農(nóng)田土壤重金屬污染快速檢測及修復(fù)

田野，李學濤，張萍＊

（1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊，山東濰坊 250013 ；2.濰坊市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東濰坊 261071）

農(nóng)田土壤是糧食作物最基本的生長環(huán)境，農(nóng)田土壤被污染之后，會導(dǎo)致農(nóng)作物和人們的健康問題受到損傷。 當前， 農(nóng)田土壤中有大量的鉛、汞、鎘等重金屬元素污染。 這些重金屬污染物的毒性比較大，難以被降解，還會被人體吸收，引發(fā)各種疾病。 因此，需要用空間估值等方法對污染進行檢測，從而更好地監(jiān)管農(nóng)田土壤污染，為人們的生產(chǎn)和生活提供更多的安全保障。

1 我國農(nóng)田土壤重金屬污染的現(xiàn)狀與概述

1.1 遷移轉(zhuǎn)化問題

當前，全國有70%的農(nóng)田土壤已經(jīng)受到了金屬污染。 重金屬元素進入到農(nóng)田土壤，會引發(fā)出一系列的物理和化學問題，而且在各種反應(yīng)下往往會出現(xiàn)遷移轉(zhuǎn)變。 比如溶解沉積和氧化還原等反應(yīng)。 在遇到特定的自然條件后，比如降雪降雨天氣，都會導(dǎo)致重金屬元素發(fā)生一定的化學變化。除此之外， 不同的生物在農(nóng)田土壤中所表現(xiàn)出來的耐受情況各不相同。 因為重金屬元素不好被降解， 長期處于土壤中就會富集轉(zhuǎn)化成有機金屬化合物，導(dǎo)致土壤的活性降低。 長期富集反應(yīng)下會通過食物鏈進入到人體之內(nèi)，危害性會非常大。

1.2 形態(tài)多變的問題

重金屬元素往往有一定的化學活性， 隨著土壤pH 值的變化，農(nóng)田土壤當中的重金屬元素會產(chǎn)生化學反應(yīng)，從而演變成其他有害的元素。 例如變?yōu)榻j(luò)合態(tài)和離子態(tài)，而離子態(tài)的毒性會比較高。 除此之外， 農(nóng)田土壤中的重金屬元素會發(fā)生多種物理化學反應(yīng)，形成大量有毒性的有機物和無機物。

1.3 難以消除問題

當重金屬元素進入農(nóng)田土壤中后，會與土壤中的微生物發(fā)生化學反應(yīng)，土壤中的微生物濃度會大大下降，難以被土壤分解利用。 由于微生物會在一定程度上聚集重金屬元素，導(dǎo)致土壤中重金屬的毒性被加強，在長期積累之后，會破壞土壤自身的生態(tài)系統(tǒng)，變成頑固且難以處理的土壤成分，使后期的處理工作難度增大，導(dǎo)致人體健康受到一定的傷害。

2 農(nóng)田土壤重金屬污染空間快速檢測及修復(fù)方法

2.1 局部高值分布區(qū)劃分

在監(jiān)測農(nóng)田土壤重金屬污染的過程中，需要分析土壤中重金屬含量的變化，從而獲取空間分布信息，進而描述出土壤中重金屬的含量與分布規(guī)律。 采用關(guān)聯(lián)規(guī)則與回歸分析等方法明確外源因素，提取外源因子。 另外，要用統(tǒng)計半方差的方法，來提取土壤中的重金屬樣點和空間結(jié)構(gòu)，判斷多種元素空間變異范圍。 利用實地取樣的方法進行調(diào)查，劃分土壤重金屬含量的局部高值分布。

2.2 土壤單元類獲取

全局地理空間中土壤重金屬的空間分布有很強的連續(xù)性。 土壤單元類的獲取，可以把全局異質(zhì)重金屬含量空間估值問題轉(zhuǎn)變成局部空間最優(yōu)的估值。 采取自收斂分類的方法可以把環(huán)境變量進行分類。 譜分割方法能把景觀要素進行向量分類，得到土壤單元的分類。

