公路两侧土壤中铅和镉污染以及存在形态分布的分析

的 5. 97 倍 。土壤镉总量普遍较高 ,说明土壤的镉污 染非常严重 。镉污染来源很多 ,比如灌溉水 、肥料 、 大气中的镉尘 。有研究报道 ,机动车的尾气也是土 壤镉污染的重要来源 ,这也能很好地解释土壤镉总 量和距离公路的远近有直接关系 ,距离公路越近 ,镉 总量就越高 (见表 2) 。
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于恒温振荡器中于室温下连续振荡提取 30 min ,离 心分离出提取液 ,测定其铅 、镉浓度 。
离心分离出提取液 ,测定其铅 、镉浓度 (应注意避免 光的直接照射) 。
(4) 有机结合态 :在上述离心分离后的土壤样 品加入 3 mL 摩尔浓度为 0. 02 mol/ L的硝酸溶液和 5 mL 质量分数为 30 %的过氧化氢 ,并用质量分数
铅污染源主要是道路上行驶的机动车 。这与文献[ 5 ～7 ]报道的规律基本一致 。 在距离公路 2 m 处 6 个土壤样品的镉总量分别 是北京地区土壤镉含量背景值 ( 0. 119 mg/ kg) [4]122 的 14. 29～18. 74 倍 。在距离公路 30 m 处 ,6 个土
(2) 碳酸盐结合态 :在上述离心分离后 (采用逐 级分离方式 ,下同) 的土壤样品中加入 p H 为 5. 00 、 摩尔浓度为 1 mol/ L 的乙酸钠2乙酸溶液 20 mL ,置 于恒温振荡器中于室温下连续振荡提取 6 h ,离心分 离出提取液 ,测定其铅 、镉浓度 。
(3) 铁锰氧化物结合态 : 在上述离心分离后的 土壤 样 品 中 加 入 p H 为 3. 25 、摩 尔 浓 度 为 0. 1
pH 7. 50 7. 70 7. 40 7. 80 7. 10 7. 20 7. 10 7. 10 7. 90 7. 60 7. 70 7. 70
注 :1) J K122 表示京开高速公路的采样断面上距离公路 2 m 处的土壤样品 ,J K1230 表示京开高速公路的采样断面上距离公路 30 m 处的土 壤样品 ,以此类推 ;2) 铅总量不是铅各存在形态浓度的总和 ,而是根据 1. 3 操作测定的数值 。
1. 4 铅 、镉存在形态分布的测定 采用修正的 T ESSIER[3] 五级连续浸提法提取
铅 、镉在土壤中的存在形态 ,并用石墨炉原子吸收分 光光度法分别测定预处理后土壤样品的铅 、镉浓度 。
(1) 离子交换态 :称取约 2. 0 g 预处理后的土壤 样品 ,置于 50 mL 锥形瓶 ,加入摩尔浓度为 1 mol/ L的 氯化镁溶液 20 mL ,用质量分数为 10 %的稀盐酸调节 溶液 p H 为 7. 00 ,在恒温振荡器中于室温下连续振荡 提取 2 h ,离心分离出提取液 ,测定其铅 、镉浓度 。
残渣态
19. 78 19. 23 16. 14 18. 33 25. 91 22. 49 15. 21 13. 54 18. 74 20. 18 16. 47 17. 56
铅总量2)
164. 67 106. 58
51. 44 62. 61 156. 92 96. 87 57. 54 39. 87 108. 51 116. 36 67. 16 70. 11
铁锰氧化物结合态
12. 45 10. 21 10. 24 12. 54 15. 64 13. 47 19. 58
9. 65 11. 54 19. 87 16. 55 16. 44
有机结合态
82. 17 46. 50 13. 27 18. 19 69. 78 35. 81 12. 78
8. 99 56. 81 49. 87 20. 19 24. 85
1 采样和处理
1. 1 土壤样品采集 选择北京地区的京开高速公路 、京顺高速公路
和京通快速路附近的土壤作为采样区域 ,每条公路 选取 2 个断面 。在京开高速公路的选取断面是新发 地蔬菜批发市场南侧 (J K1) 和西红门北站 (J K2) ;在 京顺高速公路的选取断面是四元桥南侧 (J S1) 和四 元桥北侧 (J S2) ;在京通快速路的选取断面是四惠东 站 (J T1) 和远通桥南侧 (J T2) 。每个断面上 ,分别在 距离公路 2 、30 m 处出京方向的右侧取样 ,采样深度 为 0～15 cm 。 1. 2 土壤样品的预处理
