郭冰茹

（廣東惠利通檢測技術(shù)有限公司，廣東 惠州 516000）

受到大氣沉降、污水農(nóng)灌、農(nóng)用物質(zhì)施用以及固體廢棄物堆放等相關(guān)因素的影響，導(dǎo)致農(nóng)田土壤當(dāng)中面臨著大量汞、鎘、鉛、鉻等重金屬物質(zhì)的污染，不僅會導(dǎo)致農(nóng)作物生長過程出現(xiàn)失調(diào)，同時還可能會通過食物鏈沉積于人體體內(nèi)，給人體健康造成嚴(yán)重威脅。相關(guān)農(nóng)業(yè)部門與研究人員應(yīng)當(dāng)強化對農(nóng)田土壤重金屬污染監(jiān)測技術(shù)的分析工作，有效減少重金屬給土壤帶來的威脅和污染。

1 農(nóng)田土壤重金屬污染監(jiān)測的意義和價值

1.1 強化土壤污染防治工作的針對性

通過技術(shù)手段針對農(nóng)田土壤當(dāng)中的重金屬污染進(jìn)行監(jiān)測和定位，能夠使相關(guān)污染防治部門以及農(nóng)業(yè)技術(shù)人員更加直觀地了解到農(nóng)田內(nèi)部土壤受污染狀況，使土壤重金屬污染防治方案的制訂更具針對性與有效性，顯著強化土壤污染防治工作效果，使農(nóng)田土壤環(huán)境得到進(jìn)一步優(yōu)化，促進(jìn)農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

1.2 提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)量與質(zhì)量

受自然因素以及人為因素的影響，重金屬物質(zhì)在農(nóng)田土壤當(dāng)中的沉積和污染可能會導(dǎo)致土地酸化現(xiàn)象不斷加重，農(nóng)作物品質(zhì)與產(chǎn)量不斷下降，難以滿足市場環(huán)境下消費者的相關(guān)需求，影響了農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)效益[1]。依托農(nóng)田土壤重金屬污染監(jiān)測體系的部署，能夠有效減少重金屬污染給農(nóng)業(yè)發(fā)展造成的相關(guān)負(fù)面影響，進(jìn)一步保障農(nóng)作物在目標(biāo)農(nóng)田當(dāng)中的健康成長，有效提升農(nóng)業(yè)發(fā)展過程當(dāng)中的整體產(chǎn)量與質(zhì)量。

1.3 保障公眾身體健康及安全

在農(nóng)田重金屬污染狀態(tài)下，一些重金屬元素可能會隨著自然循環(huán)以及食物鏈進(jìn)入到人體體內(nèi)，一旦其含量超標(biāo)可能會導(dǎo)致人體皮膚黏膜、胃腸道、神經(jīng)系統(tǒng)等發(fā)生相應(yīng)病變，同時還可能成為癌癥等疾病的重要誘因。通過對農(nóng)田土壤重金屬污染進(jìn)行針對性監(jiān)測和控制，能夠有效降低農(nóng)田土壤內(nèi)部重金屬物質(zhì)含量，使社會公眾的健康安全得到更加充分的保障。

2 實驗室監(jiān)測的方法與基本特點

作為以往針對農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)象的重要監(jiān)控與測量方式，實驗室監(jiān)測技術(shù)主要具備精度高、環(huán)境干擾小等優(yōu)勢和特點，一般涵蓋了光學(xué)儀器監(jiān)測法以及電化學(xué)儀器監(jiān)測法兩種主要類別。

2.1 光學(xué)儀器監(jiān)測法

光學(xué)儀器監(jiān)測法主要指的是依靠原子熒光儀、吸收分光設(shè)備等相關(guān)光學(xué)儀器針對待測樣品當(dāng)中重金屬含量進(jìn)行監(jiān)測的一種技術(shù)手段以及監(jiān)測模式，其操作流程較為簡潔，在低濃度范圍下的精度較高，對于重金屬元素的分析范圍較廣，但依托光學(xué)儀器針對農(nóng)田土壤當(dāng)中的重金屬污染進(jìn)行監(jiān)測同樣也存在著易受環(huán)境光干擾、多元素測定困難、對復(fù)雜樣品的辨識度較為有限等問題。