2.3 重金屬污染空間估值

土壤污染往往會導(dǎo)致多個土壤空間產(chǎn)生一定的分類，土壤單元分類之后，相同單元類中的監(jiān)測樣點會被劃分為一類，從而形成科學的監(jiān)測樣點集。 再利用二分樹的索引方法，可以構(gòu)建更加完善的空間估值方法。 在使用空間估值的技術(shù)進行污染處理時， 要輸入?yún)⑴c估值的最小估值，計算最大搜索半徑的單元數(shù)，從而完成對已知位點數(shù)的估值單元的搜索工作，展開未知單元的屬性值估算問題。 結(jié)合土壤單元類的樣點展開已知觀測值，權(quán)衡所有樣點的觀測值之差，從而得到一個未知位點的估算值。

3 農(nóng)田土壤重金屬污染原因

3.1 農(nóng)藥化肥帶來的污染

作為農(nóng)藥化肥大國， 人們?yōu)榱俗非蟾弋a(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，往往會大量使用化肥和農(nóng)藥，雖然這樣可以增加農(nóng)作物的收量，提高農(nóng)業(yè)的收成，但是很多重金屬已經(jīng)被農(nóng)田土壤吸收，很難被分解，經(jīng)過灌溉和雨水之后，會加重農(nóng)田土壤重金屬污染的程度，導(dǎo)致農(nóng)田土壤中有超標的重金屬元素。

3.2 固體廢棄物污染

工業(yè)化的加劇生產(chǎn)，會產(chǎn)生大量的固體廢棄物，很多廢棄物都會直接存放在農(nóng)田附近，在雨水或澆灌后， 固體廢棄物會滲濾大量的污染物質(zhì)，加大農(nóng)田土壤重金屬含量。 經(jīng)過長期積累，農(nóng)田中會有大量的相關(guān)污染物。

3.3 大氣沉降污染

交通運輸和建筑行業(yè)等產(chǎn)生大氣污染的行業(yè)，在生產(chǎn)作業(yè)的過程中，所釋放出的大量的粉塵和廢氣會污染物體。 這些污染物中含有大量的重金屬元素，與廢氣和蒸氣一同排放到了大氣環(huán)境當中，最后隨著雨水落在農(nóng)田土壤。 還有機動車在其燃燒汽油的過程中，往往會排出大量的金屬元素，隨著大氣的沉降，污染附近的農(nóng)田土壤，從而加劇了農(nóng)田土壤中重金屬污染，因此，大氣沉降污染也是農(nóng)田污染中比較主要的一部分。

4 農(nóng)田土壤重金屬污染和檢測技術(shù)分析

4.1 從源頭治理污染問題

要想保護農(nóng)田土壤就要從源頭上做好防護措施。 通過科學施加農(nóng)藥和化肥的方法，結(jié)合農(nóng)作物的實際特點， 精準把控農(nóng)藥化肥的施用量和次數(shù)時間。 推廣有機肥和綠色肥，用綠色種植技術(shù)，應(yīng)用石灰石作為土壤的調(diào)理劑， 使農(nóng)作物土壤的酸度降低，中和土壤中重金屬鋁元素的含量，補充土壤中的營養(yǎng)元素，改善土壤結(jié)構(gòu)與生物活性。

4.2 因土壤情況差異化種植

通過土壤環(huán)境監(jiān)測的技術(shù)規(guī)范，做好土壤重金屬的污染評估標準，劃分土壤的區(qū)域和不同的富集程度，采用差異化種植的方法，充分提升農(nóng)田土壤利用效率。 對于已經(jīng)受到重金屬污染的農(nóng)田，可以種植蜈蚣草類的植物，或者種植一些空麻類的經(jīng)濟作物，針對植物的不同屬性和重金屬吸附能力，選擇種植合適的農(nóng)作物。 要針對土壤重金屬元素進行科學的監(jiān)測，科學施加化肥和農(nóng)藥，采用高效的種植方法，合理規(guī)劃種植計劃。

4.3 采用科學的修復(fù)方法

農(nóng)田土壤中有大量的重金屬污染，應(yīng)因地制宜，應(yīng)用科學的物理法、化學法綜合修復(fù)的技術(shù)。采用有針對性的科學修復(fù)方法，讓土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)得到恢復(fù)。 縮小客土法和換土法的范圍，整治重金屬污染的農(nóng)田，結(jié)合熱處理的方法，改良使用的技術(shù)。 生物修復(fù)的應(yīng)用方法比較廣泛，因此，重金屬污染面積比較大， 污染周期比較長的農(nóng)田，需要在土壤中加入一定的改良劑和生物炭，讓土壤重金屬元素得到更好的揮發(fā)，降低重金屬物質(zhì)的比重，讓修復(fù)處理的效果達到最好。

