農田土壤重金屬污染快速檢測及修復

田野，李學濤，張萍＊

（1.山東省地質礦產勘查開發局第四地質大隊，山東濰坊 250013 ；2.濰坊市農業技術推廣中心，山東濰坊 261071）

農田土壤是糧食作物最基本的生長環境，農田土壤被污染之后，會導致農作物和人們的健康問題受到損傷。 當前， 農田土壤中有大量的鉛、汞、鎘等重金屬元素污染。 這些重金屬污染物的毒性比較大，難以被降解，還會被人體吸收，引發各種疾病。 因此，需要用空間估值等方法對污染進行檢測，從而更好地監管農田土壤污染，為人們的生產和生活提供更多的安全保障。

1 我國農田土壤重金屬污染的現狀與概述

1.1 遷移轉化問題

當前，全國有70%的農田土壤已經受到了金屬污染。 重金屬元素進入到農田土壤，會引發出一系列的物理和化學問題，而且在各種反應下往往會出現遷移轉變。 比如溶解沉積和氧化還原等反應。 在遇到特定的自然條件后，比如降雪降雨天氣，都會導致重金屬元素發生一定的化學變化。除此之外， 不同的生物在農田土壤中所表現出來的耐受情況各不相同。 因為重金屬元素不好被降解， 長期處于土壤中就會富集轉化成有機金屬化合物，導致土壤的活性降低。 長期富集反應下會通過食物鏈進入到人體之內，危害性會非常大。

1.2 形態多變的問題

重金屬元素往往有一定的化學活性， 隨著土壤pH 值的變化，農田土壤當中的重金屬元素會產生化學反應，從而演變成其他有害的元素。 例如變為絡合態和離子態，而離子態的毒性會比較高。 除此之外， 農田土壤中的重金屬元素會發生多種物理化學反應，形成大量有毒性的有機物和無機物。

1.3 難以消除問題

當重金屬元素進入農田土壤中后，會與土壤中的微生物發生化學反應，土壤中的微生物濃度會大大下降，難以被土壤分解利用。 由于微生物會在一定程度上聚集重金屬元素，導致土壤中重金屬的毒性被加強，在長期積累之后，會破壞土壤自身的生態系統，變成頑固且難以處理的土壤成分，使后期的處理工作難度增大，導致人體健康受到一定的傷害。

2 農田土壤重金屬污染空間快速檢測及修復方法

2.1 局部高值分布區劃分

在監測農田土壤重金屬污染的過程中，需要分析土壤中重金屬含量的變化，從而獲取空間分布信息，進而描述出土壤中重金屬的含量與分布規律。 采用關聯規則與回歸分析等方法明確外源因素，提取外源因子。 另外，要用統計半方差的方法，來提取土壤中的重金屬樣點和空間結構，判斷多種元素空間變異范圍。 利用實地取樣的方法進行調查，劃分土壤重金屬含量的局部高值分布。

2.2 土壤單元類獲取

全局地理空間中土壤重金屬的空間分布有很強的連續性。 土壤單元類的獲取，可以把全局異質重金屬含量空間估值問題轉變成局部空間最優的估值。 采取自收斂分類的方法可以把環境變量進行分類。 譜分割方法能把景觀要素進行向量分類，得到土壤單元的分類。

2.3 重金屬污染空間估值

土壤污染往往會導致多個土壤空間產生一定的分類，土壤單元分類之后，相同單元類中的監測樣點會被劃分為一類，從而形成科學的監測樣點集。 再利用二分樹的索引方法，可以構建更加完善的空間估值方法。 在使用空間估值的技術進行污染處理時， 要輸入參與估值的最小估值，計算最大搜索半徑的單元數，從而完成對已知位點數的估值單元的搜索工作，展開未知單元的屬性值估算問題。 結合土壤單元類的樣點展開已知觀測值，權衡所有樣點的觀測值之差，從而得到一個未知位點的估算值。

3 農田土壤重金屬污染原因

3.1 農藥化肥帶來的污染

作為農藥化肥大國， 人們為了追求高產穩產，往往會大量使用化肥和農藥，雖然這樣可以增加農作物的收量，提高農業的收成，但是很多重金屬已經被農田土壤吸收，很難被分解，經過灌溉和雨水之后，會加重農田土壤重金屬污染的程度，導致農田土壤中有超標的重金屬元素。

3.2 固體廢棄物污染

工業化的加劇生產，會產生大量的固體廢棄物，很多廢棄物都會直接存放在農田附近，在雨水或澆灌后， 固體廢棄物會滲濾大量的污染物質，加大農田土壤重金屬含量。 經過長期積累，農田中會有大量的相關污染物。

3.3 大氣沉降污染

交通運輸和建筑行業等產生大氣污染的行業，在生產作業的過程中，所釋放出的大量的粉塵和廢氣會污染物體。 這些污染物中含有大量的重金屬元素，與廢氣和蒸氣一同排放到了大氣環境當中，最后隨著雨水落在農田土壤。 還有機動車在其燃燒汽油的過程中，往往會排出大量的金屬元素，隨著大氣的沉降，污染附近的農田土壤，從而加劇了農田土壤中重金屬污染，因此，大氣沉降污染也是農田污染中比較主要的一部分。

