山东矿区及化工区26份土壤重金属分析试验

张钒，蒋海燕，姚洪涛，王晨，王萍，于曙光

1.青岛农业大学化学与药学院（青岛 266109）；2.山东海岱园林集团有限公司（济南 250000）；3.青岛市城阳第一高级中学（青岛 266109）；4.山东艺匠旅游规划设计有限公司（济南 250000）

土壤中重金属污染具有隐蔽性、滞后性、不可逆性、持久性、累积性和地域性等[1]特点。土壤重金属污染对植物影响很大，会降低种子的发芽率及脂肪含量，影响植物体内酶的活性和叶绿素含量，抑制光合作用和生长发育等[2]。马敏等[3]、陈颖等[4]和Rahoui等[5]研究表明，浓度过高时，Pb、Cu、Cd均会抑制种子的萌发；王慧忠等[6]研究表明，Pb能够使植物的根冠细胞分裂速度减缓，且膨大变黑；何翠屏[7]发现过量Cd会破坏叶绿素结构，使叶片褪色，叶绿素含量的减少也影响到光合作用的效果。

重金属在植物体内不断累积，并随着食物链进入动物体内，最终进入到人体内。人体内重金属含量逐渐增加，人体内正常的新陈代谢会被破坏，甚至威胁人体健康和生命。

因此，土壤的重金属污染会对人类的生产生活带来巨大危害，有必要对土壤的重金属污染情况进行实时监控，调查重金属污染的源头，并进行及时有效的治理。试验采集矿区或者化工区附近的土壤样品，进行前处理，采用原子吸收法进行4种重金属（铅、铜、镉、铬）测定分析，以GB 15618—2018《土壤环境质量标准》为评价标准，对土壤进行分级。

1 材料与分析

1.1 试剂与仪器

浓硝酸、浓盐酸、高氯酸等（均为市售分析纯试剂）；超纯水。

KDM型调温电热套、电热鼓风干燥箱、分析天平、TAS-986G型原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；WFX-120A型原子吸收分光光度计（北京瑞力分析仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集

样品分别采集于山东省潍坊市、烟台市和淄博市，记录下采集时间、地点，把标签贴好，标签需要1式2份，其中一份放入袋中，另一份系在袋口，将取好的样品放入样品袋中，于阴凉处放置，等待之后的试验处理。

1.2.2 样品的前处理

参考李海峰等[8]、黄智伟等[9]、张芙蕖等[10]、郭兴强等[11]对于土壤样品的消解方法[12-13]，并根据多次预试验处理结果，确定样品的前处理方案。将采集到的土壤样品进行简单的碾碎处理，于烘箱中105 ℃烘干至恒重，以除去土壤中的水分。烘干之后，将样品拿出冷却。待冷却至室温时，过0.425 mm（40目）孔径筛子，称取2 g左右土样，记录下土样的质量，将称好的土样放入100 mL的三角瓶中，用少量的水润湿样品，此时加入20 mL新配制好的王水（浓硝酸和浓盐酸以1∶3体积比混合）。轻轻摇匀，盖上小漏斗，置于电热套上，在通风橱中低温加热至微沸（温度在140~160 ℃）。待其中的棕色氮氧化物基本赶完之后，取下冷却。冷却完之后沿瓶壁加入10~20 mL高氯酸，继续加热，温度不可超过250 ℃，否则高氯酸会大量冒烟，使其中的铅、镉损失掉。消解完毕的样品呈灰白色糊状，用热蒸馏水洗涤内壁，用中速定量滤纸过滤并定容至100 mL容量瓶中，贴上相对应的标签，等待上机测定。

1.2.3 上机测定

根据待测重金属元素的种类配制标准溶液，按照不同浓度梯度，各配制出5个不同浓度的标准溶液，测定时把超纯水作为空白样品，对标准溶液进行测定，根据测定结果绘制标准曲线。其中，Pb、Cu元素的标准溶液按0.5，1.0，1.5，2.0和3.0 ng/μL的质量浓度梯度进行配制；Cd元素的标准溶液按0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 ng/mL的梯度配制；Cr元素的标准溶液按10，20，30，40和50 ng/mL的质量浓度梯度配制。上机测定后绘出标准曲线。将前处理完成的待测样品上机测试，计算待测溶液中重金属含量。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线的绘制（见图1~图4）

