山西核桃产地土壤中重金属含量及污染评价

2022-02-18 04:55张春媛
山西林业科技 2022年4期
关键词:中位值平均值核桃

张春媛

(山西省林业和草原科学研究院,山西 太原 030012)

核桃,落叶乔木,富含钙、铁等矿物质及多种维生素、蛋白质,备受人们喜爱,但农药的使用及其所处环境会导致有害重金属积累[1-2]。山西省是核桃经济林大省,笔者检测了山西省8个县80份核桃基地土壤样品中的镉、铅、铜、铬、汞、砷6种重金属元素含量,并进行了土壤重金属污染评价,以期为山西省核桃产业的健康发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

土壤样品采自山西省核桃基地,包括吕梁汾阳市、交口县、孝义县、中阳县,晋中左权县、和顺县、榆市县和长治黎城县,每个基地取10个土壤样品。采样方法为按对角线形选5棵核桃树,每棵树取2钻土样,按照“四分之一”法混合,取土深度30 cm~40 cm。试验试剂包括汞(Hg)、砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)标准品,盐酸,硝酸,氢氟酸,抗坏血酸,硼氢化钾,硫脲,氢氧化钾,过氧化氢,磷酸二氢铵,硝酸钯。

1.2 试验设备

试验设备包括微波消解仪、电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)、原子荧光分光光度计、分析天平、恒温干燥箱、调温式电热板。

1.3 试验方法

1.3.1 原料预处理

将取回的土壤,剔除残根、石块等杂物,自然晾干,过80目筛,保存在密封袋中待用。

1.3.2 标准曲线的绘制

分别吸取Cd、Pb、Cu、Cr、Hg、As标准品,配置标准曲线工作液,在ICP和原子荧光光度计中测定吸光度。以吸光度为纵坐标,标准品溶液浓度为横坐标,绘制标准曲线。

1.3.3 试样溶液的制备

称取土壤样品0.2 g(精确至0.000 1 g),置于消解罐中,在通风橱中依次加入7 mL HNO3、3 mL HCl、3 mL HF、2 mL H2O2,放置过夜,进行预消解。将消解罐放入微波消解装置中进行微波消解,冷却后,取出消解罐。置于赶酸器上蒸至近干,冷却后用2%的硝酸溶液冲洗内壁,定容到50 mL容量瓶中。空白对照不称取样品,其他步骤同上。

1.3.4 试样溶液的测定

将样品溶液注入ICP、原子荧光分光光度计中,在与测定标准曲线工作液相同的仪器工作参数下,测定吸光度。代入标准曲线的一元线性回归方程中,计算样品中镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、汞(Hg)、砷(As)的含量。

1.3.5 土壤重金属污染评价[3]

根据NY/T 1054-2021《绿色食品产地环境调查、检测与评价规范》中的方法,进行土壤重金属污染评价。

土壤重金属单项污染指数公式为:

Pi=Ci/Si。

式中:Pi为土壤中第i种重金属的污染指数;Ci为土壤中第i种重金属的实测含量,mg/kg;Si为土壤中第i种重金属的标准限量值,mg/kg。

土壤重金属综合污染指数公式为:

式中:P综为土壤重金属综合污染指数;P最大为土壤重金属单项污染指数最大值;P平均为土壤重金属单项污染指数平均值。

土壤重金属综合污染指数分级标准见表1。

表1 土壤重金属综合污染指数分级标准

2 结果与分析

2.1 标准曲线的绘制

通过绘制镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、汞(Hg)、砷(As)6种重金属的标准曲线,各重金属标准曲线的相关系数均达到了0.999以上,线性良好。

2.2 重金属测定结果

2.2.1 土壤中Cd的测定结果

土壤中Cd的含量见表2。

土壤中镉的标准限量为Cd≤0.4 mg/kg。由表2可知,80个样品的Cd检测出率为100%,Cd含量的中位值接近平均值,总体符合近正态分布。中位值>平均值,样本Cd含量右偏,为左尾分布,说明多数土壤样品的Cd含量较高。

2.2.2 土壤中Pb的测定结果

土壤中Pb的含量见表3。

土壤中铅的标准限量为Pb≤50 mg/kg。由表3可知,80个样品的Pb检测出率为100%,Pb含量的中位值接近平均值,总体符合近正态分布。中位值<平均值,样本Pb含量左偏,为右尾分布,说明多数土壤样品的Pb含量较低。

表2 土壤中 Cd 的含量

表3 土壤中Pb的含量

2.2.3 土壤中Cu的测定结果

土壤中Cu的含量见表4。

表4 土壤中Cu的含量

土壤中铜的标准限量为Cu≤60 mg/kg。由表4可知,80个样品的Cu检测出率为100%。中位值<平均值,样本Cu含量左偏,为右尾分布,说明多数土壤样品的Cu含量较低。

2.2.4 土壤中Cr的测定结果

土壤中Cr的含量见表5。

表5 土壤中 Cr 的含量

土壤中铬的标准限量为Cr≤120 mg/kg。由表5可知,80个样品的Cr检测出率为100%。中位值<平均值,样本Cr含量左偏,为右尾分布,说明多数土壤样品的Cr含量较低。

2.2.5 土壤中Hg的测定结果

土壤中Hg的含量见表6。

表6 土壤中Hg的含量

土壤中汞的标准限量为 Hg≤60 mg/kg。由表6可知,80个样品的Hg检测出率为100%。中位值<平均值,样本Hg含量左偏,为右尾分布,说明多数土壤样品的Hg含量较低。

2.2.6 土壤中As的测定结果

土壤中As的含量见表7。

表7 土壤中As的含量

土壤中砷的标准限量为 As≤20 mg/kg。由表7可知,80个样品的As检测出率为100%。中位值>平均值,样本As含量右偏,为左尾分布,说明多数核桃样品的As含量较高。

2.3 核桃产地土壤重金属污染评价

各核桃产地土壤重金属污染评价结果见表8。

表8 土壤重金属污染评价

从表8可以看出,各核桃产地土壤中重金属单因子污染指数均<1,为未污染。但孝义县的综合污染指数为0.73,达到了警戒水平,等级为尚清洁,这主要是因为该产地土壤的Cd含量较高,存在潜在污染风险[4]。其他核桃产地的综合污染指数等级均为清洁。

3 结论与讨论

山西各核桃基地土壤中Cd、Pb、Cu、Cr、Hg、As 6种重金属元素含量差异较大。其中,Cd的最高含量为最低含量的20.7倍,最高值出现在孝义县;Pb的最高含量为最低含量的5.4倍,最高值出现在左权县;Cu的最高含量为最低含量的11.2倍,最高值出现在交口县;Cr的最高含量为最低含量的9.9倍,最高值出现在孝义县;Hg的最高含量为最低含量的27.9倍,最高值出现在中阳县;As的最高含量为最低含量的15.1倍,最高值出现在孝义县。依据NY/T 1054-2021《绿色食品产地环境调查、监测与评价规范》进行土壤重金属污染评价,山西各核桃基地土壤总体处于安全水平,孝义县的综合污染指数为0.73,达到了警戒水平,Cd含量存在潜在的污染风险。

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