果園土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)分析探討

唐 瑤，陳 超，丁小玲

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所，新疆 阿拉爾 843300）

0 引言

隨著金屬礦產(chǎn)、化石燃料的開采利用、農(nóng)藥和化肥的過(guò)度使用以及生活污水、重金屬材料廢棄物的亂排、亂放使土壤、水體、大氣環(huán)境受到了嚴(yán)重的重金屬污染[1-4]。土壤重金屬具有殘留周期長(zhǎng)、易遷移、毒性大、不可逆、隱蔽等特點(diǎn)，而且土壤重金屬容易進(jìn)入食物鏈，危害人體健康[5]。果樹種植是我國(guó)農(nóng)業(yè)建設(shè)中的重要組成部分，種植果樹能夠有效改善當(dāng)前被破壞的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)種植區(qū)域的生態(tài)平衡，有效增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收益，并且?guī)?dòng)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國(guó)水果種植面積和水果產(chǎn)量均居世界首位。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局資料顯示，2018年我國(guó)果園種植面積為1187.49萬(wàn)hm2，超過(guò)農(nóng)業(yè)總面積的一半[6]。在綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的理念下，必須加強(qiáng)對(duì)果園土壤重金屬元素含量的檢測(cè)，并且采用合理的方法預(yù)防土壤污染，提升水果品質(zhì)，努力打造有機(jī)水果，為消費(fèi)者的身體健康保駕護(hù)航。當(dāng)前果園土壤重金屬含量的檢測(cè)，果園土壤的修復(fù)以及治理成為果園種植需解決克服的難題，同時(shí)也是提高水果品質(zhì)的有效手段。因此，開展土壤重金屬元素檢測(cè)分析技術(shù)研究具有一定的實(shí)際意義。

1 果園土壤重金屬來(lái)源

目前，果園土壤中重金屬的來(lái)源主要有非自然輸入與自然輸入。其中非自然輸入占比較大，自然輸入的重金屬元素大多是成土母質(zhì)或者是土壤中自帶的，一般而言，自然輸入的重金屬元素都是有益的[7]。而非自然輸入主要是人為輸入，會(huì)導(dǎo)致果園土壤重金屬含量超標(biāo)，造成重金屬污染。

隨著化石燃料的使用范圍越來(lái)越廣泛，用量越來(lái)越大，而許多行業(yè)技術(shù)發(fā)展并不成熟，化石燃料燃燒過(guò)程中燃燒不充分，產(chǎn)生大量重金屬元素，這些重金屬元素隨著空氣流動(dòng)進(jìn)入果園，污染果園土壤，導(dǎo)致果園土壤重金屬含量增加。此外，為控制果園病蟲害及雜草過(guò)度使用農(nóng)藥也會(huì)導(dǎo)致果園土壤的重金屬污染，部分果農(nóng)為促進(jìn)水果產(chǎn)量，提高收益而過(guò)度使用化肥同樣會(huì)使果園土壤的重金屬含量增加[8]。工業(yè)污水，生活污水的亂排亂放同樣會(huì)造成水污染，被污染的水流入果園也會(huì)污染果園土壤，使果園土壤中重金屬含量增加。

2 果園土壤重金屬檢測(cè)方法

土壤重金屬污染屬于土壤無(wú)機(jī)污染，當(dāng)果園土壤重金屬積累到一定程度就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆衔铮糠钟卸居泻ξ镔|(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化到水果中，然后進(jìn)入人體，在人體內(nèi)積留。果園土壤中的重金屬有鎘、鉛、銅、鉻、砷、鎳、鐵、錳、鋅等[9]，這些元素少量使用有利于果樹的生長(zhǎng)發(fā)育，過(guò)量后會(huì)影響果樹生長(zhǎng)發(fā)育，造成一定的污染，因此需對(duì)果園土壤中重金屬元素進(jìn)行檢測(cè)，嚴(yán)格把控土壤中重金屬含量。果園土壤重金屬元素檢測(cè)分析主要包括果園土壤樣品采集、樣品前處理以及土壤樣品檢測(cè)等過(guò)程，以下主要介紹果園土壤重金屬的檢測(cè)分析方法。

2.1 紫外—可見分光光度法

紫外—可見分光光度法是在190～760 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)定物質(zhì)的吸光度，用于鑒別、雜質(zhì)檢查和定量測(cè)定的方法[10]，其組成部分主要為輻射源及單色器等。當(dāng)光穿過(guò)被測(cè)果園土壤樣品溶液時(shí)，土壤樣品溶液對(duì)光的吸收程度隨光的波長(zhǎng)不同而變化。因此，通過(guò)測(cè)定土壤樣品溶液在不同波長(zhǎng)處的吸光度并繪制其吸光度與波長(zhǎng)的關(guān)系圖即得被測(cè)物質(zhì)的吸收光譜。根據(jù)吸收光譜中不同的吸收波長(zhǎng)，即可檢測(cè)土壤樣品溶液中重金屬成分及含量。紫外—可見分光光度法具有操作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)。此外，原子吸收光譜法、原子熒光光譜法以及X熒光光譜等也可以對(duì)果園土壤重金屬進(jìn)行檢測(cè)，光譜法的缺點(diǎn)是土壤樣品前處理過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)且檢測(cè)成本較高，但光譜法具有較高靈敏度[11]，仍然是目前常用的土壤重金屬檢測(cè)方法之一。