利用四分法将采集的 12 个土壤样品分别缩分
至 100 g 左右 ,在 50 ℃下烘干 ,去除土壤样品中石 子和动植物残体等异物 。然后取约 10 g 土壤样品 放到烧杯 ,用玛瑙棒研磨 ,使其通过 2 mm 尼龙筛 。 把剩余的土壤样品混匀 ,再用玛瑙棒研磨至全部通 过 100 目尼龙筛 ,混合均匀后备用 。 1. 3 铅 、镉总量的测定
(5) 残渣态 :将上述离心分离后的土壤样品在 105 ℃烘干碾碎 ,加入 2 mL 质量分数为 72 %的高 氯酸和 10 mL 质量分数为 40 %的氢氟酸 ,在 400 ℃左右烧至近干 。再加入 1 mL 质量分数为 72 %
将测定结果与《土壤环境质量标准》( GB 15618 — 1995) 的限值比较分析可知 ,12 个土壤样品的铅总量 均低于 GB 15618 —1995 二级标准规定的限值 (300 mg/ kg ,p H 为 6. 50～7. 50) ;而 10 个土壤样品的镉总 量高于 GB 15618 —1995 三级标准规定的限值 (1. 00 mg/ kg ,p H > 6. 50) ,另外 2 个土壤样品的镉总量高于
由表 1 可知 ,土壤中铅的主要存在形态是活性 较低的铁锰氧化物结合态 、有机结合态和残渣态 ,以
表 1 土壤中的铅存在形态分布 、铅总量及 pH
mg/ kg (除 p H 外)
土壤样品1)
J K122 J K222 J K1230 J K2230 J S122 J S222 J S1230 J S2230 J T122 J T222 J T1230 J T2230
第一作者 :王崇臣 ,男 ,1974 年生 ,硕士 ,讲师 ,研究方向为环境化学 。 3 北京市属市管高等学校人才强教计划项目 (No . BJ E10016200611) ;北京建筑工程学院科学基金资助项目 (No . 100700502) 。
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王崇臣等 公路两侧土壤中铅和镉污染以及存在形态分布的分析
mol/ L的草酸铵2草酸溶液 10 mL ,置于恒温振荡器 中于室温下连续振荡提取 2 h 。随后 ,加入 10 mL 摩尔浓度为 0. 1 mol/ L 的盐酸羟胺2乙酸溶液 ,并用 质量分数为 10 %的稀盐酸调节溶液 p H 为 2. 00 ,置 于恒温振荡器中于 (96 ±3) ℃下连续振荡提取 4 h ,
的高氯酸和 10 mL 质量分数为 40 %的氢氟酸 ,在 300～400 ℃烧至近干 。最后 ,加入 1 mL 质量分数 为 72 %的高氯酸加热至白烟出现 。残余物用质量 分数为 20 %的稀硝酸溶解后 ,定容至 25 mL ,测定 其铅 、镉浓度 。
2 结果与讨论
2. 1 土壤中的铅 、镉总量 测量结果表明 ,在距离公路 2 m 处 6 个土壤样
品的铅 总 量 分 别 是 北 京 地 区 土 壤 铅 含 量 背 景 值 (24. 6 mg/ kg) 的 [4 ]122 3. 94～6. 69 倍 。而在距离公 路 30 m 处 6 个土壤样品的铅总量分别是北京地区 土壤铅含量背景值的 1. 62～2. 85 倍 。距离公路越 远 ,土壤中铅总量就越低 (见表 1) ,表明公路的土壤
表 2 土壤中的镉存在形态分布 、镉总量及 pH
碳酸盐结合态 铁锰氧化物结合态 有机结合态
残渣态
0. 07 0. 05 0. 08 0. 10 0. 09 0. 08
0. 55 0. 50 0. 19 0. 15 0. 65 0. 51
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环境污染与防治 第 31 卷 第 5 期 2009 年 5 月
土壤样品
