洛阳市蔬菜基地土壤重金属含量水平测定及其评价洛阳理工学院本科毕业论文doc.docx
《洛阳市蔬菜基地土壤重金属含量水平测定及其评价洛阳理工学院本科毕业论文doc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《洛阳市蔬菜基地土壤重金属含量水平测定及其评价洛阳理工学院本科毕业论文doc.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
洛阳市蔬菜基地土壤重金属含量水平测定及其评价洛阳理工学院本科毕业论文doc
洛阳市蔬菜基地土壤重金属含量水平测定及其评价
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。
分别采用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，并根据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价分析土壤的重金属污染状况。
结果表明：
在所测样品中洛阳市和栾川县蔬菜基地砷含量超标严重，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，蔬菜种植过程含砷污水灌溉和砷制剂农药使用造成土壤中砷含量偏高。
砷含量过高会造成农作物产量大幅降低，砷通过食物链的累积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，评价
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1
第1章文献综述2
1.1我国土壤重金属污染现状2
1.2土壤重金属污染对农作物的危害2
1.2.1重金属对农作物的主要危害特点3
1.2.2重金属对农作物的毒害症状3
1.3绿色食品的安全认证3
第2章材料与方法6
2.1实验材料的制备6
2.1.1样品的采集6
2.1.2样品的预处理6
2.2分析及评价方法6
2.2.1分析方法6
2.2.2评价方法6
2.3土壤pH测定7
2.3.1测定原理7
2.3.2测定步骤8
2.4土壤中重金属含量测定8
2.4.1土壤中铅、镉含量的测定（火焰原子吸收光谱法）8
2.4.2土壤中铬含量的测定（火焰原子吸收光谱法）9
2.4.3土壤中汞含量的测定（原子荧光光谱法）10
2.4.4土壤中砷含量的测定（非色散原子荧光光谱法）11
第3章结果与分析12
3.1蔬菜地土壤pH及其影响因素12
3.2蔬菜地土壤重金属的影响因素12
结 论15
1、蔬菜地土壤重金属污染情况不容乐观15
2、单一重金属污染为主．砷污染最为严重15
3、洛阳市蔬菜地重金属污染地区相对集中15
谢辞16
参考文献17
外文资料翻译19
前 言
土壤重金属污染是当今最主要的环境问题之一。
近年来，土壤污染问题日益得到世界各国的关注，受污染的面积也越来越大，特别是矿物开采、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益加重土地的重金属污染。
据环保部调查表明，目前我国遭受重金属污染的土地面积占到总面积的64.8％，其中严重污染土地占8.4％，中度污染土地占9.7％，轻度污染土地占46.7％。
每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，并通过食物链的积累危害到人类的健康，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、吸收和降解各种环境污染物质并进而影响和促进人类和动植物健康的能力。
随着经济发展、城市化进程的不断加快，城市人口的增加及工业化的迅速发展，重金属等污染物通过污水灌溉、大气烟尘沉降和垃圾填埋处理等途径进入土壤中并累积。
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累积而超标。
研究表明，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分的蔬菜质量安全与产地土壤环境有着密切关系。
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重。
为了保证农副产品的质量安全，国家和相关部委先后颁布并实施了无公害、绿色食品、有机食品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品供应基地，同时，城市郊区往往也是遭受工业和农业污染最严重的地区。
因此，我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以及铬、镉等5种重金属含量，评价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
我国土壤重金属污染物主要来源于工业生产的废渣、污水灌溉、城市垃圾沉积、工业废弃物堆放以及大气沉降。
其中污水是土壤重金属污染物的主要来源，在污水中占有较大比例的是工业废水，工业废水成分比较复杂，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的污染也是相当严重。
我国目前重金属及农药等污染的土壤面积已达到上千万公顷，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区，我国每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导致粮食减产高达1000多万吨，共计经济损失超过200亿元。
在华南地区的部分城市有接近50％的农业用地遭受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；珠江三角洲地区近40％的蔬菜地重金属污染超标，其中10％属“严重”超标。
其中广州近郊近年来因污水灌溉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%。
近年来据调查发现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灌溉导致了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的检出超标率分别为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出现超标，超标率分别为6．7％和36．7％。
据国家的蔬菜重金属污染调查结果表明，中国蔬菜地土壤重金属污染形势日益严峻。
1.2土壤重金属污染对农作物的危害
