农业土壤重金属污染监测技术分析

张家口市环境监测站 武旻 高丽星 李子雁

前言

农业土壤是农业生产的基础，而重金属污染对农业土壤的影响已经引起了广泛关注。随着工业化进程的加快和农业生产方式的转变，农业土壤重金属污染问题日益突出。不同地区的农业土壤重金属污染状况存在着很大的差异，影响因素也各不相同。因此，开展农业土壤重金属污染监测技术的研究具有重要的理论和实践意义。

1 农业土壤重金属污染现状

1.1 重金属污染严重超标

随着我国工业化和城市化的进程加快，大量工业企业排放出的含有重金属的废气和废水进入大气、土壤和水体，严重污染了环境。这些重金属物质通过风化、径流等途径迁移到农田，最终富集在农业土壤中。多项监测结果显示，当前我国很多地区的农业土壤中铅、镉、汞、铬、砷等重金属元素的含量已经严重超过国家和地方标准，部分地区超标达到10 倍以上，污染状况十分严重。土壤重金属污染还通过食物链最终危害人体健康，因此农业土壤重金属污染问题的严重性不容忽视。

1.2 各地重金属污染有差异

我国不同地区的农业土壤重金属污染状况存在较大差异。东部工业发达地区和农业生产大省如河北、山东、江苏等省份，农田土壤重金属污染问题较为突出。而西部偏远省份如青海、新疆等地区，由于人类活动较少，土壤环境质量相对较好，重金属污染问题较轻。土壤类型、气候条件等自然环境的差异，以及工业废气排放量、施肥农药使用量等人为活动强度的差异，共同导致了各地农田土壤重金属污染状况的差异[1]。为科学评估土壤污染风险，我们有必要开展常规监测，明确各区域土壤环境质量状况及动态变化趋势。

2 农业土壤重金属污染的影响因素

2.1 工业生产活动

工业生产活动产生的废气和废水，是导致农业土壤重金属污染的重要原因。实际上，我国许多工业园区和工矿企业，污染治理设施不完善，大量含重金属的废气和废水就直接排放出去了。这些重金属物质，要么随风尘四散，要么随废水流入周边河流和湖泊，最后都会进入周边农田。一旦重金属在土壤中积累到超过环境容量，就会对农作物和土壤微生物造成伤害，这对农业的可持续发展是个隐患。

2.2 农业生产活动

长期滥用农药化肥，也是土壤重金属污染的罪魁祸首。如今，不少地方农药化肥用量超标严重，部分劣质农药化肥原料重金属成分高，久而久之土壤重金属堆积越来越多。还有，单一化学肥料会酸化土壤，也会促成土壤中重金属的释放。这些重金属污染，对土壤微生物和农作物的危害性不容小觑。整改刻不容缓，否则农产品安全和环境可持续发展难以为继。

2.3 生活垃圾

城市生活垃圾的大量产生和无序堆放也成为导致周边农田土壤重金属污染的重要因素。生活垃圾中塑料、电池、涂料等物品中含有铅、镉、汞、铬等成分，在无序焚烧或长期露天堆放的条件下会逐步挥发或渗漏，最终通过大气沉降或地表径流的形式迁移和富集到附近农田土壤中。另外，生活垃圾中还含有大量的餐厨垃圾和降解缓慢的有机物，这些组分在填埋或堆肥利用过程中会产生大量的沼气和渗滤液。渗滤液中常含有高浓度的氨氮、重金属等污染物，很容易通过地下径流迁移到周边土壤并汇聚富集[2]。重金属进入土壤后会破坏土壤结构，降低土壤肥力，同时被作物吸收最终影响食品安全。如果生活垃圾得不到规范化处理，其中所含重金属的迁移转化将严重威胁周边土壤环境的可持续利用。

2.4 交通污染

交通运输工具产生的废气排放中含有大量铅、镉等重金属成分，这些重金属会随尾气的扩散最终沉积在道路周边的土壤中。随着私家车数量的不断增多，这一问题日益严重。有调查显示，北京近20 年间，主要路段边土壤中的铅、镉与20 年前相比分别增加了2 倍和8 倍。这种交通运输造成的土壤重金属污染已对周边农田和农作物品质造成严重影响。重金属会阻碍植物对磷、钾、镁、钙等营养元素的吸收利用，影响植物的正常生长；也会通过食物链进入人体，威胁人体健康。此外，重金属污染还会降低土壤肥力，改变土壤酶活性及其他生物学性质，削弱土壤系统的生态功能。如果问题得不到及时有效的治理和防控，将对粮食安全和土壤的可持续利用能力造成难以挽回的损害。

