草莓园土壤中重金属含量的研究与评价

摘要 以草莓园为代表进行土壤重金属的研究，并与土壤本底值进行对比，发现该草莓园土壤中汞含量超过了土壤环境质量二级标准限值，镉元素已经接近土壤本底值的最高限度，其他铅、铬、镍、铜、锌、硒、钴、钒、锑等元素含量基本符合国家二级土壤环境质量标准对土壤环境要求。通过对草莓园土壤中重金属的研究，为当地草莓业的可持续发展和草莓园生态环境质量的改善提供参考。

关键词 草莓园土壤；重金属；土壤本底值；评价

中图分类号 X825 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）19-0181-02

Abstract The heavy metal in the soil of strawberry fields was researched，and compared the determination value with the soil background value. It was found that the heavy metal content of mercury in the soil was more than limit value of Level Ⅱ of soil environmental quality standards.The cadmium element was close to the maximum of the soil background value，and other elements，such as lead，chromium，nickel，copper，zinc，selenium，cobalt，vanadium and antimony were basically in accordance with the requirements of the Level Ⅱ of national soil environmental quality standards.The research of heavy metals in the soil of strawberry fields could provided reference for the sustainable development of local strawberry industry and the improvement of the ecological environment quality of strawberry field.

Key words strawberry fields soil；heavy metal；soil background value；evaluation

土壤重金属含量是绿色食品产地环境监测中的一项重要指标[1]。当重金属积累到一定程度就会对果园土壤造成污染，进而影响果树的生长发育和果品品质，再通过食物链对人体健康造成危害[2]。目前，国内外对果园土壤的可持续发展已有一些研究，如中国山东检测了苹果主产区部分果园的土壤重金属含量，检出铅、镉和汞等重金属超标[3-4]；在美国重金属污染监测已被纳入果园的营养管理[5]。为此，2000年中国农业部颁布了《绿色食品产地环境与技术条件（NY/T 391―2000）》[6]。大气中的大多数重金属经自然沉降[7]和雨淋沉降进入土壤中。随着人们对果实质量及产量的追求，含有镉、砷、铅等重金属的农药和化肥越来越多地被广泛应用于果实成长的不同时期[8]。本文选取了某地草莓园为代表进行土壤重金属的研究，并与土壤本底值进行对比，旨在研究该处土壤受重金属污染的现状。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器：美国安捷伦公司电感耦合等离子质谱联用仪（ICP-MS）；北京吉天仪器有限公司双道原子荧光光度计；瑞士METTLER TOLEDO XS105DU电子天平。

试剂：国药集团化学有限公司硝酸，ρ（HNO3）=1.42 g/mL，优级纯、盐酸，ρ（HCl）=1.18 g/mL，优级纯、氢氟酸，ρ（HF）=1.16 g/mL，优级纯；上海桃浦化工厂高氯酸。

标准溶液：单元素标准贮备液汞；28种混合标准溶液，即铍、硼、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、硒、锶、钼、银、镉、锑、钡、铊、铅等混合标准溶液，浓度为100.0 mg/L。

稀释液：称取0.2 g重铬酸钾（优级纯），用少量水溶解，加入28 mL硫酸（优级纯），用水稀释至1 000 mL，摇匀。

ICP-MS质谱调谐液：锂（Li）、钇、铈、铊、钴、镁混合溶液，浓度为1 μg/L。

ICP-MS内标溶液：Li6、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi混合溶液，浓度为400 μg/L。纯水：纯水电阻率大于18.2 MΩ・cm。

1.2 仪器工作条件

ICP-MS条件：射频功率1 500 W；等离子体气流量15 L/min；雾化器流量1.0 L/min；雾化室温度2 ℃；峰型3个点；重复3次；数据采集为质谱图；内标加入方式为自动加入。

