農業土壤重金屬污染監測及防治探討

張 雪 崔向坡

（1.徐州市環保集團環境科技有限公司，江蘇 徐州 221018；2.徐州重型機械有限公司，江蘇 徐州 221005）

0 引言

近年來，隨著工業化、城市化發展，農業土壤重金屬污染問題成為導致農產品減產，影響居民身體健康的重要因素。據不完全統計，我國耕地中受重金屬污染的概率約為16.67%，即有1/6 的土壤不同程度地受到重金屬污染［1］。從土壤重金屬污染的危害程度來看，危害較嚴重的有鎘、汞、鉛等元素污染。據統計，每年由于農業土壤重金屬污染而導致的糧食損失高達200 多億元。重金屬元素進入農業土壤后，由于其易積累、難遷移、難降解以及不可逆、較隱蔽等特性，會影響農業土壤中的微生物種類、群落結構，最終導致農業土壤肥力下降，影響農作物正常生長［2］。因此，要積極做好農業土壤重金屬污染監測工作，根據監測結果對農業土壤進行修復，合理利用土壤資源，達到提高經濟效益和環保效益的目的。

1 農業土壤重金屬污染監測方法

1.1 實驗室監測法

實驗室監測法是農業土壤重金屬污染監測中最為常見，也是最傳統的一種監測方法。該方法是對農業土壤樣品進行采集、收集，然后利用專業的實驗室監測儀器和監測設備，將采集、收集的土壤樣品進行監測分析。在實驗室監測法中，根據不同監測儀器的使用方法，可以進一步細分為分光光度法、電感耦合法、吸收光譜法及原子熒光光譜法等以光學儀器為基礎的監測分析法；也可基于電化學儀器使用的差異性分為化學反應分析法和極譜分析實驗法等［3］。用實驗室監測法分析農業土壤重金屬污染具有精度高、穩定性強等優勢，不足之處是流程復雜、成本高。

1.2 現場快速監測法

針對突發性環境污染事件及因環境問題而發生的糾紛，需要采取現場快速監測方法，以快速監測土壤中的重金屬含量?，F場快速監測法主要包括醇抑制法、生物傳感器分析法、土壤表層磁化率監測等。

2 農業土壤重金屬污染監測技術

2.1 化學比色技術

化學比色技術包括試紙法、液相色譜法等，其基于樣品監測物質與化學試劑接觸而發生反應，通過引起顏色的變化來定性、定量樣品待測物的含量。試紙法將特定顯色劑附著于試紙上，顯色劑與重金屬離子接觸，試紙顏色會發生變化，將這一顏色變化與比色板比對，即可得出待測物含量范圍。該方法的優點在于操作簡便、分析效率高、成本低，可應用于現場監測，不足之處是檢出限高，易受外界因素影響，精密度差，多應用于定性或半定量分析。液相色譜技術是利用重金屬離子與有機試劑反應，生成有色絡合物，絡合物過色譜柱時會被分離，利用紫外線可見光光度法測定分離物含量［4］。該工藝技術不僅可以定量監測重金屬元素，而且可以同時監測多種重金屬元素，不足之處是色譜分離時間長、前處理較為復雜。

2.2 電化學技術

電化學技術監測農業土壤重金屬污染技術較為成熟，應用廣泛。其原理是將消解后的液體當作化學電池的一部分，根據監測試液中待測重金屬離子電化學特性產生的電流、電壓、電導等電信號變化定性、定量測定重金屬元素。

電化學技術包括極譜法、離子選擇性電極法等。極譜法監測農業土壤重金屬污染是通過監測電解反應過程中極化電極電流、電位關系，將消解后試液中重金屬元素進行定性、定量分析。極譜法具有監測精度高、分辨率高、高靈敏性等優勢，不足之處是監測樣品易被污染、監測電位窄。離子選擇性電極法監測農業土壤重金屬是將電極放入重金屬監測試液中，電極敏感膜與試液界面發生離子交換與擴散作用產生與待測元素活度呈對數關系的電位，通過電位數值分析測定重金屬含量。該方法監測農業土壤重金屬污染具有監測效率高、能耗低、易操作等優勢，不足之處是檢出限高、監測易受到外部影響、檢測電位窄等［5］。

