土壤重金屬污染現(xiàn)狀及檢測(cè)技術(shù)分析

李建鳳

（海南省地質(zhì)測(cè)試研究中心，海南?？?570100）

近年來，我國(guó)相關(guān)重金屬污染情況出現(xiàn)頻率持續(xù)上升，國(guó)內(nèi)外對(duì)該類問題的檢測(cè)技術(shù)研究也愈發(fā)重視，實(shí)踐研究越來越深入?？偟膩碚f，想要進(jìn)一步提升重金屬污染檢測(cè)質(zhì)量，需要在原有技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高度創(chuàng)新，研發(fā)和引進(jìn)先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備，開展新型技術(shù)探索工作。在我國(guó)，雖然在土壤重金屬檢測(cè)領(lǐng)域中取得了很大突破，但整體檢測(cè)技術(shù)水平并不高，相關(guān)人員應(yīng)進(jìn)一步開展研究工作，確定土壤中重金屬實(shí)際含量，為土壤保護(hù)工作做出積極貢獻(xiàn)。

1 土壤重金屬概述

從土壤無機(jī)污染研究中能夠看出，危害最大的當(dāng)屬重金屬污染，這主要是由于重金屬無法被土壤中的微生物所分解，越積越多，最終轉(zhuǎn)化為具備很強(qiáng)毒性的甲基化合物。在后續(xù)發(fā)展中，這些化合物會(huì)進(jìn)入食物鏈，讓有害物質(zhì)進(jìn)入人體，影響人類機(jī)體健康。一般來說，土壤中常見的重金屬污染物有汞、鉛、銅、鎳、鐵、鋅等，這些元素本身帶有毒性，其中，最為常見的重金屬元素為鋅。當(dāng)這些元素進(jìn)入土壤后，會(huì)與土壤膠體粘連在一起，與土壤內(nèi)部有機(jī)物或者無機(jī)物產(chǎn)生反應(yīng)，生成新元素，長(zhǎng)此以往，土壤性質(zhì)會(huì)發(fā)生巨大變化，被植物吸收后，這些有毒物質(zhì)成功進(jìn)入食物鏈。

土壤中的部分重金屬還能轉(zhuǎn)化為烷基化合物，該類化合物毒性更強(qiáng)，危害性更大。從土壤自身結(jié)構(gòu)角度來說，本身自帶吸附性特征，由于重金屬很難被分解，與土壤形成一個(gè)整體，重金屬污染由此而來。重金屬自身同樣具備獨(dú)特性，自帶吸附作用，這也使其進(jìn)入土壤后很難被發(fā)現(xiàn)。因此，應(yīng)提升對(duì)重金屬污染土壤檢測(cè)工作，借助于新型檢測(cè)技術(shù)，保證做到準(zhǔn)確檢測(cè)，為人們生活安全保駕護(hù)航。

2 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

受重金屬污染影響，土壤自身循環(huán)能力會(huì)受到極大影響。相關(guān)調(diào)查研究顯示，我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，土壤重金屬污染成了主要限制因素之一，我國(guó)總的土壤重金屬污染面積已超過5 000萬畝，而且該數(shù)值還處于逐年增加狀態(tài)，土壤重金屬污染很難治理，隱蔽性強(qiáng)，不利于人類的正常生產(chǎn)和生活。從當(dāng)前發(fā)展情況來看，我國(guó)土壤重金屬污染問題尚處于逐步加劇狀態(tài)，造成該情況的主要原因有以下兩點(diǎn)：

1）自然環(huán)境。我國(guó)很多地區(qū)的成土母質(zhì)風(fēng)化現(xiàn)象明顯，為重金屬元素積累提供良好環(huán)境，再加上惡劣天氣、水源等作用，重金屬元素結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，改變了土壤中重金屬元素含量；

2）人類活動(dòng)。隨著我國(guó)城市化和工業(yè)化發(fā)展的逐步深入，人類出現(xiàn)很多不合理建設(shè)，如礦山過度開采、工業(yè)污水隨意排放、化肥和農(nóng)藥應(yīng)用量增加等，成為土壤污染現(xiàn)象的主要誘發(fā)因素。

