淺析土壤環境監測中分析化學的應用

李澤源

（西北大學，陜西 西安 710127）

土壤是人類賴以生存的物質基礎，生態質量和人類經濟社會的可持續發展與土壤環境息息相關。中國國土面積廣闊，土壤分布及種類復雜，因此，科學地進行土壤環境監測對中國的生態環境及經濟可持續發展有著舉足輕重的作用。分析化學是一種通過研究并獲取物質結構信息和化學組成的分析方法及相關理論的科學，其分析方法理論以及操作實踐對土壤環境監控方法網絡的建立有指導性的意義。

1 土壤環境現狀

目前，中國土壤環境形勢不容樂觀。全國土壤環境質量總體也不容樂觀，約有0.1億hm2的耕地受到污染。同時，重金屬污染事件呈高發態勢，對周圍水和土壤環境污染嚴重[1]。據環保部不完全調查，全國約0.7萬個調查樣點有污染物超標現象，占總調查樣點的1/6，部分區域污染物在土壤中不斷累積，表層土壤污染物的含量明顯增加。農業部環保監測系統對全國24省（市）、320個嚴重污染區土壤調查發現，污染區農田面積的20%為大田類農產品超標，污染土壤和農作物的80%均為重金屬超標。土壤環境監測是治理土壤污染的前提，因此，土壤環境監測勢在必行。

2 當前土壤環境監測技術與標準

目前，中國土壤環境監測技術體系尚不健全，尚未建立國家土壤環境質量監測網，土壤監測評價方法、分析技術、監測指標、點位布設等還不夠規范和系統，全過程質量控制技術也相對薄弱，監測信息不能很好地滿足公眾對于信息公開的要求[2]，也不能很好地與各級政府和相關部門的需求相適應。

關于土壤監測標準，目前有《土壤環境監測技術規范》（HJ/T 166——2004）、《水環境監測規范》（SL 219——1998）、《地下水環境監測技術規范》（HJ/T 164——2004）；在監控標準方面，有《工業企業土壤環境質量風險評價基準》（HJ/T 25——1999）、《土壤環境質量標準》（GB 15618——1995）、《地下水質量標準》（GB/T 14848——1993）[3]；在土壤環境質量標準方面：現有的土壤環境質量標準缺乏普遍適用性，“十三五”規劃中新增土壤監測試點，監測項目包括：pH、陽離子交換量、土壤有機質；14種重金屬和6種有機物的含量[4]。隨著土壤試點工作的進展，監測指標正在不斷完善。

3 分析化學應用于土壤環境監測的主要方法

3.1 分光光度法

分光光度法是較常用的一種土壤環境監測方法，良好的靈敏度、成本低且操作簡單使其得到了廣泛應用。高靈敏度顯色劑的研發，使分光光度法監測結果的精準度和應用覆蓋面都有顯著提升[5]。

3.2 發射光譜法

發射光譜法具有極高的靈敏度，通過等離子燃燒器對一些高溫光源進行發射，使得土壤環境監測的深度得到提升，主要應用于土壤中金屬元素的測定[5]。

3.3 中子活化法

中子活化法具有較高的靈敏度。在土壤環境監測中，常用于對土壤元素的監測，并且在監測專一元素時，不會造成任何破壞。

3.4 離子色譜法

離子色譜法可以有效解決傳統土壤環境監測的問題，提高土壤環境監測分析結果的準確性[5]。但該方法的操作較為復雜。

4 分析化學在土壤監測中的應用及示例

當前，土壤環境監測標準注重土壤理化性質、土壤水環境質量以及土壤重金屬離子的監測。下面將分別淺述分析化學原理在這3類土壤環境監測中的應用及示例。

4.1 土壤理化性質監測

土壤理化性質包含土壤pH、陽離子交換量、土壤有機質[2]。以土壤pH的監測為例，有兩種方法：pH計和pH試紙。pH計是利用原電池的原理工作的，原電池的兩個電極間的電動勢依據能斯特定律，既與電極的自身屬性有關，還與溶液里的氫離子濃度有關。原電池的電動勢和氫離子濃度之間存在對應關系，氫離子濃度的負對數即為pH。

4.2 土壤水環境質量監測

土壤水環境監測主要包括：pH監測、養分含量監測、含水率監測等[2]。土壤水養分主要包括全鉀、全氮、堿解氮、速效鉀、全磷、速效磷等，其監測結果以分級表示[2]。土壤含水率監測有5種主流方法：稱重法、電阻率法、FDR法、灰度反演法、光譜分析法。目前，我國的土壤環境試點主要使用電阻率法。以下是電阻率法與分析化學中重量分析法的對比及應用分析。

