连续提取法对土地土壤重金属形态特征的研究

摘要：本文通过Tessier连续提取法对浦阳某土地南部和北部土壤样品中Cd、Ni和Pb 3种元素重金属进行含量和形态分析，研究了土壤中重金属的生物有效性。结果表明：浦阳某土地样品中重金属总量Ni>Pb>Cd。重金属形态上，Cd、Ni主要以残渣态形式存在，Pb主要以铁锰氧化态形式存在;Cd、Ni的不可利用态含量高，所占比例在60.00%以上;Pb的有效态与潜在有效态之和占比在90.00%以上，具有一定的潜在风险，在该土地上种植农作物时要引起重视。

关键词：连续提取;重金属;形态分析;生物有效性

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.067

Abstract： The content and morphology of heavy metals in Cd， Ni and Pb soil samples from the southern and northern soil samples of a land in Puyang were studied by Tessier continuous extraction method. The bioavailability of heavy metals in soil was studied. The results show that the total amount of heavy metals in a land sample in Puyang is Ni>Pb>Cd. In the form of heavy metals， Cd and Ni mainly exist in the form of residual state， and Pb mainly exists in the form of iron-manganese oxidation state. The unusable content of Cd and Ni is high， and the proportion is above 60.00%. The sum of the effective state and the potential effective state of Pb is above 90.00%， which has certain potential risks， and should be paid attention to when planting crops on the land.

Keywords： Continuous extraction; Heavy metals; Morphological analysis; Bioavailability

土地中的重金属会对植物生长产生一定的制约作用，同时，通过食物链的富集作用会对人类身体健康产生威胁。学者們现在不仅关注金属总量，更关注其各种化学形态。重金属的形态不同，就会有不同的生物毒性和环境行为。本研究用浦阳某土地南部和北部土壤为样品，通过Tessier连续提取法对样品中Cd、Ni和Pb 3种元素重金属不同形态的分析测定，为该土地今后的合理利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

土壤样品采自浦阳某土地南部和北部（南部和北部按照等面积法各取3个样），采样深度0～30cm。样品采回实验室后，在室温下自然风干，去除石块和杂物，四分法取样，用土壤研磨仪研碎，过100目尼龙筛，装瓶，待测。

1.2 仪器与试剂

主要仪器：石墨炉原子吸收光谱仪（PinAAcle 900T，PerkinElmer）、电感耦合等离子体发射光谱仪（Optima 7000 DV，PerkinElmer）、土壤研磨仪（MG100）、离心机（TDL-40B，上海安亭科学仪器厂）、电子天平（AL204-IC，METTLER TOLEDO）、水浴恒温振荡器（SHA-B，常州迈科诺仪器有限公司）等。

试剂：氯化镁（分析纯）、醋酸钠（分析纯）、乙酸（分析纯）、盐酸羟胺（分析纯）、硝酸（分析纯）、双氧水（分析纯）、乙酸铵（分析纯）、盐酸（分析纯）、氢氟酸（优级纯）、高氯酸（优级纯）等。

1.3 试验方法

1.3.1 提取方法

重金属化学形态分析的连续提取法参照Tessier进行[1]：

可交换态：取1.0g预处理后的土壤样品置于50mL离心管，加入8mL试剂A[1 mol/L氯化镁溶液 （pH=8.2）]，在25℃、120rpm摇床中培养1h后，将样品用离心机以1600 rpm离心12 min，取上清液待测金属离子浓度;

碳酸盐结合态：过程1中剩余的固体样品，离心分离洗涤2次后，加8mL试剂B[1 mol/L醋酸钠（CH3COONa）溶液（HAc调pH=5.0 ）]， 在25℃、120rpm摇床中培养5h后，离心分离上清液待测金属离子浓度;

铁锰氧化物结合态：过程2中剩余的固体样品，离心分离洗涤2次后，加10mL试剂C（加入0.04mol/L盐酸羟胺（HONH3Cl）溶液的HAc（质量分数25%）），96±3℃条件下，偶尔或不时的搅动6h，离心分离上清液待测金属离子浓度;