4 農田土壤重金屬污染和檢測技術分析

4.1 從源頭治理污染問題

要想保護農田土壤就要從源頭上做好防護措施。 通過科學施加農藥和化肥的方法，結合農作物的實際特點， 精準把控農藥化肥的施用量和次數時間。 推廣有機肥和綠色肥，用綠色種植技術，應用石灰石作為土壤的調理劑， 使農作物土壤的酸度降低，中和土壤中重金屬鋁元素的含量，補充土壤中的營養元素，改善土壤結構與生物活性。

4.2 因土壤情況差異化種植

通過土壤環境監測的技術規范，做好土壤重金屬的污染評估標準，劃分土壤的區域和不同的富集程度，采用差異化種植的方法，充分提升農田土壤利用效率。 對于已經受到重金屬污染的農田，可以種植蜈蚣草類的植物，或者種植一些空麻類的經濟作物，針對植物的不同屬性和重金屬吸附能力，選擇種植合適的農作物。 要針對土壤重金屬元素進行科學的監測，科學施加化肥和農藥，采用高效的種植方法，合理規劃種植計劃。

4.3 采用科學的修復方法

農田土壤中有大量的重金屬污染，應因地制宜，應用科學的物理法、化學法綜合修復的技術。采用有針對性的科學修復方法，讓土壤生態結構得到恢復。 縮小客土法和換土法的范圍，整治重金屬污染的農田，結合熱處理的方法，改良使用的技術。 生物修復的應用方法比較廣泛，因此，重金屬污染面積比較大， 污染周期比較長的農田，需要在土壤中加入一定的改良劑和生物炭，讓土壤重金屬元素得到更好的揮發，降低重金屬物質的比重，讓修復處理的效果達到最好。

4.4 實驗室監測技術

監測農田土壤重金屬污染方面的問題時，可以使用原子熒光光譜法和電化學儀器分析法，從而在樣本田間進行科學的采樣，處理土樣進行科學分析，從而監測土壤中的重金屬含量。 實驗室監測的方式，基體干擾比較小，準確度會比較高，分析的范圍比較寬。用實驗室監測的方法對農田土壤進行科學的修復，并對現狀進行調查和試驗，由于這樣的檢測方法涉及到大量的工作，所以監測成本會比較高，分析周期會比較長。 在采集樣品的過程中會有一定的差錯發生，測量的結果會沒有準確性。

4.5 現場監測技術

為了避免實驗室監測方面的局限性，需要采用現場監測技術連續監測土壤重金屬的含量，利用土壤磁化率的監測技術，讓土壤可以在外磁場作用下，感應到其所產生的磁化強度，通過比重對土壤中重金屬污染進行監測。 重金屬污染會加強土壤磁性，分析土壤磁化率與其化學元素污染的表征。 這種技術破壞性比較弱，在土壤研究的過程中，會有更廣泛的應用。 由于土壤磁化率會導致土壤中的污染因素增加， 因此要準確判斷該技術帶來的污染程度與污染來源。 應用現場監測技術， 可以讓原子發射光譜分析法快速處理土壤重金屬污染，并進行實時的探測，分析土壤中的多種元素，讓研究對象再次受到污染。 通過半定量測量的手段，可以監測實驗的靈敏度與檢測局限性。

4.6 磁化率技術監測原理

在土壤磁學的研究過程當中，通常會用到磁化率技術，其測定的方法比較便利，能夠在野外現場進行監測。 磁化率技術可以監測土壤外磁場， 感應其所產生的磁化強度和外加磁場強度。土壤磁化率往往會和母巖性質， 水分的情況有關， 還會與土壤的有機質組成含量息息相關，和人類的活動也有比較密切的關系，土壤中的重金屬污染會導致磁性大幅度增強，表土的磁測可以在一定程度上反映出土壤的污染狀況。 土壤的磁化率和化學元素可以反映出土壤中的重金屬含量，磁化率測量技術是一種高效率、靈活、破壞性較弱的檢測技術，在野外區域可以充分發揮出測量的優勢，在土壤區域污染調查中得到了更加廣泛的應用。 在土壤重金屬污染的具體修復工作當中，需要深入研究土壤磁化率，實時檢測城市中心與工業周圍地區土壤重金屬的污染程度。

綜上所述，作為農業生產大國，我們需要高度重視農田土壤中的重金屬污染問題。 同時，針對目前我國農田土壤重金屬污染的原因，探索科學的治理方法。 針對農田土壤污染的特點，找到農田土壤重金屬污染的源頭，采取合理高效的治理辦法，探索一個科學修復的技術措施，綜合當前主要的污染源頭施加科學的對策，嚴格治理農田土壤重金屬污染問題。 加大力度保護農業生產與農田土壤， 讓鄉村振興戰略發揮出巨大的價值。 應用科學的檢測方法，同時要結合監測樣點的數據對土壤重金屬污染進行實時的監測管理，加強對農田土壤重金屬空間分布規律的檢測，利用農田土壤重金屬污染的調查評估方法，為農田土壤提供切實的保障。