土壤重金屬污染現(xiàn)狀及檢測(cè)分析技術(shù)研究進(jìn)展

林美麗

（河北省唐山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河北唐山 063000）

近些年，我國(guó)土壤重金屬污染問題愈發(fā)嚴(yán)重，因重金屬污染而喪失使用價(jià)值的土地面積更是不斷增加，而想要消除重金屬污染對(duì)土壤的影響，必須加強(qiáng)相關(guān)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合土壤污染實(shí)際，對(duì)檢測(cè)手段進(jìn)行改進(jìn)。土壤重金屬污染檢測(cè)工作質(zhì)量應(yīng)在原有技術(shù)基礎(chǔ)上，不斷加大技術(shù)創(chuàng)新工作，重視檢測(cè)設(shè)備體系的研發(fā)與引入，充分結(jié)合具體工作需求以及檢測(cè)工作發(fā)展現(xiàn)狀，提高檢測(cè)技術(shù)的最終作業(yè)水平?，F(xiàn)階段，我國(guó)土壤重金屬檢測(cè)工作發(fā)展迅速，但因起步較晚等因素的影響，行業(yè)整體技術(shù)水平仍顯不足，從業(yè)工作者需針對(duì)性開展深入研究工作，精準(zhǔn)測(cè)量土壤中各類重金屬含量，為后續(xù)開展土壤保護(hù)以及重金屬污染治理方案創(chuàng)造有利條件。

1 土壤重金屬污染概述

土壤重金屬污染隸屬無機(jī)污染類別，危害性強(qiáng)，影響范圍廣。土壤中的重金屬離子無法被微生物分解，且這些重金屬會(huì)在土壤生物體內(nèi)不斷累積，并轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘约谆衔?，而這種化合物會(huì)隨著食物鏈而最終進(jìn)入人體，嚴(yán)重破壞人體健康?，F(xiàn)階段，土壤重金屬污染物主要有汞、鉛、銅、鎳、鐵、鋅等，這些重金屬在特殊價(jià)態(tài)下具備很強(qiáng)的毒性，而部分重金屬自身就有很強(qiáng)的毒性，如汞，而當(dāng)前最為常見的重金屬污染元素為鋅。當(dāng)這些重金屬元素伴隨著工農(nóng)業(yè)活動(dòng)進(jìn)入土壤后，其會(huì)與土壤緊密膠結(jié)，并會(huì)與土壤中原有的無機(jī)物或有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生新的重金屬化合物。此時(shí)，土壤性質(zhì)已發(fā)生改變，而這些重金屬化合物在被植物吸收后，其呈現(xiàn)毒性的化合價(jià)通常不會(huì)出現(xiàn)變化，而是直接進(jìn)入食物鏈。

此外，部分土壤重金屬元素在特殊環(huán)境下會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥榛衔?，而這種化合物與土壤之間的黏結(jié)能力更強(qiáng)，毒性與危害也更大。這些烷基化合物無法被生物分解，且與土壤粒子緊密貼合形成整體，并自帶吸附作用，這就導(dǎo)致其在進(jìn)入土壤后，很難通過常規(guī)檢測(cè)手段發(fā)現(xiàn)，危害性與破壞性極強(qiáng)。因此，應(yīng)不斷加大土壤重金屬污染技術(shù)研究與分析工作投入，借助新型檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并注重技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展，不斷提高土壤重金屬污染檢測(cè)精度，為后續(xù)治理工作創(chuàng)造有利基礎(chǔ)。

2 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

土壤遭受重金屬污染后，其自身的循環(huán)能力將極地下滑，大量有毒重金屬堆積，土壤的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益喪失。調(diào)查研究表明，土壤重金屬污染已成為限制我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，我國(guó)當(dāng)前受重金屬污染的土地面積已超過5 000萬畝，而這一數(shù)據(jù)依舊呈現(xiàn)連年遞增的態(tài)勢(shì)。土壤重金屬污染治理難度非常大，污染物自身的隱蔽性也很強(qiáng)，且污染帶來的破壞與影響極為深遠(yuǎn)，人類的生產(chǎn)生活無法有效進(jìn)行。綜合我國(guó)當(dāng)前土壤重金屬污染問題發(fā)展現(xiàn)狀，造成重金屬污染問題不斷加重的因素主要有以下兩點(diǎn)。

