土壤重金屬污染現狀及檢測技術研究

朱 彤

（合肥誠鑫環境檢測有限公司，安徽合肥 230000）

1 土壤重金屬概述

重金屬污染是土壤無機物污染中危害最大的一種污染種類，這主要是因為土壤中的微生物無法分解重金屬，導致重金屬越來越多地聚集在土壤中，最終進入到動物、植物、人體中，或者轉化為甲基化合物這種有著很強毒性的物質。重金屬一旦進入食物鏈就會對人類機體健康產生嚴重的影響。當前汞、鉛、銅、鎳、鐵、鋅等都是土壤中十分常見的重金屬污染物，這些物質本身毒性較強，如果在特殊條件下發生化學反應，還會產生新的有毒有害物質，最終會改變土壤性質，威脅植物健康生長，甚至進入到人體，嚴重損害人體健康。

有的重金屬在土壤中受到各種條件影響會轉化為具有更強毒性的烷基化合物，其有著更大的危害。重金屬本身有著較強的吸附性，而重金屬又存在分解難度大的特點，往往會融合在土壤中難以及時被消除，這就導致出現受到重金屬污染的土壤。重金屬本身也具備一定的吸附作用，一旦進入到土壤后很難被消除、被發現，通常需要借助專業的檢測設備由專業的檢測人員檢測，才能發現土壤中的重金屬，才能進一步采取治理措施。

2 土壤重金屬污染現狀

土壤自身循環能力會受到重金屬土壤的污染嚴重降低。我國農業經濟發展主要限制因素之一就是土壤重金屬污染，我國已經有超過5000萬畝的土壤受到重金屬污染，并且該數值呈現逐漸上漲的趨勢。土壤重金屬不但具有隱蔽性，而且很難治理，這對于人類的正常活動以及未來發展都十分不利。對當前發展情況進行分析可知，我國當前面臨著較為嚴峻的土壤重金屬污染問題，而造成土壤重金屬污染的原因主要包括如下兩點：

（1）自然環境。成土母質風化是當前我國很多地區存在的土壤問題，這就導致重金屬積累條件更加適宜，加上惡劣天氣和水源作用等方面的影響會改變重金屬元素結構，導致土壤中重金屬元素含量也產生一定的變化。

（2）人類活動。我國工業化發展進程不斷推進，有的企業盲目追求經濟效益，沒有經過國家批準私自開采、過度開采礦山，隨意排放工業污水，農業生產中增加了化肥和農藥的使用量，這些人類活動都會導致土壤中重金屬污染程度增加。

3 土壤重金屬危害

3.1 影響農作物產量和品質

農作物生長于受到重金屬污染的土壤中會難以正常地發育，產量和品質都會出現嚴重降低的情況。比如如果土壤中含有較多的鎘元素，那么鎘元素會進入到植物體中，破壞植物葉片中的葉綠素結構，導致植物根系吸收水分的能力降低，植物無法正常地完成光合作用、無法正常吸收養分，導致生長受到抑制。又如鉛會從很大程度上影響植物的光合作用，導致脂肪代謝強度弱化，升高了植物的耗氧量，導致植物的生長受到抑制，甚至出現死亡的問題，導致農作物大量減產。更為嚴重的是，生長于重金屬污染土壤中的植物果實中會含有重金屬元素，當農作物進入食物鏈流入到人體中，會嚴重危害人體健康。比如人體內如果鎘元素過多會導致出現高血壓、心腦血管疾病；汞進入人體會對人的神經系統、肝臟功能產生嚴重的損傷。這些重金屬進入到人體內很難被排除，其長期聚集在人體內會影響人體健康水平，當重金屬在人體內含量過高時甚至會引發人體死亡。

3.2 影響微生物群落

如果土壤中重金屬含量過高那么會從很大程度上影響微生物的生存和代謝活動，導致降低微生物的整體數量，難以充分發揮有益細菌的作用，導致極大降低產生的生物量碳和有機碳比值，減弱微生物的呼吸作用，無法明顯改變土壤中微生物的功能和結構。比如有研究顯示，土壤中含有鎘元素過高會嚴重影響生物和酶活性，尤其是會嚴重降低脲酶活性。受到重金屬污染影響的土壤不適合微生物存活，會降低微生物水量，導致土壤微生物群落構成發生改變，降低優勢類群比例，無法展現出原本多樣性和均勻性指數。土壤一旦受到重金屬污染僅僅依靠自身難以及時恢復原貌，不利于各種微生物、植物、動物的生長，甚至對種植人員、食物鏈中的人產生嚴重不良影響。

