土壤重金属污染现状及检测分析技术研究进展

林美丽

（河北省唐山生态环境监测中心，河北唐山 063000）

近些年，我国土壤重金属污染问题愈发严重，因重金属污染而丧失使用价值的土地面积更是不断增加，而想要消除重金属污染对土壤的影响，必须加强相关检测技术的应用，结合土壤污染实际，对检测手段进行改进。土壤重金属污染检测工作质量应在原有技术基础上，不断加大技术创新工作，重视检测设备体系的研发与引入，充分结合具体工作需求以及检测工作发展现状，提高检测技术的最终作业水平。现阶段，我国土壤重金属检测工作发展迅速，但因起步较晚等因素的影响，行业整体技术水平仍显不足，从业工作者需针对性开展深入研究工作，精准测量土壤中各类重金属含量，为后续开展土壤保护以及重金属污染治理方案创造有利条件。

1 土壤重金属污染概述

土壤重金属污染隶属无机污染类别，危害性强，影响范围广。土壤中的重金属离子无法被微生物分解，且这些重金属会在土壤生物体内不断累积，并转变为毒性甲基化合物，而这种化合物会随着食物链而最终进入人体，严重破坏人体健康。现阶段，土壤重金属污染物主要有汞、铅、铜、镍、铁、锌等，这些重金属在特殊价态下具备很强的毒性，而部分重金属自身就有很强的毒性，如汞，而当前最为常见的重金属污染元素为锌。当这些重金属元素伴随着工农业活动进入土壤后，其会与土壤紧密胶结，并会与土壤中原有的无机物或有机物发生反应，产生新的重金属化合物。此时，土壤性质已发生改变，而这些重金属化合物在被植物吸收后，其呈现毒性的化合价通常不会出现变化，而是直接进入食物链。

此外，部分土壤重金属元素在特殊环境下会转变为烷基化合物，而这种化合物与土壤之间的黏结能力更强，毒性与危害也更大。这些烷基化合物无法被生物分解，且与土壤粒子紧密贴合形成整体，并自带吸附作用，这就导致其在进入土壤后，很难通过常规检测手段发现，危害性与破坏性极强。因此，应不断加大土壤重金属污染技术研究与分析工作投入，借助新型检测技术优势，并注重技术创新与发展，不断提高土壤重金属污染检测精度，为后续治理工作创造有利基础。

2 土壤重金属污染现状

土壤遭受重金属污染后，其自身的循环能力将极地下滑，大量有毒重金属堆积，土壤的生态效益与经济效益丧失。调查研究表明，土壤重金属污染已成为限制我国农业经济发展的主要因素，我国当前受重金属污染的土地面积已超过5 000万亩，而这一数据依旧呈现连年递增的态势。土壤重金属污染治理难度非常大，污染物自身的隐蔽性也很强，且污染带来的破坏与影响极为深远，人类的生产生活无法有效进行。综合我国当前土壤重金属污染问题发展现状，造成重金属污染问题不断加重的因素主要有以下两点。

2.1 自然生态因素

我国很多地区存在成土母质风化现象，而这种自然现象为土壤中堆积重金属元素创造有利条件，这些重金属元素伴随着自然降水以及地表水流动，其化学结构将发生改变，并在低洼区域大量堆积，导致土壤中重金属元素含量大幅增加。

2.2 人类活动因素

调查研究表明，人类活动是造成土壤重金属问题不断加重的首要因素。伴随着我国工业化发展不断加快，很多不合理的发展建设模式已严重影响到我国生态建设工作，如矿山过度开采、大量工业废水未经处理直接排放、农业生产过量使用化肥与农药等，这些工农业生产现象让我国土壤重金属污染现象不断加剧。

3 土壤重金属污染带来的危害

3.1 工业排放重金属带来的影响

随着我国社会经济的飞速发展，城市生产生活垃圾总量连年攀升，加之各类不合理生产建设行为，最终导致土壤污染现象愈发严重，污染带来的破坏与影响不断加深。此外，很多城市在发展化工产业过程中，未能及时跟进废水、废气与废料处理工作，如机械加工、电镀等生产活动，其产生的废弃物含有大量重金属元素，相关企业与部分地方环保部门未能重视这些废弃物的科学处理，大量重金属元素进入生态循环，最终导致土壤中重金属元素含量不断增加，污染问题不断加重，土壤的生态效益与社会经济效益不断削弱，部分土壤甚至完全失去使用价值。

