土壤金屬污染物成因與變化趨勢(shì)研究

楊中瑞(陜西省地質(zhì)調(diào)查實(shí)驗(yàn)中心，陜西 西安 710000)

0 引言

重金屬物質(zhì)是土壤污染中的重要污染源之一，這種污染在土壤中難以分解，不會(huì)流失，在經(jīng)過食物鏈的循環(huán)后，會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生較大的危害。本身金屬污染存在較大的隱蔽性特點(diǎn)，近年來(lái)工業(yè)的快速發(fā)展以及農(nóng)業(yè)用地的過度使用等，都使土壤的金屬污染情況加劇，要想對(duì)其進(jìn)行有效的防治，需要使用合理的技術(shù)進(jìn)行污染物檢測(cè)，以掌握污染的實(shí)際情況，這樣才能更科學(xué)的制定防治方案。

1 土壤金屬污染的現(xiàn)實(shí)狀況

為了能夠更好的推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，政府對(duì)于工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給與了很大力度的支持，使工業(yè)得到了迅速的發(fā)展，而工業(yè)發(fā)展得到推動(dòng)的同時(shí)，給環(huán)境帶來(lái)的危害也較大，由于工業(yè)廢水的大肆排放，使得環(huán)境污染問題逐漸嚴(yán)重。另外，社會(huì)進(jìn)步發(fā)展的過程中，城市污水的排放量在逐漸增加，有關(guān)污水排放管理方面存在的問題，使得污染進(jìn)一步加劇，有很多沒有經(jīng)過處理的污水排入到河流中，工業(yè)廢水以及生活污水中很多都存在重金屬物質(zhì)，而受到污染的水體在被應(yīng)用后，就會(huì)使土壤出現(xiàn)金屬污染。再者，我國(guó)對(duì)能源資源的需求很大，在進(jìn)行有色金屬開采時(shí)，也會(huì)容易使重金屬得到大量的積累，使周圍土壤中的重金屬物質(zhì)增多，引起土壤金屬污染。

2 土壤金屬污染物成因

2.1 農(nóng)耕用藥灌溉引起污染

我國(guó)屬于農(nóng)業(yè)大國(guó)，由農(nóng)業(yè)領(lǐng)域引起的土壤金屬污染情況是比較嚴(yán)重的。關(guān)于我國(guó)耕地土壤出現(xiàn)污染的成因主要從兩方面分析，包括污水灌溉污染和農(nóng)耕用藥污染。從有關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查中可以得知，因?yàn)槲鬯喔榷鸬奈廴纠鄯e已經(jīng)達(dá)到約500萬(wàn)公頃，而其中含有重金屬物質(zhì)的土壤面積就占據(jù)總污染面積的三分之二左右。由于土壤受到金屬污染，耕地中收獲的農(nóng)業(yè)作物大大減產(chǎn)，因此也帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。由于污水灌溉，土壤中重金屬Hg、Cd、Cr、Pb等含量逐漸增多[1]。另外，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)藥的使用是不可避免的，但是農(nóng)藥的使用會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生污染。通常農(nóng)藥中都含有一定的重金屬物質(zhì)，對(duì)農(nóng)作物施加農(nóng)藥后，土壤中會(huì)殘留農(nóng)藥，因而對(duì)土壤產(chǎn)生污染。由農(nóng)藥引起的土壤污染分為間接和直接作用，有些農(nóng)藥的使用需要拌和后直接施加，這樣污染物就存在于土壤中。而有些農(nóng)作物是通過噴灑農(nóng)藥，液體藥劑通過噴霧作用在農(nóng)作物表面，而土壤表面會(huì)接觸到農(nóng)藥殘留，進(jìn)入土壤后，就會(huì)引起污染。

2.2 工業(yè)引起污染

在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，過程中會(huì)出現(xiàn)較多的粉塵和廢氣，其中就含有較多的重金屬成分，而經(jīng)過大氣的自然沉降或者是降雨，就會(huì)被帶入土壤中。有數(shù)據(jù)調(diào)查，每年通過化石燃料和煤的燃燒被排放到大氣中的Hg含量最高，另外還有Pb、Cd、As、Zn等。這些金屬污染物對(duì)土壤的污染變化趨勢(shì)主要是以工廠為核心，順風(fēng)向延伸。另外，工業(yè)中有關(guān)固體廢棄物的處理也會(huì)容易引起土壤污染。在填埋、堆放時(shí)，由于外部環(huán)境的作用，重金屬物質(zhì)發(fā)生移動(dòng)，以輻射狀擴(kuò)散到周圍水體和土壤中。還有部分固體廢棄物被用作肥料施加到土壤中，也會(huì)引起土壤金屬污染。比如磷石膏屬于一種化肥工業(yè)廢物，具有含磷化合物，對(duì)于酸性土壤有一定的改良作用，因而被用到土壤中，但是這個(gè)過程中也增加了土壤中的Cr、Pb、Mn、As等含量[2]。

