肖 华, 周宁波, 沈 甜

(湖南理工学院 化学化工学院, 湖南 岳阳 414006)

岳阳地质土壤中重金属的污染现状与评价

肖 华, 周宁波, 沈 甜

(湖南理工学院 化学化工学院, 湖南 岳阳 414006)

用硝酸消解土壤样品后, 采用空气—乙炔火焰AAS法测定镉(Cd)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、铬(Cr) 的含量, 并使用单因子污染指数法及内梅罗综合污染指数法评估了岳阳地质土壤中重金属污染情况. 结果显示: 岳阳楼区和云溪区污染等级为中度污染; 临湘市被镉、铅、锌轻度污染; 湘阴县受镉、铜、铬轻度污染; 汨罗市受镉轻度污染; 岳阳县因镍轻污染出现警戒线; 平江县一采样点有镉轻污染; 华容县、君山区未被污染.

岳阳; 土壤; 重金属; 污染; 评价

引言

土壤是我们人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源. 全球所面临的粮食、环境以及资源问题都与土壤息息相关[1]. 重金属由于在土壤中不仅具有隐蔽性、潜伏性和不易降解性, 而且还具有不可逆性、长期性、难以恢复性, 因此被环境学界喻为“化学定时炸弹”[2]. 随着工业的迅猛发展和农业生产的现代化, 环境污染问题日益严重. 土壤重金属污染造成的后果尤为严重, 受到了科学家们的广泛关注,成为近年来环境领域研究的热点问题[3～6]. 本实验选择用硝酸消解土壤样品后, 采用空气—乙炔火焰AAS法测定镉(Cd)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、铬(Cr) 的含量, 并使用单因子污染指数法及内梅罗(N.L.Nemerow)综合污染指数法评估了岳阳市地质土壤的重金属污染情况[7], 为本地区环境监测提供参考依据.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

1.1.1 试剂

浓硝酸(分析纯)、镉标准溶液(500mg/L)、铅标准溶液(1000mg/L)、铜标准溶液(500mg/L)、锌标准溶液(1000mg/L)、镍标准溶液(500mg/L)、铬标准溶液(500mg/L).

1.1.2 仪器

AAS-400原子吸收光谱仪(美国 PE公司)、TG-328A分析天平(上海舜宇恒平科学有限公司)、SHB-B95A循环水式多用真空泵(郑州杜甫仪器厂)、DHG-9076电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)、可调式电热板(北京市永光明医疗仪器厂).

1.1.3 原料的采集

在岳阳市所辖的临湘、汨罗两县级市, 岳阳、平江、华容、湘阴四县, 岳阳楼、君山、云溪三区中, 根据面积大小分别随机选取采样点3个、3个、5个、7个、3个、3个、1个、2个、1个. 样本采取多点混合采样法, 以每个采样点为中心设计20m×20m 的正方形, 用木勺、竹刀在正方形顶点及对角线交点处采集0～20cm 的土壤, 每个采样点采集5 个样本, 每个样本约采集1 kg土壤, 带回实验室. 分别对临湘市的每个采样点标1～3号, 汨罗市标4～6号, 岳阳县标7～11号、平江县标12～18号、华容县标19～21号、湘阴县标22～24号、岳阳楼区标25号、君山区标26～27号、云溪区标28号.

土壤经自然风干后, 剔除植物碎片、生物残骸、碎石和砾石, 采用四分法将每个采集点的5 个土壤样本等量均匀混合. 然后取其中均匀的100g土壤, 在约40℃下于烘箱中烘干至恒重. 用木棒磨细过100目尼龙筛装具塞锥形瓶中备用.

1.2 实验步骤

1.2.1 湿式消解——硝酸溶浸消解法

准确称取具塞锥形瓶中的土壤2.0g于50ml烧杯中, 加少量蒸馏水润湿, 再加入20ml浓硝酸. 盖上表面皿浸泡过夜. 第二天去盖, 在通风橱内将烧杯放置在电热板上低温消解至发泡结束, 加大温度(60～80℃),待蒸发至剩下约 5ml, 冷却. 用蒸馏水冲洗烧杯壁和表面皿, 经中速滤纸抽滤, 将滤液转入 100ml容量瓶中定容, 与预处理做相应的标记, 同样的方法操作空白.