2.2 化學(xué)分析法

化學(xué)分析法也是常見的土壤重金屬檢測(cè)方法，它是以物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的一種分析方法，又叫做經(jīng)典分析法，主要可分為重量分析法和滴定分析法[12]。在進(jìn)行果園土壤中重金屬元素的測(cè)量時(shí)，可利用化學(xué)試劑及相關(guān)的儀器設(shè)備對(duì)處理好的土壤樣品的成分進(jìn)行滴定分析或者重量分析，同時(shí)對(duì)其中的重金屬元素進(jìn)行提取，例如可以采用微量顯色反應(yīng)，如絡(luò)合反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等對(duì)土壤中的重金屬元素進(jìn)行測(cè)定。化學(xué)分析法采用的天平、滴定管等儀器設(shè)備操作方便、易于掌握，從檢測(cè)結(jié)果看，使用化學(xué)分析法在進(jìn)行土壤重金屬檢測(cè)時(shí)，結(jié)果更為準(zhǔn)確[13]，因此化學(xué)分析法在土壤重金屬檢測(cè)方面應(yīng)用也相對(duì)較廣泛。而且，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)分析方法正在向自動(dòng)化，智能化等方向發(fā)展，具有良好的應(yīng)用前景。

2.3 生物檢測(cè)法

在進(jìn)行土壤重金屬元素檢測(cè)時(shí)，生物檢測(cè)法也是常用的檢測(cè)手段。生物檢測(cè)法具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，而且成本較其他檢測(cè)方法而言具有一定的優(yōu)勢(shì)[14]，此外，使用生物檢測(cè)法進(jìn)行果園土壤重金屬檢測(cè)不但不會(huì)造成土壤污染，相反還能凈化土壤。在使用生物檢測(cè)法進(jìn)行果園土壤重金屬元素檢測(cè)時(shí)常用的方法有生物傳感器以及酶抑制法。生物傳感器具有接收與轉(zhuǎn)換的功能，具有專一性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高、操作簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)[15-16]。酶抑制法是指利用酶的功能基團(tuán)受到果園土壤重金屬元素的影響，而導(dǎo)致酶活力降低或喪失作用，從而檢測(cè)出果園土壤重金屬元素的方法。在用酶抑制法進(jìn)行果園土壤重金屬檢測(cè)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用酶緩沖系統(tǒng)來(lái)完成[17]。同時(shí)，用微生物可有效減少果園土壤中重金屬元素的含量，對(duì)改良土壤，降低土壤中重金屬元素有一定作用。

3 土壤重金屬元素檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能化發(fā)展

近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，目前已有的土壤重金屬元素檢測(cè)方法和儀器設(shè)備已有很大的優(yōu)化和改進(jìn)，精密度和可操作性也有了極大的提高。但是果園土壤中重金屬元素種類隨著時(shí)間積累，重金屬含量較復(fù)雜，許多傳統(tǒng)檢測(cè)方法已經(jīng)無(wú)法滿足檢測(cè)要求和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的要求。而且果園土壤重金屬含量檢測(cè)的土壤樣品預(yù)處理階段的干燥、去雜、制備溶液等過(guò)程相對(duì)繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，在一定程度上影響了檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。從需求來(lái)看，未來(lái)土壤檢測(cè)儀器在操作性方面應(yīng)該越來(lái)越智能化，便于操控，降低對(duì)操作人員的技術(shù)要求，傳統(tǒng)的檢測(cè)人員將被高科技，智能化的檢測(cè)儀器設(shè)備所替代，既降低了人為操作引起的誤差，又降低了成本，節(jié)約人力物力。

3.2 精確化發(fā)展

目前果園土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)、方法和設(shè)備有多種類型，它們有各自的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。1950年開始，在土壤檢測(cè)方面已經(jīng)有相關(guān)的儀器設(shè)備，但是檢測(cè)過(guò)程繁瑣，操作復(fù)雜，精密度較差，1980年計(jì)算機(jī)開始飛速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室對(duì)土壤重金屬元素的測(cè)量精度從1×10-3ng到1×10-6ng到現(xiàn)在的1×10-9ng，可見，檢測(cè)精度在不斷提高，因此，未來(lái)果園土壤檢測(cè)方法，儀器設(shè)備發(fā)展一定會(huì)沿著精確化的方向發(fā)展。

3.3 檢測(cè)技術(shù)結(jié)合發(fā)展

目前常用的果園土壤檢測(cè)技術(shù)利用的檢測(cè)方法相對(duì)單一，利用光譜法、化學(xué)分析法、生物檢測(cè)法進(jìn)行果園土壤重金屬的檢測(cè)時(shí)，都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)及使用條件限制，如何將多種檢測(cè)方法相結(jié)合，使檢測(cè)過(guò)程更智能化，降低從業(yè)人員操作水平和檢測(cè)成本，提高檢測(cè)精度和檢測(cè)效率是果園土壤檢測(cè)行業(yè)研究人員正關(guān)注的問題之一，也是擬解決的問題。未來(lái)的發(fā)展中，果園土壤的檢測(cè)將會(huì)多種技術(shù)相互結(jié)合，運(yùn)用多種技術(shù)同時(shí)解決需檢測(cè)的問題，例如在對(duì)果園土壤有色金屬進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)相結(jié)合，進(jìn)行綜合性分析，同時(shí)為防止造成果園土壤的二次此污染，對(duì)樣品的處理和檢測(cè)應(yīng)該更加迅速。

4 結(jié)語(yǔ)

果園土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)是為了更好的掌握果園土壤重金屬污染情況，只有掌握果園土壤重金屬污染的狀況，才能有針對(duì)性地制定合理的土壤污染治理方案。果園土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)不斷提升，檢測(cè)方法越來(lái)越多，果園土壤重金屬污染的成分檢測(cè)結(jié)果將會(huì)越來(lái)越精準(zhǔn)，檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展能夠更好的為治理果園土壤重金屬污染提供科學(xué)依據(jù)。