鋅同位素示蹤技術在土壤污染溯源中的應用研究

吳益陽

摘 要：目前社會經(jīng)濟實現(xiàn)了快速發(fā)展，但是我國的環(huán)境問題受到了不良的影響，特別是土壤的重金屬如鋅污染問題日益嚴重，但是土壤中鋅的來源廣泛，所以需要盡快地查明污染鋅的來源并進行整治。隨著同位素示蹤技術的普遍應用，土壤中使用同位素追蹤污染鋅的來源成為了可能。本文通過研究同位素示蹤技術的國內(nèi)外發(fā)展及應用現(xiàn)狀，總結了同位素示蹤技術的優(yōu)點及不足，并提出了一些改進方法。

關鍵詞：鋅；同位素示蹤技術；土壤污染；溯源

引言

俗話說民以食為天，如果種植作物的土壤受到了污染，將會影響食用作物的安全性，我國出臺了“土壤污染防治行動計劃”，決定嚴加治理土壤的污染問題。之前對土壤鋅污染的研究，大多著重于研究土壤中鋅污染的分布形式和對生態(tài)環(huán)境的危害等方面，但是對于鋅污染的來源、每種污染源的對鋅污染的貢獻程度還沒有實際的進行研究，限制了對土壤鋅污染系統(tǒng)的研究。同位素示蹤技術的快速發(fā)展為土壤中鋅污染的研究提供了可能，使用同位素示蹤技術不僅可以確定土壤中污染的來源，而且可以具體分析出各種污染物質對土壤中鋅污染的影響程度。

1、導致土壤中含有污染鋅的來源

總的來說土壤中的鋅污染來源的主要有三個方面，第一是城市的經(jīng)濟快速發(fā)展導致的鋅污染，這種鋅污染主要由城市的生活廢棄垃圾、工業(yè)生產(chǎn)活動產(chǎn)生的垃圾等導致，這種鋅污染主要分布在離城市稍遠的工業(yè)園區(qū)，城市的商業(yè)經(jīng)濟區(qū)則不是那么明顯。第二是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中導致的鋅污染，主要是由于過度使用化肥和農(nóng)藥造成的，特別是有些化肥和農(nóng)藥添加有各種磷、鋅及混雜的元素。根據(jù)對我國土壤中重金屬元素的測量，每千克土壤中含有169.4到768.8毫克的鋅，并且長期使用各種化肥導致土壤中鋅污染的增加。第三是城市郊區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)導致的鋅污染，主要包括工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢液和廢氣，礦產(chǎn)采集過程中排放的礦渣。

2、鋅同位素能夠實現(xiàn)示蹤的原因

同一個化學元素中兩個及其以上原子序數(shù)相同的元素叫做同位素。鋅的同位素主要有五個，分別是第64位的鋅，其中子數(shù)為34，近似豐度為48.63%；第66位的鋅，其中子數(shù)為36，近似豐度為27.90%；第67位的鋅，其中子數(shù)為37，近似豐度為4.1%；第68位的鋅，其中子數(shù)為38，近似豐度為18.75%；第70位的鋅，其中子數(shù)為40，近似豐度為0.62%。

同位素往往會形成分餾現(xiàn)象，也就是同位素在不同的物質間進行分配時互占據(jù)不同的比例，鋅當然也會有同位素分餾現(xiàn)象，鋅的同位素分餾主要由污染源的成分組成和熱力學中的分餾作用影響，主要影響條件有溫度、相關的無機過程、壓力和有機進程如生物活動，可以通過三種相關的礦物學分離過程，再次進行沉積與淋漓沐浴和沉淀分別達到不同的分餾效果。在多種含有鋅的環(huán)境中鋅的主要載體都是含有鋅的閃礦，為了得到閃鋅礦在不同過程的轉移階段，可以使用同位素追蹤技術。

邁克爾漢進行了對高精度的同位素鋅的測量，總結了部分鋅的同位素的變化，并記錄在儲庫中，這標志著了對鋅的同位素的研究進入了蓬勃發(fā)展的階段。第66位鋅的同位素在陸地上的總體變化范圍在小于鋅的同位素0.91，在月球表面和隕石中變化范圍在小于鋅的同位素5.44。不同的礦物中鋅的同位素組成和含量不同，根據(jù)要測得的礦物中鋅的同位素的含量，然后和鋅的同位素的存儲庫中的存儲的樣品進行對比，可以確定這種礦物的鋅來源是一種還是幾種，以及每種來源中鋅的同位素的含量的多少。目前在測量地球在寒武紀時期的環(huán)境的變化和形成過程，礦物的形成過程，環(huán)境的變化過程等方面大量的應用。

3、鋅同位素示蹤技術在土壤污染源測量中的應用

之所能夠使用鋅的同位素示蹤技術測量出土壤中污染鋅的組成情況，是因為受污染的污染源中鋅的同位素的組成和自然中沒有污染的鋅的同位素的組成有著很大的差別。總的來說，國外對鋅的同位素的污染源的示蹤技術的研究領先于國內(nèi)一定的水平。國外的研究工作主要有以下這些：爵漢等研究了人工通過熱蒸餾制作出的純鋅、通過化學電鍍方法提取的鋅、純度很高的化合物中的鋅和易腐爛食品中的鋅的第66位同位素的含量的范圍，并將之和普通土壤中的鋅的66位同位素的含量進行對比，發(fā)現(xiàn)前者中第66位鋅的同位素的含量遠遠小于后者。威尼斯通過對芬蘭地區(qū)的土壤進行同位素示蹤研究，發(fā)現(xiàn)被污染的地方中土壤的同位素的含量，與礦產(chǎn)行業(yè)開采的礦石中的鋅的同位素含量基本相同，所以可以斷定芬蘭此地區(qū)土壤中的鋅污染主要來源于本地的礦采行業(yè)中的礦石。思高妮對比利時某些地區(qū)的廢棄的冶煉廠附近的土壤進行研究分析，發(fā)現(xiàn)冶煉廠周圍土壤的鋅的同位素隨著時間會有所變化，得出了使用蒸餾方法進行精煉時會導致產(chǎn)生的廢氣中鋅的同位素的含量大大增加的結論。

國內(nèi)也有些學者對此進行了研究，主要有以下研究內(nèi)容，李歡研究了位于法國的塞納河周圍的土壤，通過研究鋅的同位素的組成發(fā)現(xiàn)，在河段附近土壤的顆粒物含量較低的時候，即使有眾多的微生物的生物作用、顆粒物的吸收、太陽光照的蒸發(fā)等等，但是鋅的同位素的含量仍然基本保持不變，并且通過對河段周圍土壤的鋅的同位素含量測量發(fā)現(xiàn)，化學污水處理廠的廢水是導致河水附近土壤中的鋅的污染的主要原因，占據(jù)污染土壤的鋅同位素含量的百分之七十左右，自然物質循環(huán)中的造成的鋅的含量不超過百分之三十。

4、對未來同位素示蹤技術的期望

土壤中的重金屬污染的治理如鋅污染的治理是一個復雜的問題，這個問題不是一個獨立的問題而是許多因素綜合的問題，因為土壤中污染鋅的來源多種多樣，對于多污染源的來源并不是十分明確的確定。對此的解決辦法之一是將鋅、鉛等同位素的測量相互補充，這樣可以解決對單一的同位素示蹤進行測量時產(chǎn)生的多個結果，原因是礦物中的金屬元素在形成過程中就是相互之間有影響的，所以在測量時如果只對單一的元素進行測量，則會影響測量的精度。對土壤中銅、鉛等同位素的測量已經(jīng)取得了較好的效果，但是在如何進行同位素的分餾、如何采集樣本建立存儲庫、如何解決同位素示蹤過程中的多個結果的問題還需要進行深入的研究。雖然目前鋅的同位素示蹤技術具有廣泛的應用前景，但是還有一些不足之處，第一是同位素示蹤技術中如何分餾進行沒有系統(tǒng)的研究，而對同位素分餾體系的研究是同位素示蹤技術的基礎，現(xiàn)有的對分餾體系的初步研究還不夠完善，需要更加深入地研究。第二是同位素示蹤技術中使用多個同位素進行示蹤的應用還不成熟，主要還是對單一的同位素示蹤技術的研究，所以要加強利用多個同位素示蹤技術在土壤污染源的來源和轉化過程的應用研究。第三是目前建立的同位素示蹤技術的基礎庫還不夠完善，大部分是地質中的基礎庫，還需要加強人類的生活活動對土壤中同位素元素的影響的研究，利用該技術補全存儲庫中鋅的同位素的數(shù)據(jù)。

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