2.2 電化學(xué)儀器監(jiān)測法

電化學(xué)儀器監(jiān)測法指的是依托樣品溶液當(dāng)中電流、電位、電導(dǎo)等相關(guān)物理量的測定值針對樣品當(dāng)中的重金屬含量進(jìn)行測定和分析的一種技術(shù)手段，其中主要包括了極譜分析法以及伏安監(jiān)測法等兩種類別。這種重金屬污染監(jiān)測方式成本較為低廉。但由于其樣品預(yù)處理流程較為繁瑣，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果易受到外界環(huán)境干擾，同時也給技術(shù)人員提出了較高的要求。

3 現(xiàn)場快速監(jiān)測技術(shù)及其特點

在傳統(tǒng)的實驗室土壤污染監(jiān)測工作開展過程當(dāng)中，受到其監(jiān)測方法以及監(jiān)測模式等因素的影響和制約，導(dǎo)致其綜合成本較高，流程較為復(fù)雜，不利于快速針對農(nóng)田土壤重金屬污染做出針對性反應(yīng)。另外，實驗室監(jiān)測技術(shù)對于樣品的采集、儲運等相關(guān)工作的要求較高，不利于進(jìn)行大規(guī)模推廣和應(yīng)用[2]。因此，針對實驗室污染監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行更新與迭代已勢在必行。隨著計算機技術(shù)以及光化學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)場快速監(jiān)測技術(shù)已逐漸成為農(nóng)田土壤重金屬監(jiān)測技術(shù)當(dāng)中的重要手段。

3.1 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)又稱LIBS技術(shù)，主要指的是利用超短脈沖激光聚焦于待測樣品表面，使其表面形成等離子體，并針對等離子體光譜進(jìn)行分析，從而得到樣品內(nèi)部成分及其含量的一種技術(shù)手段。相較于傳統(tǒng)的光學(xué)儀器監(jiān)測技術(shù)以及電化學(xué)監(jiān)測技術(shù)而言，LIBS技術(shù)對于樣品的狀態(tài)、樣品的類型以及周邊監(jiān)測環(huán)境的要求較低，其最終監(jiān)測結(jié)果僅僅取決于脈沖激光的功率以及等離子體光譜分析設(shè)備的靈敏度，因此具有適應(yīng)性強、精準(zhǔn)度高等特點和優(yōu)勢，利于在現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用。

在LIBS系統(tǒng)當(dāng)中，主要以激光器、會聚透鏡系統(tǒng)、光學(xué)采集系統(tǒng)、光譜儀以及中樞計算機等幾項關(guān)鍵性硬件構(gòu)成，其中，激光器負(fù)責(zé)向待測樣品發(fā)射超短脈沖激光，會聚透鏡系統(tǒng)負(fù)責(zé)將脈沖激光進(jìn)行會聚，從而形成聚焦光斑，使樣品表面形成等離子體。光學(xué)采集系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對等離子體的光譜進(jìn)行采集，光譜儀負(fù)責(zé)對光譜信息進(jìn)行分析，中樞計算機主要負(fù)責(zé)對光譜儀反饋的相關(guān)信息進(jìn)行相應(yīng)核算與分析（如圖1）。

圖1 LIBS系統(tǒng)主要架構(gòu)

通過LIBS技術(shù)針對農(nóng)田土壤當(dāng)中的汞、鉛、鉻等重金屬元素含量進(jìn)行量測和監(jiān)控，能夠更加準(zhǔn)確高效地針對土壤環(huán)境當(dāng)中多項元素類別進(jìn)行綜合檢測，同時減少了污染監(jiān)測工作開展過程當(dāng)中對于現(xiàn)場樣品造成的污染和威脅，對土壤樣品預(yù)處理過程的依賴性較小，因此能夠滿足現(xiàn)階段農(nóng)田土壤重金屬污染量測監(jiān)控工作高效簡便精準(zhǔn)的相關(guān)要求，成為未來農(nóng)田土壤重金屬污染監(jiān)測技術(shù)的重要發(fā)展方向[3]。