J K122 J K222 J K1230 J K2230 J S122 J S222 J S1230 J S2230 J T122 J T222 J T1230 J T2230
离子交换态
0. 04 0. 05 0. 04 0. 03 0. 08 0. 06 0. 04 0. 06 0. 08 0. 09 0. 06 0. 03
GB 15618 —1995 二级标准规定的限值 (0. 30 mg/ kg , p H 为 6. 50～7. 50 ;0. 60 mg/ kg ,p H > 7. 50) 。 值得注意的是 ,在京顺高速公路 J S1 断面上的 2 个土壤样品的铅 、镉总量比 J S2 断面上高 ,这是因为 J S2 断面有浓密的绿化带 ,而绿化带对铅尘和镉尘 的扩散有显著阻挡作用 。 2. 2 土壤中铅 、镉的存在形态分布
环境污染与防治 第 31 卷 第 5 期 2009 年 5 月
公路两侧土壤中铅和镉污染以及存在形态分布的分析 3
王崇臣1 李曙光2 黄忠臣1
(1. 北京建筑工程学院环境与能源工程学院 ,北京 100044 ;2. 北京市工业技师学院环境保护系 ,北京 100023)
摘要 测定了土壤中铅 、镉总量 ,并采用五级连续浸提法和石墨炉原子吸收分光光度法对北京市 3 条典型公路两侧的土壤样 品中铅和镉的存在形态分布进行了测定 。结果表明 ,所选 3 条公路出京方向右侧的土壤铅和镉污染严重 ,其铅 、镉总量分别是北京 地区土壤铅和镉含量背景值的1. 62～6. 69 、5. 97～18. 74 倍 。土壤中铅主要以铁锰氧化物结合态 、碳酸盐结合态 、有机结合态和残 渣态等形式存在 ,镉主要以铁锰氧化物结合态和残渣态形式存在 ,而活性强的离子交换态浓度均较低 。不容忽视的是 ,铅和镉的碳 酸盐结合态在碱性条件下稳定 ,但是具有遇酸释放的隐患 。 关键词 土壤 铅 镉 存在形态
离子交换态
1. 59 1. 01 0. 15 0. 11 2. 07 1. 57 0. 18 0. 21 2. 11 1. 55 0. 54 0. 23
碳酸盐结合态
30. 58 25. 64 10. 29 15. 61 34. 58 19. 37 11. 57
8. 74 16. 88 22. 56 15. 99 14. 88
当土壤受到重金属污染后 ,重金属元素会通过 各种途径进入人体 ,危害人类健康 。土壤重金属污 染可导致土壤生产力下降 ,造成地下水和农作物重 金属污染 ,直接或间接危害人畜健康 。重金属的环 境行为和生态效应与重金属在土壤中存在的有效态 密不可分 ,不同有效态的重金属 ,其活性和毒性有很 大差异 。其中 ,水溶态 、交换态的重金属活性 、毒性 最强 ,残留态的重金属活性 、毒性最低 ,而结合态的 重金属活性 、毒性居中[1] 。植物吸收或地下水渗透 到土壤中的重金属并不是重金属的全量 ,而只是重 金属的某些形态 ,主要指重金属的有效态[2] 。因此 , 土壤中重金属元素的存在形态是衡量其环境效应的 关键参数 。近年来 ,有关土壤中重金属元素存在形 态方面的研究引起世界各国的广泛重视 。
为 20 %的稀硝酸调节溶液 p H 为 2. 00 ,置于恒温振 壤样品最低镉总量也是北京地区土壤镉含量背景值
荡器中于 (85 ±2) ℃下间歇振荡提取 2 h 。随后 ,再 加入 3 mL 质量分数为 30 %的过氧化氢 ,并用质量 分数为 20 %的稀硝酸调节溶液 p H 为 2. 00 ,置于恒 温振荡器中于 (85 ±2) ℃下间歇振荡提取 3 h 。冷 却后 ,加入 5 mL 摩尔浓度为 3. 2 mol/ L的乙酸铵溶 液 ,并用质量分数为 20 %的稀硝酸稀释至 20 mL ,置
准确称取 0. 500 0 g 预处理后的土壤样品于 50 mL 具盖聚四氟乙烯坩埚 ,采用盐酸2硝酸2氢氟酸2 高氯酸全消解法消解 ,依据《土壤质量铅 、镉的测定 石墨炉原子吸收分光光度法》( GB/ T 17141 —1997) 规定的方法 ———石墨炉原子吸收分光光度法 ,分别 测定预处理后土壤样品的铅 、镉总量 。