4 土壤重金屬污染檢測技術

4.1 調查研究目標區域

為了更加全面地了解土壤遭受重金屬污染的情況和程度，需要精細化地檢測遭受污染的區域，精準地確定重金屬污染的土壤的重金屬物質種類和含量。可以采用調查、走訪等形式將污染最為嚴重的土壤區域初步確定，通過查看農作物生長、周邊樹木的情況，和周圍居民進行溝通了解受污染區域的大概情況，然后詳細規劃設計土壤檢測區域、檢測方法，準備好檢測設備。

4.2 目標地的取樣調查

在將檢測區域基本劃定后需要檢測人員進行取樣，從監測區內的土壤選取具有代表性的土樣。工作人員要從測定區域均勻分布的土壤中選取一定的樣品，這種樣品的代表性強，可以更好地反映出受污染區域土壤的實際情況，能夠保證檢測數據和實際污染情況更加接近。技術人員在取樣時要將取樣點的位置詳細地標注在地圖上，為后期進行土壤污染分布圖的繪制提供一定的數據支持，保證繪制的分布圖更加準確。在完成取樣后需要簡單地處理所取的土壤樣品，通過對其中的水分、垃圾、其他雜質進行處理提高土樣的接近度。工作人員可以先處理土壤樣品中的水分，通過自然晾干的方式清除大部分水分。分離雜質時可以使用過濾、篩選等措施，得到的干燥潔凈的樣品后要合理保存或者立刻進行重金屬檢測。

4.3 土壤重金屬檢測技術

4.3.1 光譜檢測技術

當前土壤重金屬檢測中最為常用的技術之一就是光譜檢測技術，其靈敏度較強，但是有著較高的檢測成本，十分復雜的檢測操作流程，需要耗費較長的檢測時間，對設備方面、檢測人員的技術水平方面都有著較高的要求。X 射線是光譜檢測的主要物質，但是X 射線的電離性較強，在檢測中可能會傷害人體健康，為此，如果采用光譜檢測方法需要提前做好防護措施，佩戴防護裝置，熟練地掌握每項操作步驟，避免在檢測過程中受到傷害。雖然光譜檢測技術準確度高，但是卻難以在現場快速準確地檢測土壤重金屬，當前現場檢測最常用的檢測方式為紫外可見光光度法。

4.3.2 電化學分析檢測技術

電化學檢測技術比光譜檢測技術更加安全，其主要是利用電化學傳感器檢測土壤中的重金屬物質。當前自動化技術已經逐漸應用于電化學檢測設備當中，可以在土壤重金屬污染區域快速完成現場檢測。該檢測方式快速便捷，有著較為簡單的操作流程，但是在現場檢測時容易受到顆粒物、有機物、表現活性劑等土壤污染物的影響而導致檢測結果準確性不高，所得到的數據參考價值也有待進一步提高。所謂電化學分析檢測技術需要進一步地改進優化，重點研究該技術抗干擾能力和準確性。

4.3.3 新型檢測技術

（1）生物傳感器檢測技術。該方法主要是利用了金離子可以和電極特異性蛋白質發生反應的原理，金離子能夠改變蛋白質結構，并且利用電容信號傳感器定量、準確地檢測土壤中的重金屬物質，保證工作人員能夠有效地檢測分析土壤重金屬中的含量變化情況。當前都可使用生物傳感器精準地檢測水溶液中的毒性化合物含量，但是在實際土壤重金屬污染檢測中該技術的應用還存在一定的不足，因為該技術對環境、生物活性有著較高的要求，所以生物傳感器技術難以廣泛地應用。

（2）酶抑制檢測技術。該技術主要利用的是酶活性因子遇到重金屬離子會發生甲硫酸反應的原理，重金屬會導致酶活性因子結構和性質均發生改變，導致酶的活力極大降低。在進行土壤重金屬監測時可以借助相關儀器進行檢測工作。但是在具體實踐中，難以對顯色劑的金屬離子、吸光度、電導率等變化情況進行直觀的察看，需要借助光電信號將土壤重金屬含量變化和酶系統之間的關系顯示出來。當前在環境、食品等重金屬檢測中常使用酶抑制檢測技術。

（3）免疫分析檢測技術。該方法主要利用化合物和重金屬離子之間綜合性的原理，檢測靈敏度較高，是一種獨特的檢測重金屬的方法。在具體應用中需要高度重視免疫分析檢測技術的應用，檢測中要將空間結構預留出來保證氧化還原反應能夠充分完成，進而確保綜合離子可以和載體蛋白之間充分發生免疫反應。此外，要選擇特殊抗體綜合性地檢測重金屬離子，從而將檢測結果的準確性提高。