4.4 實驗室監(jiān)測技術(shù)

監(jiān)測農(nóng)田土壤重金屬污染方面的問題時，可以使用原子熒光光譜法和電化學儀器分析法，從而在樣本田間進行科學的采樣，處理土樣進行科學分析，從而監(jiān)測土壤中的重金屬含量。 實驗室監(jiān)測的方式，基體干擾比較小，準確度會比較高，分析的范圍比較寬。用實驗室監(jiān)測的方法對農(nóng)田土壤進行科學的修復(fù)，并對現(xiàn)狀進行調(diào)查和試驗，由于這樣的檢測方法涉及到大量的工作，所以監(jiān)測成本會比較高，分析周期會比較長。 在采集樣品的過程中會有一定的差錯發(fā)生，測量的結(jié)果會沒有準確性。

4.5 現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)

為了避免實驗室監(jiān)測方面的局限性，需要采用現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)連續(xù)監(jiān)測土壤重金屬的含量，利用土壤磁化率的監(jiān)測技術(shù)，讓土壤可以在外磁場作用下，感應(yīng)到其所產(chǎn)生的磁化強度，通過比重對土壤中重金屬污染進行監(jiān)測。 重金屬污染會加強土壤磁性，分析土壤磁化率與其化學元素污染的表征。 這種技術(shù)破壞性比較弱，在土壤研究的過程中，會有更廣泛的應(yīng)用。 由于土壤磁化率會導(dǎo)致土壤中的污染因素增加， 因此要準確判斷該技術(shù)帶來的污染程度與污染來源。 應(yīng)用現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)， 可以讓原子發(fā)射光譜分析法快速處理土壤重金屬污染，并進行實時的探測，分析土壤中的多種元素，讓研究對象再次受到污染。 通過半定量測量的手段，可以監(jiān)測實驗的靈敏度與檢測局限性。

4.6 磁化率技術(shù)監(jiān)測原理

在土壤磁學的研究過程當中，通常會用到磁化率技術(shù)，其測定的方法比較便利，能夠在野外現(xiàn)場進行監(jiān)測。 磁化率技術(shù)可以監(jiān)測土壤外磁場， 感應(yīng)其所產(chǎn)生的磁化強度和外加磁場強度。土壤磁化率往往會和母巖性質(zhì)， 水分的情況有關(guān)， 還會與土壤的有機質(zhì)組成含量息息相關(guān)，和人類的活動也有比較密切的關(guān)系，土壤中的重金屬污染會導(dǎo)致磁性大幅度增強，表土的磁測可以在一定程度上反映出土壤的污染狀況。 土壤的磁化率和化學元素可以反映出土壤中的重金屬含量，磁化率測量技術(shù)是一種高效率、靈活、破壞性較弱的檢測技術(shù)，在野外區(qū)域可以充分發(fā)揮出測量的優(yōu)勢，在土壤區(qū)域污染調(diào)查中得到了更加廣泛的應(yīng)用。 在土壤重金屬污染的具體修復(fù)工作當中，需要深入研究土壤磁化率，實時檢測城市中心與工業(yè)周圍地區(qū)土壤重金屬的污染程度。

綜上所述，作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，我們需要高度重視農(nóng)田土壤中的重金屬污染問題。 同時，針對目前我國農(nóng)田土壤重金屬污染的原因，探索科學的治理方法。 針對農(nóng)田土壤污染的特點，找到農(nóng)田土壤重金屬污染的源頭，采取合理高效的治理辦法，探索一個科學修復(fù)的技術(shù)措施，綜合當前主要的污染源頭施加科學的對策，嚴格治理農(nóng)田土壤重金屬污染問題。 加大力度保護農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)田土壤， 讓鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略發(fā)揮出巨大的價值。 應(yīng)用科學的檢測方法，同時要結(jié)合監(jiān)測樣點的數(shù)據(jù)對土壤重金屬污染進行實時的監(jiān)測管理，加強對農(nóng)田土壤重金屬空間分布規(guī)律的檢測，利用農(nóng)田土壤重金屬污染的調(diào)查評估方法，為農(nóng)田土壤提供切實的保障。