但針對LIBS技術(shù)的應(yīng)用實際進(jìn)行研究與分析過后也能夠發(fā)現(xiàn)，其同樣存在著一定的短板與不足。首先，雖然LIBS監(jiān)測技術(shù)對于土壤樣品預(yù)處理流程的依賴性較為低下，但作為一種新型的污染監(jiān)測技術(shù)手段，LIBS技術(shù)的測定精度同樣與測定設(shè)備的運行狀態(tài)、現(xiàn)場氣候環(huán)境情況、土壤樣品的物化性質(zhì)等相關(guān)因素具有緊密的聯(lián)系，只有加強現(xiàn)場環(huán)境控制能力才能確保LIBS監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。其次，LIBS技術(shù)的復(fù)現(xiàn)性較差。受到超短脈沖激光特性的影響，導(dǎo)致其每次激發(fā)過程當(dāng)中的特征均顯現(xiàn)出一定的差異，因此在針對土壤樣品等離子體光譜進(jìn)行分析的過程中，最終獲取到的結(jié)果也可能會產(chǎn)生一定的偏差，導(dǎo)致研究者以及土壤污染治理團(tuán)隊能夠獲取到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息不夠權(quán)威和準(zhǔn)確，影響了相關(guān)治理方案的規(guī)劃和制訂。最后，LIBS監(jiān)測技術(shù)需要一整套激光誘導(dǎo)設(shè)備的支持，而受制于相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)流程以及精度需求等因素的影響，導(dǎo)致其設(shè)備成本較高，歷次監(jiān)測工作的開展成本同樣也很難得到相應(yīng)的控制，導(dǎo)致其推廣和發(fā)展依然面對著一定的挑戰(zhàn)。

3.2 磁化率監(jiān)測技術(shù)

在重金屬污染元素進(jìn)入到農(nóng)田土壤并進(jìn)行沉積的過程當(dāng)中，其污染土層當(dāng)中鄋表現(xiàn)的磁性特征與常規(guī)土層的磁性特征表現(xiàn)可能會出現(xiàn)一定的變化。通過二者數(shù)值的量化比對，能夠使污染治理人員以及相關(guān)團(tuán)隊準(zhǔn)確可靠地掌握土壤內(nèi)部污染物的來源、狀態(tài)、污染范圍以及污染水平等相關(guān)指標(biāo)，從而為農(nóng)田土壤重金屬污染治理工作提供相應(yīng)的參考依據(jù)以及參考信息。

在依托磁化率監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行農(nóng)田土層重金屬污染狀態(tài)分析研究工作的過程當(dāng)中，需要依托磁化率監(jiān)測設(shè)備予以相應(yīng)的技術(shù)支持?，F(xiàn)階段常用的磁化率監(jiān)測設(shè)備主要包括歐洲MAGPROX小組研發(fā)的SM 30型監(jiān)測設(shè)備以及SM 400型監(jiān)測設(shè)備等等。其中，在磁化率監(jiān)測設(shè)備的開發(fā)與使用過程當(dāng)中，多以磁化率讀數(shù)儀、磁化率監(jiān)測探頭、衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及計算機等四項主要部件組成，在針對目標(biāo)地點農(nóng)田土壤樣品進(jìn)行磁化率監(jiān)測與分析的過程中，技術(shù)人員可將探頭接觸到目標(biāo)土層表面，由讀數(shù)儀直接給出相應(yīng)的磁化率讀數(shù)，并借助光纖傳輸技術(shù)或無線信號傳輸技術(shù)等手段將磁化率數(shù)值信息傳遞至系統(tǒng)計算機內(nèi)部，使計算機能夠針對土層重金屬測定數(shù)值進(jìn)行分析，進(jìn)而使土層重金屬污染治理解決方案能夠獲取到更加直觀準(zhǔn)確的參考依據(jù)[4]。