3 土壤重金屬危害

3.1 工業(yè)排放

近年來，隨著城市生活垃圾數(shù)量的增加，以及礦山資源的過度開采，導(dǎo)致土壤污染問題越來越嚴(yán)重。但很多城市為了確保自身經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得新成果，大力開展機(jī)械加工、電鍍等活動(dòng)，讓工業(yè)生產(chǎn)廢氣廢料數(shù)量持續(xù)提升，這些廢氣廢料中包含很多重金屬元素，再加上處理工作不到位，便直接排放到自然界之中，經(jīng)過一段時(shí)間積累之后，導(dǎo)致土壤中的重金屬占比越來越高，最終引發(fā)土壤重金屬污染問題。

3.2 影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)

當(dāng)重金屬進(jìn)入土壤后，會(huì)直接影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)大幅下滑。例如，在植物生長(zhǎng)之中，鎘元素危害巨大，如果土壤中鎘元素含量過高，植物葉片中的葉綠素結(jié)構(gòu)會(huì)受到破壞，影響植物根系對(duì)水的吸收，抑制植物生長(zhǎng)。另外，鉛對(duì)于植物的光合作用同樣會(huì)帶來很大影響，弱化脂肪代謝強(qiáng)度，讓植物的耗氧量大幅提升，抑制植物的有效生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物直接死亡。更為重要的是，這些重金屬元素會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體之中。例如，鎘元素的毒性很強(qiáng)，容易引發(fā)心腦血管疾病、高血壓等情況。汞進(jìn)入人體后，會(huì)影響人體的肝臟功能，破壞神經(jīng)系統(tǒng)。鉛是重金屬中毒性較強(qiáng)的一種元素，一旦進(jìn)入人體，很難有效將其排除，對(duì)智力產(chǎn)生影響。

3.3 影響土壤中微生物的功能發(fā)揮

當(dāng)土壤中的重金屬元素含量達(dá)到一定狀態(tài)之后，對(duì)于微生物代謝、生存等會(huì)產(chǎn)生極大影響，具體表現(xiàn)為微生物整體數(shù)量下降，活性細(xì)菌作用無法發(fā)揮，所產(chǎn)生的生物量碳和有機(jī)碳比值也會(huì)大幅下滑，呼吸作用減弱，導(dǎo)致土壤中微生物的功能和結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯改變。例如，相關(guān)研究明確表示，鎘元素對(duì)于土壤生物和酶的活性影響極大，尤其是對(duì)脲酶活性影響最為顯著。更為重要的是，受重金屬污染的影響，不但能夠讓土壤中的微生物水量降低，還能改變土壤微生物的群落構(gòu)成，常見的優(yōu)勢(shì)類群比例下降，讓原本多樣性和均勻性指數(shù)無法展現(xiàn)出來。也正是在重金屬污染的作用下，土壤無法保持原有面貌，從而對(duì)各種植物的生長(zhǎng)帶來不利因素，影響種植人員的利益。

4 土壤重金屬污染檢測(cè)技術(shù)

4.1 土壤重金屬處理

截止目前，王水消解土壤樣品方式已經(jīng)得到國(guó)際相關(guān)人士的認(rèn)可，例如，中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1613—2008《土壤質(zhì)量 重金屬測(cè)定 王水回流消解原子吸收法》提到了王水回流方式。在土壤中的砷和汞消解中，可以取適量土壤樣品，一般為0.2~0.5g，將其放入50mL比色管之中，之后將10mL王水（1+1）滴入比色管，搖晃均勻，不能讓樣品出現(xiàn)黏壁問題，之后放置到沸水中，消解2h，期間，需要每隔30min搖晃一次。規(guī)定時(shí)間過后，可取出比色管，冷卻后加入鹽酸溶液（5+95），保證液面與刻度線保持平齊為止，靜置到第二天，獲取上清液，測(cè)量溶液中汞的含量。與此同時(shí)，取25mL上清液放于比色管，在其中加入5mL硫脲-抗壞血酸混合液，同樣利用相同規(guī)格的鹽酸滴定至刻度線，混合均勻，待反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)量溶液中的砷含量。

