张掖市主要种植区域土壤几种无机元素的测定分析

王昭国，于喆源，张 博

（张掖市质量检验检测研究院,甘肃 张掖 734000）

土壤重金属污染[1-5]与粮食安全息息相关，土壤重金属元素会通过迁移、植物吸收等途径进入作物。近年来，有关作物中重金属残留的报道已屡见不鲜。甘肃省张掖市为农业城市，主要种植作物有中药材、枣、玉米、谷子等，中药材在山丹县、民乐县两地种植面积较广，临泽小枣、金花寨小米、制种玉米等是张掖市的特色农产品。要想获得高品质的中药材和农产品，首先要对其种植环境进行考察。本试验在甘肃张掖市主要种植区内采集土壤样本，应用微波消解前处理方法和电感耦合等离子体质谱法对土壤中Al、As、Cd、Cr、Cu、Fe、Se、Sn、Zn元素的质量比进行测定，并对土壤污染状况进行分析，旨在为张掖市种植区域土壤污染监测和治理提供依据，同时也为当地特色农产品种植提供参考。本试验土壤样本来自张掖市种植区的45个采样点，调查结果具有一定的覆盖面和代表性。

1 试验

1.1 试验地概况

张掖市地处河西走廊中部，东经97°20′～102°12′、北纬37°28′～39°57′，属于典型的大陆性草原荒漠气候，平均海拔1 482.7 m，年平均降水量130.4 mm，平均气温7.3℃，极端最高气温39.8℃，极端最低气温-28.21℃，年平均风速2.0 m/s，年平均相对湿度52%。

1.2 仪器和试剂

Al、Fe、Cu、Cd、Cr、As单元素标准溶液（1 000 mg/L）:国家有色金属及电子材料分析测试中心；Zn、Sn、Se单元素标准溶液（1 000 mg/L）:Inorganic Ventures；HNO3（分析纯）:默克试剂有限公司；水（一级水）:屈臣氏去离子水。电感耦合等离子体质谱仪（ICP2030）:日本岛津仪器有限公司；全自动单模微波消解仪（PREPS）:上海屹尧仪器科技发展有限公司。

1.3 样品采集

样品采集于甘肃省张掖市甘州区、山丹县、高台县、民乐县、临泽县不同种植区域（表1）。采样地植被类型为温带荒漠。采用多点混合土样采集法，用木铲采集深度20 cm处土样。采集后放置风干，研磨、过筛，存入自封袋保存备用。

表1 土壤样品采集地点

1.4 土壤样品处理

土壤样品前处理采用微波消解法:准确称取样品0.200 g（精确至0.001 g），于微波消解罐中依次加入3 mL盐酸、6 mL硝酸、2 mL氢氟酸和2 mL过氧化氢，按照微波消解操作步骤消解试样。冷却后取出消解罐，在电热板上于160℃赶酸至0.5～1.0 mL。消解罐放置冷却后，将消化液转移至50 mL容量瓶中，用少量水洗涤消解罐3次，合并洗涤液，用水定容至刻度，同时做试剂空白。

1.5 样品前处理微波消解程序

土壤样品前处理微波消解程序升温条件见表2。

表2 MARS6微波消解程序升温条件

1.6 标准溶液系列质量浓度及相关系数

土壤中几种无机元素的标准溶液系列质量浓度及相关系数见表3。

1.7 测定结果

运用电感耦合等离子体质谱法对土壤中几种无机元素质量比进行测定，结果见表4。

表4 土壤中几种无机元素质量比测定结果

2 结果与分析

2.1 数据统计分析

土壤中几种无机元素质量比统计分析如表5所示，Fe、Se平均质量比高于其他元素；而Cr的质量比最大值达到了1.078 mg/kg，该样本来自山丹县清泉镇双桥村，建议在该地区持续对Cr元素进行监测。

表5 土壤中几种无机元素质量比统计分析 mg/kg

2.2 单因子污染指数分析

采用单因子污染指数公式计算采样点土壤无机元素环境质量数:

式中:Pi为土壤中元素i的环境质量数；Ci为元素i的实测值（mg/kg）；Si为元素i的评价标准（mg/kg）。以《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618—2018）风险筛选值和中国土壤环境背景值[6]为标准，对各采样地点土壤几种无机元素环境质量数进行评价，结果见表6、表7。

表6 各采样点土壤几种无机元素单因子指数分析结果

表7 单因子污染指数分级标准

续表

由表6、表7可知，各采样点土壤As、Cd、Cr、Cu、Zn的Pi值均小于1.0，这表明调查区域土壤没有受到以上几种无机元素的污染[7—12]，而Al、Fe、Se、Sn的Pi值小于2.0，属于轻度污染。

2.3 聚类分析

采用IBM SPSS statistics 22.0对张掖市种植区域土壤几种无机元素的测定结果进行聚类分析，根据测量区间计算标准化欧式距离得到树状图，如图1所示。

由图1可知，采样点土壤无机元素可分为3类:第1类是As、Zn、Cd、Cu；第2类是Al、Fe、Se；第3类是Se、Sn、Cr。根据测定结果，As、Zn、Cr、Cu、Cd质量比最低，通过单因子污染指数分析可知采样地点土壤没有受到这几种无机元素的污染。而Fe、Se、Sn质量比平均值均相对较大，其中Fe、Se元素是人体必需的微量元素，在调查区域土壤中有较好的表现值。

图1 张掖市种植区域土壤几种无机元素的聚类分析图

3 结论与讨论

张掖市种植区域土壤As、Cd、Cr、Cu、Zn元素的单因子指数均小于1，根据单因子污染指数分级标准，评价结果为土壤未受到上述几种元素污染；Al、Fe、Se、Sn的Pi小于2.0，属于轻度污染，其中Fe、Se 2种元素质量比平均值大于0.400 mg/kg，高于其他元素。

Se、Fe是对人体有益的元素，近年来张掖地区推出了特色农产品临泽小枣、金花寨小米以及富硒面粉，其中临泽小枣中Fe元素的质量比达到了22.189 mg/kg[13]，较其他产地产品有明显优势，这与当地土壤Fe、Se元素含量较高存在一定相关性。因此，在土壤Se、Fe含量较高的地区可加强特色农作物种植。