土壤重金属污染现状及检测技术研究

朱 彤

（合肥诚鑫环境检测有限公司，安徽合肥 230000）

1 土壤重金属概述

重金属污染是土壤无机物污染中危害最大的一种污染种类，这主要是因为土壤中的微生物无法分解重金属，导致重金属越来越多地聚集在土壤中，最终进入到动物、植物、人体中，或者转化为甲基化合物这种有着很强毒性的物质。重金属一旦进入食物链就会对人类机体健康产生严重的影响。当前汞、铅、铜、镍、铁、锌等都是土壤中十分常见的重金属污染物，这些物质本身毒性较强，如果在特殊条件下发生化学反应，还会产生新的有毒有害物质，最终会改变土壤性质，威胁植物健康生长，甚至进入到人体，严重损害人体健康。

有的重金属在土壤中受到各种条件影响会转化为具有更强毒性的烷基化合物，其有着更大的危害。重金属本身有着较强的吸附性，而重金属又存在分解难度大的特点，往往会融合在土壤中难以及时被消除，这就导致出现受到重金属污染的土壤。重金属本身也具备一定的吸附作用，一旦进入到土壤后很难被消除、被发现，通常需要借助专业的检测设备由专业的检测人员检测，才能发现土壤中的重金属，才能进一步采取治理措施。

2 土壤重金属污染现状

土壤自身循环能力会受到重金属土壤的污染严重降低。我国农业经济发展主要限制因素之一就是土壤重金属污染，我国已经有超过5000万亩的土壤受到重金属污染，并且该数值呈现逐渐上涨的趋势。土壤重金属不但具有隐蔽性，而且很难治理，这对于人类的正常活动以及未来发展都十分不利。对当前发展情况进行分析可知，我国当前面临着较为严峻的土壤重金属污染问题，而造成土壤重金属污染的原因主要包括如下两点：

（1）自然环境。成土母质风化是当前我国很多地区存在的土壤问题，这就导致重金属积累条件更加适宜，加上恶劣天气和水源作用等方面的影响会改变重金属元素结构，导致土壤中重金属元素含量也产生一定的变化。

（2）人类活动。我国工业化发展进程不断推进，有的企业盲目追求经济效益，没有经过国家批准私自开采、过度开采矿山，随意排放工业污水，农业生产中增加了化肥和农药的使用量，这些人类活动都会导致土壤中重金属污染程度增加。

3 土壤重金属危害

3.1 影响农作物产量和品质

农作物生长于受到重金属污染的土壤中会难以正常地发育，产量和品质都会出现严重降低的情况。比如如果土壤中含有较多的镉元素，那么镉元素会进入到植物体中，破坏植物叶片中的叶绿素结构，导致植物根系吸收水分的能力降低，植物无法正常地完成光合作用、无法正常吸收养分，导致生长受到抑制。又如铅会从很大程度上影响植物的光合作用，导致脂肪代谢强度弱化，升高了植物的耗氧量，导致植物的生长受到抑制，甚至出现死亡的问题，导致农作物大量减产。更为严重的是，生长于重金属污染土壤中的植物果实中会含有重金属元素，当农作物进入食物链流入到人体中，会严重危害人体健康。比如人体内如果镉元素过多会导致出现高血压、心脑血管疾病；汞进入人体会对人的神经系统、肝脏功能产生严重的损伤。这些重金属进入到人体内很难被排除，其长期聚集在人体内会影响人体健康水平，当重金属在人体内含量过高时甚至会引发人体死亡。

3.2 影响微生物群落

如果土壤中重金属含量过高那么会从很大程度上影响微生物的生存和代谢活动，导致降低微生物的整体数量，难以充分发挥有益细菌的作用，导致极大降低产生的生物量碳和有机碳比值，减弱微生物的呼吸作用，无法明显改变土壤中微生物的功能和结构。比如有研究显示，土壤中含有镉元素过高会严重影响生物和酶活性，尤其是会严重降低脲酶活性。受到重金属污染影响的土壤不适合微生物存活，会降低微生物水量，导致土壤微生物群落构成发生改变，降低优势类群比例，无法展现出原本多样性和均匀性指数。土壤一旦受到重金属污染仅仅依靠自身难以及时恢复原貌，不利于各种微生物、植物、动物的生长，甚至对种植人员、食物链中的人产生严重不良影响。