除此之外，在具體銅、鋅、鉛等處理中，涉及的處理程序相對(duì)復(fù)雜，這些元素中，有各自不同的特點(diǎn)，處理方式存在一些差異。如果是站在整體角度來看，處理思路大體一致，均是借助于鹽酸、硝酸、高氯酸實(shí)現(xiàn)元素分解與消除。提取樣本時(shí)，首先要做的就是將土壤樣本完全破壞，只有這樣，才能保證所有待測(cè)元素得到提取。從實(shí)際操作角度來說，消解操作困難重重，溫度控制難度高，加酸時(shí)間點(diǎn)也要得到精準(zhǔn)把控。如果出現(xiàn)消解不完全情況，還需多次加入相對(duì)酸，考驗(yàn)操作人員的專業(yè)能力。如果中途加入的酸過多，會(huì)導(dǎo)致消解時(shí)間大幅延長(zhǎng)，甚至還會(huì)對(duì)土壤中的礦物晶體產(chǎn)生破壞，最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果也無法保證準(zhǔn)確。常見元素測(cè)定條件如表1所示。

表1 常見元素儀器測(cè)定條件

4.2 光譜檢測(cè)技術(shù)

在目前土壤重金屬含量檢測(cè)中，光譜檢測(cè)技術(shù)比較常見，所呈現(xiàn)出的靈敏度效果良好，但檢測(cè)時(shí)，需要消耗較高的檢測(cè)成本，檢測(cè)流程相對(duì)復(fù)雜，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)檢測(cè)設(shè)備要求很高。光譜檢測(cè)時(shí)，必須利用X射線進(jìn)行配合，該類射線自身電離性特點(diǎn)明顯，稍有不慎，便會(huì)對(duì)檢測(cè)人員身體造成影響。為此，在光譜檢測(cè)方式實(shí)施上，要穿戴好防護(hù)用具，保證操作的專業(yè)性，規(guī)避X射線對(duì)人體產(chǎn)生的傷害。需要注意的是，光譜檢測(cè)技術(shù)不能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，截止目前，最為常見的土壤重金屬檢測(cè)方式為紫外可見光光 度法。

4.3 電化學(xué)分析檢測(cè)技術(shù)

相比于光譜技術(shù)，電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用過程中，主要是借助于電化學(xué)傳感器來確定土壤中的重金屬含量。檢測(cè)時(shí)，該技術(shù)能夠利用自動(dòng)化學(xué)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)到場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)速度快，準(zhǔn)確性高，很容易幫助人們了解土壤重金屬情況。但從實(shí)際應(yīng)用角度來說，該項(xiàng)技術(shù)的檢測(cè)結(jié)果很容易受到相關(guān)物質(zhì)影響，如大分析顆粒、有機(jī)物等，造成最終檢測(cè)結(jié)果不精確。為此，在實(shí)際研究之中，選擇以電化學(xué)感應(yīng)研究為主，強(qiáng)化檢測(cè)過程的抗干擾能力。

4.4 激光誘導(dǎo)法

在應(yīng)用激光誘導(dǎo)法時(shí)，主要原理是借助脈沖激發(fā)器，獲得密度較高的激光，成功擊穿光譜，當(dāng)激光投射到土壤表面時(shí)，促使隱藏的等離子體顯現(xiàn)出來。該過程中，等離子體自身熱度會(huì)從較高狀態(tài)變?yōu)槔鋮s狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)土壤樣品組信息光譜的全面展示。得到信息光譜后，可以借助光電探測(cè)器，了解光譜中隱藏的信息，并對(duì)其進(jìn)行深入分析，這也是重金屬元素定量分析模型構(gòu)建的基礎(chǔ)。相比之下，該檢測(cè)手段不僅能夠得到土壤中重金屬含量信息，還能做好重金屬元素分類工作。所消耗的檢測(cè)成本不高，操作起來非常簡(jiǎn)單，還能很好地保護(hù)樣本。

一般來說，利用激光誘導(dǎo)法開展土壤重金屬含量檢測(cè)工作，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)土壤中多種重金屬元素的同時(shí)檢測(cè)。但該檢測(cè)手段也存在一些問題，檢測(cè)時(shí)，如果光譜無法保持穩(wěn)定，會(huì)為檢測(cè)工作帶來很大麻煩，最終的檢測(cè)結(jié)果精確度也不高。而且該種檢測(cè)手段雖然單次不會(huì)消耗太多成本，但需要的設(shè)備價(jià)值很高，維護(hù)工作復(fù)雜。所以說，在應(yīng)用該種檢測(cè)模式時(shí)，適合已經(jīng)確定存在污染問題的土壤，發(fā)揮實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果。