图1 Pb标准曲线

图2 Cu标准曲线

图3 Cd标准曲线

图4 Cr标准曲线

2.2 数据处理及计算

由于火焰原子吸收法和石墨炉原子吸收法测得的数据为溶液中重金属离子浓度，通过式（1）计算得出重金属离子在土壤中含量。

式中：c为标准曲线查得待测液中重金属的质量浓度，μg/mL；V为消化后定容体积，100 mL；m为称取的烘干土样质量，g。

2.3 26份土壤的采集地点（见表1）

表1 样品采集地点一览表

2.4 26份土壤样品中的重金属含量（见表2）

表2 土壤中各重金属含量

2.5 4种重金属元素在各土壤样品中的含量分布

为更直观地观察重金属在土壤样品中的分布，绘制4种元素分别在各土壤样品中含量图，见图5~图8。

图5 Pb在各样品中含量

图6 Cu在各样品中含量

图7 Cd在各样品中含量

图8 Cr在各样品中含量

对照26份土壤样品的采集地点和土壤样品中重金属含量分析，可以看出，含Cu量最高的土样来自淄博工业区，达到554 mg/kg；含Pb量最高的来自潍坊矿区，达到353 mg/kg；含Cr量最高的土壤来自淄博工业区，达到246 mg/kg；含Cd量普遍较低，其中含Cd量最多的是来自淄博化工区，达到0.29 mg/kg。

从土壤分级来看，以GB 15618—1995《土壤环境质量标准》为评价标准（见表3），由于Cu含量偏高而导致3个土壤样品达到Ⅲ级土壤标准，4个土样达到Ⅱ级土壤标准，其中的2个土壤样品非常接近Ⅲ级土壤标准；由于Pb含量偏高而导致23个土样达到Ⅱ级土壤标准，由此可见铅污染相当普遍；由于Cr含量偏高而导致5个土样达到Ⅱ级土壤标准；由于Cd含量偏高而导致3个土样含量很接近Ⅱ级土壤标准。4种元素含量指标均符合I级土壤标准的样品仅3个。

表3 土壤环境质量标准值 单位：mg/kg

从采样区的3个城市来看，通过对比土壤样品中4种重金属元素（Pb、Cu、Cd、Cr）含量，发现淄博化工区土壤样品的重金属含量普遍较高，重金属污染程度较为严重；其次就是潍坊矿区的土壤样品中重金属含量相比淄博要低，但土壤受到重金属污染程度也相对较高；从烟台矿区取得土壤样品均符合一级土壤的标准，土壤重金属污染程度较轻。但是考虑到采样地区主要集中在矿区和化工区，所以样本不具有普遍性，只代表某一特定区域的土壤状况。

3 结论

分别在3个城市的6个地区采集土壤样品，分别测试4种重金属元素的含量，将测试数据汇总分析，以GB 15618—1995《土壤环境质量标准》为评价标准，对本地区的土壤进行分级。结果表明，含Cu量最高的土样来自淄博工业区，达到554 mg/kg；含Pb量最高的来自潍坊矿区，达到353 mg/kg；含Cr量最高的土壤来自淄博工业区，达到246 mg/kg；含Cd量最多的来自淄博化工区，达到0.29 mg/kg。从土壤分级来看，26份土壤样品中，由于Cu含量偏高而导致3个土壤样品达到Ⅲ级土壤标准，4个土样达到Ⅱ级土壤标准，其中的2个土壤样品非常接近Ⅲ级土壤标准；由于Pb含量偏高而导致23个土样达到Ⅱ级土壤标准；由于Cr含量偏高而导致5个土样达到Ⅱ级土壤标准；由于Cd含量偏高而导致3个土样含量很接近Ⅱ级土壤标准。4种元素含量指标均符合I级土壤标准的样品仅有3个。土壤的重金属污染对食物链影响很大，在污染地的农副食品进入市场之前应做重金属含量检测。