土壤重金属有效态含量检测与监测现状、问题及展望

胡燕 吴电 郑灵艺（浙江环科环境研究院有限公司浙江杭州310007）

土壤重金属有效态含量检测与监测现状、问题及展望

胡燕 吴电 郑灵艺
（浙江环科环境研究院有限公司浙江杭州310007）

随着社会和科技的发展，土壤重金属污染逐渐危及粮食卫生安全及人类的身体健康。为了进一步了解土壤中重金属的污染情况，以及在土壤中生存植物的相关指标，就需要尽快的检测出土壤中的有效态含量。本文将土壤-植物-人作为一个整体，阐述了重金属有效态在该系统中的迁移机理，在此基础上选择合适的土壤重金属检测方法，使传统检测法与现代化检测方法相结合，把握住促进社会经济与生态环境的健康发展，维护人民身体健康的大方向。

有效态含量；重金属形态；检测；土壤污染；生物有效性

引言

随着现代工业城镇化、工业化速度的加快和“三废”污染物处理的不当，使得大量重金属污染物渗入土壤。重金属不会轻易被生物降解，渗入土壤后不仅会影响农作物质量，人食用过此类农作物后也会对身体造成极大的危害。因此研究土壤重金属的污染特征，以便控制及切断其污染源，对保证人民身体健康具有重要的现实意义。因此，加强对土壤重金属有效态检测的研究与探索，对改善土壤污染问题具有重要意义。

1 重金属有效态的定义

重金属在土壤中是有效态还是无效态不是绝对的，而是一个动态平衡的过程。金属的化学形态不同，其化学行为也会因此发生相应改变，无论在环境中还是在生物体内，重金属的移动性、被有机体吸收、产生的毒害作用等，都是表征和了解重金属形态的依据。

在不同的学科领域，对重金属有效态的定义有不同的解释：环境学者认为土壤重金属的有效态是土壤重金属能被生物吸收利用或产生毒害效应的重金属形态；生物毒理学者则侧重于土壤重金属是直接进入生物体消化系统并可以被生物体消化道溶解吸收的部分；国际标准化组织认为重金属的生物有效性是一个动态的过程，其中包括3个步骤:一是环境有效态性，二是环境生物有效性；三是毒性生物有效性，并且这三种有效态可在一定的条件下相互转化。

2 土壤重金属有效态含量检测的方法及其成果

2.1 直接检测法

直接检测法，即直接对受重金属污染的土壤进行检测，对表层土壤进行样品采集。

（1）化学浸提法

即化学提取法，是指采用一种适当组成与组成比例的试剂溶液（一种或几种试剂混合），或者几种不同的试剂溶液（浸提能力依次加强，以一定顺序依次浸提），按照一定的土液比与浸提工艺方法浸提，最后测定浸提液中重金属的含量。从提取试剂的使用方式上可分为一次浸提法和连续浸提法。

（2）物理分析法

梯度扩散薄膜技术(DGT)。DGT技术是英国科学家Davlson等于1994年发明并推广使用，DGT装置的核心由扩散相和结合相两部分组成，它引入了一个动态概念：实验所测定的有效态浓度不仅包括土壤溶液中的重金属含量，还包括在测量期间土壤及作物新陈代谢过程中释放的重金属量，在这个过程中，植物根部对重金属的吸收导致附近土壤溶液中的重金属指标下降，这个动态过程对于重金属的生物有效性评价是不可忽略的，因此它是模拟生物吸收、预测金属生物有效性较好的技术。

（3）光谱分析

光谱分析技术是指通过利用光谱学原理和实验来确定物质的结构和化学成分的方法，在土壤重金属污染检测中应用广泛。传统的光谱分析方法多种多样，其中等离子体光谱法是目前国内外应用最多的方法。随着现代分析技术的发展，一些结构和形态的光谱分析技术逐渐应用于土壤固相重金属的形态分析领域，如常用于鉴定一些金属尾矿沉积物中重金属的形态电子探针技术。由于其具有快速、无损伤，大面积检测与监测的优势，在土壤污染检测和监测中有广泛的应用前景。

2.2 间接检测法

间接检测法是指不直接将土壤作为检测对象,而是通过检测生长或生活在该土壤环境中生物的反映来间接检测受污染土壤中重金属的有效性。间接检测法主要是指生物检测法。即利用生物个体、种群或群落对土壤重金属污染所产生的反应，从生物学角度对环境污染状况进行检测和评价的一门技术，具体包括指示植物检测法、微生物检测法、动物检测法等。