5 土壤重金屬污染治理技術

5.1 物理修復技術

土地深耕、去土換土是最為常用的物理修復方法。物理修復技術可以高效率地去除土壤中的重金屬，但是有著十分明顯的缺點，比如需要投入大量的資金，有著較大的工程量，需要耗費大量的人力、財力和物力，并且會從很大程度上破壞農田，所以這種方法在污染面積較小的區域中適用。

和傳統的物理修復方法相比，電動修復更加快捷，可以節約成本，控制更加方便，不會損害土壤結構。在具體治理中，工作人員在受到重金屬污染的土壤中插入兩個電極，在直流電壓影響下，重金屬離子會發生轉移和富集的現象，然后在另一端析出。這種方法在滲透性較低的黏土地質中應用效果良好。

有的重金屬污染土壤中含有Se、As、Hg 等容易揮發的物質，此時可以使用熱處理修復技術析出這些有害物質，這種方法十分便捷，操作十分容易，但是會消耗大量的電能，會對土壤結構產生嚴重的危害，發生污染問題。在具體實踐中很少會采取這種治理方法。

5.2 化學修復技術

化學淋洗技術和穩定固化修復技術是當前化學修復技術中最為常用的兩種方法。在使用化學淋洗修復技術時首先要檢測分析土壤受污染的程度和其中重金屬物質種類、含量等，然后做好淋洗液的合理選擇，通過清洗將土壤中的重金屬物質去除干凈。化學淋洗技術有著十分簡單的操作方式，但是并不適用于所有的土質，這主要是因為該方法對土壤土質要求較高，如果沒有合理選擇淋洗液反而會二次污染土壤環境。

穩定固化修復技術主要是通過鈍化操作將土壤中重金屬的釋放含量控制住，從而將土壤金屬物質遷移性降低，避免重金屬污染物遷移到農作物內部，從而阻斷了重金屬的傳輸，避免傷害人體。電廠灰、鐵錳氧化物和石灰等物質都是常見的穩定固化修復常用的材料。不過該方法是一種非永久性修復方法，無法徹底清除土壤中的重金屬。

比如在處理汞類重金屬污染的土壤時，可以按照汞處理方法處理土壤中的污染物。首先，在沸水中溶解（1+1）鹽水，經過2h 后冷卻，然后將硝酸-重鉻酸鉀存液加入其中，之后上機檢測硫酸-重鉻酸鉀稀釋液。砷和汞的消解方法類似，但是上機前稀釋溶液選擇的是硫脲-抗血酸溶液與（1+1）鹽酸溶液。在處理銅、鋅、鉛之類的污染物時，由于各個元素特點不一，所以有著更加復雜的處理方法，處理前所用的方法或多或少存在一些不同。不過穩定固化修復技術的應用流程基本為鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸。這種處理方式會徹底破壞土壤結構才能保證試液中融入全部待測元素。在具體實踐中有著更加復雜的消解流程，難以控制電熱板中的溫度，也難以準確地把握加酸時間點，所以難以控制消解過程。如果遇到不完全消解的現象，就要將相對的酸多次加入，這些復雜的工作都需要專業的人員完成，并且需要嚴格考核各個流程。只有檢測技術水平高且經驗豐富的人員才能順利地進行操作。如果消解過程中加入的酸過多那么會延長消解時間，損失部分金屬，消解不完全還會導致土壤中的礦物晶體受到破壞，這些因素都會對實驗結果的準確性產生影響。

5.3 生態修復技術

所謂生態修復就是將傳統耕作模式逐漸轉變，通過種植一些可以吸收土壤中重金屬的物質達到土壤修復，可以利用食物鏈模式將土壤中的重金屬物質含量逐漸減輕或者去除。在使用生態修復技術過程中需要技術調整農作物的種類，做好有機肥的合理施加，同時將工業化肥的使用量減少。當前常見的生態修復方法比如調節控制土壤pH，進行土壤養分和水分的適量改變，有效引導將重金屬物質含量減少。生態修復技術比其他修復方法可操作性更強，可以節省資金，有著較為成熟的技術，但是需要較長的修復時間。

6 土壤重金屬檢測技術發展

當前我國存在很多土壤重金屬檢測技術，有著較為理想的應用效果。不過隨著重金屬污染問題的不斷增加，需要更加深入地研究重金屬檢測技術，只有這樣才能滿足未來環境發展的需求。當前大多重金屬檢測技術都有著較為完善的檢測流程，但是在使用部分檢測技術過程中還會受到檢測過程、檢測設備方面的影響而出現一定的不足。在后續發展中，需要加大創新力度，進一步提高土壤重金屬檢測技術水平。

7 結束語

通過檢測土壤重金屬污染情況可以明確土壤污染程度，保證相關工作者可以選取合理的治理方法，降低土壤污染，減少重金屬對人體產生的不良影響。