土壤重金屬污染現狀及檢測分析技術研究進展

林美麗

（河北省唐山生態環境監測中心，河北唐山 063000）

近些年，我國土壤重金屬污染問題愈發嚴重，因重金屬污染而喪失使用價值的土地面積更是不斷增加，而想要消除重金屬污染對土壤的影響，必須加強相關檢測技術的應用，結合土壤污染實際，對檢測手段進行改進。土壤重金屬污染檢測工作質量應在原有技術基礎上，不斷加大技術創新工作，重視檢測設備體系的研發與引入，充分結合具體工作需求以及檢測工作發展現狀，提高檢測技術的最終作業水平。現階段，我國土壤重金屬檢測工作發展迅速，但因起步較晚等因素的影響，行業整體技術水平仍顯不足，從業工作者需針對性開展深入研究工作，精準測量土壤中各類重金屬含量，為后續開展土壤保護以及重金屬污染治理方案創造有利條件。

1 土壤重金屬污染概述

土壤重金屬污染隸屬無機污染類別，危害性強，影響范圍廣。土壤中的重金屬離子無法被微生物分解，且這些重金屬會在土壤生物體內不斷累積，并轉變為毒性甲基化合物，而這種化合物會隨著食物鏈而最終進入人體，嚴重破壞人體健康。現階段，土壤重金屬污染物主要有汞、鉛、銅、鎳、鐵、鋅等，這些重金屬在特殊價態下具備很強的毒性，而部分重金屬自身就有很強的毒性，如汞，而當前最為常見的重金屬污染元素為鋅。當這些重金屬元素伴隨著工農業活動進入土壤后，其會與土壤緊密膠結，并會與土壤中原有的無機物或有機物發生反應，產生新的重金屬化合物。此時，土壤性質已發生改變，而這些重金屬化合物在被植物吸收后，其呈現毒性的化合價通常不會出現變化，而是直接進入食物鏈。

此外，部分土壤重金屬元素在特殊環境下會轉變為烷基化合物，而這種化合物與土壤之間的黏結能力更強，毒性與危害也更大。這些烷基化合物無法被生物分解，且與土壤粒子緊密貼合形成整體，并自帶吸附作用，這就導致其在進入土壤后，很難通過常規檢測手段發現，危害性與破壞性極強。因此，應不斷加大土壤重金屬污染技術研究與分析工作投入，借助新型檢測技術優勢，并注重技術創新與發展，不斷提高土壤重金屬污染檢測精度，為后續治理工作創造有利基礎。

2 土壤重金屬污染現狀

土壤遭受重金屬污染后，其自身的循環能力將極地下滑，大量有毒重金屬堆積，土壤的生態效益與經濟效益喪失。調查研究表明，土壤重金屬污染已成為限制我國農業經濟發展的主要因素，我國當前受重金屬污染的土地面積已超過5 000萬畝，而這一數據依舊呈現連年遞增的態勢。土壤重金屬污染治理難度非常大，污染物自身的隱蔽性也很強，且污染帶來的破壞與影響極為深遠，人類的生產生活無法有效進行。綜合我國當前土壤重金屬污染問題發展現狀，造成重金屬污染問題不斷加重的因素主要有以下兩點。

2.1 自然生態因素

我國很多地區存在成土母質風化現象，而這種自然現象為土壤中堆積重金屬元素創造有利條件，這些重金屬元素伴隨著自然降水以及地表水流動，其化學結構將發生改變，并在低洼區域大量堆積，導致土壤中重金屬元素含量大幅增加。

2.2 人類活動因素

調查研究表明，人類活動是造成土壤重金屬問題不斷加重的首要因素。伴隨著我國工業化發展不斷加快，很多不合理的發展建設模式已嚴重影響到我國生態建設工作，如礦山過度開采、大量工業廢水未經處理直接排放、農業生產過量使用化肥與農藥等，這些工農業生產現象讓我國土壤重金屬污染現象不斷加劇。

3 土壤重金屬污染帶來的危害

3.1 工業排放重金屬帶來的影響

隨著我國社會經濟的飛速發展，城市生產生活垃圾總量連年攀升，加之各類不合理生產建設行為，最終導致土壤污染現象愈發嚴重，污染帶來的破壞與影響不斷加深。此外，很多城市在發展化工產業過程中，未能及時跟進廢水、廢氣與廢料處理工作，如機械加工、電鍍等生產活動，其產生的廢棄物含有大量重金屬元素，相關企業與部分地方環保部門未能重視這些廢棄物的科學處理，大量重金屬元素進入生態循環，最終導致土壤中重金屬元素含量不斷增加，污染問題不斷加重，土壤的生態效益與社會經濟效益不斷削弱，部分土壤甚至完全失去使用價值。