3 金屬污染物檢測(cè)技術(shù)

3.1 光譜檢測(cè)

這種檢測(cè)技術(shù)是金屬污染物檢測(cè)中比較常用的，突出的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)的靈敏度較好。這種檢測(cè)中需要使用X射線，而X射線的電離性較強(qiáng)，在進(jìn)行檢測(cè)的過程中，相關(guān)人員需要做好自身的防護(hù)，避免對(duì)人體產(chǎn)生傷害。同時(shí)，進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要嚴(yán)格的按照專業(yè)操作流程進(jìn)行操作，光譜檢測(cè)土壤中金屬污染物含量需要先進(jìn)行采樣，不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，可以使用分光光度法進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 電化學(xué)分析檢測(cè)

這種檢測(cè)主要是利用電化學(xué)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬污染物的檢測(cè)。突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)，可以在現(xiàn)場(chǎng)快速的檢測(cè)金屬污染物及含量。不過需要強(qiáng)調(diào)的是，這種檢測(cè)在具體使用的過程中，由于受到有機(jī)物、大分子顆粒等污染物的影響，檢測(cè)的準(zhǔn)確性容易出現(xiàn)偏差。針對(duì)這種檢測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)是對(duì)電化學(xué)傳感器的靈敏度和抗干擾性等性能進(jìn)行有效的提升。

3.3 生物傳感器檢測(cè)

這種檢測(cè)屬于一種新型技術(shù)，通常是合理應(yīng)用金屬離子和固定于電極材料中的特異性蛋白，從而改變蛋白結(jié)構(gòu)，然后利用靈敏度較高的電容傳感器定量檢測(cè)金屬污染物，這樣有關(guān)含量及其變化情況都可以得到掌握。如今，相關(guān)人員通過使用生物傳感器能夠?qū)λ械暮净衔锖窟M(jìn)行精準(zhǔn)的檢測(cè)。不過需要注意的是，這種檢測(cè)對(duì)環(huán)境要求較高，在使用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意這一點(diǎn)。

3.4 酶抑制檢測(cè)

這種檢測(cè)通常是指利用酶活性因子和重金屬離子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使酶活性因子的結(jié)構(gòu)性質(zhì)發(fā)生變化，使酶活力有一定的下降，然后通過使用儀器檢測(cè)金屬污染物。這種檢測(cè)技術(shù)在具體使用時(shí)，工作人員需要對(duì)吸光度、電導(dǎo)率以及顯色劑等的變化隨時(shí)觀察，掌握金屬污染物含量和酶之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

4 土壤和水中污染物檢測(cè)分析

以分光光度法為例，對(duì)土壤和水中污染物檢測(cè)進(jìn)行分析。這種檢測(cè)方法的工作原理是基于分子物質(zhì)對(duì)光具有選擇性，利用這一特點(diǎn)進(jìn)行分析。光區(qū)主要包含紅外光區(qū)、可見光區(qū)以及紫外光區(qū)，可見光區(qū)和紫外光區(qū)的檢測(cè)屬于分光光度法，紅外光區(qū)的檢測(cè)屬于紅外光譜法?？梢姽鈪^(qū)分光光度法主要是對(duì)土壤和水中污染物進(jìn)行定量分析。不同的物質(zhì)，在分子結(jié)構(gòu)上也會(huì)存在差異，用不同波長(zhǎng)的光進(jìn)行照射時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)選擇性的吸收，然后產(chǎn)生吸收光譜，以此就可以進(jìn)行定性分析。

4.1 分光光度計(jì)

這種檢測(cè)方法中主要用到的儀器就是分光光度計(jì)，這種儀器有單光束和雙光束兩種。儀器的構(gòu)成主要包括檢測(cè)器、單色器、光源、吸收池以及信號(hào)指示裝置?？梢姽鈪^(qū)的光源主要是使用鎢絲燈打出波長(zhǎng)為320～2500nm的連續(xù)光譜，其中的單色器模塊中的主要元件是用來(lái)分解光源發(fā)出的連續(xù)光譜，吸收池主要是使用耐腐蝕的玻璃材料制成，厚度范圍為0.5～5cm不等[3]。

4.2 檢測(cè)條件

在進(jìn)行檢測(cè)之前，需要對(duì)檢測(cè)條件進(jìn)行合理的確定，入射波長(zhǎng)的選擇通常是最大吸收波長(zhǎng)，如果存在干擾，還要結(jié)合最小干擾進(jìn)行選擇。另外，吸光度的范圍主要控制在0.2～0.8，這樣在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)結(jié)果可以更加精準(zhǔn)，這一條件的實(shí)現(xiàn)可以通過吸收池的厚度調(diào)整或者溶液濃度控制實(shí)現(xiàn)。再者，儀器的零點(diǎn)需要使用參比溶液進(jìn)行調(diào)整，這樣可以避免入射光引起的檢測(cè)偏差。在對(duì)參比溶液進(jìn)行選擇時(shí)，如果顯色劑和試液都無(wú)色，蒸餾水就可以滿足要求，如果顯色劑無(wú)色，試液有色，參比溶液只要不加顯色劑就可以，而有色的情況下，就可以選擇不加試液的空白試劑[4]。

