土壤重金属镉总含量与其有效态含量的关系

邓敬颂，陈健辉，刘明新

（广州市农业科学研究院，广州 510000）

食品安全工作关系人民群众的身体健康和生命安全，国家和各级地方政府都高度重视这项工作。随着工业、生活废水废物的排放、含重金属的农药和化肥的不合理使用，农田重金属污染日趋严重。国家对土壤镉的评价体系主要是对土壤pH 及土壤重金属镉总含量的评价，GB 15618—2018［1］《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》规定，水田镉的限量值在pH≤5.5、5.5＜pH≤6.5、6.5＜pH≤7.5、pH＞7.5 分别为0.3、0.4、0.6、0.8 mg∕kg。但是，在实际工作中发现，土壤重金属总含量超标，其地上农产品重金属并不一定超标。马佳燕等［2］对杭嘉湖平原水稻及土壤研究表明，部分土壤镉质量分数超标，但水稻籽粒镉质量分数均没有超标。随着国家对土壤重金属污染治理越来越重视，越来越多的科研工作者对土壤有效态重金属进行研究。唐豆豆等［3］研究认为，土壤有效态重金属、pH、有机质和CaO 是影响水稻子实重金属含量的主要因子。王俊伟等［4］研究表明，用4 种有效态提取剂（0.10 mol∕L CaCl2、DTPA、0.05 mol∕L EDTA 和1.00 mol∕L NH4OAc）浸提出的有效态镉含量和土壤中镉总量与水稻糙米中镉含量均达到显著水平。本研究以南沙土壤为基体，人为增加5 个梯度镉溶液污染土壤，驯化6 个月，研究土壤镉总含量与土壤有效态镉含量的关系。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

南沙土壤；镉粉；有机肥（原绿蚯蚓粪）；硝酸、盐酸、高氯酸、氢氟酸（广州试剂厂）。DTPA 提取剂：称取1.967 g DTPA、14.92 g TEA、1.11 g 氯化钙，溶于水，转移至1 000 mL容量瓶，加水至900 mL，用6 mol∕L盐酸溶液调节pH 至7.30，定容。

1.2 试验设计

取40 个花盆，花盆长、宽、高分别为40、30、27 cm，装入南沙土壤，每盆土壤重量18 kg。称取20 g 镉粉，用20%硝酸溶解，定容至200 mL，此镉溶液浓度为100 mg∕mL。分5 个梯度加入镉溶液污染土壤（表1），并加入有机肥。浇水搅拌均匀，露天放置6 个月后取土壤检测镉总含量、有效态镉含量。

表1 土壤污染试验方案

1.3 检测方法

1.3.1 土壤镉总含量检测 准确称取0.2 g 过100 目筛的土壤样品于聚四氟乙烯管中，加水湿润后加入5 mL 盐酸，电热板80 ℃加热至剩余2～3 mL 盐酸，冷却，加入5 mL 硝酸、4 mL 氢氟酸、2 mL 高氯酸，加盖120 ℃消解1 h，开盖升温至180 ℃继续消解至白烟消失。消解时经常摇动，使之消解充分。消解完全的土壤为白色熔融状态，如果还有黄色，则加入2 mL 硝酸、2 mL 氢氟酸、1 mL 高氯酸继续消解，直至消解完全。加入10 mL 10%硝酸溶解，转移至25 mL容量瓶，用超纯水定容。

使用原子吸收石墨炉法检测，仪器条件为波长228.8 nm，狭缝0.5 nm，灯电流5.0 mA，升温程序为85 ℃5 s、110 ℃50 s、120 ℃10 s、600 ℃7 s、600 ℃4.6 s、600 ℃4.6 s、1 900 ℃0.8 s、1 900 ℃2 s、2 200 ℃2 s、40 ℃21 s。进样体积为10 μL，同步进样10 μL 10%磷酸二氢铵基体改进剂。制作镉标准曲线的溶液配置见表2。

表2 制作镉标准曲线的溶液配置

1.3.2 土壤镉有效态含量检测 准确称取5.0 g 过10目筛的土壤样品于100 mL三角瓶中，加入25.00 mL PDTA 提取剂，在180 次∕min 下振荡提取2 h，过滤。使用原子吸收火焰法检测。仪器条件：波长为228.8 nm，狭缝为0.5 nm，灯电流为5.0 mA，炉高为12.5 mm。制作有效态镉标准曲线的溶液配置见表3。

表3 制作有效态镉标准曲线的溶液配置

2 结果与分析

由图1 可以看出，镉总含量检测结果与理论值稍有不同，可能是配置镉溶液、加入镉溶液及流失出现的误差所致。同一个基体的土壤，土壤有效态镉含量与土壤镉总含量呈正相关。周峻宇等［5］对南方典型镉污染稻田土壤有效态镉预测模型进行研究，也得出土壤镉总含量是影响土壤有效态镉含量的主要因素。袁波［6］研究认为，土壤镉总含量与有效态镉含量之间极显著相关。

图1 土壤镉总含量、有效态镉含量及其占比

因为本研究加入的是硝酸镉溶液，可水溶提取为有效态镉含量，理论上，加入硝酸镉溶液越多，土壤有效态镉含量占总含量的比重就越大，但是从图1 可以看出，土壤有效态镉含量占总含量的比重，1～8 号花盆（未加入硝酸镉溶液）在50.1%～61.0%；9～40号花盆（加入硝酸镉溶液）在28.4%～60.0%，且大部分都低于50.0%。加入有效态镉后，土壤有效态镉含量占总含量的比重没有增加，反而减少了，可能是由于加入的有效态镉溶液大部分与土壤结合被固定下来。土壤有效态镉含量占总含量的比重可能与土壤性质有关。袁波［6］对北碚区菜地土壤铅、镉全量与有效态含量的研究表明，土壤类型对有效态镉含量也有影响，有效态镉含量紫色土大于石灰土。不同土壤固定有效态镉的能力不同，导致土壤有效态镉含量占总量的比重不一样，具体原因有待进一步研究。

3 小结

土壤重金属污染评价以重金属全量为依据［7-9］，但是重金属的生物毒性不仅与其总含量有关，更大程度上由其形态分布决定［10］。本研究中，同一个基体的土壤，土壤有效态镉含量与土壤镉总含量呈正相关；所研究土壤有效态镉含量占镉总含量的比重与加入有效态镉含量的相关性不明显，该占比可能与土壤性质有关，不同土壤固定有效态镉的能力不同。