1.2.2 配制浓度梯度的标准溶液

将实验室中各种重金属的标准溶液进行稀释, 配制成适宜浓度梯度的溶液.

1.3 数据处理单项污染指数法:

iP表示样品土壤中污染物i的污染指数, Ci表示污染物i的实测值, Si表示i重金属的土壤环境质量标准(GB15618-1995)中II类标准的临界值. 土壤重金属累积污染程度随指数的增大而增大. 当 Pi> 1.0时, 表明土壤中重金属的含量超过了背景值, 土壤已被人为污染. 当 Pi≤1.0时,表明土壤中重金属的含量未超过背景值, 土壤未被人为污染.

内梅罗综合污染指数法的表达式为

其中 P为内梅罗综合污染指数; Piave为单因子污染指数的平均值; Pimax为元素i污染指数的最大值.

2 结果与讨论

2.1 标准曲线的绘制

依据火焰原子吸收分光光度法各元素的测定条件, 依次测定各元素的标准系列浓度, 计算线性回归方程. 镉在0～0.4 mg·L-1, 铅在0～6.0 mg·L-1, 铜在0～2.5 mg·L-1, 锌在0～6.0 mg·L-1, 镍在0～1.0mg·L-1, 铬在0～4.0 mg·L-1浓度范围内具有较好的线性关系. 镉的线性方程为: A= 0.15745 c + 0.00500, r = 0.99254; 检出限为0.01mg·L-1. 铅的线性方程为: A =0.01239 c + 0.00198, r = 0.99989; 检出限为0.02 mg·L-1. 铜的线性方程为: A=0.17131c+0.01057, r=0.99965; 检出限为0.60mg·L-1. 锌的线性方程为: A= 0.16053c + 0.00254, r= 0.99928; 检出限为 0.06mg·L-1. 镍的线性方程为: A= 0.06729c+0.00474, r = 0.99995; 检出限为 0.01 mg·L-1. 铬的线性方程为: A= 0.0099c + 0.002, r = 0.99929; 检出限为0.06 mg·L-1.

2.2 方法精密度试验

取1号样品消解后测定, 设定进样次数为5次, 计算各元素的相对标准偏差. 镉、铅、铜、锌、镍、铬的相对标准偏差分别为7.3%、1.0%、4.1%、1.4%、3.0%, 1.8%, 符合仪器分析测定结果的要求.

2.3 回收率试验

取样品数份, 分别消化处理后, 加入 Cd、Pb、Cu、Zn、Ni、Cr标液, 测定各元素, 测得的回收率见表1. 从表1可以看出有较高的回收率.

表1 回收率结果 (n = 3)

2.4 试样分析

2.4.1 土壤中重金属的测定

将消解后的 1～28号土壤样品溶液, 依据火焰原子吸收分光光度法各元素的测定条件, 测定各元素,测定结果见表2.

表2 土壤样品中重金属含量的测定结果

从表 2可以看出, 重金属镉(Cd)的含量岳阳县最低(0.035mg/kg), 云溪区最高且明显高于全国土壤背景值(0.097mg/kg); 铅(Pb)的含量华容县最低(9.70mg/kg), 临湘市、岳阳楼区、云溪区明显高于其余地区的含量; 铜(Cu)的含量除了湘阴县、岳阳楼区、云溪区出现较高值, 其余地区含量变化不是很大; 锌(Zn)的含量在整个岳阳波动较大, 镍(Ni)的含量相对其他五种重金属波动较小; 铬(Cr)的含量除汨罗(50.77mg/kg)外, 全部高于全国土壤背景值(61.00mg/kg).

2.4.2 岳阳土壤重金属评价

(1) 评价标准

土壤污染等级根据二级土壤环境质量标准(GB15618-1995)(表3)以及土壤综合评价分级标准进行划分(表4)[8].

