土壤中重金属污染物监测技术现状与发展方向

随着中国生态环境部《土壤污染防治行动计划》的施行,我国土壤污染防治有序进行,土壤中重金属含量是判别土壤重金属污染的主要依据,同时是后期土地修复的参照指数,本文对土壤中重金属含量国标监测方法及近年来正在不断探索的新方法进行阐述,以望提升土壤重金属监测的准确性和及时性,为环境工作者发现和解决问题。 

土壤是人类生活赖以生存的重要资源，它为我们提供生活场所的同时也为我们提供着必备的粮食。随着我国工业化和城镇化不断推进，土壤重金属污染情况日趋严重，据宋伟等统计，我国有16.67%的耕地受到重金属污染，占全国耕地面积的1/6[1]。过量重金属会降低土壤中微生物存活率，使土壤的酸解调节能力降低，影响农作物存活率，对作物产量有影响。超标的重金属被植物吸收富集，同时重金属超标能迁移至地下水，造成地下水重金属超标，通过食物链传递，最终影响人体健康。重金属含量监测为衡量是否污染及事后土壤修复提供重要依据，因此，加强土壤中重金属元素监测技术具有重要意义。

1 土壤中重金属的来源

土壤重金属污染指土壤中部分被监测重金属元素单位含量超出国家限值，造成该污染的主要原因包括三个方面：

(1)化工行业或矿区含重金属废水未经处理或处理后未达到相关排放标准就对外排放的，含有超标重金属的废水流经的地方渗透至土壤，形成该片区土壤重金属污染；

(2)涉重金属行业固废随意丢弃及不达标废气排放，随意丢弃的含重金属固废，经过自然分解或雨水冲刷，渗入土壤，造成污染，生产或运输过程的超标废气中的重金属通过大气沉降也能造成重金属污染；

(3)含重金属农药、化肥的超量使用，部分品质较差的农药和化肥中重金属含量较高，如部分磷肥中砷、镉比重较高，部分农药的铜、锌比重高，含有较高重金属含量的农药化肥的使用同样会导致污染。

2 土壤中重金属监测现状

根据国家生态环境部于1995年发布的《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）显示，目前我国判定土壤重金属污染的指标包括：镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍，且农田、果蔬种植区及牧场用地重金属含量限值要求严格。在提出限值的同时，国家机关对各污染物监测方法做了相关标准。其中汞、砷监测使用原子荧光法，其他元素监测均使用原子吸收分光光度法，详见表1内容。《土壤和沉积物12种金属元素的测定王水提取-电感耦合等离子体质谱法》（HJ803-2016）是现阶段国家和行业标准中技术较为先进，使用较为便捷的方法，可同时监测镉、砷、铜、铅、铬、锌、镍，不能测汞。

2.1 前处理

观察现用标准方法，土壤样品采集后需经过缩分、风干、除渣、研磨、筛分等五个步骤的物理处理后，采用强酸高温消解或通过微波消解将土壤矿物品格破坏，使试样中的被测元素全部转移到试液中。在此过程中存在实验步骤繁琐，前处理耗时过长，实验成本高等缺点，同时由于使用强酸，存在较大安全隐患及二次污染。

2.2 监测原理

原子吸收分光光度法的测量目标是呈现原子状态的所有金属元素和部分非金属元素，是由待测元素灯发出的特征谱线穿过待测物的原子蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子所吸收，利用相应设备测定辐射光强度减弱的程度，从而求出待测物中待测元素的含量。原子吸收一般遵循分光光度法的吸收定律，即待测物溶液的吸光度与对照品溶液存在正反比关系，通过此关系求得待测物中待测元素的含量。其拥有较高灵敏性，火焰原子吸收和石墨炉原子吸收设备在分析过程中由于受到空心阴极灯的限制，每次只能测试一种元素，测试单一样品的多个监测因子时需不断更换阴极灯，实际监测过程中实用性不强。

电感耦合等离子体质谱法是以电感耦合等离子体作为离子源，以质谱为监测单元的无机多元素分析技术，它具有分析元素多（大于75种元素），检出限更低，动态线性范围更宽等优点，但是又因该方法有设备运行成本高，干扰元素较多，操作复杂，对前处理要求高[2]等原因，造成使用该方法的监测机构较少。

现阶段施行的土壤中重金属监测相关国家标准和环境保护行业标准，存在步骤复杂、耗时长、监测元素单一等弊端，已不能满足现在日益繁重的监测任务需求，急需高效便捷可靠的新技术得到开发和应用。

3 土壤中重金属监测新技术展望

3.1 X射线荧光光谱监测方法

X射线荧光分析法是应用原子中的电子通过跃迁两个较大有能量差的能级而产生的电子流照射待测样品表面，激发待测元素产生荧光，再通过荧光仪记录待测样品所产生的荧光量和特性，最终完成定性或者定量测试样品中元素的一种方法。该方法已经被多个实验小组和个人进行验证，王世芳等对X射线荧光光谱分析法的各类分析数据进行了比较分析，结果表明，X射线荧光光谱监测方法适用于土壤重金属监测。该方法具有同时分析多个元素的能力，具有运行成本低的特点，具有分析速度快、分析数量大等特点。

邝荣禧等对便携式X射线荧光光谱监测方法在土壤重金属监测方面的应用进行了研究，表明，便携式X射线荧光光谱具有分析成本低、分析速度快、数据可靠、设备便携等优点，在不破坏土壤结构的基础上能快速对土壤中重金属含量进行分析，适用于污染区筛查和污染等级快速评估。

3.2 生物监测技术

现阶段，生物监测技术是通过单一生物体、微生物种群以及其他各类群落对某种生存环境变化所产生的不适应反应，通过生物学原理监测污染物浓度的方法，主要包括生物传感器监测技术、酶抑制监测技术、免疫分析监测技术及太赫兹光谱监测技术，生物监测技术专一强，分析速度快，同时无次生污染，是未来研究的热门方向。

4 结语

综上所述，随着我国工业化和城镇化的快速推进，土壤重金属污染越来越引起人们的重视，这对土壤中重金属监测技术也提出了更高的要求。为满足越来越高标准的监测任务，我们需要不断提升监测技术水平，以便提高工作效率和数据准确性。

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