原子荧光工作条件：光电倍增管负高压280 V；灯电流30 mA；载气流量300 mL/min；原子化器高度10 mm；读数延迟时间0.5 s。

1.3 土壤样品采集及处理方法

选取某大型草莓园的土壤样品进行研究。草莓园为长方形块田，面积较小、地势平坦、研究区域较端正等特点，采用挖坑剖面取样采集土壤样品，即按双对角线法布点采样。根据采样点代表性、典型性、适时性原则在草莓园园区选5个采样点，点位名称分别标记为土壤-1、土壤-2、土壤-3、土壤-4、土壤-5。向下15～30 cm土层采集土壤样品，每个采样点上，按层垂直向下切取土壤。因为本研究对象为土壤中金属含量，避免使用金属器具取样。采用铁锹向土层下挖15 cm，再用竹片去除边缘约1 cm厚的土层，每个点取厚约1 cm的土壤（1 kg左右），且在每个点上所取的土量基本相等，采样完毕后将各点的土样装入塑料袋，混合均匀并贴上标签。

将采回的土样放在木盘中，摊成约2 cm厚的薄层，置于室内，用木棒或者玻璃棒间隔地翻动通风阴干。在风干过程中随时拣去粗大的动植物残体如根、茎、叶、虫体等和石块、结核（石灰、铁、锰）。将风干的土样轻轻倒入木盘上，用木棍压碎，并不断拣除碎石、砂砾及植物根茎等。再将压碎的样品过200目尼龙筛，过筛的样品全部置于聚乙烯塑料袋里面，以备分析测试使用。

1.4 样品预处理方法

测量汞样品的预处理方法：称取经风干、研磨并过200目筛的土壤样品0.2～1.0 g（精确至0.000 2 g）于50 mL具塞比色管中，加少许水润湿样品，加入10 mL（1+1）王水，加塞后摇匀，于沸水浴中消解2 h，取出冷却至室温，用稀释液稀释至刻度，摇匀后放置，取上清液待测。同时做空白试验。

测量其他重金属样品的预处理方法：称取经风干、粉碎、过200目筛的样品0.2～0.5 g（精确0.000 1 g）于专用聚四氟乙烯消解管中，滴加少量水润湿，再加10 mL硝酸、8 mL氢氟酸、3 mL高氯酸，等其设备温度达到200 ℃时，将其加热90 min左右，在这过程中，消解罐都必须加盖。再冷却10 min左右，再次加4 mL硝酸、1 mL氢氟酸。等温度加到200 ℃，加热120 min，在这过程不需要加盖。随后冷却15 min，最后加2 mL水、0.3 mL硝酸。最后冷却15 min。取出定容到50 mL加盖摇匀，同时做试剂空白。

2 结果与分析

电感耦合等离子体质谱仪测定的结果见表1。原子荧光光谱仪测定汞的结果见表2。

《土壤环境质量标准》（GB15618―2008）中土壤无机污染物的环境质量第二级标准值规定，菜地各重金属的含量限值如下：总镉0.60 mg/kg、总汞0.8 mg/kg、总铅50 mg/kg、总铬250 mg/kg、总镍90 mg/kg；果园土壤中总铜的含量限值是200 mg/kg；其余土壤中各重金属的含量限值如下：总锌300 mg/kg、总硒3.0 mg/kg、总钴40 mg/kg、总钒130 mg/kg、总锑10 mg/kg。由表1可以看出，镉、铅、铬、镍、铜、锌、硒、钴、钒、锑等重金属含量未超过土壤环境质量标准规定的限值，但是硒在地壳中的丰度值为0.08 mg/kg。世界土壤范围值0.01～12.00 mg/kg，中位值0.4 mg/kg；中国4 000个表土样品实测值0.006～9.131 mg/kg，中位值0.207 mg/kg，算术均值0.290 mg/kg，几何均值0.216 mg/kg，95%置信范围0.047～0.993 mg/kg[9]。从表1可以看出，硒的含量严重超出了土壤本底值，一定浓度的硒对植物生长发育有着积极的促进作用，在增加作物产量、提高作物品质方面也有着显著的功效。但是硒过量所导致的各种负面效应，高浓度抑制植物生长，导致植物出苗较弱、生长缓慢、产量下降，同时有机硒转化率下降，甚至有毒害作用。硒主要来自成土母质母岩及生物循环，此外还来源于化学肥料的污染等。

据4 000个表土样品环境背景值中银的实测值为0.001～0.840 mg/kg；中位值0.10 mg/kg；算术均值0.13 mg/kg；几何均值0.11 mg/kg；95%置信范围0.027～0.410 mg/kg[9]。草莓园检测数据发现5个土壤样品中Ag含量均高出土壤的本底值。