表3 土壤环境质量标准极限

表4 重金属污染指数分级标准

(2) 评价方法

采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法对岳阳地质土壤重金属污染状况进行评价. 根据表3、4计算出各种重金属元素的单项污染指数Pi和内梅罗污染指数P(表5).

表5 岳阳地质土壤重金属的单因子污染指数(Pi)和综合污染指数(P)

从表 5可知, 岳阳地区除了临湘市一个采样点铅(Pb)的单因子指数(1.09)外, 其余地方都未达到 1.0,说明岳阳地区只有临湘市被铅(Pb)污染, 污染程度为轻度污染. 同样可得出只有湘阴县被铬(Cr)轻度污染;岳阳县、华容县、君山区镉(Cd)的单因子指数均小于1.0, 未被污染. 岳阳楼区和云溪区被镉(Cd)重度污染;湘阴县、岳阳楼区、云溪区被铜(Cu)污染, 且湘阴县和云溪区为中度污染; 临湘市和云溪区锌(Zn)的单因子指数大于1.0, 出现轻度污染; 岳阳县、岳阳楼区、云溪区均出现镍(Ni)的轻度污染. 从污染综合指数来看, 岳阳楼区和云溪区为中度污染; 汨罗市、湘阴县存在轻度污染区; 临湘市存在轻度污染趋势; 君山区污染等级为安全. 对于这些土壤污染综合指数比较高的区域, 应对土壤重金属污染进行治理. 其他区域应采取相应的预防措施避免重金属污染的危害.

[1] 赵庆龄, 路文如. 土壤重金属污染研究回顾与展望—基于web of science 数据库的文献计量分析[J]. 环境科学与技术, 2010, 33(6): 105～111

[2] Konstern C JM. Summary of the workshop on delayed effects of chemical in soils and sediments (chemical time bombs) with emphasis the Scandinavian region [J].Applied Geochemistry,1993,12: 295～299

[3] 杨苏才, 南忠仁, 曾静静. 土壤重金属污染现状与治理途径研究进展[J]. 安徽农业科学,2006, 34(3):549～552

[4] 刘凤枝, 师荣光, 贾兰英, 等 .土壤污染与食用农产品安全[J]. 农业环境与发展, 2010, 3:50～54

[5] 雷国建, 刘千钧, 陈志良, 等. 不同行业污染土壤重金属污染特征比较研究[J]. 土壤, 2013, 45(6): 1023～1027

[6] 陈秀玲, 张文开, 李明辉, 等. 中国土壤重金属污染研究简述[J]. 云南地理环境研究, 2009. 21(6): 8～13

[7] 范拴喜, 甘卓亭, 李美娟, 等. 土壤重金属污染评价方法进展[J]. 中国农学通报, 2010, 26(17): 310～315

[8] GB15618-1995. 土壤环境质量标准[S]. 北京: 中国标准出版社, 1995

Pollution Status of the Heavy Metals in the Soil in Yueyang

XIAO Hua, ZHOU Ning-bo, Shen Tian
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China)

Soils are digested with nitric acid, determining cadmium, lead, copper, zinc, nickel and chromium by AAS. Using Single factor pollution index method and N.L．Nemerow integrated pollution index evaluating pollution status of heavy metals in Yueyang areas. The results show that the content of heavy metals in Yueyanglou District and Yunxi District are in middle level pollution levels, Linxiang City is polluted lightly by Cd, Pb, Zn; Xiangyin County is polluted by Cd, Cu, Cr; Yueyang County shows warning line because of pollution of Ni; One of the Pingjiang County's sampling points has light pollution of Cd; Huarong County and Junshan District haven't been polluted yet.

Yueyang; soil; heavy metal; pollution; evaluation

O657.31

A

1672-5298(2014)04-0074-04

2014-09-05

肖 华(1972− ), 女, 湖南岳阳人, 湖南理工学院化学化工学院讲师. 主要研究方向: 生物无机分析