吳倩永(廣東省有色金屬地質(zhì)局九四〇隊，廣東 清遠 511520)

0 引言

近些年來，我國土壤重金屬污染的問題越來越嚴峻，在國內(nèi)已經(jīng)形成了較高的討論度。農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地是農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的源頭，土壤重金屬污染也會直接影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，必須給予其充分重視。在農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染治理工作中，污染檢測極為關(guān)鍵，能夠給整個污染治理提供完善的數(shù)據(jù)支撐。我國土壤重金屬污染檢測技術(shù)的應(yīng)用仍需要積極創(chuàng)新。本文將以此為切入點，分析農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染檢測技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展前景。

1 農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染的基本現(xiàn)狀

在當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染情況較為嚴重，同時也成為了制約我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的主要原因之一[1]。目前我國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染面積已經(jīng)超過了5 000 萬畝，并且仍處于逐年增加的狀態(tài)。土壤重金屬污染很難得到根治，同時具有較強的隱蔽性，不利于農(nóng)業(yè)發(fā)展與人們的健康生活。土壤中常見的重金屬污染物有鋁、鉻、鎘、鉛、鎳、銅等，這些重金屬元素本身帶有一定毒性，進入土壤后會跟土壤內(nèi)部的有機物和無機物反應(yīng)，形成一些新物質(zhì)，導(dǎo)致土壤環(huán)境發(fā)生較大變化。在被植物吸收以后，這些有毒元素就會進入食物中。除此之外，土壤中的部分重金屬還能夠被轉(zhuǎn)化為烷基化合物，這類物質(zhì)的毒性更強，給人們的飲食安全帶來了更大威脅。

目前我國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染的原因主要可以分為兩個方面：第一，自然環(huán)境的影響。我國很多地區(qū)都存在顯著的成土母質(zhì)風(fēng)化現(xiàn)象，這給重金屬元素積累提供了有利環(huán)境，再加上惡劣天氣、水源污染等因素的綜合影響，使土壤中重金屬元素結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，直接改變了土壤中的重金屬元素含量；第二，人類活動的影響。我國在過去幾十年內(nèi)實現(xiàn)了城市化和工業(yè)化的巨大成就，但其過程中也存在較多不合理建設(shè)行為，如：污水隨意排放、礦山過度開發(fā)、農(nóng)藥與化肥濫用等。這些活動直接導(dǎo)致了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染，同時也是污染問題發(fā)生的主要誘因[2]。綜合來看，我國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染情況較為嚴峻，有關(guān)部門應(yīng)該全面提高對重金屬污染土壤檢測工作的重視程度，并著力提高檢測技術(shù)，以此推動土壤質(zhì)量的提升。

2 農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染檢測技術(shù)分析

目前，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染問題已經(jīng)得到了重視，我國各個地區(qū)也開始積極開展土壤重金屬污染檢測工作。在具體開展檢測活動時，檢測人員可以使用多種檢測技術(shù)。本文將結(jié)合當(dāng)前土壤重金屬污染檢測領(lǐng)域的實際情況和應(yīng)用經(jīng)驗，介紹一些常用的土壤重金屬污染檢測技術(shù)，并分析每一項技術(shù)的具體內(nèi)容和優(yōu)劣之處。

2.1 光譜檢測技術(shù)

在當(dāng)前土壤重金屬檢測活動中，光譜檢測技術(shù)的應(yīng)用非常普遍，同時也具有較高的靈敏度。但這種檢測技術(shù)的成本較高，檢測流程也比較復(fù)雜，檢測時間較長，對檢測設(shè)備的精度有較高的要求。在使用光譜檢測技術(shù)時，往往需要X射線的配合，而X射線電離性特點顯著，如果操作不當(dāng)會對檢測人員造成身體傷害[3]。除此之外，光譜檢測技術(shù)通常只能采集樣品進行檢測，無法實現(xiàn)現(xiàn)場檢測，應(yīng)用時也具有一定的局限性。

2.2 電化學(xué)分析檢測技術(shù)

電化學(xué)分析檢測技術(shù)主要通過電化學(xué)傳感器檢測土壤中的重金屬含量。具體檢測時，這項技術(shù)可以實現(xiàn)自動化運作，同時也能夠快速進行現(xiàn)場檢測，能夠使技術(shù)人員快速了解土壤重金屬污染的整體情況。但在應(yīng)用過程中，電化學(xué)分析檢測技術(shù)會受到有機物、大分子顆粒、表面活性劑等多種物質(zhì)的影響，導(dǎo)致最終的檢測結(jié)果精準度受到影響。因此，我國應(yīng)積極研發(fā)具有更高抗干擾能力和高靈敏度的電化學(xué)傳感器，從而保證這項檢測技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

