土壤重金屬污染現(xiàn)狀及檢測(cè)技術(shù)研究

朱 彤

（合肥誠(chéng)鑫環(huán)境檢測(cè)有限公司，安徽合肥 230000）

1 土壤重金屬概述

重金屬污染是土壤無(wú)機(jī)物污染中危害最大的一種污染種類，這主要是因?yàn)橥寥乐械奈⑸餆o(wú)法分解重金屬，導(dǎo)致重金屬越來(lái)越多地聚集在土壤中，最終進(jìn)入到動(dòng)物、植物、人體中，或者轉(zhuǎn)化為甲基化合物這種有著很強(qiáng)毒性的物質(zhì)。重金屬一旦進(jìn)入食物鏈就會(huì)對(duì)人類機(jī)體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。當(dāng)前汞、鉛、銅、鎳、鐵、鋅等都是土壤中十分常見(jiàn)的重金屬污染物，這些物質(zhì)本身毒性較強(qiáng)，如果在特殊條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，還會(huì)產(chǎn)生新的有毒有害物質(zhì)，最終會(huì)改變土壤性質(zhì)，威脅植物健康生長(zhǎng)，甚至進(jìn)入到人體，嚴(yán)重?fù)p害人體健康。

有的重金屬在土壤中受到各種條件影響會(huì)轉(zhuǎn)化為具有更強(qiáng)毒性的烷基化合物，其有著更大的危害。重金屬本身有著較強(qiáng)的吸附性，而重金屬又存在分解難度大的特點(diǎn)，往往會(huì)融合在土壤中難以及時(shí)被消除，這就導(dǎo)致出現(xiàn)受到重金屬污染的土壤。重金屬本身也具備一定的吸附作用，一旦進(jìn)入到土壤后很難被消除、被發(fā)現(xiàn)，通常需要借助專業(yè)的檢測(cè)設(shè)備由專業(yè)的檢測(cè)人員檢測(cè)，才能發(fā)現(xiàn)土壤中的重金屬，才能進(jìn)一步采取治理措施。

2 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

土壤自身循環(huán)能力會(huì)受到重金屬土壤的污染嚴(yán)重降低。我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要限制因素之一就是土壤重金屬污染，我國(guó)已經(jīng)有超過(guò)5000萬(wàn)畝的土壤受到重金屬污染，并且該數(shù)值呈現(xiàn)逐漸上漲的趨勢(shì)。土壤重金屬不但具有隱蔽性，而且很難治理，這對(duì)于人類的正?；顒?dòng)以及未來(lái)發(fā)展都十分不利。對(duì)當(dāng)前發(fā)展情況進(jìn)行分析可知，我國(guó)當(dāng)前面臨著較為嚴(yán)峻的土壤重金屬污染問(wèn)題，而造成土壤重金屬污染的原因主要包括如下兩點(diǎn)：

（1）自然環(huán)境。成土母質(zhì)風(fēng)化是當(dāng)前我國(guó)很多地區(qū)存在的土壤問(wèn)題，這就導(dǎo)致重金屬積累條件更加適宜，加上惡劣天氣和水源作用等方面的影響會(huì)改變重金屬元素結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤中重金屬元素含量也產(chǎn)生一定的變化。

（2）人類活動(dòng)。我國(guó)工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程不斷推進(jìn)，有的企業(yè)盲目追求經(jīng)濟(jì)效益，沒(méi)有經(jīng)過(guò)國(guó)家批準(zhǔn)私自開(kāi)采、過(guò)度開(kāi)采礦山，隨意排放工業(yè)污水，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中增加了化肥和農(nóng)藥的使用量，這些人類活動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬污染程度增加。

3 土壤重金屬危害

3.1 影響農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)