4 土壤重金属污染检测技术

4.1 调查研究目标区域

为了更加全面地了解土壤遭受重金属污染的情况和程度，需要精细化地检测遭受污染的区域，精准地确定重金属污染的土壤的重金属物质种类和含量。可以采用调查、走访等形式将污染最为严重的土壤区域初步确定，通过查看农作物生长、周边树木的情况，和周围居民进行沟通了解受污染区域的大概情况，然后详细规划设计土壤检测区域、检测方法，准备好检测设备。

4.2 目标地的取样调查

在将检测区域基本划定后需要检测人员进行取样，从监测区内的土壤选取具有代表性的土样。工作人员要从测定区域均匀分布的土壤中选取一定的样品，这种样品的代表性强，可以更好地反映出受污染区域土壤的实际情况，能够保证检测数据和实际污染情况更加接近。技术人员在取样时要将取样点的位置详细地标注在地图上，为后期进行土壤污染分布图的绘制提供一定的数据支持，保证绘制的分布图更加准确。在完成取样后需要简单地处理所取的土壤样品，通过对其中的水分、垃圾、其他杂质进行处理提高土样的接近度。工作人员可以先处理土壤样品中的水分，通过自然晾干的方式清除大部分水分。分离杂质时可以使用过滤、筛选等措施，得到的干燥洁净的样品后要合理保存或者立刻进行重金属检测。

4.3 土壤重金属检测技术

4.3.1 光谱检测技术

当前土壤重金属检测中最为常用的技术之一就是光谱检测技术，其灵敏度较强，但是有着较高的检测成本，十分复杂的检测操作流程，需要耗费较长的检测时间，对设备方面、检测人员的技术水平方面都有着较高的要求。X 射线是光谱检测的主要物质，但是X 射线的电离性较强，在检测中可能会伤害人体健康，为此，如果采用光谱检测方法需要提前做好防护措施，佩戴防护装置，熟练地掌握每项操作步骤，避免在检测过程中受到伤害。虽然光谱检测技术准确度高，但是却难以在现场快速准确地检测土壤重金属，当前现场检测最常用的检测方式为紫外可见光光度法。

4.3.2 电化学分析检测技术

电化学检测技术比光谱检测技术更加安全，其主要是利用电化学传感器检测土壤中的重金属物质。当前自动化技术已经逐渐应用于电化学检测设备当中，可以在土壤重金属污染区域快速完成现场检测。该检测方式快速便捷，有着较为简单的操作流程，但是在现场检测时容易受到颗粒物、有机物、表现活性剂等土壤污染物的影响而导致检测结果准确性不高，所得到的数据参考价值也有待进一步提高。所谓电化学分析检测技术需要进一步地改进优化，重点研究该技术抗干扰能力和准确性。

4.3.3 新型检测技术

（1）生物传感器检测技术。该方法主要是利用了金离子可以和电极特异性蛋白质发生反应的原理，金离子能够改变蛋白质结构，并且利用电容信号传感器定量、准确地检测土壤中的重金属物质，保证工作人员能够有效地检测分析土壤重金属中的含量变化情况。当前都可使用生物传感器精准地检测水溶液中的毒性化合物含量，但是在实际土壤重金属污染检测中该技术的应用还存在一定的不足，因为该技术对环境、生物活性有着较高的要求，所以生物传感器技术难以广泛地应用。

（2）酶抑制检测技术。该技术主要利用的是酶活性因子遇到重金属离子会发生甲硫酸反应的原理，重金属会导致酶活性因子结构和性质均发生改变，导致酶的活力极大降低。在进行土壤重金属监测时可以借助相关仪器进行检测工作。但是在具体实践中，难以对显色剂的金属离子、吸光度、电导率等变化情况进行直观的察看，需要借助光电信号将土壤重金属含量变化和酶系统之间的关系显示出来。当前在环境、食品等重金属检测中常使用酶抑制检测技术。

（3）免疫分析检测技术。该方法主要利用化合物和重金属离子之间综合性的原理，检测灵敏度较高，是一种独特的检测重金属的方法。在具体应用中需要高度重视免疫分析检测技术的应用，检测中要将空间结构预留出来保证氧化还原反应能够充分完成，进而确保综合离子可以和载体蛋白之间充分发生免疫反应。此外，要选择特殊抗体综合性地检测重金属离子，从而将检测结果的准确性提高。

