土壤重金屬有效態(tài)含量檢測與監(jiān)測現(xiàn)狀、問題及展望

胡燕 吳電 鄭靈藝（浙江環(huán)科環(huán)境研究院有限公司浙江杭州310007）

土壤重金屬有效態(tài)含量檢測與監(jiān)測現(xiàn)狀、問題及展望

胡燕 吳電 鄭靈藝
（浙江環(huán)科環(huán)境研究院有限公司浙江杭州310007）

隨著社會和科技的發(fā)展，土壤重金屬污染逐漸危及糧食衛(wèi)生安全及人類的身體健康。為了進一步了解土壤中重金屬的污染情況，以及在土壤中生存植物的相關(guān)指標，就需要盡快的檢測出土壤中的有效態(tài)含量。本文將土壤-植物-人作為一個整體，闡述了重金屬有效態(tài)在該系統(tǒng)中的遷移機理，在此基礎(chǔ)上選擇合適的土壤重金屬檢測方法，使傳統(tǒng)檢測法與現(xiàn)代化檢測方法相結(jié)合，把握住促進社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展，維護人民身體健康的大方向。

有效態(tài)含量；重金屬形態(tài)；檢測；土壤污染；生物有效性

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)城鎮(zhèn)化、工業(yè)化速度的加快和“三廢”污染物處理的不當，使得大量重金屬污染物滲入土壤。重金屬不會輕易被生物降解，滲入土壤后不僅會影響農(nóng)作物質(zhì)量，人食用過此類農(nóng)作物后也會對身體造成極大的危害。因此研究土壤重金屬的污染特征，以便控制及切斷其污染源，對保證人民身體健康具有重要的現(xiàn)實意義。因此，加強對土壤重金屬有效態(tài)檢測的研究與探索，對改善土壤污染問題具有重要意義。

1 重金屬有效態(tài)的定義

重金屬在土壤中是有效態(tài)還是無效態(tài)不是絕對的，而是一個動態(tài)平衡的過程。金屬的化學形態(tài)不同，其化學行為也會因此發(fā)生相應(yīng)改變，無論在環(huán)境中還是在生物體內(nèi)，重金屬的移動性、被有機體吸收、產(chǎn)生的毒害作用等，都是表征和了解重金屬形態(tài)的依據(jù)。

在不同的學科領(lǐng)域，對重金屬有效態(tài)的定義有不同的解釋：環(huán)境學者認為土壤重金屬的有效態(tài)是土壤重金屬能被生物吸收利用或產(chǎn)生毒害效應(yīng)的重金屬形態(tài)；生物毒理學者則側(cè)重于土壤重金屬是直接進入生物體消化系統(tǒng)并可以被生物體消化道溶解吸收的部分；國際標準化組織認為重金屬的生物有效性是一個動態(tài)的過程，其中包括3個步驟:一是環(huán)境有效態(tài)性，二是環(huán)境生物有效性；三是毒性生物有效性，并且這三種有效態(tài)可在一定的條件下相互轉(zhuǎn)化。

2 土壤重金屬有效態(tài)含量檢測的方法及其成果

2.1 直接檢測法

直接檢測法，即直接對受重金屬污染的土壤進行檢測，對表層土壤進行樣品采集。

（1）化學浸提法

即化學提取法，是指采用一種適當組成與組成比例的試劑溶液（一種或幾種試劑混合），或者幾種不同的試劑溶液（浸提能力依次加強，以一定順序依次浸提），按照一定的土液比與浸提工藝方法浸提，最后測定浸提液中重金屬的含量。從提取試劑的使用方式上可分為一次浸提法和連續(xù)浸提法。

（2）物理分析法

梯度擴散薄膜技術(shù)(DGT)。DGT技術(shù)是英國科學家Davlson等于1994年發(fā)明并推廣使用，DGT裝置的核心由擴散相和結(jié)合相兩部分組成，它引入了一個動態(tài)概念：實驗所測定的有效態(tài)濃度不僅包括土壤溶液中的重金屬含量，還包括在測量期間土壤及作物新陳代謝過程中釋放的重金屬量，在這個過程中，植物根部對重金屬的吸收導(dǎo)致附近土壤溶液中的重金屬指標下降，這個動態(tài)過程對于重金屬的生物有效性評價是不可忽略的，因此它是模擬生物吸收、預(yù)測金屬生物有效性較好的技術(shù)。