農(nóng)作物生長(zhǎng)于受到重金屬污染的土壤中會(huì)難以正常地發(fā)育，產(chǎn)量和品質(zhì)都會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重降低的情況。比如如果土壤中含有較多的鎘元素，那么鎘元素會(huì)進(jìn)入到植物體中，破壞植物葉片中的葉綠素結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致植物根系吸收水分的能力降低，植物無(wú)法正常地完成光合作用、無(wú)法正常吸收養(yǎng)分，導(dǎo)致生長(zhǎng)受到抑制。又如鉛會(huì)從很大程度上影響植物的光合作用，導(dǎo)致脂肪代謝強(qiáng)度弱化，升高了植物的耗氧量，導(dǎo)致植物的生長(zhǎng)受到抑制，甚至出現(xiàn)死亡的問(wèn)題，導(dǎo)致農(nóng)作物大量減產(chǎn)。更為嚴(yán)重的是，生長(zhǎng)于重金屬污染土壤中的植物果實(shí)中會(huì)含有重金屬元素，當(dāng)農(nóng)作物進(jìn)入食物鏈流入到人體中，會(huì)嚴(yán)重危害人體健康。比如人體內(nèi)如果鎘元素過(guò)多會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)高血壓、心腦血管疾??；汞進(jìn)入人體會(huì)對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟功能產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷。這些重金屬進(jìn)入到人體內(nèi)很難被排除，其長(zhǎng)期聚集在人體內(nèi)會(huì)影響人體健康水平，當(dāng)重金屬在人體內(nèi)含量過(guò)高時(shí)甚至?xí)l(fā)人體死亡。

3.2 影響微生物群落

如果土壤中重金屬含量過(guò)高那么會(huì)從很大程度上影響微生物的生存和代謝活動(dòng)，導(dǎo)致降低微生物的整體數(shù)量，難以充分發(fā)揮有益細(xì)菌的作用，導(dǎo)致極大降低產(chǎn)生的生物量碳和有機(jī)碳比值，減弱微生物的呼吸作用，無(wú)法明顯改變土壤中微生物的功能和結(jié)構(gòu)。比如有研究顯示，土壤中含有鎘元素過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響生物和酶活性，尤其是會(huì)嚴(yán)重降低脲酶活性。受到重金屬污染影響的土壤不適合微生物存活，會(huì)降低微生物水量，導(dǎo)致土壤微生物群落構(gòu)成發(fā)生改變，降低優(yōu)勢(shì)類群比例，無(wú)法展現(xiàn)出原本多樣性和均勻性指數(shù)。土壤一旦受到重金屬污染僅僅依靠自身難以及時(shí)恢復(fù)原貌，不利于各種微生物、植物、動(dòng)物的生長(zhǎng)，甚至對(duì)種植人員、食物鏈中的人產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。

4 土壤重金屬污染檢測(cè)技術(shù)

4.1 調(diào)查研究目標(biāo)區(qū)域

為了更加全面地了解土壤遭受重金屬污染的情況和程度，需要精細(xì)化地檢測(cè)遭受污染的區(qū)域，精準(zhǔn)地確定重金屬污染的土壤的重金屬物質(zhì)種類和含量?？梢圆捎谜{(diào)查、走訪等形式將污染最為嚴(yán)重的土壤區(qū)域初步確定，通過(guò)查看農(nóng)作物生長(zhǎng)、周邊樹(shù)木的情況，和周圍居民進(jìn)行溝通了解受污染區(qū)域的大概情況，然后詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計(jì)土壤檢測(cè)區(qū)域、檢測(cè)方法，準(zhǔn)備好檢測(cè)設(shè)備。

