洛阳市蔬菜基地土壤重金属含量水平测定及其评判.docx
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洛阳市蔬菜基地土壤重金属含量水平测定及其评判
洛阳市蔬菜基地土壤重金属含量水平测定及其评判
摘要
为了解洛阳市蔬菜基地土壤中重金属污染状况，对洛阳市区及周边县市的蔬菜基地菜地土壤进行采样分析，测定了27个土壤样品的pH及重金属铬、镉、铅、汞、砷的含量水平。
别离采纳原子吸收光谱法和原子荧光光谱法测定样品中的重金属含量，并依照国家土壤环境质量二级标准对检测结果进行单因子污染指数和综合污染指数评判分析土壤的重金属污染状况。
结果说明：
在所测样品中洛阳市和栾川县蔬菜基地砷含量超标严峻，除此之外其他重金属含量均未超过GB15618—1995《土壤环境质量标准》二级标准限值，蔬菜种植进程含砷污水浇灌和砷制剂农药利用造成土壤中砷含量偏高。
砷含量太高会造成农作物产量大幅降低，砷通过食物链的积存还会对人体健康造成危害。
关键词：
蔬菜基地，重金属，污染，测定，评判
MeasurementandEvaluationofHeavyMetalsContentLevelinVegetableBaseSoilfromLuoYang
ABSTRACT
InordertounderstandthesoilheavymetalpollutionconditionofLuoyangvegetablebase,samplingananalysiswascarriedoutthevegetablebasesoilofLuoyangcityandthesurroundingcounties,27soilsamplesthePHandheavymetalCr,Cd,Pb,Hg,Asconcentrationlevelsweremeasured.UsingAtomicabsorptionspectrophotometryforthedeterminationoftheheavymetalcontentinthesamples,andinaccordancewiththeleveltwonationalstandardofsoilenvironmentalquality（GB15618-1995）onthetestresultstosinglefactorpollutionindexandcomprehensivepollutionindexevaluationanalysisofsoilheavymetalpollutionandqualityofvegetables.Theresultsshowedthat:
seriousexceedthestandardinthesamplesofLuoyangcityandLuanchuanvegetablebaseofAscontent,inadditiontootherheavymetalcontentdidnotexceedtwostandardlimitsforsoilenvironmentalqualitystandards"GB15618-1995",theprocessofvegetablecultivationarsenic-containingwastewaterirrigationandarsenicpreparationspesticideuseresultinginhighlevelsofarsenicinthesoil.Higharseniclevelscancausecropyieldssignificantlyreduceandthearsenicaccumulatedthroughthefoodchainwillcauseharmtohumanhealth.