（1）指示植物检测法

指示植物检测法是判断污染土壤中重金属有效性的一种经济、简便且可靠的方法，它以其不可比拟的优越性而备受科研工作者的青睐。要利用此类方法必须要对常用的指示作物有一定的了解，一般来说，检测酸性土壤的指示作物有芦苇、石松等植物；检测碱性土壤的指示作物蜈蚣草、凤尾草、枸杞等植物。该方法一般通过以下两方面来研究重金属的有效性:一是植物的受害症状，包括植物根、茎、叶各方面的变化，二是植物体内污染物的含量，通过植物的受害症状来判断土壤重金属的有效性是一种快速、简便且不会对植物和土壤造成损伤的方法。其基本原理为：当植物受到某种物质污染或胁迫后，其内部结构、叶绿素和水分含量就会发生不同程度的变化，光谱反射特征也随之变化，一般情况下，污染或胁迫越严重，这种变化就越大。但由于光谱易受环境因素影响，且该技术还没有系统的数据处理和分析方法，定量估测精度还有待提高，目前该方法仅适应重度重金属污染土壤监测，一般轻微、轻度和中度重金属污染土壤难以实现监测需求，其监测值仅可作为参考，不能够作为农田重金属污染普查、农产品产地重金属污染监测等依据。该方法考虑到了土壤和植物之间的相互关系，可以很好地反映特定重金属对特定植物的生物有效性，但该方法与化学检测方法一样，需要进行采样分析，且由于收到植物生长周期长的限制，只能作为辅助检测方法。

（2）微生物检测法

微生物与土壤微环境亲密接触，在许多情况下，其质量及其活性都可以作为土壤污染的理想检测指标。微生物检测即用微生物的一些特性指标，如微生物的生物量、群落结构等。马小凡等研究了长春市土壤微生物的生化作用强度与多种重金属化学形态的关系，结果表明：城区土壤与郊区土壤中不同重金属的各种化学形态对微生物生化作用强度的影响明显不同。土壤微生物对土壤变化高度敏感，是目前可用的最敏感的生物标记之一，因为土壤中的微小变动均会引起其多样性的变化，但目前应用土壤微生物指标的主要障碍是：缺乏对一般土壤过程与土壤微生物群落结构或特性间关系的了解，对具体指标好与坏的基线与阈值也并不十分清楚。

3 土壤重金属有效态检测与监测的问题与发展趋势

3.1 土壤重金属有效态检测的问题

直接检测方法精确度更高，可以获取土壤在某一时间、某一剖面上的瞬间污染信息，可以确定污染物种类及污染程度，但由于在其采样过程中，采用某些物理或化学的方法进行采样，从而对污染对污染对象造成一定程度上的破坏，其效果也具有明显的“滞后性”，在测出土壤受到污染的同时或之前，污染物已经对污染对象造成了影响。同时,直接检测方法对农田生态环境信息的综合分析能力较弱,难以发展成为高效简便且时效性强的土壤重金属污染检测技术。

间接检测法考虑到了土壤和植物、微生物之间的相互关系,在实际应用中更具有价值。但间接检测相对来说具有周期较长、检测精度相对低、不能直接确定污染物种类等缺点。因此，在提取和检测土壤重金属有效性的方法中，无论是传统的直接检测方法还是现代检测方法都有其适用范围和局限性，相关人员在进行土壤重金属检测过程中，选择检测与监测方法时应根据具体评价要求，根据精确度、评价时间的限定、评价条件等各方面因素加以选择。在今后的具体实践中，可以联合使用直接检测与间接检测方法，以提高评价结果的准确性与时效性。

3.2 土壤重金属有效态检测与监测的发展趋势

土壤中重金属的积累，特别是耕地土壤重金属污染，对生态和人文都有极大的危害性，主要表现在：第一，对现代农业和社会的可持续发展、农业生态环境安全和农产品质量安全构成了严重威胁；第二，重金属以各种农作物为中转站，重金属被人体吸收，最终危害人体健康。因此，对土壤重金属污染进行检测与监测，并制定修复方案，以保障粮食安全和人类身体健康是目前迫切需要解决的问题。目前，有关土壤重金属的有效态性的研究还不够完善，今后应加强以下几方面的研究:

（1）原位检测与监测

前文所介绍的方法，在采集土壤的过程中费时、费力、费钱，且会对土壤的结构造成破坏，从环保与科学的角度来说，并不是一种经济可行的办法。而原位检测与监测技术则克服了上述缺点，并且原位检测与监测反映的是生物体在土壤中生长的实际情况，更具有现实意义。因此，对受污染土壤进行原位检测与监测，对不同种类重金属进行实时准确识别，将是未来发展的一个重要方向。

（2）将土壤-植物-人作为系统进行研究

重金属的生物有效性是土壤、重金属、植物、人之间的相互作用，一种重金属生物有效性不仅与土壤的组成及性质有关，还和元素在植物及人体内的迁移过程和机理有关，并且会随着时间的变化而不断发生变化。因此，将土壤-作物-人系统作为一个整体，研究重金属在土壤-植物-人系统的迁移转化规律，对合理评估土壤重金属的污染程度及提出治理方案有重要意义。

（3）重金属污染的大面积立体监测

以往土壤重金属有效性研究侧重于野外采样，实验室检测，其研究结果局限于点检测与线监测，其空间与时间方面不具有典型的代表性。针对我国农田土壤污染较突出的现状，应综合利用现代化检测技术。今后研究的重点应放在研发立体面检测方面，开展由点到面，进行立体动态监测。

结语

本文介绍了土壤有效态重金属的相关知识，并详细阐述了通过直接检测和间接检测来测定污染物种类和含量的方法，分析了土壤有效态检测的发展趋势，并给出了相应的措施，以期对促进社会经济与生态环境的健康发展，维护人民身体健康带来积极意义。

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