電化學法監測農業土壤重金屬污染具有操作簡便、儀器體積小、分析時間短、靈敏度高和能耗低等諸多優勢，但也普遍存在樣品前期處理復雜、檢測電位窄、易受雜質離子影響等不足。

2.3 光譜技術

光譜技術監測農業土壤重金屬污染是利用光的發射、吸收、散射等作用，將其應用于監測儀器，從而監測出相應元素光譜特征波長及其強度，據此定量分析出重金屬元素含量的監測方法。

目前，光譜技術主要有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法。原子吸收光譜法監測農業土壤重金屬污染，是利用高溫條件下化合物離解為基態原子蒸氣，原子蒸氣可吸收同種元素空心陰極燈輻射的單色光，利用特征譜線的變化分析測定，得出重金屬元素的含量。原子吸收光譜法具有監測靈敏度高、檢測限低、方法選擇性好、受化學干擾小等優勢，不足之處是設備復雜、操作煩瑣、不能同時監測多種元素。原子熒光光譜法監測農業土壤重金屬污染是利用高溫條件下化合物離解為基態原子蒸氣，基態原子吸收特定頻率輻射能量后激發到高能態，激發態躍遷回基態時發射具有特征波長的熒光，分析特征波長熒光強度得出相應的監測元素含量。原子熒光光譜法監測農業土壤重金屬污染具有靈敏度高、線性范圍寬等優勢，不足之處是不能同時監測多種元素。

光譜法監測農業土壤重金屬污染具有靈敏度高、檢出限低、監測分析速度快等優勢，但也存在成本高、操作復雜等亟待改進之處。

2.4 生物化學技術

近年來，隨著科學技術的發展以及交叉學科的跨界融合發展，生物化學技術監測農業土壤重金屬污染成為研究熱點。其是將生物技術與化學技術融合起來，以生物技術為基礎的土壤重金屬污染監測方法，主要包括酶分析法和生物傳感器法。酶分析法利用生物酶與土壤重金屬發生反應，降低酶活性，從而改變電導率、pH 值、顯色劑顏色，并將這種變化與重金屬種類、濃度之間的關系結合起來，定性定量進行分析。酶分析法具有易操作、監測速度快等優勢，不足之處是選擇性差，對生物酶具有抑制功能的重金屬種類較少。生物傳感器法利用酶、抗原、微生物、免疫抗體等生物活性物質與土壤中的重金屬離子結合，發生物理、化學反應，捕捉反應變化，并將其轉化為光電信號，實現土壤重金屬元素的定性定量分析，其優勢在于易操作、自動化程度高、準確性好，但監測成本高、選擇性差、易受到外部環境影響。

3 農業土壤重金屬污染監測案例分析

3.1 監測前準備工作

第一，布設點位。根據農業土壤重金屬污染監測需要，可選用均勻布點法、帶狀布點法和綜合放射狀法等方法，此案例研究選擇帶狀布點法。第二，采集樣品。以某城市郊區農業土壤作為監測對象，選擇5 個布點，表層厚度為25 cm 的土壤，點位樣品質量相同，土壤樣品質量＞1 kg，去雜質、裝袋、封口，標注采樣時間、采樣地點、采樣編號和采樣人員。第三，保存樣品。農業土壤重金屬監測結果易受土壤粒度影響。為做好此次監測，選用無須消解即可測量土壤汞含量的DMA80 法，以分析土壤粒度對農業土壤重金屬污染監測結果的影響，提高監測精準性。從表1 可以看出，0.075 ～2.000 mm，隨著農業土壤監測樣品粒度的不斷增加，3 次測試的結果逐漸趨于一致；當農業土壤監測樣品粒度達到0.075 mm 時，3 次監測的結果差距很小，測試的結果值基本相同。因此，在農業土壤重金屬污染監測過程中，監測粒度不斷增大，其測試的結果差異存在正相關性。為此，將0.075 mm 粒度作為保障此次實驗室土壤樣品監測分析有效粒度值。第四，預處理樣品。根據此次土壤樣品監測的試劑需要，添加一定的消解試劑，作為監測土壤重金屬元素的輔助，以保證重金屬元素監測結果的精準性。此次監測空白試驗選用多元酸分解法，選用鹽酸、硝酸和氫氟酸消解法消解樣品中的硅晶格（見表2）。