4.2 目標(biāo)地的取樣調(diào)查

在將檢測(cè)區(qū)域基本劃定后需要檢測(cè)人員進(jìn)行取樣，從監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)的土壤選取具有代表性的土樣。工作人員要從測(cè)定區(qū)域均勻分布的土壤中選取一定的樣品，這種樣品的代表性強(qiáng)，可以更好地反映出受污染區(qū)域土壤的實(shí)際情況，能夠保證檢測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際污染情況更加接近。技術(shù)人員在取樣時(shí)要將取樣點(diǎn)的位置詳細(xì)地標(biāo)注在地圖上，為后期進(jìn)行土壤污染分布圖的繪制提供一定的數(shù)據(jù)支持，保證繪制的分布圖更加準(zhǔn)確。在完成取樣后需要簡(jiǎn)單地處理所取的土壤樣品，通過(guò)對(duì)其中的水分、垃圾、其他雜質(zhì)進(jìn)行處理提高土樣的接近度。工作人員可以先處理土壤樣品中的水分，通過(guò)自然晾干的方式清除大部分水分。分離雜質(zhì)時(shí)可以使用過(guò)濾、篩選等措施，得到的干燥潔凈的樣品后要合理保存或者立刻進(jìn)行重金屬檢測(cè)。

4.3 土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)

4.3.1 光譜檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)前土壤重金屬檢測(cè)中最為常用的技術(shù)之一就是光譜檢測(cè)技術(shù)，其靈敏度較強(qiáng)，但是有著較高的檢測(cè)成本，十分復(fù)雜的檢測(cè)操作流程，需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間，對(duì)設(shè)備方面、檢測(cè)人員的技術(shù)水平方面都有著較高的要求。X 射線是光譜檢測(cè)的主要物質(zhì)，但是X 射線的電離性較強(qiáng)，在檢測(cè)中可能會(huì)傷害人體健康，為此，如果采用光譜檢測(cè)方法需要提前做好防護(hù)措施，佩戴防護(hù)裝置，熟練地掌握每項(xiàng)操作步驟，避免在檢測(cè)過(guò)程中受到傷害。雖然光譜檢測(cè)技術(shù)準(zhǔn)確度高，但是卻難以在現(xiàn)場(chǎng)快速準(zhǔn)確地檢測(cè)土壤重金屬，當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)最常用的檢測(cè)方式為紫外可見(jiàn)光光度法。

4.3.2 電化學(xué)分析檢測(cè)技術(shù)

電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)比光譜檢測(cè)技術(shù)更加安全，其主要是利用電化學(xué)傳感器檢測(cè)土壤中的重金屬物質(zhì)。當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于電化學(xué)檢測(cè)設(shè)備當(dāng)中，可以在土壤重金屬污染區(qū)域快速完成現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。該檢測(cè)方式快速便捷，有著較為簡(jiǎn)單的操作流程，但是在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)容易受到顆粒物、有機(jī)物、表現(xiàn)活性劑等土壤污染物的影響而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性不高，所得到的數(shù)據(jù)參考價(jià)值也有待進(jìn)一步提高。所謂電化學(xué)分析檢測(cè)技術(shù)需要進(jìn)一步地改進(jìn)優(yōu)化，重點(diǎn)研究該技術(shù)抗干擾能力和準(zhǔn)確性。

4.3.3 新型檢測(cè)技術(shù)

（1）生物傳感器檢測(cè)技術(shù)。該方法主要是利用了金離子可以和電極特異性蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的原理，金離子能夠改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且利用電容信號(hào)傳感器定量、準(zhǔn)確地檢測(cè)土壤中的重金屬物質(zhì)，保證工作人員能夠有效地檢測(cè)分析土壤重金屬中的含量變化情況。當(dāng)前都可使用生物傳感器精準(zhǔn)地檢測(cè)水溶液中的毒性化合物含量，但是在實(shí)際土壤重金屬污染檢測(cè)中該技術(shù)的應(yīng)用還存在一定的不足，因?yàn)樵摷夹g(shù)對(duì)環(huán)境、生物活性有著較高的要求，所以生物傳感器技術(shù)難以廣泛地應(yīng)用。