（3）光譜分析

光譜分析技術(shù)是指通過利用光譜學原理和實驗來確定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和化學成分的方法，在土壤重金屬污染檢測中應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的光譜分析方法多種多樣，其中等離子體光譜法是目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的方法。隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的發(fā)展，一些結(jié)構(gòu)和形態(tài)的光譜分析技術(shù)逐漸應(yīng)用于土壤固相重金屬的形態(tài)分析領(lǐng)域，如常用于鑒定一些金屬尾礦沉積物中重金屬的形態(tài)電子探針技術(shù)。由于其具有快速、無損傷，大面積檢測與監(jiān)測的優(yōu)勢，在土壤污染檢測和監(jiān)測中有廣泛的應(yīng)用前景。

2.2 間接檢測法

間接檢測法是指不直接將土壤作為檢測對象,而是通過檢測生長或生活在該土壤環(huán)境中生物的反映來間接檢測受污染土壤中重金屬的有效性。間接檢測法主要是指生物檢測法。即利用生物個體、種群或群落對土壤重金屬污染所產(chǎn)生的反應(yīng)，從生物學角度對環(huán)境污染狀況進行檢測和評價的一門技術(shù)，具體包括指示植物檢測法、微生物檢測法、動物檢測法等。

（1）指示植物檢測法

指示植物檢測法是判斷污染土壤中重金屬有效性的一種經(jīng)濟、簡便且可靠的方法，它以其不可比擬的優(yōu)越性而備受科研工作者的青睞。要利用此類方法必須要對常用的指示作物有一定的了解，一般來說，檢測酸性土壤的指示作物有蘆葦、石松等植物；檢測堿性土壤的指示作物蜈蚣草、鳳尾草、枸杞等植物。該方法一般通過以下兩方面來研究重金屬的有效性:一是植物的受害癥狀，包括植物根、莖、葉各方面的變化，二是植物體內(nèi)污染物的含量，通過植物的受害癥狀來判斷土壤重金屬的有效性是一種快速、簡便且不會對植物和土壤造成損傷的方法。其基本原理為：當植物受到某種物質(zhì)污染或脅迫后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、葉綠素和水分含量就會發(fā)生不同程度的變化，光譜反射特征也隨之變化，一般情況下，污染或脅迫越嚴重，這種變化就越大。但由于光譜易受環(huán)境因素影響，且該技術(shù)還沒有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和分析方法，定量估測精度還有待提高，目前該方法僅適應(yīng)重度重金屬污染土壤監(jiān)測，一般輕微、輕度和中度重金屬污染土壤難以實現(xiàn)監(jiān)測需求，其監(jiān)測值僅可作為參考，不能夠作為農(nóng)田重金屬污染普查、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地重金屬污染監(jiān)測等依據(jù)。該方法考慮到了土壤和植物之間的相互關(guān)系，可以很好地反映特定重金屬對特定植物的生物有效性，但該方法與化學檢測方法一樣，需要進行采樣分析，且由于收到植物生長周期長的限制，只能作為輔助檢測方法。

（2）微生物檢測法

微生物與土壤微環(huán)境親密接觸，在許多情況下，其質(zhì)量及其活性都可以作為土壤污染的理想檢測指標。微生物檢測即用微生物的一些特性指標，如微生物的生物量、群落結(jié)構(gòu)等。馬小凡等研究了長春市土壤微生物的生化作用強度與多種重金屬化學形態(tài)的關(guān)系，結(jié)果表明：城區(qū)土壤與郊區(qū)土壤中不同重金屬的各種化學形態(tài)對微生物生化作用強度的影響明顯不同。土壤微生物對土壤變化高度敏感，是目前可用的最敏感的生物標記之一，因為土壤中的微小變動均會引起其多樣性的變化，但目前應(yīng)用土壤微生物指標的主要障礙是：缺乏對一般土壤過程與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)或特性間關(guān)系的了解，對具體指標好與壞的基線與閾值也并不十分清楚。

