唐昭領(lǐng) 包秘 王蕾 左柱敏 趙大慶 陳蔚 陶劍恒 羅曉慧 莫秋云 李惠靜
摘要:利用微波消解-火焰原子吸收光譜法測定荸薺土壤中的鋅、銅和鉻含量,旨在為荸薺重金屬生物有效性研究、合理種植及確保荸薺質(zhì)量提供參考依據(jù)。驗證檢測方法的檢出限、準確度與精密度,分析荸薺土壤中的重金屬鋅、銅和鉻含量,采用單因子污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對研究區(qū)域荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染及其生態(tài)風(fēng)險進行評價。結(jié)果表明,荸薺土壤中鋅、銅、鉻含量分別為63.9~126.8、9.1~18.9、1.2~26.8 mg/kg,平均值分別為83.8、12.6、11.4 mg/kg。以食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準為評價依據(jù),荸薺土壤鋅、銅和鉻元素均無污染。經(jīng)潛在生態(tài)危害指數(shù)分析得知,3種重金屬潛在生態(tài)危害由強至弱依次為Cu>Zn>Cr。總體上看研究區(qū)域荸薺土壤中鋅、銅和鉻污染風(fēng)險程度較低。
關(guān)鍵詞:荸薺;土壤;原子吸收光譜;鋅;銅;鉻;污染評價
中圖分類號:X825? ? ? ? ?文獻標識碼:A
文章編號:0439-8114(2018)23-0128-04
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.23.030? ? ? ? ? ?開放科學(xué)(資源服務(wù))標識碼(OSID):
土壤既是自然環(huán)境的構(gòu)成要素,又是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的自然資源。隨著世界人口的快速增長、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和城市化的快速發(fā)展,土壤已受到較為嚴重的重金屬污染。含有重金屬的物質(zhì)通過各種途徑進入環(huán)境,參與土壤-水體-生物系統(tǒng)的循環(huán),并通過食物鏈逐級富集進入人的食物鏈,對人體的健康與安全構(gòu)成嚴重的威脅。因此,對土壤中重金屬含量調(diào)查與評價研究,確定其污染程度,對保障人體健康和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。
土壤中重金屬的檢測分析方法很多,歸納起來有原子熒光光譜法[1]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[2]、電化學(xué)法[3]、原子吸收光譜法[4]、X射線熒光光譜法[5]等。近年以來,土壤中重金屬含量測定與安全性評價引起了人們的廣泛關(guān)注[6-8],但截止目前,關(guān)于荸薺土壤中鋅、銅和鉻的研究卻鮮有報道。在參考有關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,利用微波消解-火焰原子吸收光譜法測定荸薺土壤中鋅、銅和鉻,并對檢測方法的準確度與精密度進行了驗證,根據(jù)測定結(jié)果對荸薺土壤中鋅、銅和鉻的含量水平進行分析,以食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準為評價依據(jù),采用單因子污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對研究區(qū)域荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染及其生態(tài)風(fēng)險進行評價。通過采集賀州市馬蹄生產(chǎn)基地內(nèi)的土壤作為研究對象,利用微波消解-火焰原子吸收光譜法對其土壤中鋅、銅和鉻含量進行分析,以期為荸薺產(chǎn)地環(huán)境中鋅、銅和鉻的污染防控提供理論依據(jù)。
1? 材料與方法
1.1? 材料與儀器
土壤樣品全部采自賀州市荸薺地的0~20 cm表層土壤。每個采樣點用五點法采集,除去動植物殘體、石礫等雜物,并將大塊樣品捻碎混合均勻后,用四分法選取1 kg土樣,共28份。土壤樣品帶回實驗室,風(fēng)干、研磨,分別過20和100目尼篩,并保存于玻璃瓶中備用。
PE900T型原子吸收分光光度計,珀金埃爾默股份有限公司;CEM MARS6型密閉微波消解系統(tǒng),美國CEM公司;EH20A plus微控數(shù)顯電熱板,蘇州江東精密儀器有限公司;BT125D型電子天平,德國賽多利斯集團;DQ3超純水機,美國密理博公司。鋅、銅和鉻空心陰極燈,珀金埃爾默股份有限公司;硝酸、氫氟酸、鹽酸均為優(yōu)級純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;其他化學(xué)試劑為分析純;試驗用水為超純水;所用玻璃器皿均用25%硝酸浸泡24 h;1 000 mg/L鋅、1 000 mg/L銅和1 000 mg/L鉻標準儲備溶液,國家標準物質(zhì)中心。
1.2? 方法
1.2.1? pH的測定? 稱取10.0 g制備好的土壤,置于50 mL的高腳燒杯中,加入25 mL無二氧化碳水。將容器密封后于磁力攪拌器上攪拌5 min,靜置1 h后,用校正好的pH計進行測定。