（2）酶抑制檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)主要利用的是酶活性因子遇到重金屬離子會(huì)發(fā)生甲硫酸反應(yīng)的原理，重金屬會(huì)導(dǎo)致酶活性因子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)均發(fā)生改變，導(dǎo)致酶的活力極大降低。在進(jìn)行土壤重金屬監(jiān)測(cè)時(shí)可以借助相關(guān)儀器進(jìn)行檢測(cè)工作。但是在具體實(shí)踐中，難以對(duì)顯色劑的金屬離子、吸光度、電導(dǎo)率等變化情況進(jìn)行直觀的察看，需要借助光電信號(hào)將土壤重金屬含量變化和酶系統(tǒng)之間的關(guān)系顯示出來(lái)。當(dāng)前在環(huán)境、食品等重金屬檢測(cè)中常使用酶抑制檢測(cè)技術(shù)。

（3）免疫分析檢測(cè)技術(shù)。該方法主要利用化合物和重金屬離子之間綜合性的原理，檢測(cè)靈敏度較高，是一種獨(dú)特的檢測(cè)重金屬的方法。在具體應(yīng)用中需要高度重視免疫分析檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，檢測(cè)中要將空間結(jié)構(gòu)預(yù)留出來(lái)保證氧化還原反應(yīng)能夠充分完成，進(jìn)而確保綜合離子可以和載體蛋白之間充分發(fā)生免疫反應(yīng)。此外，要選擇特殊抗體綜合性地檢測(cè)重金屬離子，從而將檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性提高。

5 土壤重金屬污染治理技術(shù)

5.1 物理修復(fù)技術(shù)

土地深耕、去土換土是最為常用的物理修復(fù)方法。物理修復(fù)技術(shù)可以高效率地去除土壤中的重金屬，但是有著十分明顯的缺點(diǎn)，比如需要投入大量的資金，有著較大的工程量，需要耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力和物力，并且會(huì)從很大程度上破壞農(nóng)田，所以這種方法在污染面積較小的區(qū)域中適用。

和傳統(tǒng)的物理修復(fù)方法相比，電動(dòng)修復(fù)更加快捷，可以節(jié)約成本，控制更加方便，不會(huì)損害土壤結(jié)構(gòu)。在具體治理中，工作人員在受到重金屬污染的土壤中插入兩個(gè)電極，在直流電壓影響下，重金屬離子會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移和富集的現(xiàn)象，然后在另一端析出。這種方法在滲透性較低的黏土地質(zhì)中應(yīng)用效果良好。

有的重金屬污染土壤中含有Se、As、Hg 等容易揮發(fā)的物質(zhì)，此時(shí)可以使用熱處理修復(fù)技術(shù)析出這些有害物質(zhì)，這種方法十分便捷，操作十分容易，但是會(huì)消耗大量的電能，會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，發(fā)生污染問(wèn)題。在具體實(shí)踐中很少會(huì)采取這種治理方法。

5.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)淋洗技術(shù)和穩(wěn)定固化修復(fù)技術(shù)是當(dāng)前化學(xué)修復(fù)技術(shù)中最為常用的兩種方法。在使用化學(xué)淋洗修復(fù)技術(shù)時(shí)首先要檢測(cè)分析土壤受污染的程度和其中重金屬物質(zhì)種類、含量等，然后做好淋洗液的合理選擇，通過(guò)清洗將土壤中的重金屬物質(zhì)去除干凈?；瘜W(xué)淋洗技術(shù)有著十分簡(jiǎn)單的操作方式，但是并不適用于所有的土質(zhì)，這主要是因?yàn)樵摲椒▽?duì)土壤土質(zhì)要求較高，如果沒(méi)有合理選擇淋洗液反而會(huì)二次污染土壤環(huán)境。

穩(wěn)定固化修復(fù)技術(shù)主要是通過(guò)鈍化操作將土壤中重金屬的釋放含量控制住，從而將土壤金屬物質(zhì)遷移性降低，避免重金屬污染物遷移到農(nóng)作物內(nèi)部，從而阻斷了重金屬的傳輸，避免傷害人體。電廠灰、鐵錳氧化物和石灰等物質(zhì)都是常見(jiàn)的穩(wěn)定固化修復(fù)常用的材料。不過(guò)該方法是一種非永久性修復(fù)方法，無(wú)法徹底清除土壤中的重金屬。