表1 農業土壤樣品粒度對測試結果的影響 μg/kg

表2 鹽酸、硝酸及氫氟酸消解法加入量情況

3.2 監測中處理程序

第一，稱取0.5 g 農業土壤重金屬監測樣品，并將其放置于聚四氟乙烯消解罐。第二，將鹽酸、硝酸、氫氟酸等多元酸加入聚四氟乙烯消解罐，對土壤監測樣品進行消解。第三，利用微波消解儀對農業土壤監測樣品進行消解。第四，結束微波消解環節之后，滴1 ～2 滴高氯酸至消解罐。第五，將滴1 ～2 滴高氯酸的土壤樣品放置電熱板加熱至150 ℃，然后冷卻、放置。第六，土壤監測樣品過濾消解環節中產生不容灰后待用。共選用1 個空白樣、8 個平行樣。

3.3 監測后預處理結果

按照表2 中3 種不同消解法對土壤樣品進行處理，分析結果見表3。

表3 3 種不同消解法分析結果

方法1 中，對土壤樣品消解監測發現，消解液透明，呈黃色，消解罐中有粉末狀不可溶物體；方法2 中，土壤樣品消解罐的內壁及底部附著有黑色沉淀物；方法3 中，消解罐壓力大，打開罐口，噴出大量棕黃色酸霧，罐底存少量灰白色、不可溶物體。從3 種不同消解法的消解結果來看，雖然3 種消解方法存在差異，但差異并不顯著，均獲得了較好的消解效果。第1 種方法用酸量少，效果佳，因此可選用方法1 對采集的農業土壤樣品進行預處理。

4 農業土壤重金屬污染防治

農業土壤重金屬污染防治應堅持預防為先、強化修復的原則。一方面，要認真做好農藥化肥等污染預防工作；另一方面，要認真開展土壤重金屬污染監測工作，根據監測情況及時做好修復工作。

4.1 做好土壤污染預防

一是結合轄區內農業發展實際和農田規模，科學制訂土壤重金屬污染防治工作規劃，從頂層做好預防設計。二是建立農業土壤重金屬污染監測、預報及評價機制，運用第三方專業技術力量協助做好常態化重金屬污染監測，實時掌握區域內農業土壤重金屬污染情況。三是農業、市場、公安、環保等部門要加大監督和管理合作力度，協同發揮各方的聚合效應，共同做好農業土壤重金屬污染防治。四是從源頭做好化肥減量化處理，即推廣測土配方，施肥技術、綠色肥料，降低農藥、化肥的使用量，大力研發和推廣高效、無毒、無殘留農藥，強化工業“三廢”的源頭治理，降低農業土壤污染風險。

4.2 及時修復土壤

針對環境監測過程中發現的農業土壤重金屬污染，及時采取相應措施，做好農業土壤污染的修復和治理?？蓱蒙镄迯图夹g、化學修復技術、生態修復技術及物理修復技術等，根據不同修復技術的原理和特點，因地制宜地選擇適當的修復技術工藝，如栽種蕨類植物可以吸收和富集土壤中的鎘等重金屬污染物，從而降低土壤中的重金屬含量。

4.3 強化環保知識宣傳

相關部門要切實加大農業土壤重金屬污染防治方面的專業知識宣傳力度，幫助廣大農業種植戶掌握綠色種植、科學種植技術，減少化學農藥使用量，推廣綠色種植技術。另外，可利用廣播、電視、報紙等宣傳媒介，加強環保知識宣傳，提高居民環保意識，不斷提升其環保能力和水平。