1.2.2? 樣品的消解? 分別稱取制備好的土壤樣品0.100 0 g于微波消解罐中,加入硝酸6 mL、鹽酸2 mL、氫氟酸2 mL浸泡過夜。第二天消解前塞好內(nèi)蓋,旋緊外蓋,將消解罐對稱放入轉(zhuǎn)盤中,于微波消解儀中進行消化(微波消解程序見表1)。消解完成后,打開消解罐移至趕酸架中趕酸至1 mL左右,冷卻后用1%硝酸溶液移至50 mL容量瓶中定容,同時做空白試驗。
1.2.3? 元素的測定? 將鋅、銅和鉻標準儲備溶液逐級稀釋成10 mg/L標準溶液。分別準確吸取鋅、銅和鉻三種標準溶液各0、0.5、1.0、2.0、2.5、5.0 mL于50.0 mL容量瓶中,用1%硝酸溶液定容至刻度配成0、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0 mg/L的混合標準溶液。按儀器設(shè)定條件分別測定標準溶液、樣品空白溶液、樣品溶液。原子吸收分光光度計的工作參數(shù)見表2。
2? 結(jié)果與分析
2.1? 標準曲線、精密度、檢出限及準確度
2.1.1? 標準曲線、精密度、檢出限? 按儀器工作條件(表2)對鋅、銅和鉻系列標準溶液進行測定,繪制標準曲線;在儀器工作條件下對0.4 mg/L鋅、銅和鉻標準溶液進行11次測定,計算各元素的相對標準偏差(RSD),同時用空白溶液連續(xù)測定11次計算其鋅、銅和鉻的檢出限(3 s/k)?;貧w方程、相關(guān)系數(shù)、精密度及檢出限見表3。
2.1.2? 準確度試驗? 在未知土壤樣品中分別加入一定量的鋅、銅和鉻標準溶液,進行加標回收試驗來驗證方法的準確度。經(jīng)測定,該方法鋅的回收率在98.0%~109.0%,銅的回收率在92.0%~103.0%,鉻的回收率在95.0%~107.2%,準確度可以滿足試驗要求。
2.2? 荸薺土壤鋅、銅和鉻含量
以國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準[9]中的二級標準和廣西地區(qū)土壤背景值[10]為依據(jù),對荸薺地土壤中鋅、銅和鉻含量進行分析。由表4可知,鋅、銅和鉻在荸薺土壤中含量范圍分別為63.9~126.8、9.1~18.9、1.2~26.8 mg/kg,均值分別為83.8、12.6、11.4 mg/kg。鋅元素在土壤中的含量低于國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準,但其平均值已超出廣西地區(qū)土壤背景值;銅、鉻元素含量均低于國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準值和廣西地區(qū)土壤背景值,且含量相對較低。從變異系數(shù)來看,鉻元素在土壤中的變異較大,而鋅元素在土壤中的變異較小。
2.3? 荸薺土壤鋅、銅和鉻污染評價
為查明采樣區(qū)土壤中鋅、銅和鉻的污染情況,本研究以《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標準》[11](表5)為依據(jù),采用單因子污染指數(shù)法對土壤中鋅、銅和鉻的污染水平進一步評價。單因子污染指數(shù)計算公式如下:
Pi=Ci/S (1)
式中,Pi為污染物單因子指數(shù);Ci為實測濃度;S為土壤環(huán)境質(zhì)量標準限定值(表5)。Pi值越大表示該地區(qū)受污染越嚴重;Pi≤1時,表示該地區(qū)土壤未受污染;當(dāng)1
經(jīng)計算,28個荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染指數(shù)均小于1,沒有污染指數(shù)大于1的樣品,可見,在采用《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標準》進行單因子污染指數(shù)評價時,荸薺土壤未受到鋅、銅和鉻元素的污染。荸薺土壤中鋅、銅和鉻污染評價的具體計算與評價結(jié)果見表6。
2.4? 荸薺土壤鋅、銅和鉻潛在生態(tài)風(fēng)險評價
為進一步分析采樣區(qū)土壤中鋅、銅和鉻的潛在生態(tài)風(fēng)險,本研究采用潛在生態(tài)指數(shù)法進行生態(tài)風(fēng)險評價[12,13]。為了更準確反應(yīng)研究區(qū)域土壤重金屬含量的分異性,避免大尺度平均參考的偏差,研究用廣西地區(qū)土壤背景值作為參比值(表7)進行單因子污染物生態(tài)風(fēng)險評價,其計算公式如下。
Pi=Cis/Cin(2)
Eir=Tir×Pi(3)
其中,Pi為單因子污染指數(shù),Cis為重金屬濃度實測值,Cin為重金屬參比值,Eir為單因子危害系數(shù),Tir為毒性響應(yīng)系數(shù)。
采用潛在生態(tài)危害評價指標(表8)對土壤鉛和鎘污染潛在生態(tài)危害進行分級評價。經(jīng)計算,各采樣點土壤鋅、銅和鉻的潛在生態(tài)危害指數(shù)均小于40,處于輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險水平。鋅、銅和鉻的潛在生態(tài)危害指數(shù)平均值分別為1.11、2.25和0.28,其潛在生態(tài)危害由強至弱為:Cu>Zn>Cr。具體計算結(jié)果見表9。
3? 結(jié)論
利用微波消解-火焰原子吸收光譜法測定荸薺土壤中鋅、銅和鉻的含量,方法中鋅、銅和鉻的檢出限分別為0.004 4、0.005 4和0.023 0 mg/L,回收率分別為98.0%~109.0%、92.0%~103.0%和95.0%~107.2%,相對標準偏差分別為4.3%、1.2%和1.4%,表明該方法檢出限、準確度和精密度較好,滿足試驗要求。