KEYWORDS:
Vegetablebase,Heavymetals,Pollution,Measurement,Evaluation
目 录
前 言
土壤重金属污染是现今最要紧的环境问题之一。
最近几年来，土壤污染问题日趋取得世界各国的关注，受污染的面积也愈来愈大，专门是矿物开采、金属冶炼、电镀等化学工艺生产带来的“三废”、农业污灌及农药化肥的不合理施用日趋加重土地的重金属污染。
据环保部调查说明，目前我国蒙受重金属污染的土地面积占到总面积的％，其中严峻污染土地占％，中度污染土地占％，轻度污染土地占％。
每一年我国因为重金属污染而造成粮食减产超过1000万t，而被重金属污染的粮食则多达1200万t，合计经济损失超过200亿元。
与此同时，土壤中重金属还能够通过地下径流和淋洗等作用污染地下水，并通过食物链的积存危害到人类的健康，铅、镉等的过量摄入对人体的肾、肺、肝、脑、骨骼及血液系统均产生毒性。
土壤环境质量是土壤容纳、吸收和降解各类环境污染物质并进而阻碍和增进人类和动植物健康的能力。
随着经济进展、城市化进程的不断加速，城市人口的增加及工业化的迅速进展，重金属等污染物通过污水浇灌、大气烟尘沉降和垃圾填埋处置等途径进入土壤中并积存。
例如，有机氯农药己禁用2O年，但土壤中残留的六六六、滴滴涕仍可通过生物富集在蔬菜中积存而超标。
研究说明，重金属被作物吸收并在作物体内和果实中残留，而为人体提供所需维生素、必需矿物元素和膳食纤维等多种人体所需营养成份的蔬菜质量平安与产地土壤环境有着紧密关系。
最近几年，蔬菜地因大量施用农药、肥料、生长素及工业“三废”对蔬菜地土壤的污染，土壤重金属含量超标普遍且较严峻。
为了保证农副产品的质量平安，国家和相关部委前后公布并实施了无公害、绿色食物、有机食物等包括其产地土壤环境质量标准。
城市郊区由于其优越的地理位置往往是城市最重要的蔬菜与副食物供给基地，同时，城市郊区往往也是蒙受工业和农业污染最严峻的地域。
因此，咱们以洛阳市区及周边县市蔬菜基地土壤为对象，测定土壤PH和铬、镉等5种重金属含量，评判菜地土壤的重金属污染程度，为生产无公害蔬菜提供基础资料和科学依据。
第1章文献综述
1.1我国土壤重金属污染现状
1.2
我国土壤重金属污染物要紧来源于工业生产的废渣、污水浇灌、城市垃圾沉积、工业废弃物堆放和大气沉降。
其中污水是土壤重金属污染物的要紧来源，在污水中占有较大比例的是工业废水，工业废水成份比较复杂，都含有不同程度额的生物难以降解的多种重金属元素，我国土壤重金属污染除cd、Hg外，Pb、As、cr和cu的污染也是相当严峻。
我国目前重金属及农药等污染的土壤面积已达到上万万公顷，污染的农用耕地约占耕地总面积的10％以上，约有0．1亿公顷，大多数污染集中在经济发达的地域，我国每一年受到重金属污染的粮食多达1200万吨，另外由于重金属污染而致使粮食减产高达1000多万吨，共计经济损失超过200亿元。
在华南地域的部份城市有接近50％的农业用地蒙受cd、As、Hg等重金属的污染，广州市蔬菜地铅污染最为普遍，砷污染次之；珠江三角洲地域近40％的蔬菜地重金属污染超标，其中10％属“严峻”超标。
其中广州近郊最近几年来因污水浇灌而受到污染的农田约有2700公顷，由于施用被污染的底泥造成约1333公顷的土壤受到污染，受污染耕地面积约占到郊区耕地面积的46%。
最近几年来据调查发觉上海农田耕层土壤中的Hg、Cd含量增加了50％，而天津近郊因为污水浇灌致使了2．3万公顷农田受到重金属的污染，东北沈阳的张士灌区重金属污染面积已达2500多公顷，保定市污灌区土壤中Pb、cd、cu和zn的检出超标率别离为50％、87．5％、27．5％和100％，蔬菜中Cd的检出超标率为89．3％，重庆市蔬菜重金属污染程度为Cd>Pb>Hg，其中近郊蔬菜基地的土壤重金属Hg和cd显现超标，超标率别离为6．7％和36．7％。