2.1 自然生態(tài)因素

我國(guó)很多地區(qū)存在成土母質(zhì)風(fēng)化現(xiàn)象，而這種自然現(xiàn)象為土壤中堆積重金屬元素創(chuàng)造有利條件，這些重金屬元素伴隨著自然降水以及地表水流動(dòng)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變，并在低洼區(qū)域大量堆積，導(dǎo)致土壤中重金屬元素含量大幅增加。

2.2 人類活動(dòng)因素

調(diào)查研究表明，人類活動(dòng)是造成土壤重金屬問題不斷加重的首要因素。伴隨著我國(guó)工業(yè)化發(fā)展不斷加快，很多不合理的發(fā)展建設(shè)模式已嚴(yán)重影響到我國(guó)生態(tài)建設(shè)工作，如礦山過度開采、大量工業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排放、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過量使用化肥與農(nóng)藥等，這些工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)象讓我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)象不斷加劇。

3 土壤重金屬污染帶來的危害

3.1 工業(yè)排放重金屬帶來的影響

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市生產(chǎn)生活垃圾總量連年攀升，加之各類不合理生產(chǎn)建設(shè)行為，最終導(dǎo)致土壤污染現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，污染帶來的破壞與影響不斷加深。此外，很多城市在發(fā)展化工產(chǎn)業(yè)過程中，未能及時(shí)跟進(jìn)廢水、廢氣與廢料處理工作，如機(jī)械加工、電鍍等生產(chǎn)活動(dòng)，其產(chǎn)生的廢棄物含有大量重金屬元素，相關(guān)企業(yè)與部分地方環(huán)保部門未能重視這些廢棄物的科學(xué)處理，大量重金屬元素進(jìn)入生態(tài)循環(huán)，最終導(dǎo)致土壤中重金屬元素含量不斷增加，污染問題不斷加重，土壤的生態(tài)效益與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益不斷削弱，部分土壤甚至完全失去使用價(jià)值。

3.2 重金屬污染造成農(nóng)作物品質(zhì)與產(chǎn)量下滑

土壤被重金屬元素污染后，土壤的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)將發(fā)生巨大改變，直接干擾農(nóng)作物生長(zhǎng)與發(fā)育，很多重金屬對(duì)植物本身形成巨大危害，最終導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)與產(chǎn)量極速地下滑。若土壤遭受鎘元素污染，綠色植物葉綠素結(jié)構(gòu)將被破壞，植物體光合作用減弱，并同時(shí)影響到植物根系對(duì)水分的吸收，植物生長(zhǎng)能力受到極大限制。研究表明，鉛元素也會(huì)對(duì)植物光合作用過程形成巨大破壞與干擾，并同時(shí)影響植物呼吸作用，弱化脂肪代謝強(qiáng)度，植物體耗氧量大幅增加，光合作用產(chǎn)生的糖分無法有效堆積，最終導(dǎo)致植物體死亡。此外，土壤被重金屬元素污染后，這些有毒重金屬會(huì)隨著農(nóng)業(yè)種植活動(dòng)而進(jìn)入人體，直接危害人體健康。例如，鎘元素進(jìn)入人體后，其會(huì)直接影響人體心腦血管系統(tǒng)，引發(fā)高血壓等心腦血管疾??；汞元素進(jìn)入人體后，會(huì)伴隨著新陳代謝而大量堆積在肝臟位置，直接破壞人體神經(jīng)系統(tǒng)，進(jìn)而引發(fā)一系列復(fù)雜疾病；鉛元素進(jìn)入人體后，正常的新陳代謝過程很難將其排出體外，當(dāng)其累積到一定程度，會(huì)造成神經(jīng)元反應(yīng)能力下滑，智力下降，骨骼強(qiáng)度下降。