重金属元素对农作物的危害作用机理，主要是通过抑制农作物细胞的分裂和伸长，刺激和抑制农作物植株某些酶的活性，影响组织蛋白的合成，降低光合作用，伤害细胞膜系统，从而影响农作物的生长发育和食用安全品质。
在农作物生在过程中，当重金属过多时，农作物会出现中毒症状。
1.2.1重金属对农作物的主要危害特点
一是影响农作物的养分吸收和利用，引起养分缺乏，类似于缺铁的黄白化症状；根的伸长受阻或地上部出现代谢紊乱的褐斑、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累，农作物的体内代谢平衡受到破坏，细胞生长发育停止，造成农作物的生长障碍等现象。
重金属对农作物的毒害作用因农作物的种类、环境条件等的不同而存在差异，在差异普遍性的基础上，仍存在有一定的规律性。
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。
1.2.2重金属对农作物的毒害症状
一般重金属对农作物的危害表现症状具有相似性。
例如，虽然各种重金属对水稻毒害症状开始表现的浓度不同，但一般表现为新根生长受抑制，枝根的发生表现异常。
随着危害的发展，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，表现青枯症状，严重的受害植株枯死。
此外，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，至收获时一生均表现出受影响的症状。
通过对重金属与蔬菜生长的抑制实验研究表明，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。
但蔬菜在重金属严重污染的土壤中整体呈现出较为良好的生长状态，表明重金属通过蔬菜吸收可对人体健康造成潜在影响。
1.3绿色食品的安全认证
绿色食品是1990年由农业部发起，并很快发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、安全类食品，改善和保护生态环境，增进城乡人民身体健康，促进国民经济和社会可持续发展，提高农产品及其加工品的质量。
绿色食品是指遵循可持续发展原则，经专门机构认定，并按照特定生产方式生产，准许使用绿色食品标志商标的无污染的优质、营养、安全的食品。
是生产全过程遵循全程技术标准和环境、产品一体化的跟踪监测，严格限制不允许化学物质的使用，保障食品和环境的安全，促进可持续发展。
然而,要保证食品中各种重金属污染物的含量都符合绿色食品的卫生标准要求,产地的土壤环境质量则是影响绿色食品质量的最基础因素之一,因此科学评价土壤环境质量是绿色食品生产过程中的一个重要环节。
1994年由中国绿色食品发展中心主持,农业部农业环境质量监督检验测试中心承担编制完成了《绿色食品产地环境质量现状评价纲要（试行）》,这无疑对我国绿色食品产地环境质量评价的正常开展和规范管理起到了重要作用。
纲要指明,对生产地土壤污染现状的评价方法主要用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法,并且按照计算结果的大小,分别根据单项评价分级标准和综合评价分级标准来评定土壤污染的水平。
表1绿色食品产地土壤质量标准列有部分重金属的含量标准。
表1绿色食品产地土壤质量标准（mg/kg）
PH
铅
镉
铬
汞
砷
<6.5
50.00
0.30
120.00
0.25
25.00
6.5~7.5
50.00
0.30
120.00
0.30
20.00
>7.5
50.00
0.40
120.00
0.35
20.00
总而言之，随着经济发展和城市化进程的不断加快，以及城市人口的飞速增加和城市工业化的迅速发展，重金属等污染物通过污水灌溉、大气烟尘沉降和垃圾填埋处理等途径进入土壤中并累积。
有研究表明，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分的蔬菜的质量安全与生产地的土壤质量关系十分密切。
近年来，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重且普遍，严重影响了蔬菜品质，制约我国食品产业的发展。
所以，食品重金属问题已经成为了我国开发绿色食品国际化过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对于评价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章材料与方法
2.1实验材料的制备
2.1.1样品的采集
分别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个地方采样。
按棋盘式采样法，分别采集0~20、20~40cm的土样作为分析对象，每块地选取9个点且混合在一起，混匀后取1kg，多余部分用四分法弃去。
2.1.2样品的预处理
将采集的样品晾干，并间断地压碎，翻拌，剔除杂物，分别过60、100目筛，四分法缩分，最后保存待测土样500g，经研磨混匀后的样品，分别装于样品袋，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起，严禁放错；每个样品经风干、磨碎、分装后送到实验室的整个过程中，使用的工具与盛样容器的编码始终一致；制样所使用的工具每处理一份样品后擦洗一次，严防交叉污染。
2.2分析及评价方法
2.2.1分析方法
1、土壤pH的测定。
土壤pH采用电位法测定，仪器为PHS-3C型精密pH计，每个样品平行测3次。
2、土壤重金属含量的测定。
土样采用硝酸-高氯酸法消解，同时用石英砂代替土样进行空白消解实验，每个样品平行测3次；土壤样品消解液重金属含量分别采用最合适的方法测定。
2.2.2评价方法
我们常采用单因子污染指数法和内梅罗污染综合指数法来评价土壤污染状况。
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；
为该污染物的评价标准。
内梅罗污染综合指数法是一种兼极值的综合方法，既考虑单元素的作用，又突出污染最严重元素的重要性。
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个测试点土壤综合污染水平。
表2-1为根据内梅罗污染综合指数法而进行评价、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<0.7
安全
清洁
2
0.7＜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
2.3土壤pH测定
2.3.1测定原理
