新河污灌区土壤中镉含量研究分析_马小净.pdf

专题与综述-149-新河污灌区土壤中镉含量研究分析马小净（保定市民科环境检测有限公司，河北 保定 071000）摘要：本文对新河污灌区范围内500个点位土壤样品的表层土和中层土的镉含量进行了调查分析，采用电感耦合等离子体质谱仪分析方法，检测土壤样品中镉的含量。据数据统计，此污灌区的镉污染总体属于轻度污染水平，并提出了预防镉污染、治理土壤镉污染的有效措施。关键词：污灌区；镉污染；重金属污染；农田土壤中图分类号：TS5 文献标志码：A DOI：10.20025/ki.CN10-1679.2023-04-51Analysis of Cadmium Content in Soil of Xinhe Sewage Irrigation AreaMa Xiaojing(Baoding Minke Environment Detection Co.,Ltd.,Baoding 071000,China)Abstract:In this paper,the cadmium content in topsoil and middle soil of 500 soil samples in Xinhe sewage irrigation area was investigated and analyzed,and the cadmium content in soil samples was detected by inductively coupled plasma mass spectrometry.According to the data statistics,the cadmium pollution in this sewage irrigation area is generally at the level of light pollution,and effective measures to prevent cadmium pollution and control cadmium pollution in soil in China were proposed.Key words:sawage irrigation area;cadmium pollution;heavy metal pollution;farmland sail1简述1.1镉的基本状况镉适用于在金属外表做电镀，防腐蚀能力强，尤其是对碱性的防腐较强。用镉制作的电池电容量大、体积小；镉用来做染料的稳定剂；另外，镉在电子和核工业领域的应用也很广。镉是人体并不需要的稀有元素，在环境中镉多数以化合物状况储存。镉储在地壳中均匀含量为0.16 mg/kg，存在于泥土中的镉背景值大约是0.060.07 mg/kg。土壤镉的污染主要由人类生产活动造成的。1.2土壤镉污染的研究状况20世纪70年代我国才开始农田镉污染的考察，到1980年，中国农业环境呈报中国土壤被镉污染的农田面积已达9 000 hm2之多，到了2003年，我国已有11处污罐区的土壤镉含量到了能发生“镉米”的水平，现在，我国镉污染土壤面积已多达200 khm2之上，占全国耕地面积的六分之一1。我国土壤镉污染最为严重，2013年“镉大米”消息就在土壤镉污染。新闻报道如日本“震惊世界的痛痛病”，就是镉对人体伤害形成的自发性骨折；2012年，发生在龙江广西的镉污染事件等，镉污染造成的社会影响和经济影响不容小视2。2土壤中镉的来源2.1农业生产化肥和农药造成了农田土壤污染，磷矿石中含镉，其经加工处置成为磷肥，镉就这样进入我们的食物链。猪、鸡、羊的粪便对土壤镉影响最为突出。保温用的塑料膜含有镉，使土壤镉污染的加剧，土壤质量下降。2.2污水浇灌一些工业废水直接排入河道，未经处置，导致污水浇灌成为当地农业用水的源头。凭据2014年全国土壤污染普查的结果显示，已有39个使用污水浇灌的地区其土壤受到污染。在研究分析的1 378个土壤点中，超标点占比为为26.4%，首要污染物为镉和砷以及多环芳烃。人们利用污泥改变土壤肥效和理化性质，特别是城市污水处理厂产生的污泥和河流和湖泊中的沉积物。3土壤重金属污染的特点土壤重金属污染，无色无味，难以别人类所觉察，只有经由食物链并累加到一定水平才能表现出来。重金属一般无法被土壤微生物降解，有较为长期影响，是潜在的幽灵。且因土壤拥有的胶体属性和其间颗粒物的吸附功效，造成重金属长期持久存在于土壤中，浓度都是成垂直递减 作者简介：马小净（1986-），女，本科，工程师，研究方向：环境检测.专题与综述-150-分散。4样品采集、处理和分析4.1研究区概况调查区地处河北省中南部，地处东经115 01115 27，北纬37 2337 34，研究区地表为河流冲积、沉积物形成的平原，全部是石灰性土壤，呈弱碱性或碱性，pH值多在7.98.6之间。