3 土壤重金屬有效態(tài)檢測與監(jiān)測的問題與發(fā)展趨勢

3.1 土壤重金屬有效態(tài)檢測的問題

直接檢測方法精確度更高，可以獲取土壤在某一時間、某一剖面上的瞬間污染信息，可以確定污染物種類及污染程度，但由于在其采樣過程中，采用某些物理或化學的方法進行采樣，從而對污染對污染對象造成一定程度上的破壞，其效果也具有明顯的“滯后性”，在測出土壤受到污染的同時或之前，污染物已經(jīng)對污染對象造成了影響。同時,直接檢測方法對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境信息的綜合分析能力較弱,難以發(fā)展成為高效簡便且時效性強的土壤重金屬污染檢測技術(shù)。

間接檢測法考慮到了土壤和植物、微生物之間的相互關(guān)系,在實際應(yīng)用中更具有價值。但間接檢測相對來說具有周期較長、檢測精度相對低、不能直接確定污染物種類等缺點。因此，在提取和檢測土壤重金屬有效性的方法中，無論是傳統(tǒng)的直接檢測方法還是現(xiàn)代檢測方法都有其適用范圍和局限性，相關(guān)人員在進行土壤重金屬檢測過程中，選擇檢測與監(jiān)測方法時應(yīng)根據(jù)具體評價要求，根據(jù)精確度、評價時間的限定、評價條件等各方面因素加以選擇。在今后的具體實踐中，可以聯(lián)合使用直接檢測與間接檢測方法，以提高評價結(jié)果的準確性與時效性。

3.2 土壤重金屬有效態(tài)檢測與監(jiān)測的發(fā)展趨勢

土壤中重金屬的積累，特別是耕地土壤重金屬污染，對生態(tài)和人文都有極大的危害性，主要表現(xiàn)在：第一，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和社會的可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全構(gòu)成了嚴重威脅；第二，重金屬以各種農(nóng)作物為中轉(zhuǎn)站，重金屬被人體吸收，最終危害人體健康。因此，對土壤重金屬污染進行檢測與監(jiān)測，并制定修復(fù)方案，以保障糧食安全和人類身體健康是目前迫切需要解決的問題。目前，有關(guān)土壤重金屬的有效態(tài)性的研究還不夠完善，今后應(yīng)加強以下幾方面的研究:

（1）原位檢測與監(jiān)測

前文所介紹的方法，在采集土壤的過程中費時、費力、費錢，且會對土壤的結(jié)構(gòu)造成破壞，從環(huán)保與科學的角度來說，并不是一種經(jīng)濟可行的辦法。而原位檢測與監(jiān)測技術(shù)則克服了上述缺點，并且原位檢測與監(jiān)測反映的是生物體在土壤中生長的實際情況，更具有現(xiàn)實意義。因此，對受污染土壤進行原位檢測與監(jiān)測，對不同種類重金屬進行實時準確識別，將是未來發(fā)展的一個重要方向。

（2）將土壤-植物-人作為系統(tǒng)進行研究

重金屬的生物有效性是土壤、重金屬、植物、人之間的相互作用，一種重金屬生物有效性不僅與土壤的組成及性質(zhì)有關(guān)，還和元素在植物及人體內(nèi)的遷移過程和機理有關(guān)，并且會隨著時間的變化而不斷發(fā)生變化。因此，將土壤-作物-人系統(tǒng)作為一個整體，研究重金屬在土壤-植物-人系統(tǒng)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，對合理評估土壤重金屬的污染程度及提出治理方案有重要意義。

（3）重金屬污染的大面積立體監(jiān)測

以往土壤重金屬有效性研究側(cè)重于野外采樣，實驗室檢測，其研究結(jié)果局限于點檢測與線監(jiān)測，其空間與時間方面不具有典型的代表性。針對我國農(nóng)田土壤污染較突出的現(xiàn)狀，應(yīng)綜合利用現(xiàn)代化檢測技術(shù)。今后研究的重點應(yīng)放在研發(fā)立體面檢測方面，開展由點到面，進行立體動態(tài)監(jiān)測。

結(jié)語

本文介紹了土壤有效態(tài)重金屬的相關(guān)知識，并詳細闡述了通過直接檢測和間接檢測來測定污染物種類和含量的方法，分析了土壤有效態(tài)檢測的發(fā)展趨勢，并給出了相應(yīng)的措施，以期對促進社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展，維護人民身體健康帶來積極意義。

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