土壤中重金屬離子污染檢測及其修復(fù)研究新進(jìn)展

摘""要：對(duì)當(dāng)前土壤治理的現(xiàn)狀及針對(duì)重金屬離子污染土壤的修復(fù)治理進(jìn)行了深入分析，評(píng)述了土壤中多種重金屬離子的檢測技術(shù)，著力回顧了重金屬離子污染土壤的修復(fù)現(xiàn)狀，綜合檢測技術(shù)和修復(fù)技術(shù)的最新動(dòng)態(tài)，提出了土壤中重金屬離子綠化與改良的方案，此基于原位修復(fù)方法，結(jié)合電感耦合等離子體技術(shù)與固定植物萃取技術(shù)，提出治理土壤重金屬離子污染提出了切實(shí)可行的措施，旨在有效降低土壤中重金屬離子的含量，為土壤資源可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)提供新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：土壤污染現(xiàn)狀""重金屬離子污染""重金屬離子檢測""原位修復(fù)""綠色改良

中圖分類號(hào)：X53

New"Research"Progress"in"Detection"and"Remediation"of"Heavy"Metal"Ion"Pollution"in"Soil

SHAO"Yifei""LI"Wenjing""GUO"Jiaxin""ZHENG"Yuting""SONG"Chenjia""WANG"Junfeng*

Shanxi"Xueqian"Normal"University，"Xi'an，"Shaanxi"Province，"710100"China

Abstract："In"this"article，"an"in-depth"analysis"was"conducted"on"the"current"situation"of"soil"treatment"and"remediation"of"of"heavy"metal"ion"contaminated"soil."Various"detection"technologies"for"heavy"metal"ions"in"soil"were"reviewed，"with"a"focus"on"the"remediation"status"of"heavy"metal"ion"contaminated"soil."The"latest"developments"of"detection"and"remediation"technology"were"comprehensively"reviewed，"and"a"plan"for"greening"and"improving"heavynbsp;metal"ion"contaminated"soil"was"proposed."This"is"based"on"in-situ"remediation"methods，"and"combined"with"inductively"coupled"plasma"technology"and"fixed"plant"extraction"technology，"measures"for"treating"soil"heavy"metal"ion"pollution"were"proposed，"aiming"at"effectively"reducing"the"content"of"heavy"metal"ions"in"soil，"and"providing"new"ideas"and"methods"for"the"sustainable"development"of"soil"resources"and"environmental"protection.

Key"Words："Current"situation"of"soil"pollution;"Heavy"metal"ion"pollution;"Heavy"metal"ion"detection;"In-situ"remediation"methods;"Environmentally-friendly"improvements

土壤作為人類生存和發(fā)展的基石，其質(zhì)量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的平衡與人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的影響。然而，在我國，由于地理位置、地形特征的多樣性以及工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)，耕地資源相對(duì)匱乏，人均耕地面積更是遠(yuǎn)低于世界平均水平，僅為0.090"7"hm2，土壤環(huán)境污染問題愈發(fā)凸顯，環(huán)境質(zhì)量顯著下滑，污染物種類與數(shù)量激增，污染范圍與規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，尤其是重金屬污染問題，已成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展與對(duì)人類健康構(gòu)成重大潛在威脅的關(guān)鍵因素。

面對(duì)耕地土壤污染嚴(yán)峻形勢，我國在重金屬污染修復(fù)技術(shù)方面已取得諸多研究成果，但在技術(shù)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用上卻顯得力不從心，實(shí)用性亟待提升。本文基于國內(nèi)外研究文獻(xiàn)，分析了土壤中重金屬離子污染現(xiàn)狀以及產(chǎn)生的影響，系統(tǒng)綜述了重金屬離子的檢測與修復(fù)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了綠化與改良的嘗試，旨在為土壤重金屬污染治理的研究提供新的視角，為推動(dòng)防治管理的升級(jí)與技術(shù)轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)智慧與力量。

1""土壤中重金屬離子污染現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，我國土壤污染整體態(tài)勢不容樂觀，重金屬污染問題突出。在耕地土壤中，無機(jī)型污染占據(jù)主導(dǎo)地位。總體來看，我國土壤環(huán)境形勢嚴(yán)峻，特別是在某些地區(qū)，土壤污染問題尤為嚴(yán)重，無論是耕地土壤的質(zhì)量狀況，還是工礦業(yè)廢棄地的土壤環(huán)境問題，都亟待我們給予充分關(guān)注和深入研究。

從污染的地域分布特征分析，相較于北方，南方地區(qū)的土壤污染狀況更為嚴(yán)峻。長江三角洲、珠江三角洲以及東北老工業(yè)基地等地的土壤污染問題顯得尤為突出[2]。此外，西南及中南地區(qū)土壤中的重金屬超標(biāo)現(xiàn)象也呈現(xiàn)出較為廣泛的分布態(tài)勢，鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉛（Pb）這4種無機(jī)污染物的含量分布從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高。

