and slight in 5 samples. Therefore， the potential ecological harm of arsenic and mercury in forest soil of eastern suburb of Beijing is low.

Keywords： arsenic； mercury； water bath digestion； microwave digestion； status evaluation； potential ecology； hazard index

1 概述

砷、汞对人类和高等生物具有极大危害性，砷不仅具有毒性，长期接触可致癌、致畸、致突变。低分子量的有机汞能引起神经系统的严重缺陷表现出强烈的致畸致癌和致突变活性[1]。因此，砷、汞是国家环保局和USEPA的重点监控元素之一，对环境及人体健康极具危害。

目前土壤中砷、汞消解方法主要有湿法和干法两种[2]，湿法是应用最广泛的方法，其中又可分为多种方法，但不同的消解方法对样品的消解程度不完全一致，进而影响最后的测定值，为了了解哪种方法更适合土壤中总砷、总汞的测定，对比研究了两种国标方法GB22105.1-2008、GB22105.2-2008和HJ680-2013，通过研究方法中存在的缺陷、改进措施、对比两种方法质控样品的准确度、精密度以及加标回收，确定在本实验室现有条件下的最佳消解方法。

以北京东郊土壤环境为研究对象，采用本实验室现有条件下最佳的消解方法，利用原子荧光法对采集的18个样品进行实验分析，并采用瑞典科学家法对采样点土壤进行潜在生态风险评价。

2 测定方法

本文利用两种国标方法GB22105.1-2008、GB22105.2-2008和HJ680-2013对同两种标准土壤样品进行测定，砷每种消解方法进行3个平行样本测定，汞每种消解方法进行5个平行样本测定，同时测定空白和加标，结果如下。

2.1 土壤中砷的测定

从表1中可以看出，第一次实验完全按照标准进行检测，结果发现水浴消解的精密度和准确度都优于微波消解，微波消解平行性较差，可能原因有：（1）称量样品，土样在消解罐上有挂壁现象；（2）微波消解受热不均匀；（3）从消解罐往比色管中转移，尤其是过滤过程，存在引入或损失。针对存在的问题提出的解决方法有：（1）用硫酸纸称量，包裹后放入消解罐；（2）不过滤。改进后的实验结果見表2。endprint

通过表2发现，改进后，微波消解结果明显改善，与水浴消解基本一致。

2.2 土壤中汞的测定

从表3中可以看出，第一次实验完全按照标准进行检测，结果发现水浴消解和微波消解值都存在偏高，可能原因有：（1）汞实验对盐酸的要求非常高；（2）水浴消解后加的保存液和稀释液中容易致使汞值偏高；（3）从消解罐往比色管中转移，尤其是过滤过程，存在引入或损失。针对存在的问题提出的解决方法有：（1）更换酸；（2）不加稀释液和保存液，定容完后立即上机；（3）不过滤。改进后的实验结果见表4。

通过表4发现，改进后，微波消解与水浴消解结果都明显优于第一次实验。水浴消解的平行性和准确度略好些。

3 土壤砷、汞污染现状及评价

3.1 研究区概况

北京东郊地区城市化水平较高，农村耕地几乎没有，主要是林地和园林地，本研究选取五个村子，以林地、园林地為主，采集18个样品进行分析。

3.2 土壤中总砷、总汞现状评价

3.2.1 评价标准

以北京市土壤重金属含量背景值[3]和《环境背景值数据手册》[4]为评价标准来探究土壤重金属的累积状况，分析人类生产活动对土壤环境质量的影响。选取国家《土壤环境质量标准》[5]为评价标准，分析目前土壤污染状况对环境造成的危害程度。

采用单因子污染指数进行评价，单因子污染指数采用如下公式：

式中：Pi为土壤中i污染物的环境质量指数；Ci为实测值（mg·kg-1）；Si是相应背景值（mg·kg-1）。

土壤环境质量评价分级标准见表5。

3.2.2 单因子指数评价结果分析

由表7可以看出，研究区土壤样品中砷、汞含量的平均值分别为8.64和0.506，均低于北京地区环境背景值。

变异系数反映总体样本中各采样点的平均变异程度， 变异系数越大， 说明受到外界影响越大[6]，汞的变异系数较大，说明汞受外界影响较大。

在正态分布情况下，峰度系数值是0。砷的峰度系数大于0，正的峰度系数说明测试点值更集中；汞等峰度系数小于0，负的峰度系数说明测试点值不那么集中。

偏度系数用来度量分布是否对称。较大的正值表明该分布具有右侧较长尾部，含量较低的占据多数。较小的负值表明左侧有较长尾部，含量较高的占据多数。由砷和汞峰度值可知砷的低含量数据较多，汞等高含量数据较多。

从单因子污染指数，砷和汞均属于清洁安全等级。

3.3 土壤中总砷、总汞生态风险评价

瑞典科学家Hakanson的潜在生态危害指数结合了生态学、生物毒理学及环境化学等方面的内容，对重金属的潜在生态危害程度进行评价。这种方法不仅能反映一种特定污染物对环境的影响，还能反映多种污染物对环境的综合影响[7]。单个重金属潜在风险评价的计算公式：

根据公式计算得出，所采18个样品，砷的生态风险系数在2.0-3.4之间，汞的生态风险系数在0.24-24.5之间；与评价等级进行比较，砷的生态危害程度都在微弱的生态危害级别；汞的生态危害程度13个点为微弱的生态危害，5个点为轻微的生态危害。从结果可以看出，北京东郊农村地区土壤中砷、汞存在生态风险可能较低。

4 结束语

4.1 利用两种国标方法GB22105.1-2008、GB22105.2-2008和HJ680-2013对同两种标准土壤样品进行测定，发现在处理样品相对较少的情况下，利用水浴进行土壤前处理，所得结果较好。

4.2 利用单因子污染指数对土壤现状进行评价，单因子污染指数的评价结果为：砷、汞属于清洁安全等级。

4.3 利用瑞典科学家Hakanson的潜在生态危害指数，对重金属的潜在生态危害程度进行评价，砷的生态危害程度都在微弱的生态危害级别；汞的生态危害程度13个点为微弱的生态危害，5个点为轻微的生态危害。从结果可以看出，北京东郊农村地区土壤中砷、汞存在生态风险可能较低。

参考文献：

[1]Wheatly B， Wheatley MA. Methlmercury and the health of indigenous peoples： a risk management challenge for physical and social sciences and for pulbic health policy[J].The science of the Total Environment，2000，259：23-29.

[2]杨秀贵，冯一鸣.重庆市秀山锰矿4种重金属污染评价与分析[J].资源开发与市场，2013，29（2）：156-158.

[3]陈玉东，王火焰，周健民，等.黑龙江省海伦市农田土壤重金属分布特征及污染评价[J].土壤，2012，44（4）：613-620.

[4]徐争启，倪师军，庹先国，等.潜在生态危害指数法评价中重金属毒性系数计算[J].环境科学与技术，2008，31（2）：112-114.

[5]陈同斌，郑袁明，陈煌，等.北京市土壤重金属含量背景值的系统研究[J].环境科学，2004，25（1）：117-122.

[6]丁振华，王文华.土壤消解方法研究及对上海浦东环境汞背景值初步调查[J].土壤，2004，36（1）：65-67.

[7]国家环境保护局.环境监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社，1989.

[8]李柳.溪口汞矿地区汞环境污染现状及风险评价研究[D].重庆大学，2014.

[9]李健，郑春江.环境背景值数据手册[M].北京：中国环境科学出版社，1988，55.

[10]GB15618-1995.土壤环境质量标准[S].北京：中国标准出版社，1995.endprint