3.3 重金屬污染對(duì)土壤內(nèi)部微生物功能發(fā)揮的影響

土壤微生物可起到優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，推動(dòng)土壤生態(tài)循環(huán)的作用。若土壤遭受重金屬污染，微生物的生存環(huán)境被破壞，代謝過程受到極大干擾，微生物總量快速下滑，活性細(xì)菌的作用難以發(fā)揮效用，土壤中生物量碳與有機(jī)碳的比值極速地削減，土壤肥力下降，土壤中微生物的功能與結(jié)構(gòu)發(fā)生徹底改變。根據(jù)我國(guó)環(huán)保部門的研究分析結(jié)果，鎘元素對(duì)土壤微生物生存能力形成的破壞最為嚴(yán)重，其直接削減微生物酶活性，尤其是對(duì)脲酶活性的影響最為直接。與此同時(shí)，重金屬元素還會(huì)造成土壤微生物數(shù)量大幅下降，原本穩(wěn)定的微生物群落結(jié)構(gòu)被打破，優(yōu)勢(shì)類群比例不斷下降，微生物多樣性與均衡性指數(shù)無法有效展現(xiàn)，土壤原有面貌徹底喪失，植物生長(zhǎng)面臨的問題更多，產(chǎn)量與品質(zhì)更是無從談起，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益難以保證。

4 土壤重金屬元素污染檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

4.1 土壤重金屬處理手段

現(xiàn)階段，技術(shù)工作者在對(duì)土壤進(jìn)行砷元素與汞元素檢測(cè)時(shí)，通常會(huì)采取鹽溶解的方式進(jìn)行分析計(jì)算。土壤汞元素檢測(cè)環(huán)節(jié)，應(yīng)按照1 ∶1的比例在土壤中加入鹽水煮沸，并持續(xù)溶解2h，待溶解液冷卻后，需加入硝酸-重絡(luò)酸鉀保存液，攪拌均勻后再加入硫酸-重絡(luò)酸鉀稀釋液進(jìn)行稀釋，此時(shí)，土壤中的汞元素已基本全部溶解到液體之中。砷元素檢測(cè)與汞元素檢測(cè)手段基本相同，但是，消解環(huán)節(jié)結(jié)束后，工作人員需要在稀釋液內(nèi)部加入硫腺-抗血酸溶液與（1+1）鹽酸溶液再次稀釋后，方可進(jìn)行上機(jī)檢測(cè)工作。若想分析土壤中銅、鋅、鉛等元素的含量，其處理過程更為復(fù)雜，且需要針對(duì)每種元素的化學(xué)特性，具體調(diào)整檢測(cè)前的處理步驟。銅、鋅、鉛等元素的檢測(cè)思路可基本概括為鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸，經(jīng)過這一系列分解后，重金屬元素基本與土壤分離，土壤原有結(jié)構(gòu)也被徹底破壞，檢測(cè)精度可得到一定的保障。但是，這系列復(fù)雜消解環(huán)節(jié)的實(shí)際操作較為困難，加之消解過程需精準(zhǔn)控制溫度，而電熱板中的溫度控制本身就很難進(jìn)行，工作人員添加各類酸的附加點(diǎn)就無法進(jìn)行有效把控，消解過程控制難度進(jìn)一步增加。若待檢測(cè)土壤消解不夠徹底，則需要多次加入相對(duì)酸，而這些物質(zhì)的添加時(shí)間點(diǎn)與量，更需要檢測(cè)人員具備足夠的專業(yè)技能與工作經(jīng)驗(yàn)。因此，土壤重金屬檢測(cè)工作實(shí)施前，應(yīng)對(duì)從業(yè)人員的專業(yè)水平進(jìn)行全面考核，確保人員對(duì)檢測(cè)過程的把控能力。銅、鋅、鉛等元素檢測(cè)消解過程加入的酸很多，消解時(shí)間很長(zhǎng)，其過程也很容易出現(xiàn)金屬損失或消解不完全的情況，而這些現(xiàn)象也會(huì)導(dǎo)致溶液中存在礦物晶體，最終影響到檢測(cè)精度。