荸薺土壤中鋅含量為63.9~126.8 mg/kg,平均值為83.8 mg/kg,銅的含量為9.1~18.9 mg/kg,平均值為12.6 mg/kg,鉻的含量為1.2~26.8 mg/kg,平均值為11.4 mg/kg。銅、鉻元素含量均低于國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準值和廣西地區(qū)土壤背景值,但鋅元素平均值已超出廣西地區(qū)土壤背景值,需要引起管理者和生產(chǎn)者的注意。
從單因子污染指數(shù)法評價結(jié)果可以看出,28份荸薺土壤中鋅、銅和鉻的污染指數(shù)均小于1,表明研究區(qū)荸薺土壤目前未受到鋅、銅和鉻元素的污染。從潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果來看,鋅、銅和鉻3種重金屬均處于輕微的潛在生態(tài)風(fēng)險水平,其潛在生態(tài)危害指數(shù)平均值分別為1.11、2.25和0.28,潛在生態(tài)危害由強至弱為Cu>Zn>Cr。總體上看鋅、銅和鉻還處于一個較低含量水平,污染風(fēng)險程度較低,基本符合荸薺安全種植的要求。
參考文獻:
[1] 唐昭領(lǐng),王天順,牙? 禹,等.濕法消解-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測定土壤中的鉛[J].光譜實驗室,2012,29(6):3384-3387.
[2] WANG Z T,ZHENG J,CAO L G,et al. Method for Ultratrace level(241)am determination in large soil samples by sector field-inductively coupled plasma mass spectrometry:With emphasis on the removal of spectral interferences and matrix effect.[J].Analytical Chemistry,2016,88(14):7387-7394.
[3] YASSER S,F(xiàn)ARHAD A,F(xiàn)ARNOOSH F. Voltammetric determination of Pb,Cd,Zn,Cu and Se in milk and dairy products collected from Iran:An emphasis on permissible limits and risk assessment of exposure to heavy metals[J].Food Chemistry,2016, 192:1060-1067.
[4] WANG T S,YA Y,HE J,et al. Determinotion of chromium and zinc in soil by microwave digestion and flame atomic absorption spectrometry[J].Agricultural Science & Technology,2015,? 16(09):1962-1964.
[5] WANG B,YU J X,HUANG B,et al. Fast monitoring soil environmental qualities of heavy metal by portable X-Ray fluorescence spectrometer[J].Spectroscopy and Spectral Analysis,2015, 35(6):1735-1740.
[6] 王天順,莫磊興,楊玉霞,等.果蔗地土壤中鉻、銅和鋅含量特征研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2016,29(4):864-868.
[7] TIAN K,HU W Y,XING Z,et al. Determination and evaluation of heavy metals in soils under two different greenhouse vegetable production systems in eastern China[J].Chemosphere,2016,165(3):555-563.
[8] 和? 慶,彭自然,張? 晨,等.長三角地區(qū)池塘養(yǎng)殖水產(chǎn)品重金屬含量及其健康風(fēng)險評價[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2017,36(6):1070-1077.
[9] GB 15618-1995,土壤環(huán)境質(zhì)量標準[S].
[10] 廣西環(huán)境保護科學(xué)研究所.土壤背景值研究方法及廣西土壤背景值[M].南寧:廣西科學(xué)技術(shù)出版社,1992.
[11] HJ/T 332-2006,食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標準[S].
[12] 吳? 洋,楊? 軍,周小勇,等.廣西都安縣耕地土壤重金屬污染風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué),2015,36(8):2964-2971.
[13] 康宏宇,康日峰,張乃明,等.迪慶某銅礦土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊,2016,35(1):75-78.