中国弥勒市某村葡萄园土壤中金属元素分布特征及污染评价

丁艳芳 鲁广秋 王云祥 和士彦 刘威

1.广西博环环境咨询服务有限公司，中国·云南 昆明 650000

2.玉溪师范学院化学生物与环境学院，中国·云南 玉溪 653100

3.云南省弥勒市烟用物资有限责任公司，中国·云南 弥勒 652399

4.云南溪影桑陌生态科技有限公司，中国·云南 昆明 650000

为了解中国弥勒市常年种植葡萄的土壤中金属元素的分布特征，做出合理的污染评价，论文通过测定土壤常规理化指标了解土壤基本状况，运用火焰原子吸收法测定土壤中Cu、Zn、Pb、Ni 元素的含量，研究其分布特征，并做出污染评价。结果表明，该区域土壤呈酸性，有机质、氮素等营养成分含量在中等水平，缺乏有效硼。金属元素含量Cu 在62.4～82.3mg/kg，Zn 在53～71.4mg/kg，Pb 在32.4～39.1mg/kg，Ni 在46.2～53mg/kg。内梅罗指数法得到各金属元素的平均综合评价指数P综＜0.7，整体污染程度安全，为进一步发展生态农业以及科学种植葡萄提供了依据。

葡萄；土壤；金属元素；污染评价；内梅罗指数法

1 引言

对土壤养分的分析关系葡萄生长的数量和质量，根据土壤养分情况，可以指定适合的肥料，补充有机质等营养成分，给土地修复，增加土地的活力和动力，为葡萄种植提供科学的依据。土壤状况在很大程度上决定了葡萄的性质，土壤养分是土壤肥力的主要组成部分，他对农业持续发展有重要影响，养分管理在农业生产中起重要作用。土壤pH、氮素、有机质、硼与葡萄生长息息相关。陈云霞[1]等人对葡萄土壤的研究表明，土壤氮、磷、钾均值分别为0.71g/kg、20.6mg/kg、149mg/kg 时，土壤养分较为良好。

弥勒市气候属亚热带，当地农业常年以种植葡萄为主。本研究所在的村庄坐落于高原葡萄之乡东风农场附近，土壤和气候适合葡萄种植。但此地在葡萄种植过程中出现长势有好有坏，给种植户带来了困难。有研究表明，金属元素对葡萄的生长及品质有重要影响，耿慧[2]通过研究土壤铜、锌分布特征，了解了其与葡萄品质的关系。同时，土壤中Cu、Zn、Pb、Ni 元素的含量是农用地土壤污染风险筛选值的必测项目，刘子龙[3]等人分析了葡萄主产区土壤重金属含量，并评价其污染程度。文章旨在通过测定Cu、Zn、Pb、Ni 元素的含量，研究其分布特征，并做出污染评价，为进一步发展生态农业以及科学种植葡萄提供依据。

2 材料与方法

2.1 试剂及仪器

金属测定：硝酸(AR，天津风船）、高氯酸（AR，天津风船）、氢氟酸（AR，天津风船）、铜标准储备液GBW(E)081008、锌标准储备液GBW(E)081009、镍标准储备液GBW（E)081006、铅标准储备液GBW（E)080987（济南众标科技有限公司）、重铬酸钾（AR，天津风船）、浓硫酸（AR，西陇化工）、硫酸亚铁（AR，天津风船）、邻啡罗啉（AR，科密欧）、硫酸银（AR，西陇化工）、氢氧化钠（AR，天津博迪化工）、浓硫酸（AR，西陇化工）、浓盐酸（AR，国药集团）、浓硫酸（AR，西陇化工）、乙醇（AR，西陇化工）、硼酸（AR，天津风船）。

仪器：电子分析天平（型号：AR114P/奥豪斯）、紫外分光光度计（UV-160A/日本岛津）、原子吸收分光光度计（普析通用/TAS-990F）、pH 计（型号：PHS—3C/产地：上海虹益）、电热板、量筒、容量瓶。

2.2 土样采集及制备

此块地面积为两亩，长方形，土壤样品采自4 个顶点和中心点。采用分层抽样法3步设采样点[4]，各取表层（0～20cm）土壤约1kg，在阴凉处自然风干，样品风干后筛拣动、植物残体、石子，用木棍研细，之后采用四分法粉碎过筛20 目和100 目，装袋。

2.3 土壤理化性常规项目测定

依据国家或行业标准方法，进行土壤理化性常规项目的测定[4]。pH（电位法测定）；有机质（重铬酸钾容量法-外加热法测定）；全氮（凯氏定氮法测定）；有效硼（姜黄素比色法测定）；水解氮（碱解扩散法测定）。

2.4 金属元素消解方法与测定条件

如表1所示，称取过100 目筛的土壤样品0.2g（精确至0.0001g）于聚四氟乙烯烧杯中，加入6mL 硝酸+1mL 高氯酸；置于电热板上上，位于通风厨中（160～170℃）消解，至硝酸被赶尽，部分高氯酸分解出现大量白烟，样品成糊状时，取下冷却。用塑料滴管加入10mL 氢氟酸，在加入高氯酸0.5mL，置于电热板上，位于通风橱中（210～220℃）加热使硅酸盐等矿物质分解后，继续加热至剩余的氢氟酸和高氯酸被赶尽，停止冒白烟时，取下冷却，加入3mol/L 的盐酸溶液10mL，继续加热至残渣溶解，取下冷却，用去离子水定量转入25mL容量瓶中，定容，混匀，所得溶液为土壤消解液。