5 土壤重金属污染治理技术

5.1 物理修复技术

土地深耕、去土换土是最为常用的物理修复方法。物理修复技术可以高效率地去除土壤中的重金属，但是有着十分明显的缺点，比如需要投入大量的资金，有着较大的工程量，需要耗费大量的人力、财力和物力，并且会从很大程度上破坏农田，所以这种方法在污染面积较小的区域中适用。

和传统的物理修复方法相比，电动修复更加快捷，可以节约成本，控制更加方便，不会损害土壤结构。在具体治理中，工作人员在受到重金属污染的土壤中插入两个电极，在直流电压影响下，重金属离子会发生转移和富集的现象，然后在另一端析出。这种方法在渗透性较低的黏土地质中应用效果良好。

有的重金属污染土壤中含有Se、As、Hg 等容易挥发的物质，此时可以使用热处理修复技术析出这些有害物质，这种方法十分便捷，操作十分容易，但是会消耗大量的电能，会对土壤结构产生严重的危害，发生污染问题。在具体实践中很少会采取这种治理方法。

5.2 化学修复技术

化学淋洗技术和稳定固化修复技术是当前化学修复技术中最为常用的两种方法。在使用化学淋洗修复技术时首先要检测分析土壤受污染的程度和其中重金属物质种类、含量等，然后做好淋洗液的合理选择，通过清洗将土壤中的重金属物质去除干净。化学淋洗技术有着十分简单的操作方式，但是并不适用于所有的土质，这主要是因为该方法对土壤土质要求较高，如果没有合理选择淋洗液反而会二次污染土壤环境。

稳定固化修复技术主要是通过钝化操作将土壤中重金属的释放含量控制住，从而将土壤金属物质迁移性降低，避免重金属污染物迁移到农作物内部，从而阻断了重金属的传输，避免伤害人体。电厂灰、铁锰氧化物和石灰等物质都是常见的稳定固化修复常用的材料。不过该方法是一种非永久性修复方法，无法彻底清除土壤中的重金属。

比如在处理汞类重金属污染的土壤时，可以按照汞处理方法处理土壤中的污染物。首先，在沸水中溶解（1+1）盐水，经过2h 后冷却，然后将硝酸-重铬酸钾存液加入其中，之后上机检测硫酸-重铬酸钾稀释液。砷和汞的消解方法类似，但是上机前稀释溶液选择的是硫脲-抗血酸溶液与（1+1）盐酸溶液。在处理铜、锌、铅之类的污染物时，由于各个元素特点不一，所以有着更加复杂的处理方法，处理前所用的方法或多或少存在一些不同。不过稳定固化修复技术的应用流程基本为盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸。这种处理方式会彻底破坏土壤结构才能保证试液中融入全部待测元素。在具体实践中有着更加复杂的消解流程，难以控制电热板中的温度，也难以准确地把握加酸时间点，所以难以控制消解过程。如果遇到不完全消解的现象，就要将相对的酸多次加入，这些复杂的工作都需要专业的人员完成，并且需要严格考核各个流程。只有检测技术水平高且经验丰富的人员才能顺利地进行操作。如果消解过程中加入的酸过多那么会延长消解时间，损失部分金属，消解不完全还会导致土壤中的矿物晶体受到破坏，这些因素都会对实验结果的准确性产生影响。

5.3 生态修复技术

所谓生态修复就是将传统耕作模式逐渐转变，通过种植一些可以吸收土壤中重金属的物质达到土壤修复，可以利用食物链模式将土壤中的重金属物质含量逐渐减轻或者去除。在使用生态修复技术过程中需要技术调整农作物的种类，做好有机肥的合理施加，同时将工业化肥的使用量减少。当前常见的生态修复方法比如调节控制土壤pH，进行土壤养分和水分的适量改变，有效引导将重金属物质含量减少。生态修复技术比其他修复方法可操作性更强，可以节省资金，有着较为成熟的技术，但是需要较长的修复时间。

6 土壤重金属检测技术发展

当前我国存在很多土壤重金属检测技术，有着较为理想的应用效果。不过随着重金属污染问题的不断增加，需要更加深入地研究重金属检测技术，只有这样才能满足未来环境发展的需求。当前大多重金属检测技术都有着较为完善的检测流程，但是在使用部分检测技术过程中还会受到检测过程、检测设备方面的影响而出现一定的不足。在后续发展中，需要加大创新力度，进一步提高土壤重金属检测技术水平。

7 结束语

通过检测土壤重金属污染情况可以明确土壤污染程度，保证相关工作者可以选取合理的治理方法，降低土壤污染，减少重金属对人体产生的不良影响。