相較于其他類別土壤污染監(jiān)測技術(shù)以及監(jiān)測模式而言，采用磁化率監(jiān)測技術(shù)針對農(nóng)田土層當(dāng)中的重金屬含量進(jìn)行分析和檢測，能夠使技術(shù)人員直觀掌握土層當(dāng)中汞、鉛、鉻等重金屬元素的含量，同時還減少了對土層測定樣品的破壞和影響，具有測定流程靈活、監(jiān)測效果良好、測定成本低廉等優(yōu)勢，在農(nóng)業(yè)環(huán)境治理以及土壤成分監(jiān)測等相關(guān)工作當(dāng)中具有廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景。但與此同時，磁化率監(jiān)測技術(shù)同樣也具有一定的局限性。具體表現(xiàn)為以下幾點。第一，磁化率技術(shù)的判定不夠完善和全面，由于農(nóng)田土壤磁化率變化的影響因素較為多元，因此依托磁化率監(jiān)測技術(shù)針對農(nóng)田土壤當(dāng)中的重金屬污染情況進(jìn)行判定具有一定的局限性，需要其他分析監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行輔助判斷。第二，在依托磁化率測定設(shè)備針對土層磁化率表現(xiàn)情況進(jìn)行測量的過程當(dāng)中，可能會產(chǎn)生一定的誤差，從而對最終的測量結(jié)果以及方案設(shè)計策略造成一定的負(fù)面影響。第三，在針對磁化率這一指標(biāo)進(jìn)行分析的過程當(dāng)中，重金屬污染對土層磁化率變化情況的影響尚未總結(jié)出相應(yīng)的規(guī)律和模式，導(dǎo)致相關(guān)研究的開展不夠具體，亟待進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。

3.3 高光譜分析技術(shù)

作為現(xiàn)場監(jiān)測分析技術(shù)的另一項重要模式，采用高光譜分析技術(shù)同樣也能夠針對農(nóng)田土層當(dāng)中的重金屬物質(zhì)含量和類別做出相應(yīng)評估和判斷，進(jìn)而實現(xiàn)無損監(jiān)控和測試，推動重金屬污染防治策略的不斷進(jìn)步。技術(shù)人員可采用地物光譜儀等設(shè)備針對土壤樣本的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并按照國際慣例將土壤當(dāng)中的重金屬污染成分以及污染狀態(tài)分為無污染、輕度污染、重度污染、強度污染以及嚴(yán)重污染等五個層級，結(jié)合光譜數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果與不同層級標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對，進(jìn)而掌握農(nóng)田土壤當(dāng)中重金屬元素污染狀態(tài)以及污染發(fā)展情況（如圖2）。采用該技術(shù)手段針對土壤重金屬污染狀態(tài)進(jìn)行評估監(jiān)測與判斷，能夠結(jié)合實際將其發(fā)展?fàn)顟B(tài)分為不同層級，并針對性給出差異化的治理方案以及治理措施，實現(xiàn)對重金屬污染現(xiàn)象的定量監(jiān)測，有效提升了污染監(jiān)測工作的針對性與準(zhǔn)確性。

圖2 高光譜分析監(jiān)測體系

3.4 生物量間接測定技術(shù)

除了上述對土層當(dāng)中重金屬物質(zhì)含量進(jìn)行的直接測定之外，還可以借助土層當(dāng)中生物基因表達(dá)狀態(tài)等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行間接性測定，作為土層污染的一項關(guān)鍵性影響要素，農(nóng)田土層當(dāng)中生物量發(fā)展情況能夠從側(cè)面表現(xiàn)出該區(qū)域當(dāng)中重金屬污染含量，技術(shù)人員以及研究人員可通過樣品土壤當(dāng)中的微生物基因光譜信息針對土層內(nèi)部生物量進(jìn)行相對判斷，并將其與常規(guī)土層生物量表現(xiàn)情況進(jìn)行相互比對，從而得到間接的測定數(shù)據(jù)。但與磁化率測定技術(shù)相似，農(nóng)田土層當(dāng)中生物量指標(biāo)的影響因素同樣較為多元和復(fù)雜，技術(shù)人員以及研究人員同樣也需要采取其他技術(shù)手段對其進(jìn)行輔助分析，從而使最終得到的測定結(jié)果更加權(quán)威準(zhǔn)確，使重金屬污染防治方案更加完善可靠[5]。

