农田土壤重金属污染快速检测及修复

田野，李学涛，张萍＊

（1.山东省地质矿产勘查开发局第四地质大队，山东潍坊 250013 ；2.潍坊市农业技术推广中心，山东潍坊 261071）

农田土壤是粮食作物最基本的生长环境，农田土壤被污染之后，会导致农作物和人们的健康问题受到损伤。 当前， 农田土壤中有大量的铅、汞、镉等重金属元素污染。 这些重金属污染物的毒性比较大，难以被降解，还会被人体吸收，引发各种疾病。 因此，需要用空间估值等方法对污染进行检测，从而更好地监管农田土壤污染，为人们的生产和生活提供更多的安全保障。

1 我国农田土壤重金属污染的现状与概述

1.1 迁移转化问题

当前，全国有70%的农田土壤已经受到了金属污染。 重金属元素进入到农田土壤，会引发出一系列的物理和化学问题，而且在各种反应下往往会出现迁移转变。 比如溶解沉积和氧化还原等反应。 在遇到特定的自然条件后，比如降雪降雨天气，都会导致重金属元素发生一定的化学变化。除此之外， 不同的生物在农田土壤中所表现出来的耐受情况各不相同。 因为重金属元素不好被降解， 长期处于土壤中就会富集转化成有机金属化合物，导致土壤的活性降低。 长期富集反应下会通过食物链进入到人体之内，危害性会非常大。

1.2 形态多变的问题

重金属元素往往有一定的化学活性， 随着土壤pH 值的变化，农田土壤当中的重金属元素会产生化学反应，从而演变成其他有害的元素。 例如变为络合态和离子态，而离子态的毒性会比较高。 除此之外， 农田土壤中的重金属元素会发生多种物理化学反应，形成大量有毒性的有机物和无机物。

1.3 难以消除问题

当重金属元素进入农田土壤中后，会与土壤中的微生物发生化学反应，土壤中的微生物浓度会大大下降，难以被土壤分解利用。 由于微生物会在一定程度上聚集重金属元素，导致土壤中重金属的毒性被加强，在长期积累之后，会破坏土壤自身的生态系统，变成顽固且难以处理的土壤成分，使后期的处理工作难度增大，导致人体健康受到一定的伤害。

2 农田土壤重金属污染空间快速检测及修复方法

2.1 局部高值分布区划分

在监测农田土壤重金属污染的过程中，需要分析土壤中重金属含量的变化，从而获取空间分布信息，进而描述出土壤中重金属的含量与分布规律。 采用关联规则与回归分析等方法明确外源因素，提取外源因子。 另外，要用统计半方差的方法，来提取土壤中的重金属样点和空间结构，判断多种元素空间变异范围。 利用实地取样的方法进行调查，划分土壤重金属含量的局部高值分布。

2.2 土壤单元类获取

全局地理空间中土壤重金属的空间分布有很强的连续性。 土壤单元类的获取，可以把全局异质重金属含量空间估值问题转变成局部空间最优的估值。 采取自收敛分类的方法可以把环境变量进行分类。 谱分割方法能把景观要素进行向量分类，得到土壤单元的分类。

2.3 重金属污染空间估值

土壤污染往往会导致多个土壤空间产生一定的分类，土壤单元分类之后，相同单元类中的监测样点会被划分为一类，从而形成科学的监测样点集。 再利用二分树的索引方法，可以构建更加完善的空间估值方法。 在使用空间估值的技术进行污染处理时， 要输入参与估值的最小估值，计算最大搜索半径的单元数，从而完成对已知位点数的估值单元的搜索工作，展开未知单元的属性值估算问题。 结合土壤单元类的样点展开已知观测值，权衡所有样点的观测值之差，从而得到一个未知位点的估算值。

3 农田土壤重金属污染原因

3.1 农药化肥带来的污染

作为农药化肥大国， 人们为了追求高产稳产，往往会大量使用化肥和农药，虽然这样可以增加农作物的收量，提高农业的收成，但是很多重金属已经被农田土壤吸收，很难被分解，经过灌溉和雨水之后，会加重农田土壤重金属污染的程度，导致农田土壤中有超标的重金属元素。

3.2 固体废弃物污染

工业化的加剧生产，会产生大量的固体废弃物，很多废弃物都会直接存放在农田附近，在雨水或浇灌后， 固体废弃物会渗滤大量的污染物质，加大农田土壤重金属含量。 经过长期积累，农田中会有大量的相关污染物。

3.3 大气沉降污染

交通运输和建筑行业等产生大气污染的行业，在生产作业的过程中，所释放出的大量的粉尘和废气会污染物体。 这些污染物中含有大量的重金属元素，与废气和蒸气一同排放到了大气环境当中，最后随着雨水落在农田土壤。 还有机动车在其燃烧汽油的过程中，往往会排出大量的金属元素，随着大气的沉降，污染附近的农田土壤，从而加剧了农田土壤中重金属污染，因此，大气沉降污染也是农田污染中比较主要的一部分。