2.3 激光誘導(dǎo)法

激光誘導(dǎo)法的原理是通過脈沖激發(fā)器獲得高密度的激光，激光擊穿光譜投射到土壤表面，使得土壤中隱藏的等離子體顯露出來。在檢測過程中，等離子體的自身熱度會從較高狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槔鋮s狀態(tài)，并顯示出土壤樣品組信息光譜。在得到信息光譜以后，檢測人員能夠使用光電探測器收集光譜中隱藏的信息，并對這些信息進行深入分析，從而完成重金屬元素定量分析模型的建模工作。通過這種方式，檢測人員不僅可以得到土壤重金屬含量的詳細信息，同時也能夠進行重金屬元素分類工作，提高土壤重金屬檢測工作的精細化水平。這種檢測技術(shù)所消耗的成本并不算太高，整體操作也比較簡單，具有較強的應(yīng)用效果[4]。但這項技術(shù)在應(yīng)用過程中也存在一些欠缺與不足。一方面，在使用這項技術(shù)開展監(jiān)測活動時，如果無法保持光譜的穩(wěn)定性，就會給檢測工作帶來較大影響，很難保證檢測結(jié)果的精準度；另一方面，這項技術(shù)在單次檢測時雖然不需要付出較高成本，但用于檢測的設(shè)備比較昂貴，維保工作也非常復(fù)雜。因此這項技術(shù)適合應(yīng)用于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)土壤重金屬污染的情況，可以提供較好的實時監(jiān)測功能。

2.4 分光光度法

分光光度法依托于光測量的相關(guān)理論，可使用不同波長的光照射到被檢測土壤的溶液中，記錄土壤樣本溶液對于特定波長光的吸收情況，最終測定土壤中的重金屬含量。在實際檢測過程中，照射光根據(jù)光源不同主要可以分為紫外線、可見光和紅外線等多種類別。分光光度法在使用過程中的抗干擾能力非常強，同時也具有較高的靈敏度，在檢測單一重金屬元素時能較好避免其他重金屬元素的干擾，使得土壤重金屬污染檢測結(jié)果具有較高的精準度。

2.5 色譜分析法

色譜分析法主要通過不同物質(zhì)在不同相態(tài)中的選擇性分配，進行流動相和固定相混合物的洗脫操作，最終達到預(yù)期的檢測目的。通常來說，混合物中的不同物質(zhì)沿著同一方向的移動速度并不相同，會呈現(xiàn)出分離狀態(tài)，但不同物質(zhì)的分離機制存在差異。最常用的色譜分析法可分為吸附色譜、分配色譜、凝膠色譜分析法等。從原理來看，色譜分析法跟化學(xué)沉淀、電泳技術(shù)有較強的相似性，都是通過固定相與流動相的不同引發(fā)的分離現(xiàn)象反映土壤中重金屬元素的含量。色譜分析法在實際應(yīng)用中不僅具有較強的分離效果，最終檢測結(jié)果也比較準確，能在土壤重金屬污染檢測中發(fā)揮較好作用，在環(huán)境能源、石油化工等其他領(lǐng)域也具有普遍應(yīng)用。

2.6 新型檢測技術(shù)

在土壤重金屬污染檢測技術(shù)近年的發(fā)展過程中，我國也出現(xiàn)了一些土壤重金屬污染檢測的新型技術(shù)。

第一，生物傳感器法。這種方法主要利用金屬離子和固定于電極材料中的特異性蛋白質(zhì)，改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，并通過靈活的電容信號傳感器完成定量檢測工作，以此判斷土壤中的重金屬含量[5]。在具體應(yīng)用過程中，影響技術(shù)的因素主要集中在生物活性和外部環(huán)境等方面。不僅如此，生物傳感器法也受到時間的限制，導(dǎo)致單個傳感器的使用壽命比較短，無法被大面積推廣。

第二，酶抑制法。這種方法使用重金屬及酶活性中心的甲硫基進行反應(yīng)，實現(xiàn)了酶自身結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的變化，最終使得酶活性顯著降低，完成土壤中重金屬含量檢測。這種檢測方法可以使用光電信號放大顯色劑顏色、吸光度、電導(dǎo)率等元素的變化情況，并構(gòu)建重金屬元素含量與酶系統(tǒng)的內(nèi)在關(guān)系，提高土壤重金屬污染檢測的精度，同時也能夠豐富檢測成果的展示方式。

第三，免疫分析法。這種方法靈敏度極高，具有顯著的應(yīng)用效果。在具體使用這種方法時，需要先做好兩項工作。一方面，技術(shù)人員需要使用合格的絡(luò)合物對金屬離子進行處理，保證金屬離子具有一定的空間結(jié)構(gòu)并能夠進行氧化還原反應(yīng)；另一方面，技術(shù)人員需要綜合金屬離子的化合物反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)移到載體蛋白中，形成免疫原性。由此，土壤重金屬污染情況可以直觀全面地展示出來，給后續(xù)土壤污染治理提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐。