4.3 定量分析

4.3.1 單成分定量分析

如果是檢測(cè)其中的某一種成分，通常使用標(biāo)準(zhǔn)曲線法或者是目視比色法。相比較而言，目視比色法較為便捷，對(duì)于試樣的量較大時(shí)可以采用這種方法，但是結(jié)果的偏差相對(duì)來(lái)講較大。

4.3.2 多成分定量分析

如果是對(duì)其中的多種成分進(jìn)行檢測(cè)，在吸收峰不重疊的情況下，可以對(duì)應(yīng)選擇合適的波長(zhǎng)分別對(duì)其單一成分進(jìn)行檢測(cè)。如果其中的成分吸收峰存在重疊問題，數(shù)值為n，不分離的情況下，在n個(gè)波長(zhǎng)處檢測(cè)其混合成分的吸光度，通過建立方程，分別求出單個(gè)成分的含量。

5 土壤金屬污染的防治

5.1 對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行科學(xué)的修復(fù)

通過污染物的檢測(cè)分析，結(jié)合實(shí)際的污染情況，制定出科學(xué)的金屬污染防治方案。通過對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境修復(fù)使土壤中金屬污染得以改善。首先，可以進(jìn)行深耕翻土、換土，對(duì)重金屬污染的土壤進(jìn)行深耕，將受到污染的土壤翻出，將其換掉，然后單獨(dú)處理被污染的土壤。另外，合理的使用植物修復(fù)技術(shù)，通過綠色植物的根濾、吸收等作用，使受污染的土壤逐漸轉(zhuǎn)化為無(wú)害土壤，土壤能夠得到凈化，重金屬污染物含量也會(huì)大大降低。再者，通過植物的富集和提取功能轉(zhuǎn)化土壤的金屬污染，在含有金屬污染的土壤中種植這種特殊植物，土壤中的重金屬物質(zhì)能夠被轉(zhuǎn)移到植物的地上部分，除掉土壤中的重金屬物質(zhì)，比如Pb、Cd、Ni、Cu、Cr等，這樣土壤中的重金屬污染就可以得到改善。有研究結(jié)果表明，使用新型植物修復(fù)技術(shù)對(duì)土壤的金屬污染進(jìn)行治理，效果較好。這種修復(fù)技術(shù)的原理是，植物在接收到重金屬物質(zhì)的信號(hào)后，會(huì)利用分子調(diào)控機(jī)制充分的發(fā)揮作用，植物生長(zhǎng)的過程中，重金屬物質(zhì)被吸收后存儲(chǔ)在其液泡中，土壤中的重金屬含量下降，達(dá)到改善土壤質(zhì)量的目的。

5.2 使用物理修復(fù)技術(shù)進(jìn)行治理

使用物理修復(fù)技術(shù)一般包括土壤淋溶、電動(dòng)修復(fù)等。為了使治理的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)降低，引入土壤淋溶技術(shù)，利用下滲水流的水解、溶解、碳酸化等，使土壤中的部分重金屬物質(zhì)被帶走。淋溶強(qiáng)度的不同，需要制定出相應(yīng)的淋溶方案，可以將土壤中不同的重金屬物質(zhì)消除。需要重點(diǎn)關(guān)注的是，使用淋溶技術(shù)對(duì)土壤進(jìn)行處理后，土壤的酸化情況比較突出，所以，在使用這種技術(shù)進(jìn)行治理時(shí)，還需要結(jié)合施肥、耕作等來(lái)改善土壤的狀況。電動(dòng)修復(fù)技術(shù)主要是利用電滲流和電遷移的方式除掉土壤中的重金屬物質(zhì)。具體方法的實(shí)施是在受到污染的土壤中設(shè)定上電極，施加一定的直流電壓給電極，這樣在電極的周圍就會(huì)形成直流電場(chǎng)，而土壤中的重金屬物質(zhì)會(huì)移向電遷移的相反方向，使其逐漸遷移出土壤，從而實(shí)現(xiàn)土壤的治理。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在當(dāng)下的環(huán)境形勢(shì)下，關(guān)于土壤的金屬污染問題需要受到重視，掌握土壤金屬污染的成因，利用合理的金屬污染物檢測(cè)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析，并根據(jù)實(shí)際污染的程度制度科學(xué)的治理方案，以使土壤的金屬污染得到改善。