据国家的蔬菜重金属污染调查结果说明，中国蔬菜地土壤重金属污染形势日趋严峻。
1.3土壤重金属污染对农作物的危害
1.4
重金属元素对农作物的危害作用机理，主若是通过抑制农作物细胞的割裂和伸长，刺激和抑制农作物植株某些酶的活性，阻碍组织蛋白的合成，降低光合作用，损害细胞膜系统，从而阻碍农作物的生长发育和食用平安品质。
在农作物生在进程中，当重金属过量时，农作物会显现中毒病症。
1.4.1重金属对农作物的要紧危害特点
1.4.2
一是阻碍农作物的养分吸收和利用，引发养分缺乏，类似于缺铁的黄白化病症；根的伸长受阻或地上部显现代谢紊乱的褐斑、细胞生长发育停止；二是随着重金属污染元素在农作物体内的积存，农作物的体内代谢平稳受到破坏，细胞生长发育停止，造成农作物的生长障碍等现象。
重金属对农作物的迫害作用因农作物的种类、环境条件等的不同而存在不同，在不同普遍性的基础上，仍存在有必然的规律性。
重金属对农作物的毒性作用强弱，大致存在着下述顺序：
砷〉硼〉镍〉钴〉铬〉锌〉铅〉锰。
1.4.3重金属对农作物的迫害病症
1.4.4
一样重金属对农作物的危害表现病症具有相似性。
例如，尽管各类重金属对水稻迫害病症开始表现的浓度不同，但一样表现为新根生长受抑制，枝根的发生表现异样。
随着危害的进展，只有主根的尖端发生枝根，根系呈带刺的铁丝网状。
在重金属浓度较高时，从成熟初期到中期，叶片迅速蜷曲，表现青枯病症，严峻的受害植株枯死。
另外，田间农作物也可见到叶脉间黄白化现象。
受重金属危害的植株，至收成时一生均表现出受阻碍的病症。
通过对重金属与蔬菜生长的抑制实验研究说明，蔬菜株高与重金属浓度有较好的负相关；根长抑制率与重金属浓度相关性次之，重金属对根伸长抑制作用最明显。
但蔬菜在重金属严峻污染的土壤中整体呈现出较为良好的生长状态，说明重金属通过蔬菜吸收可对人体健康造成潜在阻碍。
1.5绿色食物的平安认证
1.6
绿色食物是1990年由农业部发起，并专门快进展到全国三十几个省市，目的是通过开发无污染的优质、营养、平安类食物，改善和爱惜生态环境，增进城乡人民躯体健康，增进国民经济和社会可持续进展，提高农产品及其加工品的质量。
绿色食物是指遵循可持续进展原那么，经专门机构认定，并依照特定生产方式生产，准予利用绿色食物标志商标的无污染的优质、营养、平安的食物。
是生产全进程遵循全程技术标准和环境、产品一体化的跟踪监测，严格限制不许诺化学物质的使用，保障食物和环境的平安，增进可持续进展。
但是,要保证食物中各类重金属污染物的含量都符合绿色食物的卫生标准要求,产地的土壤环境质量那么是阻碍绿色食物质量的最基础因素之一,因此科学评判土壤环境质量是绿色食物生产进程中的一个重要环节。
1994年由中国绿色食物进展中心主持,农业部农业环境质量监督查验测试中心承担编制完成了《绿色食物产地环境质量现状评判纲要（试行）》,这无疑对我国绿色食物产地环境质量评判的正常开展和标准治理起到了重要作用。
纲要指明,对生产地土壤污染现状的评判方式要紧用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法,而且依照计算结果的大小,别离依照单项评判分级标准和综合评判分级标准来评定土壤污染的水平。
表1绿色食物产地土壤质量标准列有部份重金属的含量标准。
表1绿色食物产地土壤质量标准（mg/kg）
PH
铅
镉
铬
汞
砷
<
~
>
总而言之，随着经济进展和城市化进程的不断加速，和城市人口的飞速增加和城市工业化的迅速进展，重金属等污染物通过污水浇灌、大气烟尘沉降和垃圾填埋处置等途径进入土壤中并积存。
有研究说明，重金属能被植物吸收并且在作物的体内和果实中残留，而为人体提供维生素、必需矿质元素和膳食纤维等多种必需成份的蔬菜的质量平安与生产地的土壤质量关系十分紧密。