3.2 重金属污染造成农作物品质与产量下滑

土壤被重金属元素污染后，土壤的性质与结构将发生巨大改变，直接干扰农作物生长与发育，很多重金属对植物本身形成巨大危害，最终导致农产品的品质与产量极速地下滑。若土壤遭受镉元素污染，绿色植物叶绿素结构将被破坏，植物体光合作用减弱，并同时影响到植物根系对水分的吸收，植物生长能力受到极大限制。研究表明，铅元素也会对植物光合作用过程形成巨大破坏与干扰，并同时影响植物呼吸作用，弱化脂肪代谢强度，植物体耗氧量大幅增加，光合作用产生的糖分无法有效堆积，最终导致植物体死亡。此外，土壤被重金属元素污染后，这些有毒重金属会随着农业种植活动而进入人体，直接危害人体健康。例如，镉元素进入人体后，其会直接影响人体心脑血管系统，引发高血压等心脑血管疾病；汞元素进入人体后，会伴随着新陈代谢而大量堆积在肝脏位置，直接破坏人体神经系统，进而引发一系列复杂疾病；铅元素进入人体后，正常的新陈代谢过程很难将其排出体外，当其累积到一定程度，会造成神经元反应能力下滑，智力下降，骨骼强度下降。

3.3 重金属污染对土壤内部微生物功能发挥的影响

土壤微生物可起到优化土壤结构，推动土壤生态循环的作用。若土壤遭受重金属污染，微生物的生存环境被破坏，代谢过程受到极大干扰，微生物总量快速下滑，活性细菌的作用难以发挥效用，土壤中生物量碳与有机碳的比值极速地削减，土壤肥力下降，土壤中微生物的功能与结构发生彻底改变。根据我国环保部门的研究分析结果，镉元素对土壤微生物生存能力形成的破坏最为严重，其直接削减微生物酶活性，尤其是对脲酶活性的影响最为直接。与此同时，重金属元素还会造成土壤微生物数量大幅下降，原本稳定的微生物群落结构被打破，优势类群比例不断下降，微生物多样性与均衡性指数无法有效展现，土壤原有面貌彻底丧失，植物生长面临的问题更多，产量与品质更是无从谈起，农业经济效益难以保证。

4 土壤重金属元素污染检测技术的应用与发展

4.1 土壤重金属处理手段

现阶段，技术工作者在对土壤进行砷元素与汞元素检测时，通常会采取盐溶解的方式进行分析计算。土壤汞元素检测环节，应按照1 ∶1的比例在土壤中加入盐水煮沸，并持续溶解2h，待溶解液冷却后，需加入硝酸-重络酸钾保存液，搅拌均匀后再加入硫酸-重络酸钾稀释液进行稀释，此时，土壤中的汞元素已基本全部溶解到液体之中。砷元素检测与汞元素检测手段基本相同，但是，消解环节结束后，工作人员需要在稀释液内部加入硫腺-抗血酸溶液与（1+1）盐酸溶液再次稀释后，方可进行上机检测工作。若想分析土壤中铜、锌、铅等元素的含量，其处理过程更为复杂，且需要针对每种元素的化学特性，具体调整检测前的处理步骤。铜、锌、铅等元素的检测思路可基本概括为盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸，经过这一系列分解后，重金属元素基本与土壤分离，土壤原有结构也被彻底破坏，检测精度可得到一定的保障。但是，这系列复杂消解环节的实际操作较为困难，加之消解过程需精准控制温度，而电热板中的温度控制本身就很难进行，工作人员添加各类酸的附加点就无法进行有效把控，消解过程控制难度进一步增加。若待检测土壤消解不够彻底，则需要多次加入相对酸，而这些物质的添加时间点与量，更需要检测人员具备足够的专业技能与工作经验。因此，土壤重金属检测工作实施前，应对从业人员的专业水平进行全面考核，确保人员对检测过程的把控能力。铜、锌、铅等元素检测消解过程加入的酸很多，消解时间很长，其过程也很容易出现金属损失或消解不完全的情况，而这些现象也会导致溶液中存在矿物晶体，最终影响到检测精度。

4.2 光谱检测技术

光谱检测技术在当前土壤重金属检测作业中十分常见，其检测结果灵敏度很高，但是检测成本投入较大，操作作业流程十分复杂，技术标准较高，并需要消耗大量时间，检测单位也要具备专业设备。此外，光谱检测技术以X 射线作为主要检测载体，因此，这种技术应用时，会对检测人员身体健康带来一定影响。光谱检测作业期间，工作人员需配备专业的防护设施，并严格按照专业技术操作进行，从而避免X 射线带来的伤害。光谱检测技术无法实现现场快速检测，因此，其技术发展也在逐渐转向紫外可见光光度法。