研究区全县大多为轻壤，占耕地面积的83.72%，其次是沙壤，占耕地面积的16.28%，耕性和透性都比较好，适合种植各种农作物。这次首要调查的土壤范例为棕壤土、潮土。4.2样品的采集根据HJ/T1662004土壤环境监测技术规范收集样品，因为采样面积较大，多为农田土，土壤相对均匀，故环绕污罐区，采取按水流方向带状布点，采样点自纳污口起由密渐疏，依照500 m500 m网格剖分，再对每一个采样点均采用梅花布点法采样，采集表层耕作层（020 cm）土样和中土层（2060 cm）土样。4.3样品的处理将收集的土壤样品（平时不少于500 g）混合后用四分法缩分至约100 g。缩分后的土样经风干后，去除土样中石子和动植物残体等异物，用木棒研压，通过2 mm尼龙筛混匀3。用玛瑙研钵将经由过了2 mm尼龙筛的土样研磨至所有漏下100目（孔径0.149 mm）尼龙筛，混匀备用4。4.4土壤pH值的测定土壤pH值测定时水土比为2.5：1，用pHS3C pH计进行测定，pH值的范围为8.239.06。4.5样品消解采用四酸消解法对样品进行分析，称取0.1 g样品于聚四氟乙烯坩埚中，加少许水润湿，加入5 mL盐酸，5 mL硝酸，3 mL氢氟酸，1 mL高氯酸。于电热板加热，消解。至无白色烟雾逸出，稍冷，加入5 mL 1：1的盐酸溶液溶解残渣，杯中液体转移至50 mL容量瓶中，用去超纯水冲洗坩埚最少三次，并将冲洗水倒入容量瓶中，用去超纯水定容，加盖摇匀。4.6镉含量的测定点燃质谱仪，预热稳定30分钟后，用调谐溶液对仪器的灵敏度、氧化物和双电荷进行调试，并在包含待测元素的质量范围内进行质量校正和分辨率校验。试样测定前，先用硝酸溶液冲洗系统直到信号降至最低，并且等待分析信号稳定后才可开始分析。试样分析时应加入与绘制校准曲线时相同量的内标元素标准溶液。5评价标准在土壤环境质量标准（GB156181995）中，根据土壤应用功能和保护目标，划分为三类，一级为自然背景镉0.20 mg/kg；二级为镉0.30 mg/kg（pH6.5）、镉0.30 mg/kg（6.5pH7.5）、镉0.60 mg/kg（pH7.5）；三级镉1.0 mg/kg（pH6.5）。本次研究采用二级标准中pH值7.5时（镉0.60 mg/kg）的标准值以研究评价土壤镉的污染情况。6评价方法6.1单因子污染指数法单因子污染指数法是目前国内污染评价普遍采用的方法之一，单项污染指数评价计算公式为：Pi=Ci/Si式中：Pi土壤中污染物i的单项污染指数；Ci调查点位土壤中污染物i的实测浓度，mg/kg；Si污染物i的评价标准mg/kg。根据Pi的大小，可将土壤污染程度划分为五级。级Pi1，清洁无污染；级1Pi2，尚清洁轻微污染；级2Pi3，超过背景值作物开始污染轻度污染；级3Pi5，土壤作物受到中度污染；Pi5，土壤作物已严重受污染。6.2超标率的统计计算方法超标率计算公式：100=nePie式中：Pie某组数据的超标率；e某组检测数据中超标数据的个数；n某组检测数据的个数。7结果分析7.1散点统计分析全部数据绘制散点图看出，污罐区镉含量没有清晰的地域分布特征，呈现出非均匀散布的特征。表层土镉含量总体高于中层土，且表层土部分数据偏高明显，表层土和中层土都出现不同程度的污染现象。污灌区表层土壤中500个样品镉样品的平均含量为0.43 mg/kg，标准差为0.4580，最大值为4.30 mg/kg。由表层土不同含量区间频数统计，得出频数最高区间处于0.200.60 mg/kg，91%样品测量值0.60 mg/kg。污灌区中层土壤中500个样品镉样品的平均含量为0.18 mg/kg，标准差为0.1141，最大值为0.75 mg/kg。中层土不同含量区间频数统计，频数最高区间处于00.20 mg/kg，99%样品测量值0.60 mg/kg。表层土极差为4.15 mg/kg，镉含量总体变化趋势较大，表明表层土受污水污灌影响较大，其中只有14%的样品属于一级背景，77%的样品属于二级标准，4%的样品属于三级标准，5%的样品已然大于三级标准。统计表明，表层土500个样品中，有49个样品超过二级土壤标准，超标率为9.8%。中层土极差为0.72 mg/kg，镉含量总体变化趋势不大，表明中层土受污水污灌影响较小。其中78%的样品属于一级自然背景，21%的样品属于二级标准，而且已有1%的样品属于三级标准。中层土500个样品中，有6个样品超过二级土壤标准，超标率为1.2%。7.2数理统计分析从表层土镉的单因子指数来看，无污染的有451个点位，有24个点位表现为轻微污染，有12点位表现为轻度污染，有8个点位表现为中度污染，有5个点位表现为中度污染。统计表明，污灌区有5%的土壤出产的农作物已受到镉污染。专题与综述-151-从中层土镉的单因子指数来看，有494个点位无污染，有6个点位属于轻微污染。