3.2 重金屬污染造成農作物品質與產量下滑

土壤被重金屬元素污染后，土壤的性質與結構將發生巨大改變，直接干擾農作物生長與發育，很多重金屬對植物本身形成巨大危害，最終導致農產品的品質與產量極速地下滑。若土壤遭受鎘元素污染，綠色植物葉綠素結構將被破壞，植物體光合作用減弱，并同時影響到植物根系對水分的吸收，植物生長能力受到極大限制。研究表明，鉛元素也會對植物光合作用過程形成巨大破壞與干擾，并同時影響植物呼吸作用，弱化脂肪代謝強度，植物體耗氧量大幅增加，光合作用產生的糖分無法有效堆積，最終導致植物體死亡。此外，土壤被重金屬元素污染后，這些有毒重金屬會隨著農業種植活動而進入人體，直接危害人體健康。例如，鎘元素進入人體后，其會直接影響人體心腦血管系統，引發高血壓等心腦血管疾病；汞元素進入人體后，會伴隨著新陳代謝而大量堆積在肝臟位置，直接破壞人體神經系統，進而引發一系列復雜疾病；鉛元素進入人體后，正常的新陳代謝過程很難將其排出體外，當其累積到一定程度，會造成神經元反應能力下滑，智力下降，骨骼強度下降。

3.3 重金屬污染對土壤內部微生物功能發揮的影響

土壤微生物可起到優化土壤結構，推動土壤生態循環的作用。若土壤遭受重金屬污染，微生物的生存環境被破壞，代謝過程受到極大干擾，微生物總量快速下滑，活性細菌的作用難以發揮效用，土壤中生物量碳與有機碳的比值極速地削減，土壤肥力下降，土壤中微生物的功能與結構發生徹底改變。根據我國環保部門的研究分析結果，鎘元素對土壤微生物生存能力形成的破壞最為嚴重，其直接削減微生物酶活性，尤其是對脲酶活性的影響最為直接。與此同時，重金屬元素還會造成土壤微生物數量大幅下降，原本穩定的微生物群落結構被打破，優勢類群比例不斷下降，微生物多樣性與均衡性指數無法有效展現，土壤原有面貌徹底喪失，植物生長面臨的問題更多，產量與品質更是無從談起，農業經濟效益難以保證。

4 土壤重金屬元素污染檢測技術的應用與發展

4.1 土壤重金屬處理手段

現階段，技術工作者在對土壤進行砷元素與汞元素檢測時，通常會采取鹽溶解的方式進行分析計算。土壤汞元素檢測環節，應按照1 ∶1的比例在土壤中加入鹽水煮沸，并持續溶解2h，待溶解液冷卻后，需加入硝酸-重絡酸鉀保存液，攪拌均勻后再加入硫酸-重絡酸鉀稀釋液進行稀釋，此時，土壤中的汞元素已基本全部溶解到液體之中。砷元素檢測與汞元素檢測手段基本相同，但是，消解環節結束后，工作人員需要在稀釋液內部加入硫腺-抗血酸溶液與（1+1）鹽酸溶液再次稀釋后，方可進行上機檢測工作。若想分析土壤中銅、鋅、鉛等元素的含量，其處理過程更為復雜，且需要針對每種元素的化學特性，具體調整檢測前的處理步驟。銅、鋅、鉛等元素的檢測思路可基本概括為鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸，經過這一系列分解后，重金屬元素基本與土壤分離，土壤原有結構也被徹底破壞，檢測精度可得到一定的保障。但是，這系列復雜消解環節的實際操作較為困難，加之消解過程需精準控制溫度，而電熱板中的溫度控制本身就很難進行，工作人員添加各類酸的附加點就無法進行有效把控，消解過程控制難度進一步增加。若待檢測土壤消解不夠徹底，則需要多次加入相對酸，而這些物質的添加時間點與量，更需要檢測人員具備足夠的專業技能與工作經驗。因此，土壤重金屬檢測工作實施前，應對從業人員的專業水平進行全面考核，確保人員對檢測過程的把控能力。銅、鋅、鉛等元素檢測消解過程加入的酸很多，消解時間很長，其過程也很容易出現金屬損失或消解不完全的情況，而這些現象也會導致溶液中存在礦物晶體，最終影響到檢測精度。

4.2 光譜檢測技術

光譜檢測技術在當前土壤重金屬檢測作業中十分常見，其檢測結果靈敏度很高，但是檢測成本投入較大，操作作業流程十分復雜，技術標準較高，并需要消耗大量時間，檢測單位也要具備專業設備。此外，光譜檢測技術以X 射線作為主要檢測載體，因此，這種技術應用時，會對檢測人員身體健康帶來一定影響。光譜檢測作業期間，工作人員需配備專業的防護設施，并嚴格按照專業技術操作進行，從而避免X 射線帶來的傷害。光譜檢測技術無法實現現場快速檢測，因此，其技術發展也在逐漸轉向紫外可見光光度法。