土壤重金屬超標(biāo)的原因復(fù)雜多樣，主要包括工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染以及地域性自然環(huán)境背景值高3個(gè)方面。工業(yè)污染方面，土壤重金屬污染的重要源頭是機(jī)動(dòng)車排放，工業(yè)活動(dòng)企業(yè)排放，采礦、選冶過程中產(chǎn)生的廢棄物。這些污染源會(huì)釋放大量的重金屬元素，如Pb（鉛）、Cd（鎘）、Cu（銅）、Zn（鋅）、Cr（鉻）、Ni（鎳）等，對(duì)土壤環(huán)境造成嚴(yán)重影響。例如：研究表明，青藏高原地表土壤中As、Cu和Cd主要受居民及工業(yè)燃煤所影響，Pb和Sb主要受到交通影響[3]。

農(nóng)業(yè)污染方面，城市下水道污水、工業(yè)廢水灌溉農(nóng)田、農(nóng)藥化肥的不合理施用、秸稈焚燒以及畜禽養(yǎng)殖等活動(dòng)，都可能將重金屬元素帶入土壤。在肥料中，重金屬是常見的污染物質(zhì)之一，不同類型的肥料中其含量的排序?yàn)椋毫追屎枯^高，復(fù)合肥次之，鉀肥再次，氮肥最低。

自然環(huán)境背景值高方面，在我國西南、中南地區(qū)，由于特殊的地質(zhì)條件和成土成礦因素的綜合作用，巖石礦物經(jīng)過淋溶和風(fēng)化作用后，會(huì)釋放重金屬元素到土壤環(huán)境中，從而產(chǎn)生高積累現(xiàn)象。

重金屬污染不僅會(huì)使土壤質(zhì)量下降，影響作物生長和產(chǎn)量，更通過食物鏈在人體內(nèi)累積，對(duì)人體健康產(chǎn)生深遠(yuǎn)的負(fù)面影響，如骨質(zhì)疏松、慢性中毒、神經(jīng)系統(tǒng)損害等。此外，重金屬污染對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成全面性的破壞，威脅生物多樣性，打破生態(tài)平衡。

2""土壤中重金屬離子檢測技術(shù)

2.1""原子吸收光譜法

原子吸收光譜法是一種廣泛應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、食品工業(yè)和材料科學(xué)中的技術(shù)，它利用高精度的儀器對(duì)樣品中的重金屬元素含量進(jìn)行精確測定，因而具有極高的準(zhǔn)確性、靈敏度。但該技術(shù)對(duì)樣品形態(tài)的要求較為嚴(yán)格，某些元素的測定可能受到干擾，存在一定局限性。此方法不是對(duì)多種元素測定，而是不停更換光源燈測定單一的元素，導(dǎo)致檢測金屬離子的過程標(biāo)準(zhǔn)會(huì)受到影響。檢測難溶的金屬離子的靈敏度不高，測定的標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍也比較小[4]。

2.2""電感耦合等離子質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Inductively"Coupled"Plasma"Mass"Spectrometry，ICP-MS）的檢測限較低、線性范圍寬，同時(shí)還可以進(jìn)行多元素和同位素檢測，被廣泛應(yīng)用于微量元素的測定[5]。陳娜等人[5]采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤中重金屬離子（Cd、Cu、Ni、Pb、Zn等）的含量，利用電熱板加熱處理技術(shù)，對(duì)污染土壤樣品進(jìn)行酸消解，測出鉛的檢出限和檢出下限分別為1.13"mg/kg和4.52"mg/kg，其相對(duì)誤差為4.75%～12.6%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在1.93%～4.04%之間。朱聰玲等人[6]在測定土壤中的9種重金屬元素時(shí)，同樣選擇了電感耦合等離子體發(fā)射光譜，利用合酸電熱消解體系對(duì)重金屬離子進(jìn)行檢測，最后測得數(shù)據(jù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的范圍在0.5%～6.2％之間，其中Pb、Zn、Mn、Ni、Ba、V6這種元素的加標(biāo)回收率高達(dá)80％以上，鎘和鉬加標(biāo)回收率小于70%。在不同的元素檢測技術(shù)中，電感耦合等離子體質(zhì)譜法具有高靈敏度、高選擇性線性范圍廣泛等優(yōu)勢。

2.3""原子發(fā)射光譜法

原子發(fā)射光譜法，是指利用被激發(fā)原子發(fā)出的輻射線形成的光譜與標(biāo)準(zhǔn)光譜比較，識(shí)別物質(zhì)中含有何種物質(zhì)的分析方法。該技術(shù)能夠提供極高的靈敏度和準(zhǔn)確度，適用于多種元素的測定，包括但不限于過渡金屬、稀土元素和非金屬元素。在分析過程中，影響譜線強(qiáng)度的因素較多，特別是試樣組分的影響較為顯著，所以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)參比的組分要求較高。