第四，太赫茲光譜法。這種方法目前在國際上還屬于前沿技術(shù)，主要方式是對分子內(nèi)部或者分子間的激勵進行探測。這種技術(shù)的原理在于分子間的激勵會產(chǎn)生震動，并在震動過程中吸收能量，從而完成檢測活動。目前國內(nèi)外較多土壤重金屬污染檢測項目已經(jīng)開始使用這項技術(shù)，并且取得了較為顯著的應(yīng)用效果。但這項技術(shù)目前還未成熟，因此并沒有被全面推廣使用，科研人員還需要在未來的發(fā)展中進行深層次研究，使得這項技術(shù)發(fā)揮更好的效果。

3 農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染檢測技術(shù)的實踐應(yīng)用

為了充分介紹農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染檢測技術(shù)的具體應(yīng)用，文章將引入某茶園的土壤重金屬污染檢測案例，綜合展示土壤重金屬污染檢測的流程，評估某茶園土壤重金屬污染的實際水平，以此為后續(xù)茶土壤治理修復(fù)提供指引與參考。

3.1 土壤樣品采集與處理

本次研究中的土壤位于某茶園種植區(qū)域，2020年6月到2020年12月間，研究人員一共選取了3處種植地，采集了30份土壤樣本。為了避免樣本在采集過程中被污染，本次采集過程使用木鏟完成，同時也做好了樣本采集的質(zhì)量管控工作。在采樣之前研究人員根據(jù)每個種植地的實際情況劃分了采樣點，并對每個采樣點區(qū)域進行編號，編號跟采樣土壤樣品的編號保持一致。在采樣土壤樣品被送交實驗室后，研究人員需等待一周使土壤自然風(fēng)干，然后用木棒搗碎土壤樣品，去除樣品中的土渣，最終用研缽進行精細化研磨，將其放在潔凈的玻璃瓶中等待下一步檢測。

3.2 檢測材料與設(shè)備的準備

檢測人員在準備好土壤樣品以后，還要準備好其他檢測材料與設(shè)備，如：純鹽酸、氫氟酸、濃硝酸、高氯酸、蒸餾水等，同時還要使用多元素重金屬標(biāo)準溶液。在具體開展檢測實驗時，實驗人員需要結(jié)合實際需求進行調(diào)配，以保證后續(xù)實驗活動可以正常進行。除此之外，實驗人員還要做好檢測儀器的檢查工作。此次檢測活動使用了離子體發(fā)射光譜儀設(shè)備，實驗人員需要提前做好設(shè)備性能的測定分析，保證設(shè)備的精度，使得設(shè)備可以在后續(xù)實驗活動中取得預(yù)期效果。

3.3 實驗進行

本次實驗主要進行土壤中Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、Ni、Hg、As、Co等九種重金屬元素的檢測。實驗進行時，實驗人員先選取土壤樣品0.5 g(誤差控制在0.1 mg)，將其放到聚四氟乙烯坩堝中，加入適量的蒸餾水進行濕潤，接著再放入6 mL濃硝酸、2 mL氫氟酸、2 mL濃鹽酸、1 mL高氯酸，然后將其置于電熱板上加熱消解。在加熱過程中，實驗人員應(yīng)該觀察樣品的狀態(tài)，并適時使用坩堝鉗轉(zhuǎn)動坩堝，避免出現(xiàn)燒干情況，保證樣品能夠完全消解。等到樣品呈現(xiàn)白色或者淡黃色黏稠狀后停止加熱，待其冷卻后使用5%的稀硝酸進行浸洗，并轉(zhuǎn)移定容至50 mL。定容完成后，研究人員便可以使用離子體發(fā)射光譜儀器，完成Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、Ni、Hg、As、Co等 九 種 重 金 屬元素的測定，并分析土壤重金屬污染的實際情況。

3.4 重金屬污染評價

在通過實驗得到相關(guān)檢測數(shù)據(jù)以后，研究人員還要對這些數(shù)據(jù)進行評價，明確土壤重金屬污染的整體水平。本項目使用單因子污染指數(shù)法和Nemerow綜合污染指數(shù)法展開土壤污染水平評價，其中前者可以單獨計算污染物的污染指數(shù)，并與當(dāng)前國家標(biāo)準中的限定值進行對比分析，以此得出單個污染物的污染水平，后者則可以綜合計算整個項目的土壤重金屬污染水平并宏觀展示土壤的污染情況。在具體評價時，研究主要依照《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準》以及農(nóng)業(yè)部標(biāo)準NY/T 391—2021的重金屬限定值，同時還借鑒了中國綠色食品發(fā)展中心推薦的土壤污染分級標(biāo)準，對土壤污染程度進行了進一步的劃分，以使重金屬污染評價結(jié)果更加精準。