4 農(nóng)田土壤重金屬污染防治措施

為全面降低農(nóng)田土壤受重金屬污染現(xiàn)象造成的影響和損失，有效提升農(nóng)田土壤污染防治水平與防治效果，相關(guān)技術(shù)人員以及農(nóng)業(yè)管理部門應(yīng)當(dāng)采取以下措施和手段展開相關(guān)工作。

4.1 源頭防控

作為減少農(nóng)田土層重金屬污染的關(guān)鍵性技術(shù)手段，做好源頭預(yù)防和控制工作，減少人為活動以及環(huán)境變化造成的污染是保障重金屬污染治理效果的關(guān)鍵所在。相關(guān)治理工作團(tuán)隊?wèi)?yīng)當(dāng)組織技術(shù)力量基于上述技術(shù)手段針對農(nóng)田現(xiàn)場土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行排查、判定和分析，準(zhǔn)確定位重金屬污染現(xiàn)象的主要來源，使源頭防控工作的開展更加合理。管理部門應(yīng)當(dāng)針對農(nóng)田土壤周邊環(huán)境當(dāng)中的工業(yè)生產(chǎn)以及危廢排放進(jìn)行全面治理與管控，嚴(yán)格遵循國家規(guī)定的法律法規(guī)要求對相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的表現(xiàn)進(jìn)行監(jiān)控，避免工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中的重金屬污染給農(nóng)田土壤造成的威脅和影響。另外，在組織開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)針對農(nóng)民的化肥農(nóng)藥使用情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，嚴(yán)格控制相關(guān)化學(xué)藥劑的應(yīng)用，并做好對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)的引導(dǎo)工作，從源頭做到對重金屬污染現(xiàn)象的合理化控制，杜絕嚴(yán)重污染現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4.2 過程阻斷

一些地區(qū)已出現(xiàn)了相應(yīng)的重金屬污染狀態(tài)，相關(guān)治理團(tuán)隊?wèi)?yīng)當(dāng)做好相應(yīng)的過程阻斷工作，結(jié)合有機肥料的施用、土壤翻整、微生物修復(fù)技術(shù)等手段和措施進(jìn)行針對性的阻斷，使農(nóng)田土壤當(dāng)中沉積的重金屬元素得到充分吸收和處理，使單位體積土壤當(dāng)中的重金屬含量得到更加充分有效地控制，避免重金屬污染在土層當(dāng)中的進(jìn)一步發(fā)展，減少污染現(xiàn)象造成的風(fēng)險和影響。

4.3 末端治理

最后，污染治理技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)結(jié)合生物技術(shù)手段做好末端治理工作，結(jié)合農(nóng)田土壤環(huán)境特征以及重金屬含量情況選取合適的植被進(jìn)行種植，使重金屬元素得到充分吸收。常見的應(yīng)用于重金屬末端治理的植物包括鴨拓草、芥菜、紫云英等等，技術(shù)人員可針對性優(yōu)化生物治理方案和策略，實現(xiàn)土壤重金屬污染現(xiàn)象的預(yù)期治理目標(biāo)。

5 結(jié)論

綜上所述，在現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)發(fā)展過程當(dāng)中，重金屬污染已成為影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與人體健康的關(guān)鍵因素。相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊?wèi)?yīng)當(dāng)結(jié)合實際選用合適的監(jiān)測技術(shù)與監(jiān)測手段，構(gòu)建可行的重金屬污染治理方案，保障土壤環(huán)境的安全穩(wěn)定。