2.4""原子熒光光譜法

原子熒光光譜法是一種基于原子吸收光譜法發(fā)展起來的技術(shù)。其作為一種高選擇性的分析技術(shù)，在土壤重金屬測定中具有重要的應(yīng)用價(jià)值[7]。它通過熒光光譜儀實(shí)現(xiàn)重金屬的快速定性與定量分析。這種方法分析迅速準(zhǔn)確，適用大批量樣品的分析。然而原子熒光強(qiáng)度較低，需要使用高強(qiáng)度的激發(fā)光源，以獲得測定所需的熒光強(qiáng)度，增加了實(shí)驗(yàn)成本和復(fù)雜性。同時(shí)，熒光光譜法光轉(zhuǎn)化效率較低，導(dǎo)致信號(hào)的接收和檢測困難。

2.5""電化學(xué)方法

電化學(xué)方法，如極譜法和阻抗譜法，是通過測量電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流或電位變化來分析樣品中重金屬含量的技術(shù)。這些方法操作簡便，分析速度快，可高效去除重金屬離子，可控性強(qiáng)，不產(chǎn)生二次污染，適用性廣[8]。然而，電化學(xué)分析方法通常僅適用于可溶于溶液中的物質(zhì)，并且在分析過程中需實(shí)施電極反應(yīng)，可能對(duì)待測物質(zhì)進(jìn)行氧化或還原，從而改變其性質(zhì)。因此，這些方法在某些情況下可能不適用，尤其是在對(duì)待測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有嚴(yán)格要求的情況下。

3"土壤中重金屬離子污染修復(fù)

3.1""傳統(tǒng)修復(fù)法

傳統(tǒng)修復(fù)法主要包括土壤翻耕覆蓋、植物秸稈覆蓋等手段。土壤翻耕促進(jìn)土壤的通氣性與滲透性，加速土壤中有害物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化。此方法適用于污染面積較小的土壤改良。植物秸稈覆蓋使利用秸稈分解，有機(jī)物被分解，微生物降解污染物質(zhì)，達(dá)到修復(fù)土壤的目的。因?yàn)檫@種方法無法徹底清除土壤中的重金屬離子，而且修復(fù)時(shí)間較長可能造成二次污染。

3.2""化學(xué)修復(fù)法

化學(xué)修復(fù)法涉及淋洗法、鈍化法等。淋洗法是借助溶劑促進(jìn)環(huán)境介質(zhì)中污染物溶解或遷移，利用化學(xué)淋洗使重金屬元素溶解并隨溶液與土壤分離，是一種完善且高效的修復(fù)方法。例如：利用煙氣脫硫，使副產(chǎn)物中的鈣離子代換為交換態(tài)，隨后變?yōu)槿芙鈶B(tài)隨淡水遷移至土壤深層。鈍化法則通過添加鈍化劑，調(diào)節(jié)和改變土壤理化性質(zhì)使其產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，減少重金屬離子產(chǎn)生的毒害作用。鈍化修復(fù)的主要目的是減少重金屬的生物有效性，提高重金屬殘?jiān)鼞B(tài)和穩(wěn)定態(tài)，以實(shí)現(xiàn)土壤的修復(fù)。

3.3""生物修復(fù)

生物修復(fù)包括植物修復(fù)與微生物修復(fù)等手段。植物修復(fù)利用超富集植物提取土壤中的重金屬，通過添加螯合劑、肥料、有機(jī)改良劑等，提升金屬的生物可利用性，從而減少土壤中的重金屬含量。微生物修復(fù)作為一種新型環(huán)保技術(shù)，通過微生物的代謝活動(dòng)改變重金屬形態(tài)或降低其毒性，此方法對(duì)環(huán)境的破壞較小，但修復(fù)效率易受環(huán)境因素影響，取決于土壤的pH值、溫度、濕度等環(huán)境條件，這些都會(huì)影響微生物的活性和修復(fù)效果。

4""土壤中重金屬離子綠化與改良

在對(duì)土壤質(zhì)量現(xiàn)狀和土壤健康狀況進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，確立了一種針對(duì)重金屬離子污染的修復(fù)檢測方法——馬齒莧固定萃取配合ICP-MS檢測，并結(jié)合農(nóng)作物套種，有效促進(jìn)了農(nóng)田重金屬離子污染土壤的改善。