土壤pH值的测定一般采用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差异带来的误差，采用氯化钙溶液作浸提剂；酸性土壤因为交换性氢离子和铝离子的存在，采用氯化钾溶液作浸提剂。
土壤与浸提剂的比列通常为1：
2.5，盐土采用5：
1。
浸提液经平衡后，用PHS-3C型精密pH计测定pH值。
2.3.2测定步骤
1、待测溶液的制备：
称取通过2mm筛孔的风干土样10.00g（精确至0.01g）置于50mL高型烧杯中，加入25mL无二氧化碳水或25mL1.0mol/L氯化钾溶液（酸性土壤）或25mL0.01mol/L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）。
用玻璃棒剧烈搅动或磁力搅拌器搅动1~2min，静置30min，此时应避免空气中氨或挥发性酸等的影响。
2、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，调节检查酸度计的读数。
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，待酸度计读数稳定后，记录待测液的pH值。
每个试样测完后，立即用蒸馏水冲洗电极，并用滤纸吸干后再测定其它试样。
精确测定时，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，以保持顶端部分氯化钾溶液保持饱和，然后用标准缓冲溶液重新校正仪器并测定。
4、结果计算：
pH计直接读数并记录数据。
2.4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）
1、测定原理：
采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸全分解的方法，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征电磁辐射产生吸收。
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，确定土壤试样中铅、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
283.3
228.8
通用宽带/nm
1.3
1.3
灯电流/mA
7.5
7.5
火焰类型
氧化型
氧化型
2、测定步骤：
①称取约0.5000g土样于25mL聚四氟乙烯坩埚中，用少许水润湿，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分别吸取混合标准操作液0、0.20、0.80、1.60、3.20、6.40mL，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。
该标准溶液分别含铅0、1.60、6.40、12.80、25.60、51.20µg/L；含镉0、0.16、0.64、1.28、2.56、5.12µg/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5.0mL于4个10mL容量瓶中，分别加入混合标准操作液1.00、1.50mL，用0.2%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）
1、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357.9nm，火焰性质为还原性。
2、测定步骤：
①准确称取0.2~0.5g（精确至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。
待剧烈反应停止后，加盖，移至电热板上加热分解1.5h左右开盖，待土壤分解物呈黏稠状时，加入5mL氢氟酸并中温加热除硅，经常摇动坩埚。
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，其他步骤和试剂同样品测定。
每批样品至少制备2个以上的空白溶液。
③准确移取铬标准使用液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00mL于50mL容量瓶中，分别加入3mL盐酸溶液、5mL氯化铵溶液，用蒸馏水定容至标线，摇匀，其中铬的含量分别为0.05、1.0、2.0、3.0、4.0mg/L。
此浓度范围应包括试液中铬的浓度。
按由低到高浓度顺次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）
1、测定原理：
样品用硝酸-盐酸混合试剂在沸水浴中加热消解，使所含汞全部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征辐射线的照射而被激发，受激发原子去活化发射出一定波长的辐射-原子荧光，荧光信号到达检测器变为电信号，经电子放大器放大后由读书装置读出结果。
产生的荧光强度与试样中被测元素含量成正比，可以从校准曲线查得被测元素的含量。
2、测定步骤：
①称取样品0.2~2.0g置于50mL具塞比色管中，加（1+1）王水10mL，加塞后充分摇匀，于沸水浴中加热消解2h。
取出后冷却，立即加10mL保存液，用稀释液稀释至标线，摇匀。
取上清液待测。
按同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（20.0ng/mL）0、0.50、1.00、2.00、5.00和10.00mL置于容量瓶中，每个容量瓶中加入适量保存液，并补足至10mL，用稀释液稀释至标线，摇匀。
以5%硝酸为载流，0.01%硼氢化钾+0.2%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，分别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）
1、测定原理：
同土壤中汞含量的测定原理。
2、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，放置过夜。
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，蒸发除去全部高氯酸，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）分别吸取砷标准操作液0.0、0.50、1.00、1.50、2.00、3.00mL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。
吸取一定量消解液于50mL比色管中，加入5mL盐酸和10%硫脲5mL充分摇匀。
升级会员 