4.3 电化学分析检测技术

与光谱检测技术相比，电化学检测技术更为便捷高效，工作人员无需在专业的实验室内即可完成土壤重金属检测工作。电化学分析检测技术主要使用电化学传感器，这种传感器可对土壤中不同类别重金属进行快速分析，因此，检测人员可在指定检测作业区域快速完成土壤重金属含量分析工作。电化学分析检测技术应用广泛，但是，其检测过程也同样受到外界因素的影响，若土壤中存在大量大分子颗粒、有机物以及表面活性剂等土壤污染物，检测环节获取到的数据精度将难以保障。我国土壤重金属污染问题分布广泛，因此，电化学分析检测技术具备极好的发展前景，便捷高效的作业模式，更是受到众多检测工作者的欢迎，因此，相关科研机构应将电化学分析检测作业设备研发放在重点位置，注重设备自身检测精准度与抗干扰能力的提升。

4.4 新型检测技术

随着科学技术的快速发展，为实现土壤重金属污染的有效检测，控制检测作业成本，土壤检测技术也在不断优化升级。

（1）生物传感器检测技术。生物传感器检测技术以综合金离子与固定电极材料中特异性蛋白的合理运用完成分析工作。检测时，固定电极内部的特异性蛋白结构将会发生改变，而工作人员则可借助灵敏度电容信号传感器，捕捉变化信号，从而完成土壤重金属定量检测工作，且可实现土壤重金属含量变化的监测分析。现阶段，行业技术人员借助生物传感器，测量土壤水溶液中毒性化合物含量，从而分析出土壤重金属污染现状对微生物与植物生长带来的影响。但这种分析手段存在一定的应用限制，土壤中生物活性以及环境要求较为苛刻，场景适应能力较差。

（2）酶抑制检测技术。酶抑制检测技术主要分析重金属离子与酶活性因子之间发生的反应现象，这种反应会造成酶活性因子的结构与性质发生改变，酶活性下滑，而工作人员在特定仪器的帮助下，可分析酶活性下滑程度，进而判断出重金属含量。酶抑制检测技术应用也存在诸多限制，其在操作时，工作人员无法直接观察显色剂的金属离子、吸光度以及电导率等信息的变化情况，必须要借助专业的仪器设备进行数据显示。当前，酶抑制检测技术主要应用于食品重金属含量检测工作之中。

（3）免疫分析检测技术。免疫分析检测技术以免疫分析法为核心，具备较高的灵敏度与独特性，但是，技术应用环节也存在很高的难度与操作复杂性，工作人员应合理运用化合物，保留土壤重金属离子综合性及其空间结构，从而保证这些重金属离子可具备足够的氧化还原条件，进而为免疫分析法的进行创造有利条件。免疫分析法应保证载体蛋白可接受综合离子化合物，并与其发生免疫反应，进而分析出综合离子化合物的具体含量。此外，检测工作者也要选择特定抗体，针对性开展重金属离子化合物的综合性检测工作，从而不断提高检测数据结果的精准性与参考利用价值。

（4）太赫兹光谱检测技术。太赫兹光谱检测技术以分子内部或分子间存在的相互激励作用为核心，判断激励作用强度，从而完成土壤重金属元素含量的监测工作。太赫兹光谱检测技术是一种新型的监测手段，工作人员在特定仪器设备帮助下，分子内部或分子间激励作用产生的振动将被作为能量吸收判定，仪器设备可对这一能量数值进行分析，进而显示出土壤内部重金属离子化合物的具体含量。近些年，太赫兹光谱检测技术已得到检测科研人员的重视，相关技术应用及发展也不断加快。

5 结束语

土壤重金属污染严重影响人类生存与发展，合理实施土壤重金属污染监测工作是推动污染治理工作有序实施的基础条件，因此，应不断加大检测技术应用优化与创新改革，注重最终结果获取效率。现阶段，检测工作更注重分析过程的便利性与检测数据精准度，此外，检测环节也要具备绿色环保特性，因此，各类新型检测技术正快速兴起，行业科研人员应保持对技术应用的正确理解，加快技术升级工作，改进技术应用模式，进而不断提高土壤重金属污染状况的分析效率，提高分析数据精准度，帮助相关部门及时落实更为可靠的土壤重金属污染治理方案。