馬齒莧作為農(nóng)作物套作體系的關(guān)鍵組成部分，利用其根莖系統(tǒng)能夠深入土壤對(duì)多種重金屬離子進(jìn)行固定和萃取，特別是針對(duì)土壤中常見的重金屬如鉛和鎘，馬齒莧顯示出顯著的固定萃取能力。鎘污染土壤收獲的生物量明顯高于鉛，多次輪作大量種植，能夠達(dá)到修復(fù)土壤和回收金屬的目的，同時(shí)保證主要農(nóng)作物的生長不受影響[9]。

為了強(qiáng)化馬齒莧對(duì)重金屬離子的固定萃取性能，利用低分子量有機(jī)物（Low"Molecular"Weight"Organic"Substances，LMWOS）強(qiáng)化馬齒莧對(duì)重度污染土壤中Cd和Pb的植物提取，LMWOS具有結(jié)合金屬產(chǎn)生多齒螯合物的能力。如果分子量足夠低則可以直接被植物根本吸收，浸出LMWOS則會(huì)平衡植物吸收離子電荷。在種植有馬齒莧的土壤中添加LMWOS是會(huì)促進(jìn)生物利用度，加速潛在有毒元素（Potential"Toxic"Substances，PTS）的吸收流動(dòng)，其中檸檬酸是最有效的LMWOS之一[10]。

綜合國內(nèi)外土壤污染治理策略，原位修復(fù)旨在針對(duì)土壤污染物的有效降解，僅適用于受破壞程度較小的土壤。異位修復(fù)因其修復(fù)過程消耗大量人力和物力資源，針對(duì)重金屬等無機(jī)物污染的治理，應(yīng)當(dāng)采取多元化的聯(lián)合治理策略[11]。原位修復(fù)技術(shù)融合了土耕法與植物修復(fù)的雙重優(yōu)勢，該技術(shù)通過整合植物、土壤微生物及農(nóng)藝措施，有效地遏制了土壤質(zhì)量的退化，以及農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)的降低。

在對(duì)原位修復(fù)技術(shù)進(jìn)行深入探討，為實(shí)現(xiàn)快速且準(zhǔn)確地修復(fù)土壤中重金屬離子污染，綜合了電感耦合等離子體檢測技術(shù)與植物固定萃取技術(shù)——馬齒莧固定萃取重金屬離子鉛和鎘。利用馬齒莧作為農(nóng)作物套作體系，不僅為土壤重金屬污染提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的修復(fù)方法，還為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展開辟了新的途徑。與傳統(tǒng)修復(fù)方法相比，套種馬齒莧的方法在經(jīng)濟(jì)投入上更為節(jié)省，操作更簡便。為了精確監(jiān)測和分析土壤中重金屬離子的含量變化，結(jié)合先進(jìn)的ICP光譜儀技術(shù)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測，研究人員能夠及時(shí)掌握土壤中重金屬離子的動(dòng)態(tài)變化，評(píng)估馬齒莧在土壤修復(fù)過程中的效果，并對(duì)修復(fù)策略進(jìn)行適時(shí)調(diào)整。通過合理的種植管理和創(chuàng)新的套作體系，可以實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)和農(nóng)作物生產(chǎn)的雙贏，有望在不久的將來實(shí)現(xiàn)更加綠色、健康的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，可為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)提供新的思路和方法。

5"土壤修復(fù)綜合管理

土壤重金屬污染危害極大，對(duì)土壤重金屬離子污染治理迫在眉睫。提出重金屬離子污染土壤修復(fù)綜合管理方法，在面對(duì)重金屬污染修復(fù)的挑戰(zhàn)中，建議采取如下綜合措施。首先，通過立法和監(jiān)管手段，嚴(yán)格控制工業(yè)排放，確保工業(yè)企業(yè)采納環(huán)保技術(shù)和設(shè)備，減少重金屬廢水和廢氣的排放。其次，推廣清潔生產(chǎn)，鼓勵(lì)企業(yè)采用先進(jìn)的清潔生產(chǎn)技術(shù)和工藝，減少重金屬的使用和排放。此外，為了促進(jìn)這些措施能夠有效的實(shí)施，還需要加強(qiáng)監(jiān)管和監(jiān)測工作。與此同時(shí)，提高公眾的環(huán)保意識(shí)同樣重要。通過媒體、學(xué)校和社區(qū)等渠道，廣泛宣傳重金屬污染的危害及防治措施，提高公眾的環(huán)保意識(shí)。鼓勵(lì)公眾參與環(huán)保活動(dòng)，如成為環(huán)保志愿者或加入環(huán)保組織，共同推動(dòng)重金屬污染治理工作。

6""結(jié)語

綜上所述，土壤中重金屬離子污染問題已成為全球關(guān)注的環(huán)保熱點(diǎn)。通過采用多種修復(fù)技術(shù)和檢測手段，人們可以有效治理和防控土壤重金屬污染，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、生態(tài)環(huán)境安全和人類健康。未來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和環(huán)保政策的不斷完善，土壤重金屬污染問題將得到更好的解決。

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