镉在地壳中的丰度值为0.20 mg/kg，世界土壤范围值0.01～2.00 mg/kg；中位值0.35 mg/kg；中国土壤样品实测值0.001～13.4 mg/kg，中位值0.079 mg/kg，几何均值0.074 mg/kg，95%置信范围0.017～0.333 mg/kg[9]。高于0.333 mg/kg的土壤可能是土壤镉污染的起始值或土壤Cd的高背景值。

可以看出，草莓园土壤-1和土壤-3的镉含量分别为0.329、0.314 mg/kg，接近土壤本底值的最高限度，镉影响草莓的生长发育，草莓根系是受害最严重的器官，镉污染使草莓的结果能力降低、果实品质下降，甚至会因果实中镉含量超标而不能食用。分析原因可能来源于施肥尤其是磷肥的施用，因为磷矿中含有大量的镉，应引起足够重视。

汞在地壳中的丰度值0.089 mg/kg，世界土壤范围值0.01～0.50 mg/kg，中位值0.065 mg/kg；中国4 092个土壤样品总汞实测值0.001～45.900 mg/kg，中位值0.038 mg/kg，几何均值0.040 mg/kg，95%置信范围0.006～0.272 mg/kg[9]。高于0.5 mg/kg的土壤，即认为已受到汞污染（或为高背景区），对生态会产生不良影响；高于1.0 mg/kg，会对生态造成较严重的危害，生长在这种土壤的粮食，残留汞可能超过食用标准。

从表2可以看出，草莓园土壤中汞的含量超出土壤无机污染物的环境质量二级标准限值，表现为高污染区土壤。汞污染主要来自污灌、燃煤、汞冶炼厂和汞制剂厂（仪表、电气、氯碱工业等）的排放，含汞农药和含汞底泥肥料的使用也是重要的的汞污染源。土壤中的汞是不会对植物生长产生很大影响，但存留在籽实中的汞会通过食物链危害到人体的健康。土壤中的汞含量高与果园长期施用农药有很大关系，另外大气沉降等对土壤汞的累积也会有一定影响，机动车辆使用产生的废气扬尘中含有一定量重金属等。

3 结论与讨论

果园土壤重金属积累到一定程度就会对土壤造成污染，从而影响果树的生长发育和果品品质，再通过食物链对人体健康造成危害。尽管草莓园土壤环境质量为清洁或尚清洁，但土壤中汞含量均超出土壤无机污染物的环境质量二级标准限值，应引起有关部门的重视，采取防范措施，防止果园土壤环境质量恶化。果园土壤重金属污染的防治应坚持预防为主的方针，着重控制和消除污染源，促使其科学施加农药和肥料，尽可能增加有机肥的施用，使其与土壤中的重金属形成螯合物而降低其生物有效性，以降低和逐步消除重金属对果树生产的影响，确保果品生产的优质高效。

结合研究结论提出建议：建立草莓种植园区不仅要在设立后严格把关草莓生长过程中的环境质量，还应在设立前预先调查基地的土壤环境质量，依据土壤环境质量评价结果设立无公害草莓种植基地。就土壤中汞元素而言，含量超过了土壤无机污染物的环境质量二级标准限值，镉元素已经接近土壤本底值的最高限度，但是整体基本符合国家二级土壤环境质量标准对土壤环境要求，个别微量重金属含量在国家一级土壤环境质量标准中，只需对镉、汞2种重金属元素来源进行相应控制。研究区工业生产、交通活动对土壤重金属含量都有显著的影响，因而在工厂周边和道路两旁应设置隔离防护带，以减轻其周边菜地土壤的重金属污染，或者在一定距离之外设置草莓生长基地。同时还应适当调节土壤理化性质，从而改变土壤重金属的吸附与解吸规律，控制土壤重金属的有效态含量。此外，在农业生产活动中，合理的农业生产行为也有助于控制土壤重金属含量。

4 参考文献

[1] 张林森，梁俊，武春林，等.陕西苹果园土壤重金属含量水平及其评价[J].果树学报，2004，21（2）：103-105.

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