4.5 分光光度法

分光光度法在應(yīng)用時(shí)，主要是以光測(cè)量為基礎(chǔ)。實(shí)際土壤重金屬檢測(cè)過程中，利用不同波長(zhǎng)的光照射被測(cè)土壤溶液，記錄下樣品對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收情況，以此來確定土壤中重金屬含量。根據(jù)光源不同，常見的光度法有紫外分光光度法、可見分光光度法和紅外分光光度法。從實(shí)際檢測(cè)過程能夠看出，分光光度法自身抗干擾能力強(qiáng)，靈敏性也較高，能夠有效規(guī)避其他重金屬元素干擾，保證樣品重金屬含量檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

4.6 色譜分析法

色譜分析法在應(yīng)用時(shí)，主要借助于不同物質(zhì)在不同相態(tài)中的選擇性分配，開展流動(dòng)相對(duì)固定相混合物洗脫操作，達(dá)到檢測(cè)目的。一般來說，混合物中的不同物質(zhì)，沿著固定相移動(dòng)速度不一致，最終呈現(xiàn)出分離效果。由于物質(zhì)的分離機(jī)制不同，最為常見的色譜分析法形式有吸附色譜、分配色譜以及凝膠色譜等，不同類別中，色譜分析法所呈現(xiàn)出的作用也不一樣。原理上，色譜分析法和化學(xué)沉淀、電泳技術(shù)類似，均是通過觀察固定相和流動(dòng)相之間的不同，實(shí)現(xiàn)分離組分溶解度差異反映。在具體土壤重金屬檢測(cè)工作中，色譜分析法應(yīng)用價(jià)值很高，除了保證分離效率外，最終檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性較高，在環(huán)境能源、石油化工等領(lǐng)域應(yīng)用十分普遍[5]。

5 土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)

目前來看，土壤重金屬檢測(cè)工作開展具備重要意義，除了改善土壤環(huán)境外，還能避免人體健康受到影響。因此，為了更好地確認(rèn)土壤內(nèi)部的重金屬含量，要確保相關(guān)檢測(cè)技術(shù)的科學(xué)性，提升檢測(cè)速度，盡可能保證檢測(cè)過程的方便、快捷。截止目前，我國(guó)在土壤重金屬檢測(cè)領(lǐng)域研究中取得了很大成就，出現(xiàn)了很多新的檢測(cè)手段，應(yīng)用效果較為理想。但隨著土壤重金屬污染問題的持續(xù)加劇，人們需要對(duì)該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行更加深入的探究，只有這樣，才能保證檢測(cè)技術(shù)與實(shí)際檢測(cè)需求相符。

很多土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)實(shí)踐時(shí)間較長(zhǎng)，得到了逐步完善，但部分檢測(cè)技術(shù)在使用時(shí)，存在各種各樣的問題，如檢測(cè)過程復(fù)雜、檢測(cè)設(shè)備價(jià)格較高等，這些在未來發(fā)展過程中，均需要得到合理解決。后續(xù)發(fā)展上，土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)必將迎來新一輪創(chuàng)新。所以說，相關(guān)研究人員應(yīng)該對(duì)當(dāng)前土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)發(fā)展有一個(gè)良好把握，融入更多科學(xué)技術(shù)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的完善和創(chuàng)新，如更新色譜分析法檢測(cè)器靈敏性、打造專家系統(tǒng)等，為后續(xù)土壤重金屬檢測(cè)工作的有序進(jìn)行創(chuàng)造基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

在我國(guó)，土壤重金屬檢測(cè)工作的開展價(jià)值極高，應(yīng)做到相關(guān)檢測(cè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新?，F(xiàn)階段，我國(guó)土壤重金屬污染問題還在持續(xù)，這也使得人們對(duì)該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用需求很大，應(yīng)通過不斷研究，推廣一些新的檢測(cè)技術(shù)。只有通過不斷投入和研發(fā)，才能讓土壤重金屬檢測(cè)環(huán)境日益完善，避免生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞。