土壤金屬污染物成因與變化趨勢研究

楊中瑞(陜西省地質調查實驗中心，陜西 西安 710000)

0 引言

重金屬物質是土壤污染中的重要污染源之一，這種污染在土壤中難以分解，不會流失，在經過食物鏈的循環后，會對人體健康產生較大的危害。本身金屬污染存在較大的隱蔽性特點，近年來工業的快速發展以及農業用地的過度使用等，都使土壤的金屬污染情況加劇，要想對其進行有效的防治，需要使用合理的技術進行污染物檢測，以掌握污染的實際情況，這樣才能更科學的制定防治方案。

1 土壤金屬污染的現實狀況

為了能夠更好的推動我國經濟的發展，政府對于工業產業的發展給與了很大力度的支持，使工業得到了迅速的發展，而工業發展得到推動的同時，給環境帶來的危害也較大，由于工業廢水的大肆排放，使得環境污染問題逐漸嚴重。另外，社會進步發展的過程中，城市污水的排放量在逐漸增加，有關污水排放管理方面存在的問題，使得污染進一步加劇，有很多沒有經過處理的污水排入到河流中，工業廢水以及生活污水中很多都存在重金屬物質，而受到污染的水體在被應用后，就會使土壤出現金屬污染。再者，我國對能源資源的需求很大，在進行有色金屬開采時，也會容易使重金屬得到大量的積累，使周圍土壤中的重金屬物質增多，引起土壤金屬污染。

2 土壤金屬污染物成因

2.1 農耕用藥灌溉引起污染

我國屬于農業大國，由農業領域引起的土壤金屬污染情況是比較嚴重的。關于我國耕地土壤出現污染的成因主要從兩方面分析，包括污水灌溉污染和農耕用藥污染。從有關數據調查中可以得知，因為污水灌溉而引起的污染累積已經達到約500萬公頃，而其中含有重金屬物質的土壤面積就占據總污染面積的三分之二左右。由于土壤受到金屬污染，耕地中收獲的農業作物大大減產，因此也帶來較大的經濟損失。由于污水灌溉，土壤中重金屬Hg、Cd、Cr、Pb等含量逐漸增多[1]。另外，在農業生產中，農藥的使用是不可避免的，但是農藥的使用會對土壤產生污染。通常農藥中都含有一定的重金屬物質，對農作物施加農藥后，土壤中會殘留農藥，因而對土壤產生污染。由農藥引起的土壤污染分為間接和直接作用，有些農藥的使用需要拌和后直接施加，這樣污染物就存在于土壤中。而有些農作物是通過噴灑農藥，液體藥劑通過噴霧作用在農作物表面，而土壤表面會接觸到農藥殘留，進入土壤后，就會引起污染。

2.2 工業引起污染

在進行工業生產時，過程中會出現較多的粉塵和廢氣，其中就含有較多的重金屬成分，而經過大氣的自然沉降或者是降雨，就會被帶入土壤中。有數據調查，每年通過化石燃料和煤的燃燒被排放到大氣中的Hg含量最高，另外還有Pb、Cd、As、Zn等。這些金屬污染物對土壤的污染變化趨勢主要是以工廠為核心，順風向延伸。另外，工業中有關固體廢棄物的處理也會容易引起土壤污染。在填埋、堆放時，由于外部環境的作用，重金屬物質發生移動，以輻射狀擴散到周圍水體和土壤中。還有部分固體廢棄物被用作肥料施加到土壤中，也會引起土壤金屬污染。比如磷石膏屬于一種化肥工業廢物，具有含磷化合物，對于酸性土壤有一定的改良作用，因而被用到土壤中，但是這個過程中也增加了土壤中的Cr、Pb、Mn、As等含量[2]。

3 金屬污染物檢測技術

3.1 光譜檢測

這種檢測技術是金屬污染物檢測中比較常用的，突出的優點是檢測的靈敏度較好。這種檢測中需要使用X射線，而X射線的電離性較強，在進行檢測的過程中，相關人員需要做好自身的防護，避免對人體產生傷害。同時，進行檢測時，要嚴格的按照專業操作流程進行操作，光譜檢測土壤中金屬污染物含量需要先進行采樣，不能實現現場檢測，可以使用分光光度法進行檢測。

3.2 電化學分析檢測

這種檢測主要是利用電化學傳感器來實現對金屬污染物的檢測。突出的優點是能夠進行自動化檢測，可以在現場快速的檢測金屬污染物及含量。不過需要強調的是，這種檢測在具體使用的過程中，由于受到有機物、大分子顆粒等污染物的影響，檢測的準確性容易出現偏差。針對這種檢測技術，重點是對電化學傳感器的靈敏度和抗干擾性等性能進行有效的提升。

3.3 生物傳感器檢測

這種檢測屬于一種新型技術，通常是合理應用金屬離子和固定于電極材料中的特異性蛋白，從而改變蛋白結構，然后利用靈敏度較高的電容傳感器定量檢測金屬污染物，這樣有關含量及其變化情況都可以得到掌握。如今，相關人員通過使用生物傳感器能夠對水中的含毒化合物含量進行精準的檢測。不過需要注意的是，這種檢測對環境要求較高，在使用時應當注意這一點。

3.4 酶抑制檢測

這種檢測通常是指利用酶活性因子和重金屬離子之間發生化學反應，使酶活性因子的結構性質發生變化，使酶活力有一定的下降，然后通過使用儀器檢測金屬污染物。這種檢測技術在具體使用時，工作人員需要對吸光度、電導率以及顯色劑等的變化隨時觀察，掌握金屬污染物含量和酶之間的數學關系。

4 土壤和水中污染物檢測分析

以分光光度法為例，對土壤和水中污染物檢測進行分析。這種檢測方法的工作原理是基于分子物質對光具有選擇性，利用這一特點進行分析。光區主要包含紅外光區、可見光區以及紫外光區，可見光區和紫外光區的檢測屬于分光光度法，紅外光區的檢測屬于紅外光譜法。可見光區分光光度法主要是對土壤和水中污染物進行定量分析。不同的物質，在分子結構上也會存在差異，用不同波長的光進行照射時，就會出現選擇性的吸收，然后產生吸收光譜，以此就可以進行定性分析。

4.1 分光光度計

這種檢測方法中主要用到的儀器就是分光光度計，這種儀器有單光束和雙光束兩種。儀器的構成主要包括檢測器、單色器、光源、吸收池以及信號指示裝置。可見光區的光源主要是使用鎢絲燈打出波長為320～2500nm的連續光譜，其中的單色器模塊中的主要元件是用來分解光源發出的連續光譜，吸收池主要是使用耐腐蝕的玻璃材料制成，厚度范圍為0.5～5cm不等[3]。

4.2 檢測條件

在進行檢測之前，需要對檢測條件進行合理的確定，入射波長的選擇通常是最大吸收波長，如果存在干擾，還要結合最小干擾進行選擇。另外，吸光度的范圍主要控制在0.2～0.8，這樣在進行檢測時結果可以更加精準，這一條件的實現可以通過吸收池的厚度調整或者溶液濃度控制實現。再者，儀器的零點需要使用參比溶液進行調整，這樣可以避免入射光引起的檢測偏差。在對參比溶液進行選擇時，如果顯色劑和試液都無色，蒸餾水就可以滿足要求，如果顯色劑無色，試液有色，參比溶液只要不加顯色劑就可以，而有色的情況下，就可以選擇不加試液的空白試劑[4]。

4.3 定量分析

4.3.1 單成分定量分析

如果是檢測其中的某一種成分，通常使用標準曲線法或者是目視比色法。相比較而言，目視比色法較為便捷，對于試樣的量較大時可以采用這種方法，但是結果的偏差相對來講較大。

4.3.2 多成分定量分析

如果是對其中的多種成分進行檢測，在吸收峰不重疊的情況下，可以對應選擇合適的波長分別對其單一成分進行檢測。如果其中的成分吸收峰存在重疊問題，數值為n，不分離的情況下，在n個波長處檢測其混合成分的吸光度，通過建立方程，分別求出單個成分的含量。

5 土壤金屬污染的防治

5.1 對農業生態環境進行科學的修復

通過污染物的檢測分析，結合實際的污染情況，制定出科學的金屬污染防治方案。通過對農業生態環境修復使土壤中金屬污染得以改善。首先，可以進行深耕翻土、換土，對重金屬污染的土壤進行深耕，將受到污染的土壤翻出，將其換掉，然后單獨處理被污染的土壤。另外，合理的使用植物修復技術，通過綠色植物的根濾、吸收等作用，使受污染的土壤逐漸轉化為無害土壤，土壤能夠得到凈化，重金屬污染物含量也會大大降低。再者，通過植物的富集和提取功能轉化土壤的金屬污染，在含有金屬污染的土壤中種植這種特殊植物，土壤中的重金屬物質能夠被轉移到植物的地上部分，除掉土壤中的重金屬物質，比如Pb、Cd、Ni、Cu、Cr等，這樣土壤中的重金屬污染就可以得到改善。有研究結果表明，使用新型植物修復技術對土壤的金屬污染進行治理，效果較好。這種修復技術的原理是，植物在接收到重金屬物質的信號后，會利用分子調控機制充分的發揮作用，植物生長的過程中，重金屬物質被吸收后存儲在其液泡中，土壤中的重金屬含量下降，達到改善土壤質量的目的。

5.2 使用物理修復技術進行治理

使用物理修復技術一般包括土壤淋溶、電動修復等。為了使治理的環境風險降低，引入土壤淋溶技術，利用下滲水流的水解、溶解、碳酸化等，使土壤中的部分重金屬物質被帶走。淋溶強度的不同，需要制定出相應的淋溶方案，可以將土壤中不同的重金屬物質消除。需要重點關注的是，使用淋溶技術對土壤進行處理后，土壤的酸化情況比較突出，所以，在使用這種技術進行治理時，還需要結合施肥、耕作等來改善土壤的狀況。電動修復技術主要是利用電滲流和電遷移的方式除掉土壤中的重金屬物質。具體方法的實施是在受到污染的土壤中設定上電極，施加一定的直流電壓給電極，這樣在電極的周圍就會形成直流電場，而土壤中的重金屬物質會移向電遷移的相反方向，使其逐漸遷移出土壤，從而實現土壤的治理。

6 結語

總而言之，在當下的環境形勢下，關于土壤的金屬污染問題需要受到重視，掌握土壤金屬污染的成因，利用合理的金屬污染物檢測技術對其進行分析，并根據實際污染的程度制度科學的治理方案，以使土壤的金屬污染得到改善。