最近几年来，蔬菜地因含重金属农药及肥料的大量施用及工业排放的“三废”污染，土壤重金属含量超标严峻且普遍，严峻阻碍了蔬菜品质，制约我国食物产业的进展。
因此，食物重金属问题已经成为了我国开发绿色食物国际化进程中急待解决的重要问题之一。
分析蔬菜基地土壤重金属含量关于评判菜地土壤的重金属污染程度，可为合理地进行农作物的生产布局、生产无公害蔬菜提供基础资料和科学依据。
第2章材料与方式
实验材料的制备
2.1.1样品的搜集
别离在洛阳市市区某蔬菜基地、栾川县某蔬菜基地、偃师市某蔬菜基地和孟津县某蔬菜基地4个地址采样。
按棋盘式采样法，别离搜集0~20、20~40cm的土样作为分析对象，每块地选取9个点且混合在一路，混匀后取1kg，多余部份用四分法弃去。
2.1.2样品的预处置
将搜集的样品晾干，并中断地压碎，翻拌，剔除杂物，别离过60、100目筛，四分法缩分，最后保留待测土样500g，经研磨混匀后的样品，别离装于样品袋，填写土壤标签一式两份。
尤其注意在制样中，采样时的土壤标签与土壤样始终放在一路，严禁放错；每一个样品经风干、磨碎、分装后送到实验室的整个进程中，利用的工具与盛样容器的编码始终一致；制样所利用的工具每处置一份样品后擦洗一次，严防交叉污染。
分析及评判方式
2.2.1分析方式
一、土壤pH的测定。
土壤pH采纳电位法测定，仪器为PHS-3C型周密pH计，每一个样品平行测3次。
二、土壤重金属含量的测定。
土样采纳硝酸-高氯酸法消解，同时用石英砂代替土样进行空白消解实验，每一个样品平行测3次；土壤样品消解液重金属含量别离采纳最适合的方式测定。
2.2.2评判方式
咱们常采纳单因子污染指数法和内梅罗污染综合指数法来评判土壤污染状况。
单因子污染指数反映某污染物超标倍数和程度。
式中
为某污染物的污染指数；
为该污染物的实测值；
为该污染物的评判标准。
内梅罗污染综合指数法是一种兼极值的综合方式，既考虑单元素的作用，又突出污染最严峻元素的重要性。
式中，
为土壤污染综合指数；
为元素污染指数的平均值；
为某测点土壤污染物单因子污染指数最大值。
综合污染指数可用来评定每一个测试点土壤综合污染水平。
表2-1为依照内梅罗污染综合指数法而进行评判、划分的土壤环境质量分级标准。
表2-1土壤环境质量分级标准
等级
综合污染指数
污染程度
污染水平
1
P<
安全
清洁
2
＜P≤1
警戒线
尚清洁
3
1＜P≤2
轻度污染
土壤轻污染，作物开始受污染
4
2＜P≤3
中度污染
土壤作物均受到污染
5
P＞3
重度污染
土壤作物受污染已相当严重
土壤pH测定
2.3.1测定原理
土壤pH值的测定一样采纳无二氧化碳蒸馏水作浸提剂；中性和碱性土壤为了减少盐类不同带来的误差，采纳氯化钙溶液作浸提剂；酸性土壤因为互换性氢离子和铝离子的存在，采纳氯化钾溶液作浸提剂。
土壤与浸提剂的比列一样为1：
，盐土采纳5：
1。
浸提液经平稳后，用PHS-3C型周密pH计测定pH值。
2.3.2测定步骤
一、待测溶液的制备：
称取通过2mm筛孔的风干土样10.00g（精准至0.01g）置于50mL高型烧杯中，加入25mL无二氧化碳水或25mLmol/L氯化钾溶液（酸性土壤）或25mLL氯化钙溶液（中性或碱性土壤）。
加入50mL水或50mL1.0mol/L氯化钾溶液（酸性土壤）或50mL0.01mol/L氯化钙溶液（中性或碱性土壤）。
用玻璃棒猛烈搅动或磁力搅拌器搅动1~2min，静置30min，现在应幸免空气中氨或挥发性酸等的阻碍。
二、仪器校正：
将玻璃电极和饱和甘汞电极插入与土壤浸提液pH值接近的标准缓冲溶液中，使标准缓冲溶液pH值与酸度计标度上的pH值相一致。
然后移出电极，用水冲洗，再用滤纸吸干后插入另一pH值相近的标准缓冲溶液中，调剂检查酸度计的读数。