表1 火焰原子吸收测定条件

2.5 标准曲线配制方法

土壤有效硼标准曲线：分别吸取10 μg/mL 的硼标准储备液0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL 于50mL 容量瓶中，配制成一系列浓度为0、0.1、0.2、0.4 、0.6 、0.8、1.0μg/mL 的标准工作液。

金属元素标准曲线：分别取浓度为1000 μg/mL 的Cu、Zn、Pb、Ni 标准储备液0.00、0.25、0.50、1.00、2.50、5.00、10.00 mL 至50mL 容量瓶中，配制得浓度为0.00、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 μg/mL 的标准工作液。

2.6 评价方法

采用内梅罗污染指数法[5][6][7]分析，分别进行单因子指数和综合因子指数的计算。

单因子计算公式：Pi=Xi／Si

(Pi—内梅罗污染指数；Xi—土壤中污染物实测浓度（mg/kg）；Si—土壤环境质量标准值中的评价指标。)

综合污染指数法的计算公式：

式中：P综为综合污染指数(综合反映各污染物对区域土壤的不同作用)；P均为所有单项污染指数的平均值；Pmax为土壤环境中各单项污染指数中的最大值。

3 结果与分析

3.1 土壤理化性常规项目测定结果

表4中编号1代表此块正方形地的中心点样。编号2、3、4、5 分别代表此块地四个顶点的样品。各常规理化性质如下表2所示。

表2 红石岩果园中pH、有机质、水解氮、全氮、有效硼含量

此块地5 个点土壤pH 小于6.5，变幅在4.21～6.16 之间，平均值为5.03，属于酸性土壤。有机质在23.52～42.04g/kg，有机质平均值为29.22g/kg，此块果园土壤有机质分布不均，含量在中等水平。水解氮含量变幅在62.8～90.2mg/kg之间，平均含量为77.22mg/kg，全氮变幅在0.097～0.198%之间，平均值为0.144%。有效硼含量变幅在0.101～0.235mg/kg 之间，平均值为0.150mg/kg。

3.2 金属元素测定结果

用4 种金属元素Cu、Zn、Pb、Ni 的标准储备液配制不同浓度的标准溶液系列绘制标准曲线，并计算回归方程及相关系数r。计算结果如下表3所示：相关系数范围在0.9963 ≤r ≤0.9997 之间，各组分峰面积与质量浓度相关性良好，可以满足定量测定的需要。

表3 各元素测定方程

通过用火焰原子吸收光谱仪对土壤样品Cu、Zn、Pb、Ni 元素进行测定，各采样点位的金属元素含量如下图1所示。

图1 各点位金属元素含量图

各金属元素含量平均值由高到低依次为：Cu ＞Zn ＞Ni＞Pb，根据《GB 15618-2018 土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》标准：土壤pH ≤5.5 时，各元素含量限值，Cu 为72.3 mg/kg ＜150 mg/kg（果园），Zn 为63.3 mg/kg ＜200mg/kg，Ni 为48.4 ＜60mg/kg，Pb 为36.0＜250mg/kg，如表4所示，该葡萄园土壤中的金属未超过限值范围。

表4 各元素含量平均值

3.3 污染评价

如表5所示，依据内梅罗污染指数法[6，7]进行该葡萄园土壤金属污染评价可知，各元素的Pi 均小于1，污染水平均为非污染，其中Ni 的Pi 最大。通过计算综合污染指数（P 综）可知，该地土壤中金属含量分布不均匀，其中4、5 两个点位的综合污染指数为0.7 ＜P 综＜1.0，金属污染程度在警戒线，但平均的P 综＜0.7，整体污染程度安全。这可能是由于施肥及喷洒农药过程中，较为集中在4、5 号点位附近造成的。

表5 内梅罗污染指数法分析结果

4 结语

该区域土壤平均pH 为5.03 呈酸性，有机质、氮素等营养成分含量在中等水平，缺乏有效硼。金属元素含量Cu：62.4～82.3mg/kg，Zn：53～71.4mg/kg，Pb：32.4～39.1mg/kg，Ni：46.2～53mg/kg。内梅罗指数法得到各金属元素平均综合评价指数P 综＜0.7，整体污染程度安全，但该地土壤pH、有机质、氮素等营养成分，以及金属含量分布均有较大差异，其中pH 较低的两个点位，金属综合污染指数为0.7 ＜P 综＜1.0，污染程度在警戒线，说明存在不合理的施肥及喷洒农药，造成该地土壤营养成分不均衡，金属在局部富集的情况，建议该地葡萄种植户可采取重新耕地，翻新土壤等有效手段，合理施肥、打农药，科学管理葡萄园，使得该地区葡萄种植增产的同时提供品质，并且积极发展绿色、可持续发展的生态农业。