4.2 光譜檢測(cè)技術(shù)

光譜檢測(cè)技術(shù)在當(dāng)前土壤重金屬檢測(cè)作業(yè)中十分常見，其檢測(cè)結(jié)果靈敏度很高，但是檢測(cè)成本投入較大，操作作業(yè)流程十分復(fù)雜，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較高，并需要消耗大量時(shí)間，檢測(cè)單位也要具備專業(yè)設(shè)備。此外，光譜檢測(cè)技術(shù)以X 射線作為主要檢測(cè)載體，因此，這種技術(shù)應(yīng)用時(shí)，會(huì)對(duì)檢測(cè)人員身體健康帶來一定影響。光譜檢測(cè)作業(yè)期間，工作人員需配備專業(yè)的防護(hù)設(shè)施，并嚴(yán)格按照專業(yè)技術(shù)操作進(jìn)行，從而避免X 射線帶來的傷害。光譜檢測(cè)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，因此，其技術(shù)發(fā)展也在逐漸轉(zhuǎn)向紫外可見光光度法。

4.3 電化學(xué)分析檢測(cè)技術(shù)

與光譜檢測(cè)技術(shù)相比，電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)更為便捷高效，工作人員無需在專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)即可完成土壤重金屬檢測(cè)工作。電化學(xué)分析檢測(cè)技術(shù)主要使用電化學(xué)傳感器，這種傳感器可對(duì)土壤中不同類別重金屬進(jìn)行快速分析，因此，檢測(cè)人員可在指定檢測(cè)作業(yè)區(qū)域快速完成土壤重金屬含量分析工作。電化學(xué)分析檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用廣泛，但是，其檢測(cè)過程也同樣受到外界因素的影響，若土壤中存在大量大分子顆粒、有機(jī)物以及表面活性劑等土壤污染物，檢測(cè)環(huán)節(jié)獲取到的數(shù)據(jù)精度將難以保障。我國(guó)土壤重金屬污染問題分布廣泛，因此，電化學(xué)分析檢測(cè)技術(shù)具備極好的發(fā)展前景，便捷高效的作業(yè)模式，更是受到眾多檢測(cè)工作者的歡迎，因此，相關(guān)科研機(jī)構(gòu)應(yīng)將電化學(xué)分析檢測(cè)作業(yè)設(shè)備研發(fā)放在重點(diǎn)位置，注重設(shè)備自身檢測(cè)精準(zhǔn)度與抗干擾能力的提升。

4.4 新型檢測(cè)技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)土壤重金屬污染的有效檢測(cè)，控制檢測(cè)作業(yè)成本，土壤檢測(cè)技術(shù)也在不斷優(yōu)化升級(jí)。

（1）生物傳感器檢測(cè)技術(shù)。生物傳感器檢測(cè)技術(shù)以綜合金離子與固定電極材料中特異性蛋白的合理運(yùn)用完成分析工作。檢測(cè)時(shí)，固定電極內(nèi)部的特異性蛋白結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生改變，而工作人員則可借助靈敏度電容信號(hào)傳感器，捕捉變化信號(hào)，從而完成土壤重金屬定量檢測(cè)工作，且可實(shí)現(xiàn)土壤重金屬含量變化的監(jiān)測(cè)分析?，F(xiàn)階段，行業(yè)技術(shù)人員借助生物傳感器，測(cè)量土壤水溶液中毒性化合物含量，從而分析出土壤重金屬污染現(xiàn)狀對(duì)微生物與植物生長(zhǎng)帶來的影響。但這種分析手段存在一定的應(yīng)用限制，土壤中生物活性以及環(huán)境要求較為苛刻，場(chǎng)景適應(yīng)能力較差。