2.5 污水灌溉

水资源匮乏地区存在大规模直接利用工业或生活污水灌溉农田的现象。这些污水通常含有较高浓度的镉、铬、铜、铅、汞、锌等有害重金属。长期污水灌溉将导致土壤和农产品中的重金属浓度逐步累积升高[3]。河北等干旱地区曾多次出现因污水灌溉引发的土壤和农产品重金属超标事件。未来必须加强水资源节约循环利用，逐步减少直接污水灌溉。或在污水灌溉前做好预处理，降低土壤重金属污染风险。

3 农业土壤重金属检测方法

3.1 野外取样

在农业土壤重金属监测中，野外取样是首要步骤。不同种类的土壤，如黄壤、黑土、沙壤等，其对重金属的吸附能力不同，需要根据土壤类型来设计取样点。此外植被覆盖也会影响表层土壤的流失和重金属聚集。降水量的大小会改变重金属的迁移状态。因此取样前需充分考虑上述因素，选择能代表当地土壤总体特征的点位。采样要规范操作，要使用干净工具和容器，确保样品的代表性和可比性，为后续分析提供准确依据[4]。采样点的选择应当充分考虑可能存在的污染源，例如工业排放、农药使用等，以及土壤的自然特征，如酸碱度、有机质含量等。采样时需使用干净的工具和容器，并避免与可能污染的物质接触，确保取样过程的准确性和可靠性。

3.2 实验室分析

采集的土壤样品在实验室中进行重金属含量分析前，样品通常需要进行前处理，如用干燥器去除样品中的水分，然后采用球磨机等设备将土壤研磨成粉末，增加化学实验的反应界面。接下来进行酸消解预处理，常见方法有王水消解、浓硝酸-全氟酸消解等，目的是破坏土壤样本的结构，释放土壤中含有的重金属。预处理完成后，可采用原子吸收光谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪等仪器对消解液中的重金属元素含量进行测定，包括铅、镉、铬、汞等。这些的技术灵敏度高，能够检测很低的重金属浓度，定量结果准确。样品消解是将土壤样品中的有机和无机物质转化为溶液的过程，可以为后续的分析提供条件。重金属元素的测定可以采用多种方法，如原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等，以确保测定结果的准确性和可靠性。

3.3 数据处理

实验室得到的数据需要经过处理才能得出农业土壤重金属污染的程度和分布情况。数据处理的过程包括数据的整理、统计分析和空间分布分析等。在数据整理阶段，需要对实验室得到的原始数据进行清洗和整理，这是确保分析结果准确的基础。可能需要检查数据中是否存在重复项或遗漏项，并手工核对实验记录，修改错误。对一些明显偏离正常值范围的异常数据点，要筛选出来并进行核查，防止其对后续分析产生干扰。数据整理完成后，可以采用均值、中位数、方差、极差等统计参数对数据进行描述，并利用线性回归、相关性分析等统计方法挖掘数据间的定量关系。最后，我们需要进行空间分布分析，即结合地理信息系统（GIS）平台，描绘不同地块、不同区域土壤中重金属元素的浓度分布趋势和空间格局。将这些内容综合起来，可以评估该地区土壤污染状况并提供科学依据。

4 农业土壤重金属污染防治措施

4.1 源头治理

源头治理的核心思路是在污染物生成之初就进行截流治理，减少污染物排放量，从源头上控制土壤污染风险。具体来说，可以加大对电镀、化工、皮革等重污染行业的监管力度，要求企业安装废气废水处理设备，或者采用清洁生产工艺，这就像为污染池子安装了过滤装置，在源头切断污染物外排。还可以建立排污许可制与超标排放惩戒机制，设定明确污染物排放标准，严惩超标行为，这相当于为污染池子定下了排放红线，从管理层面堵住污染外流的通道[5]。通过源头严密截控，大幅降低各类重金属进入土壤的可能性与风险，实现土壤重金属污染风险的源头拦截与防控。在此基础上，还可以建立重点行业排污许可制，规范企业的污染物排放标准，对超标排放实施严惩。这些措施的实施可以大大减少工业产生的重金属物质排向水体和大气量，有效控制重金属污染物进入周边土壤的风险。同时，也需要加强对工业废水和废气处理设施的建设和运营管理，确保对废水和废气的处理更加彻底和有效，从而减少对周围土壤环境的污染。例如，可以加大对污水处理厂和烟气脱硫装置等设施的资金投入和技术改造，使用更先进的脱硫、除铬等处理技术，确保将污染物处理达标后再排放；加强对处理设施的运行监测和维护保养工作，一旦发现问题，立即排查解决，防止出现超标排放事故；建立处理设施运行日志制度，定期公布监测数据，接受社会监督；采用第三方环保检测机构开展定期检测评估工作，确保各项污染物的指标合规。