4 农田土壤重金属污染和检测技术分析

4.1 从源头治理污染问题

要想保护农田土壤就要从源头上做好防护措施。 通过科学施加农药和化肥的方法，结合农作物的实际特点， 精准把控农药化肥的施用量和次数时间。 推广有机肥和绿色肥，用绿色种植技术，应用石灰石作为土壤的调理剂， 使农作物土壤的酸度降低，中和土壤中重金属铝元素的含量，补充土壤中的营养元素，改善土壤结构与生物活性。

4.2 因土壤情况差异化种植

通过土壤环境监测的技术规范，做好土壤重金属的污染评估标准，划分土壤的区域和不同的富集程度，采用差异化种植的方法，充分提升农田土壤利用效率。 对于已经受到重金属污染的农田，可以种植蜈蚣草类的植物，或者种植一些空麻类的经济作物，针对植物的不同属性和重金属吸附能力，选择种植合适的农作物。 要针对土壤重金属元素进行科学的监测，科学施加化肥和农药，采用高效的种植方法，合理规划种植计划。

4.3 采用科学的修复方法

农田土壤中有大量的重金属污染，应因地制宜，应用科学的物理法、化学法综合修复的技术。采用有针对性的科学修复方法，让土壤生态结构得到恢复。 缩小客土法和换土法的范围，整治重金属污染的农田，结合热处理的方法，改良使用的技术。 生物修复的应用方法比较广泛，因此，重金属污染面积比较大， 污染周期比较长的农田，需要在土壤中加入一定的改良剂和生物炭，让土壤重金属元素得到更好的挥发，降低重金属物质的比重，让修复处理的效果达到最好。

4.4 实验室监测技术

监测农田土壤重金属污染方面的问题时，可以使用原子荧光光谱法和电化学仪器分析法，从而在样本田间进行科学的采样，处理土样进行科学分析，从而监测土壤中的重金属含量。 实验室监测的方式，基体干扰比较小，准确度会比较高，分析的范围比较宽。用实验室监测的方法对农田土壤进行科学的修复，并对现状进行调查和试验，由于这样的检测方法涉及到大量的工作，所以监测成本会比较高，分析周期会比较长。 在采集样品的过程中会有一定的差错发生，测量的结果会没有准确性。

4.5 现场监测技术

为了避免实验室监测方面的局限性，需要采用现场监测技术连续监测土壤重金属的含量，利用土壤磁化率的监测技术，让土壤可以在外磁场作用下，感应到其所产生的磁化强度，通过比重对土壤中重金属污染进行监测。 重金属污染会加强土壤磁性，分析土壤磁化率与其化学元素污染的表征。 这种技术破坏性比较弱，在土壤研究的过程中，会有更广泛的应用。 由于土壤磁化率会导致土壤中的污染因素增加， 因此要准确判断该技术带来的污染程度与污染来源。 应用现场监测技术， 可以让原子发射光谱分析法快速处理土壤重金属污染，并进行实时的探测，分析土壤中的多种元素，让研究对象再次受到污染。 通过半定量测量的手段，可以监测实验的灵敏度与检测局限性。

4.6 磁化率技术监测原理

在土壤磁学的研究过程当中，通常会用到磁化率技术，其测定的方法比较便利，能够在野外现场进行监测。 磁化率技术可以监测土壤外磁场， 感应其所产生的磁化强度和外加磁场强度。土壤磁化率往往会和母岩性质， 水分的情况有关， 还会与土壤的有机质组成含量息息相关，和人类的活动也有比较密切的关系，土壤中的重金属污染会导致磁性大幅度增强，表土的磁测可以在一定程度上反映出土壤的污染状况。 土壤的磁化率和化学元素可以反映出土壤中的重金属含量，磁化率测量技术是一种高效率、灵活、破坏性较弱的检测技术，在野外区域可以充分发挥出测量的优势，在土壤区域污染调查中得到了更加广泛的应用。 在土壤重金属污染的具体修复工作当中，需要深入研究土壤磁化率，实时检测城市中心与工业周围地区土壤重金属的污染程度。

综上所述，作为农业生产大国，我们需要高度重视农田土壤中的重金属污染问题。 同时，针对目前我国农田土壤重金属污染的原因，探索科学的治理方法。 针对农田土壤污染的特点，找到农田土壤重金属污染的源头，采取合理高效的治理办法，探索一个科学修复的技术措施，综合当前主要的污染源头施加科学的对策，严格治理农田土壤重金属污染问题。 加大力度保护农业生产与农田土壤， 让乡村振兴战略发挥出巨大的价值。 应用科学的检测方法，同时要结合监测样点的数据对土壤重金属污染进行实时的监测管理，加强对农田土壤重金属空间分布规律的检测，利用农田土壤重金属污染的调查评估方法，为农田土壤提供切实的保障。