有机结合态：过程3中剩余的固体样品，离心分离洗涤2次后，加8ml试剂D[0.02mol/L HNO3溶液与30%H2O2溶液按体积比3：5配制混合液 （硝酸调pH=2）]，85℃条件下，偶尔搅拌保持5h，冷却后加2.5ml试剂E[（加入3.2mol/L NH4Ac溶液的HNO3溶液（质量分数20%）]，连续搅拌30min，离心分离上清液待测金属离子浓度;

残渣态：过程4中剩余的固体样品，加入10mL HCl + 20ml HNO3 + 5mL HF + 8mL HClO4，混合酸降解后测定金属离子浓度。

1.3.2 重金属含量的测定

样品中重金属含量的测定采用石墨炉原子吸收光谱法和电感耦合等离子体发射光谱法。

2 结果与讨论

2.1 土地中重金属的含量及形态分析

浦阳某土地样品中Cd、Ni和Pb 3种重金属元素的各种形态含量（均值）及占比分析结果见表1。从表1可见，浦阳某土地样品中重金属总量Ni>Pb>Cd。不同位置采集的土地中同种重金属形态分布基本一致，但是不同的重金属元素连续提取形态分布有所不同。Cd和Ni的总量比较低，而且形态分布特点是残渣态最大，比较稳定，一般不容易被植物吸收利用，可交换态和碳酸盐结合态虽然容易被植物吸收，但是其含量比较低，在土地利用中对植物的危害比较小。Pb的形态分布特点是铁锰氧化态最大，一般不易释放，但是当土壤环境发生变化时，其中的部分Pb会重新释放，对土地植物有潜在危害。

2.2 土地中重金属的生物有效性

根据各形态生物利用性的大小把各种化学形态分为有效态、潜在有效态和不可利用态[2]，其中有效态包括可交换态和碳酸盐结合态，潜在有效态包括铁锰氧化态和有机结合态，不可利用态一般指的是残渣态。

由表1可见：浦阳某土地南部样品中Cd的不可利用态占76.52%，有效态占16.60%，潜在有效态占6.88%;Ni的不可利用态占66.20%，有效态占15.71%，潜在有效态占18.09%;Cd、Ni两种元素的不可利用态占比均在60.00%以上，可见其生物可利用性较低;Pb的潜在有效态占91.09%，有效态占8.28%，不可利用态占0.63%;Pb的有效态和潜在有效态之和占比在90.00%以上，具有很强的生物可利用性，在该土地上种植农作物时要引起重视。浦陽某土地北部样品中各重金属三态分布与南部基本一致。

3 结论

（1）浦阳某土地样品中重金属总量Ni>Pb>Cd，重金属形态上，Cd、Ni主要以残渣态形式存在，Pb主要以铁锰氧化态形式存在;

（2）Cd、Ni的不可利用态含量高，所占比例在60.00%以上，Pb的有效态和潜在有效态之和占比在90.00%以上，具有一定的潜在风险，在该土地上种植农作物时要引起重视。

参考文献

[1]Tessier A，Campbell P G C，Bisson M.Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metal[J].Analytica Chemistry，1979，51（7）：844-851.

[2]Mao M Z.Speciation of metals in sediments along the Le An River[R].CERP Final Report.France：Imprimerie Jouve Mayenne，1996：55-57.

[3]赵斌，朱四喜，李相兴，杨东方，杨秀琴，曾龙.贵州草海不同土地利用方式表层土壤重金属污染现状评估[J].环境化学，2018，37（10）：2219-2229.

[4]罗友进，韩国辉，余端，李燕，廖敦秀，谢永红，魏朝富.三峡库区土壤重金属污染评价及其来源[J].长江流域资源与环境，2018，27（08）：1800-1808.

收稿日期：2019-01-24

作者简介：魏亚龙（1988-），男，汉族，本科学历，助理工程师，研究方向为环境监测。