最后移出电极，用水冲洗，滤纸吸干后待用。
3、测定：
将玻璃电极的球泡浸入待测土样的下部悬浮液中，并轻轻摇动，然后将饱和甘汞电极插入上部清液中，待酸度计读数稳固后，记录待测液的pH值。
每一个试样测完后，当即用蒸馏水冲洗电极，并用滤纸吸干后再测定其它试样。
精准测按时，每测定5~6个试样后，需要将饱和甘汞电极的顶端，在饱和氯化钾溶液中浸泡一下，以维持顶端部份氯化钾溶液维持饱和，然后用标准缓冲溶液从头校正仪器并测定。
4、结果计算：
pH计直接读数并记录数据。
土壤中重金属含量测定
2.4.1土壤中铅、镉含量的测定（火焰原子吸收光谱法）
一、测定原理：
采纳盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸全分解的方式，破坏土壤的矿物晶格，使试样中的待测元素铅、镉进入试液。
然后，将消解液喷入富燃性空气-乙炔火焰中。
在火焰中形成的铅、镉基态原子蒸气对光源发射的特点电磁辐射产生吸收。
将测得的试样溶液吸光度扣除全程序试剂空白吸光度，与标准溶液测定的吸光度进行比较，确信土壤试样中铅、镉的含量。
表2-2为仪器工作条件。
表2-2仪器参考工作条件
元素
铅
镉
光源
空心阴极灯
空心阴极灯
测定波长/nm
通用宽带/nm
灯电流/mA
火焰类型
氧化型
氧化型
二、测定步骤：
①称取约0.5000g土样于25mL聚四氟乙烯坩埚中，用少量水润湿，加入10mL盐酸，在电热板上低温加热溶解2h，然后加入15mL硝酸继续加热，至溶解物余下约5mL时，加入氢氟酸并加热分解氧化硅及胶态硅酸盐，最后加入5mL高氯酸加热至近干，再加（1+1）硝酸1mL，加热溶解残渣，加入0.25g硝酸镧溶解定容至25mL，同时做全程序试剂空白。
②别离吸取混合标准操作液0、、、、、mL，放入6个容量瓶中，各加入0.25g硝酸镧溶解后，用2%硝酸稀释定容。
该标准溶液别离含铅0、、、、、µg/L；含镉0、、、、、µg/L；按仪器工作条件测定各份标准溶液的吸光度。
绘制标准曲线。
③分取试样溶液mL于4个10mL容量瓶中，别离加入混合标准操作液、mL，用%硝酸定容至10mL，用曲线外推法求得试样中铅、镉的含量。
④计算结果。
2.4.2土壤中铬含量的测定（火焰原子吸收光谱法）
一、测定原理：
测定原理和测定土壤中铅、镉一样。
只是工作条件铬的测定波长nm，火焰性质为还原性。
二、测定步骤：
①准确称取~0.5g（精准至0.0001g）土样于50mL聚四氟乙烯坩埚中，用少量水润湿，加入硫酸溶液5mL、硝酸10mL，静置。
待猛烈反映停止后，加盖，移至电热板上加热分解h左右开盖，待土壤分解物呈粘稠状时，加入5mL氢氟酸并中温加热除硅，常常摇动坩埚。
当加热至冒白烟时，加盖，使黑色有机碳化物充分分解，然后，取下坩埚，稍冷，用少量水冲洗坩埚盖和坩埚内壁，再加热将白烟赶尽并蒸至内容物呈不流动状态。
取下坩埚稍冷，加浓盐酸3mL，温热溶解可溶性残渣，全量转移至50mL容量瓶中，加入5mL氯化铵溶液，冷切后定容至标线，摇匀。
②用去离子水代替试样，制备全程序空白溶液，其他步骤和试剂一样品测定。
每批样品至少制备2个以上的空白溶液。
③准确移取铬标准利用液、、、、、mL于50mL容量瓶中，别离加入3mL盐酸溶液、5mL氯化铵溶液，用蒸馏水定容至标线，摇匀，其中铬的含量别离为、、、、L。
此浓度范围应包括试液中铬的浓度。
按由低到高浓度按序测定标准溶液的吸光度。
用减去空白的吸光度与相对应的元素含量（mg/L）绘制校准曲线。
④计算结果。
2.4.3土壤中汞含量的测定（原子荧光光谱法）
一、测定原理：