4.3 電化學分析檢測技術

與光譜檢測技術相比，電化學檢測技術更為便捷高效，工作人員無需在專業的實驗室內即可完成土壤重金屬檢測工作。電化學分析檢測技術主要使用電化學傳感器，這種傳感器可對土壤中不同類別重金屬進行快速分析，因此，檢測人員可在指定檢測作業區域快速完成土壤重金屬含量分析工作。電化學分析檢測技術應用廣泛，但是，其檢測過程也同樣受到外界因素的影響，若土壤中存在大量大分子顆粒、有機物以及表面活性劑等土壤污染物，檢測環節獲取到的數據精度將難以保障。我國土壤重金屬污染問題分布廣泛，因此，電化學分析檢測技術具備極好的發展前景，便捷高效的作業模式，更是受到眾多檢測工作者的歡迎，因此，相關科研機構應將電化學分析檢測作業設備研發放在重點位置，注重設備自身檢測精準度與抗干擾能力的提升。

4.4 新型檢測技術

隨著科學技術的快速發展，為實現土壤重金屬污染的有效檢測，控制檢測作業成本，土壤檢測技術也在不斷優化升級。

（1）生物傳感器檢測技術。生物傳感器檢測技術以綜合金離子與固定電極材料中特異性蛋白的合理運用完成分析工作。檢測時，固定電極內部的特異性蛋白結構將會發生改變，而工作人員則可借助靈敏度電容信號傳感器，捕捉變化信號，從而完成土壤重金屬定量檢測工作，且可實現土壤重金屬含量變化的監測分析。現階段，行業技術人員借助生物傳感器，測量土壤水溶液中毒性化合物含量，從而分析出土壤重金屬污染現狀對微生物與植物生長帶來的影響。但這種分析手段存在一定的應用限制，土壤中生物活性以及環境要求較為苛刻，場景適應能力較差。

（2）酶抑制檢測技術。酶抑制檢測技術主要分析重金屬離子與酶活性因子之間發生的反應現象，這種反應會造成酶活性因子的結構與性質發生改變，酶活性下滑，而工作人員在特定儀器的幫助下，可分析酶活性下滑程度，進而判斷出重金屬含量。酶抑制檢測技術應用也存在諸多限制，其在操作時，工作人員無法直接觀察顯色劑的金屬離子、吸光度以及電導率等信息的變化情況，必須要借助專業的儀器設備進行數據顯示。當前，酶抑制檢測技術主要應用于食品重金屬含量檢測工作之中。

（3）免疫分析檢測技術。免疫分析檢測技術以免疫分析法為核心，具備較高的靈敏度與獨特性，但是，技術應用環節也存在很高的難度與操作復雜性，工作人員應合理運用化合物，保留土壤重金屬離子綜合性及其空間結構，從而保證這些重金屬離子可具備足夠的氧化還原條件，進而為免疫分析法的進行創造有利條件。免疫分析法應保證載體蛋白可接受綜合離子化合物，并與其發生免疫反應，進而分析出綜合離子化合物的具體含量。此外，檢測工作者也要選擇特定抗體，針對性開展重金屬離子化合物的綜合性檢測工作，從而不斷提高檢測數據結果的精準性與參考利用價值。

（4）太赫茲光譜檢測技術。太赫茲光譜檢測技術以分子內部或分子間存在的相互激勵作用為核心，判斷激勵作用強度，從而完成土壤重金屬元素含量的監測工作。太赫茲光譜檢測技術是一種新型的監測手段，工作人員在特定儀器設備幫助下，分子內部或分子間激勵作用產生的振動將被作為能量吸收判定，儀器設備可對這一能量數值進行分析，進而顯示出土壤內部重金屬離子化合物的具體含量。近些年，太赫茲光譜檢測技術已得到檢測科研人員的重視，相關技術應用及發展也不斷加快。

5 結束語

土壤重金屬污染嚴重影響人類生存與發展，合理實施土壤重金屬污染監測工作是推動污染治理工作有序實施的基礎條件，因此，應不斷加大檢測技術應用優化與創新改革，注重最終結果獲取效率。現階段，檢測工作更注重分析過程的便利性與檢測數據精準度，此外，檢測環節也要具備綠色環保特性，因此，各類新型檢測技術正快速興起，行業科研人員應保持對技術應用的正確理解，加快技術升級工作，改進技術應用模式，進而不斷提高土壤重金屬污染狀況的分析效率，提高分析數據精準度，幫助相關部門及時落實更為可靠的土壤重金屬污染治理方案。