3.5 重金屬污染評價結(jié)果

在對某茶園的重金屬污染情況進行全面檢測以后，研究發(fā)現(xiàn)茶園土壤的重金屬含量明顯超標(biāo)，三處采樣區(qū)中僅有一處符合相關(guān)標(biāo)準，其余兩處都與重金屬限定值有較大差距。在計算茶園重金屬污染具體情況后，研究發(fā)現(xiàn)茶園土壤中重金屬含量從高到低依次為Zn、Cr、Ni、Pb、Cu、Co、As、Cd、Hg。研 究利用Nemerow綜合污染指數(shù)法測算后，發(fā)現(xiàn)兩個采樣點的重金屬含量結(jié)果分別為0.78和0.75，都超過了土壤污染的警戒線0.7。這也說明了某茶園土壤質(zhì)量不高，需要相關(guān)人員對其充分重視，并制定相對完善的土壤環(huán)境治理計劃，提高土壤生態(tài)治理水平，提升土壤的整體質(zhì)量。

4 農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 低成本化發(fā)展

結(jié)合當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染檢測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，成本較低的檢測技術(shù)往往在應(yīng)用過程中具有較大的局限性，導(dǎo)致最終檢測結(jié)果的質(zhì)量無法得到有效保證，而精準度較高的土壤重金屬污染檢測技術(shù)往往造價相對昂貴，在實踐中無法全面推廣。這種現(xiàn)狀導(dǎo)致我國土壤重金屬污染檢測技術(shù)無法在實踐中取得較好效果，不利于土壤重金屬污染治理活動的有效開展[6]。目前我國已經(jīng)充分認識到了這一點，開始引導(dǎo)土壤重金屬污染檢測技術(shù)的低成本化發(fā)展。一方面，當(dāng)前我國很多檢測設(shè)備依賴進口，導(dǎo)致設(shè)備造價較高，因此我國將加強自主研發(fā)能力，降低檢測設(shè)備的造價，推動土壤重金屬污染檢測技術(shù)的低成本化發(fā)展；另一方面，我國目前在新型檢測技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用方面也取得了顯著成果，這也將成為這類技術(shù)低成本化發(fā)展的重要方向。目前我國在新型檢測技術(shù)領(lǐng)域中已經(jīng)緊追國際先進水平步伐，這也將成為我國在此領(lǐng)域超越發(fā)達國家的重要路徑。

4.2 智能創(chuàng)新發(fā)展

未來農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染檢測技術(shù)也將朝智能創(chuàng)新方向發(fā)展。一方面，土壤重金屬污染檢測的智能化水平將顯著提升，通過引入大數(shù)據(jù)分析、人工智能、專家系統(tǒng)等多個模塊，實現(xiàn)檢測過程的自動化，并通過專家系統(tǒng)提出土壤治理的針對性建議，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染檢測的智慧格局。這項技術(shù)實現(xiàn)時，需要布設(shè)智能傳感器，同時還要完成智慧軟件的建設(shè)。除此之外，此類技術(shù)的應(yīng)用還需要收集農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染檢測的數(shù)據(jù)，在這些數(shù)據(jù)的支撐下，智慧系統(tǒng)將變得更加智能，最終的分析結(jié)果也更加精確，在實踐應(yīng)用中能取得更好的效果；另一方面，土壤重金屬污染檢測將使用無人機航拍等新技術(shù)，建立被檢測區(qū)域的土壤環(huán)境模型，并形成土壤重金屬污染的動態(tài)分析模塊，實現(xiàn)對被檢測區(qū)域土壤環(huán)境的動態(tài)管控。這類技術(shù)目前的發(fā)展還比較有限，想要全面推廣應(yīng)用尚有困難，目前主要用于輔助其他土壤污染檢測技術(shù)以實現(xiàn)較好的檢測合力。

5 結(jié)語

綜合來看，我國土壤重金屬污染檢測技術(shù)的應(yīng)用水平雖然跟發(fā)達國家相比還有一些差距，但近幾年來我國土壤重金屬污染檢測技術(shù)的發(fā)展速度較快。在土壤重金屬污染情況持續(xù)嚴峻的情況下，我國應(yīng)進一步加快土壤重金屬污染檢測技術(shù)的研發(fā)，加快推出新的檢測技術(shù)，使土壤重金屬污染物檢測工作更加完善。在實際應(yīng)用過程中，相關(guān)檢測人員也應(yīng)加快自身對各類新型檢測技術(shù)的認知與掌握速度，同時還要明確不同檢測技術(shù)的應(yīng)用流程，保證檢測技術(shù)可以發(fā)揮預(yù)期的作用，以此推動農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)品土壤質(zhì)量的不斷提升。