样品用硝酸-盐酸混合试剂在滚水浴中加热消解，使所含汞全数以离子形式进入到溶液中，再用硼氢化钾将其还原成单质汞蒸气，在载气带动下导入仪器的荧光池中，这些原子蒸气受到光源特点辐射线的照射而被激发，受激发原子去活化发射出必然波长的辐射-原子荧光，荧光信号抵达检测器变成电信号，经电子放大器放大后由念书装置读出结果。
产生的荧光强度与试样中被测元素含量成正比，能够从校准曲线查得被测元素的含量。
二、测定步骤：
①称取样品~2.0g置于50mL具塞比色管中，加（1+1）王水10mL，加塞后充分摇匀，于滚水浴中加热消解2h。
掏出后冷却，当即加10mL保留液，用稀释液稀释至标线，摇匀。
取上清液待测。
按一样的操作手续制备两份试剂空白溶液，以供样品试液的空白校正。
②取50mL容量瓶7个，准确吸取标准工作液（ng/mL）0、、、、和mL置于容量瓶中，每一个容量瓶中加入适量保留液，并补足至10mL，用稀释液稀释至标线，摇匀。
以5%硝酸为载流，%硼氢化钾+%氢氧化钾溶液为还原剂，把样品吸入原子化器中进行原子化，别离测量记录各个样品的荧光强度。
③计算结果。
2.4.4土壤中砷含量的测定（非色散原子荧光光谱法）
一、测定原理：
同土壤中汞含量的测定原理。
二、测定步骤：
（1）称取1.000g样品置于250mL三角烧瓶中，加入浓硝酸10mL、高氯酸2mL，摇匀，盖上表面皿，放置留宿。
移至电热板上加热分解。
当试样体积减小而发黑时，再补加硝酸2mL继续加热，提高温度至200℃，除去表面皿，蒸发除去全数高氯酸，残渣为灰白色。
取下烧瓶稍冷，加入6mol/L盐酸4mL，加热至沸，用定量滤纸过滤入50mL容量瓶中，蒸馏水洗涤三角瓶及滤纸，加水定容，备测。
（2）别离吸取砷标准操作液、、、、、置于50mL比色管中，加入5mL盐酸和10%硫脲5mL充分摇匀。
用水稀释至标线，放置20min。
吸取必然量消解液于50mL比色管中，加入5mL盐酸和10%硫脲5mL充分摇匀。
用水稀释至刻度，放置20min。
以10%盐酸为载流、%硼氢化钾+%氢氧化钾为还原剂。
用氩气作载气，将样品收入氢化物发生器中，然后将发生的砷化氢气体导入电热石英炉中进行原子化，按仪器测量条件一一测量样品的荧光强度。
（3）计算结果。
第3章结果与分析
蔬菜地土壤pH及其阻碍因素
从表3-1测定结果能够看出，洛阳市区、栾川县、偃师市、孟津县土壤pH平均值别离为、、、，均呈碱性。
洛阳及周边地域土壤多为碱性，盐基成份含量高的岩石风化后产生氢氧离子，使得土壤偏碱性或中性。
据调查了解以为，大量的施肥使得土壤pH转变专门大。
大量酸性肥料（如硝铵、碳铵）的施用可能是致使土壤变酸、pH降低的要紧缘故。
过量的氮肥投入，把土壤吸附的钙离子代换到土壤溶液中而随水流失，造成pH下降，严峻阻碍蔬菜生长。
另外，由于环境的转变，空气中二氧化碳等酸性物质含量增大，pH变小。
土壤pH适当降低，一方面可提高土壤磷、铁、锰、锌等营养元素的有效性，另一方面可增加土壤重金属元素的溶解性，在重金属元素含量较高的环境中将加大重金属向生物体内迁移的数量。
表3-1洛阳市蔬菜基地土壤pH
基地土壤来源
洛阳市区
栾川
偃师
孟津
pH
蔬菜地土壤重金属的阻碍因素
从表3-2能够看出，除洛阳市区和栾川县蔬菜地土壤中砷含量超过土壤环境质量2级标准外，偃师和孟津基地土壤重金属元素均没有高于2级标准，在所测土壤样品中铅、镉的平均含量高于洛阳市土壤背景值，而汞、砷的平均含量部份高于洛阳市土壤背景值。
这除与整体的环境有关之外，也可能与种植蔬菜所施用的农家肥和化肥有关。
砷积存的重要来源可能是含砷化肥及有机肥的施用；汞积存的重要来源可能是含汞污水的浇灌。
从整体上看，栾川县某蔬菜地重金属含量比其他实验点略高一点，这可能是由于栾川县蔬菜地处在矿业发达地域;另一方面，该地域的部份
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