比如在處理汞類重金屬污染的土壤時(shí)，可以按照汞處理方法處理土壤中的污染物。首先，在沸水中溶解（1+1）鹽水，經(jīng)過(guò)2h 后冷卻，然后將硝酸-重鉻酸鉀存液加入其中，之后上機(jī)檢測(cè)硫酸-重鉻酸鉀稀釋液。砷和汞的消解方法類似，但是上機(jī)前稀釋溶液選擇的是硫脲-抗血酸溶液與（1+1）鹽酸溶液。在處理銅、鋅、鉛之類的污染物時(shí)，由于各個(gè)元素特點(diǎn)不一，所以有著更加復(fù)雜的處理方法，處理前所用的方法或多或少存在一些不同。不過(guò)穩(wěn)定固化修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用流程基本為鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸。這種處理方式會(huì)徹底破壞土壤結(jié)構(gòu)才能保證試液中融入全部待測(cè)元素。在具體實(shí)踐中有著更加復(fù)雜的消解流程，難以控制電熱板中的溫度，也難以準(zhǔn)確地把握加酸時(shí)間點(diǎn)，所以難以控制消解過(guò)程。如果遇到不完全消解的現(xiàn)象，就要將相對(duì)的酸多次加入，這些復(fù)雜的工作都需要專業(yè)的人員完成，并且需要嚴(yán)格考核各個(gè)流程。只有檢測(cè)技術(shù)水平高且經(jīng)驗(yàn)豐富的人員才能順利地進(jìn)行操作。如果消解過(guò)程中加入的酸過(guò)多那么會(huì)延長(zhǎng)消解時(shí)間，損失部分金屬，消解不完全還會(huì)導(dǎo)致土壤中的礦物晶體受到破壞，這些因素都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

5.3 生態(tài)修復(fù)技術(shù)

所謂生態(tài)修復(fù)就是將傳統(tǒng)耕作模式逐漸轉(zhuǎn)變，通過(guò)種植一些可以吸收土壤中重金屬的物質(zhì)達(dá)到土壤修復(fù)，可以利用食物鏈模式將土壤中的重金屬物質(zhì)含量逐漸減輕或者去除。在使用生態(tài)修復(fù)技術(shù)過(guò)程中需要技術(shù)調(diào)整農(nóng)作物的種類，做好有機(jī)肥的合理施加，同時(shí)將工業(yè)化肥的使用量減少。當(dāng)前常見(jiàn)的生態(tài)修復(fù)方法比如調(diào)節(jié)控制土壤pH，進(jìn)行土壤養(yǎng)分和水分的適量改變，有效引導(dǎo)將重金屬物質(zhì)含量減少。生態(tài)修復(fù)技術(shù)比其他修復(fù)方法可操作性更強(qiáng)，可以節(jié)省資金，有著較為成熟的技術(shù)，但是需要較長(zhǎng)的修復(fù)時(shí)間。

6 土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)發(fā)展

當(dāng)前我國(guó)存在很多土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)，有著較為理想的應(yīng)用效果。不過(guò)隨著重金屬污染問(wèn)題的不斷增加，需要更加深入地研究重金屬檢測(cè)技術(shù)，只有這樣才能滿足未來(lái)環(huán)境發(fā)展的需求。當(dāng)前大多重金屬檢測(cè)技術(shù)都有著較為完善的檢測(cè)流程，但是在使用部分檢測(cè)技術(shù)過(guò)程中還會(huì)受到檢測(cè)過(guò)程、檢測(cè)設(shè)備方面的影響而出現(xiàn)一定的不足。在后續(xù)發(fā)展中，需要加大創(chuàng)新力度，進(jìn)一步提高土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)水平。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)檢測(cè)土壤重金屬污染情況可以明確土壤污染程度，保證相關(guān)工作者可以選取合理的治理方法，降低土壤污染，減少重金屬對(duì)人體產(chǎn)生的不良影響。