（2）酶抑制檢測(cè)技術(shù)。酶抑制檢測(cè)技術(shù)主要分析重金屬離子與酶活性因子之間發(fā)生的反應(yīng)現(xiàn)象，這種反應(yīng)會(huì)造成酶活性因子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)發(fā)生改變，酶活性下滑，而工作人員在特定儀器的幫助下，可分析酶活性下滑程度，進(jìn)而判斷出重金屬含量。酶抑制檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用也存在諸多限制，其在操作時(shí)，工作人員無法直接觀察顯色劑的金屬離子、吸光度以及電導(dǎo)率等信息的變化情況，必須要借助專業(yè)的儀器設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。當(dāng)前，酶抑制檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于食品重金屬含量檢測(cè)工作之中。

（3）免疫分析檢測(cè)技術(shù)。免疫分析檢測(cè)技術(shù)以免疫分析法為核心，具備較高的靈敏度與獨(dú)特性，但是，技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)也存在很高的難度與操作復(fù)雜性，工作人員應(yīng)合理運(yùn)用化合物，保留土壤重金屬離子綜合性及其空間結(jié)構(gòu)，從而保證這些重金屬離子可具備足夠的氧化還原條件，進(jìn)而為免疫分析法的進(jìn)行創(chuàng)造有利條件。免疫分析法應(yīng)保證載體蛋白可接受綜合離子化合物，并與其發(fā)生免疫反應(yīng)，進(jìn)而分析出綜合離子化合物的具體含量。此外，檢測(cè)工作者也要選擇特定抗體，針對(duì)性開展重金屬離子化合物的綜合性檢測(cè)工作，從而不斷提高檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果的精準(zhǔn)性與參考利用價(jià)值。

（4）太赫茲光譜檢測(cè)技術(shù)。太赫茲光譜檢測(cè)技術(shù)以分子內(nèi)部或分子間存在的相互激勵(lì)作用為核心，判斷激勵(lì)作用強(qiáng)度，從而完成土壤重金屬元素含量的監(jiān)測(cè)工作。太赫茲光譜檢測(cè)技術(shù)是一種新型的監(jiān)測(cè)手段，工作人員在特定儀器設(shè)備幫助下，分子內(nèi)部或分子間激勵(lì)作用產(chǎn)生的振動(dòng)將被作為能量吸收判定，儀器設(shè)備可對(duì)這一能量數(shù)值進(jìn)行分析，進(jìn)而顯示出土壤內(nèi)部重金屬離子化合物的具體含量。近些年，太赫茲光譜檢測(cè)技術(shù)已得到檢測(cè)科研人員的重視，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展也不斷加快。

5 結(jié)束語

土壤重金屬污染嚴(yán)重影響人類生存與發(fā)展，合理實(shí)施土壤重金屬污染監(jiān)測(cè)工作是推動(dòng)污染治理工作有序?qū)嵤┑幕A(chǔ)條件，因此，應(yīng)不斷加大檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化與創(chuàng)新改革，注重最終結(jié)果獲取效率?，F(xiàn)階段，檢測(cè)工作更注重分析過程的便利性與檢測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度，此外，檢測(cè)環(huán)節(jié)也要具備綠色環(huán)保特性，因此，各類新型檢測(cè)技術(shù)正快速興起，行業(yè)科研人員應(yīng)保持對(duì)技術(shù)應(yīng)用的正確理解，加快技術(shù)升級(jí)工作，改進(jìn)技術(shù)應(yīng)用模式，進(jìn)而不斷提高土壤重金屬污染狀況的分析效率，提高分析數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度，幫助相關(guān)部門及時(shí)落實(shí)更為可靠的土壤重金屬污染治理方案。