统计表明，目前中层土镉对农作物还没有污染。8污灌区中镉的治理方法 这次采样的污灌区镉污染程度还处于轻微阶段，适合的治理方法主要有生物修复方法、化学修复方法和物理修复方法。8.1生物修复方法生物修复方法包括植物修复、微生物修复和动物修复。植物修复是指通过对某些植物进行重金属的富集、耐性和清除。实验表明遏蓝菜和龙葵对土壤中的镉元素有超富集作用。棉花能忍耐和吸收土壤的镉污染。棉花种植普遍、需求量庞大，属于非食用性具有经济作用的作物，经种植棉花来萃取土壤耕作层聚集的镉元素，这个绿色修复技能具有高效、低耗的特点，其利用远景很乐观，很适用于此污罐区的状况。生物修复是指重金属在土壤微生物及其复合物中的各种生物化学反应，使土壤重金属元素处于可溶态，进入难以溶解态或挥发态，重金属由高毒性向低毒性转化研究表明根霉、木霉、小刺青霉和深黄被包霉对镉元素有很强的富集作用，这样我们就可以培养特种的微生物种群，用来治理受镉污染的土壤，以促进微生物领域对土壤镉污染的修复成果。动物修复技术是指在人工调配下，土壤动物种群及其体内微生物（主要是肠道）对重金属的搬运、搅拌、重置、分解、甚至吸收、转化，导致土壤中的重金属污染物有效降低。例如，众所周知的蚯蚓，就是一种能有效恢复土壤自身净化能力的优先选择。8.2化学修复方法化学法是通过在土壤中使用化学剂和改良剂来增加土壤粘粒和有机质，降低镉的活性，减少对其它生物的危害。对于镉污染土壤，化学改性剂可使镉从游离态和易吸附态转变为难溶性物质，不易被植物吸收，减轻植物对镉的吸收。稳定-固定化修复技术适用于该污灌区的镉污染治理，通过向受污染土壤添加水泥，将土壤中重金属废弃物转变为稳定的固态低毒污染物，这种方法处置费用低、运行时间短、适用性强。8.3物理修复方法物理修复技术是经由现场原位填埋修复、发掘搬运、添加洁净土壤的方法来修复土壤重金属污染，针对该污灌区土壤重金属污染多集中在耕作层的特点，采用土壤翻耕或添加清洁客土，来降低表层土中重金属污染浓度。其实施过程需要用到大型的设备，这种方法见效快，治理彻底，适合小范围的土壤重金属污染。9土壤镉污染防治措施探讨9.1严控利用污水污灌农田废水种类较多，复杂，某些化工废水可能无毒，但与其它废水混合可能会产生毒性。因此，在用农田污灌污水时，必须严格按照既定的污灌水质标准。在完成相关处理达标后，可用作农业用水。9.2使用高效低残留农药农药能够消灭病虫害，也会带来污染，科学选用农药必须遵循我国农药管理条例的相关要求存放、运输和使用。喷洒施工人员应充分学习农药知识，合理选择施药范围、施药次数、施药时间、施药剂量等，在满足使用功能的前提下，尽量减少农药对土壤的污染。9.3积极推广生物防治病虫害的方法我们不仅要有效地防治农业病虫害，还要减少农业生产对化学农药的依赖性。可以优先利用食物链中的参考类、一些有益昆虫和病原微生物等生物防治方法控制农业害虫。例如，培养多种食虫鸟；壮大赤眼蜂、瓢虫、蜘蛛和其它昆虫种群规模有效降低粮食、棉花、蔬菜品种、油料作物和林业病虫害；你也可以用杀螟杆菌、青虫菌对付玉米螟、松毛虫等。生物防治方式很经济、很低碳环保、既相对安全、又减少污染。9.4提高公众的土壤保护意识加强全民的土壤保护意识已刻不容缓，公众的土壤保护意识，长期以来处于舆论的边缘。土壤污染本身具有隐蔽性，不像空气、水体污染直观可见，但是，土壤污染具有持续性、所以在保护方面需长期做好相关工作。在开发和使用土壤的时候，在必要时需加强舆论宣传引导，让大家都明晰，土壤保护问题是关系到国计民生的要事。让农业产业者、基层工作人员体会当前严峻的土壤污染态势，激发他们的忧患感、紧张感和社会责任感。9.5进行无土栽培土壤传染的病虫害和连作障碍可以使用无土栽培进行有效定向规避，此类方式肥料利用率高，污染可控，用水少，已是人类农业种植历史上的一项重大突破。植物无土栽培一般具有生长快、产量高、质量好的优点，进一步使人类通过种植方式摆脱土壤的束缚，为人类实现农业生产用水的标准化、定量化、自动化奠定了坚实的基础。10结语本次调查说明，该污罐区土壤的表层土9.8%已遭到镉的污染，含量为0.154.30 mg/kg，平均值为0.43 mg/kg。中层土1%也遭到了镉的污染，含量为0.030.75 mg/kg，平均值为0.18 mg/kg。治理土壤重金属污染任重道远，该工作应治重于防。尽量不要有污染产生，否则将耗费极大的人力和物力进行治理。所以要加强防范意识和保护意识。参考文献：1方常艳.土壤污染现状及其防治对策J.黑龙江科技信息，2011（10）：40.2吕佳莉,刘小娟，王振涛，等.太原市污灌区土壤镉和铅有效态研究J.山西农业科学,2015（12）：1632-1637.3陈丽莎，董家华.株洲市农业土壤重金属污染现状调查与评价C.中国环境科学学会，2011.4王书琪.土壤重金属污染与修复技术研究进展J.石油化工技术与经济，2018（4）：59-62.