4.2.1 電阻率法

土壤含水率、空隙度及二者的分布可由土壤的電阻值定性反映。水是電的良導體，而土壤空隙會在土壤中形成高電阻區。通過測量土壤電阻分布，可以得出土壤水以及空隙分布。運用電阻率法測土壤含水率，通常使用高密度電法儀，測得的電阻分布通過經驗公式的定量轉換，將土壤電阻分布轉化為土壤含水量及其分布。

4.2.2 重量分析法

取一定組數的土壤樣本稱重，稱量值記為G1i，然后充分烘干土壤樣本，稱量烘干后土壤樣本的重量記為G2i，則土壤含水率為，同時，計算結果的平均值及不確定度。

4.2.3 電阻率法和重量分析法的對比

電阻率法需要進行布線，操作煩瑣；重量分析法操作簡單并且可以多組同時進行。電阻率法單次只能測量線長 600 m垂直剖面的含水量及分布，但測量深度深，結果準確并且能得出該垂直剖面的含水量分布；重量分析法只能測量一定范圍取樣深度的含水量均值，無法在垂直方向上提供大量的數據及含水量分布。因此，重量分析法更適合進行土壤含水量的監測。

4.3 土壤重金屬離子監測

土壤重金屬離子檢測標準中主要含有14種重金屬[4]，對其進行監測可使用分光光度法、原子熒光法與原子吸收法、離子色譜法等[6]。

4.3.1 分光光度法

應用分光光度計進行儀器分析，可以測得吸光度關于離子濃度的工作曲線。在土壤水溶液中放入分光光度計進行測量，測得吸光度，將其代入工作曲線，可以算出濃度。經過多次采樣測量，可以得出該區域某離子的平均濃度。

4.3.2 原子熒光法與原子吸收法

我國自主研發的原子熒光儀器能夠檢測出多種在水溶液中易于生成氫化合物的金屬元素，包括鉛、錫、鉍以及砷等，同時，其具有良好的準確度與靈敏度，能夠有效地隔絕基體產生的干擾，多用于測定水溶液中的化學元素[5]。

4.3.3 離子色譜法

離子色譜法能夠分離與檢測常見的陰陽離子，并且能夠在一次進樣之后，同時分析多種成分，有較高的靈敏度與選擇性[5]。

5 在土壤環境監測中應用分析化學法的優勢

5.1 對環境的兼容性高

分析化學法對土壤環境有較高的兼容性，可以監測不同地形及復雜土質的環境質量，同時，其靈活方便的特點，能夠有效推進土壤環境監測工作[5]。

5.2 適用于多種物質的監測

土壤種類繁多，不同類型土壤的土質分布及其土壤結構也有較大的差異。分析化學法適用于監測和分析多種物質，能夠有效地對不同土質及土質分布進行監測，從而有效地治理土壤環境[6]。

5.3 監測結果的準確性和可靠性高

土壤環境監測的標準具有相對的動態性。將先進的監測儀器與分析化學法有機結合[6]，并不斷深入研究分析化學法，能夠更好地推動分析化學法在土壤環境監測中的應用，進而使土壤環境監測的結果更加精準可靠。

6 分析化學原理應用于土壤環境檢測的可行性分析

分析化學是化學學科的一個重要分支，是研究和獲取物質化學組成和結構信息分析方法的相關科學。分析化學具有鑒定物質的化學組成、測定物質有關組分的含量、確定物質的結構和存在形態及其與物質性質之間的關系等主要任務。分析化學和土壤環境監測有較大的契合度，應用于土壤環境監測，具有實時性、準確性、可靠性和相對統一的技術標準和監測標準等。同時，大部分分析化學的儀器操作簡單、方便且具有自動化連續檢測、環境監測標準化、對元素定量定性的優勢[6-7]，滿足當前我國的土壤監測需求。

7 結語

目前，土壤環境破壞的問題日益加劇，治理和保護土壤環境的關鍵即為加快土壤環境監測技術的發展。分析化學法應用范圍廣泛，在開展相關土壤環境監測工作時，可以克服工作中監測項目復雜、監測種類繁多的劣勢，監測多種物種，確保監測結果準確可靠。將分析化學法與土壤環境監測技術有機結合，能夠加塊推進土壤環境監測工作的發展，擇優推廣并制定相關的統一標準，充分發揮二者的特點，在土壤環境監測工作中形成優勢互補，通過提供更新的思路，實現土壤環境治理的更優成效。