4.2 修复技术

土壤一旦遭受重金属污染，进行治理和修复是当务之急。针对农田土壤，可以运用多种修复技术展开治理。例如物理修复法，就是先剥离表层受污染严重的土壤，再用干净土壤进行替换和覆盖，或者在土壤上铺设阻隔层，切断植物对土壤重金属的吸收途径。这像是进行土壤“翻新”，清除“损坏”部位，用“新的材料”更换和修补。化学修复法则是利用药剂等化学手段来萃取土壤中的重金属；生物修复法是借助植物和微生物协同修复。这两种方法则是利用“药物”和“生命力量”净化土壤，达到治理效果。还可以建造屏障墙拦截地表径流，防止重金属扩散；可以在田间建立阶梯和水渠等基础设施改善土壤，控制水土流失。这些物理措施可以彻底阻断污染物在土壤环境中的迁移转化，有效缩小污染范围，为后期的生物修复创造良好条件。化学修复技术则是利用化学物质对土壤中的重金属进行稳定处理，减少其毒性。比如可以施用磷酸盐、硫酸盐等化学物质，这些物质可以和土壤中的重金属离子生成难溶性化合物，减少重金属的活性和植物吸收量。还可以使用一些螯合剂如乙二胺四乙酸在土壤中螯合锁定重金属离子，防止其向周围环境迁移扩散。这些措施可以在一定程度上减轻土壤的重金属污染状况。生物修复技术则是利用植物、微生物等生物体对土壤中的重金属进行吸附、转化或植物吸收，达到减少土壤重金属含量的目的。例如将一些对重金属具有较强耐受性和富集能力的植物种植在受污染土壤，植物在生长过程中吸收和富集土壤中的重金属；也可以人工导入一些能够降解和转化重金属的细菌、真菌等微生物到污染土壤中，促进重金属的生物转化。

4.3 管理措施

农业生产和生活污染是土壤重金属堆积的主要来源，要筑牢防线，遏制污染输入，就需从管理入手，构建严密的防控体系。在农业端，我们可选择低毒低残留农药化肥，检测土壤产品中的重金属，科学制定使用计划，杜绝过量使用。这像给污染建起了过滤墙，防止大量迁入；建立环保的标准化生产模式，推行节水节肥，则是在污染扩散前将其“溯源断流”。在生活端，分类回收垃圾、设置污水处理设施、实行排放审批制约，可将生活污染封存隔离。这是在污染落地生根前将其截留，一网打尽。对于生活垃圾，要大力推进生活垃圾分类制度，对有毒有害垃圾实施专项管理，避免随意丢弃重金属污染物；对餐厨垃圾进行收集处理，规范堆肥工艺要求，确保垃圾灭活；推广分类回收，对可回收利用的物品进行再生处理，减少污染；建立健全长效机制，形成政府、企业、公众多方联动的生活垃圾分类治理体系。同时，还可以推广农业生产中的生态农业模式，通过合理的农业种植结构和耕作方式，减少对土壤的损害和污染。比如推广实行轮作和间作制度，选用适宜的绿肥农作物与金霉病高发作物轮作，可以改善土壤结构，增加土壤有机质含量，减少连作障碍；采用带状间作或系统间作的间作模式，在主要经济作物之间的空隙带上间种绿肥、固氮或绿篱植物，充分利用光热资源和空间，改善土壤营养状况。

5 结语

总之，我国农业土壤重金属污染问题日益严重，已对可持续发展和人民健康造成重大威胁。工业生产中含重金属的废气、废水大量排放，农业种植过程中长期使用的化肥农药也含有一定重金属以及日益增加的生活污染，都是导致农田土壤重金属含量持续积累的主要原因。为有效掌握不同地区土壤污染状况和趋势变化，需要采取标准化采样、规范化实验室分析等技术手段开展常规监测，明确各类土壤污染物的种类、分布和污染程度。在此基础上，可以因地制宜地采取源头治理、土壤修复、科学管控等防治措施。只有加强部门间的信息沟通、建立责任分工机制，在政府支持、企业监管和公众参与下，持续加大土壤污染防治力度，才能有效消除污染影响。