赵萍萍

（山东省淄博生态环境监测中心，山东 淄博 255000）

0 引言

土地资源的利用价值较高、土壤质量是影响使用价值的重要因素，因此需要对土壤污染情况进行技术监测。重金属物质在土壤中的活动性较小、难以发生迁移，同时生物降解难度大，具有较强毒性，对农作物生长和安全构成不良影响。土壤重金属含量一直以来都是土壤监测的重点项目。目前我国土壤中的重金属污染总超标率为16.14%，占全国耕地面积总量的1/6，开展土壤重金属污染监测迫在眉睫。

1 土壤重金属污染原因及监测现状

1.1 重金属污染原因

造成土壤中重金属污染的主要原因是化肥、农药的大量使用和“三废”排放。农业生产中，化肥、农药、塑料膜等农业投入品的使用较为频繁，相关物质中含有铅、汞、镉和砷等重金属物质，其长期在土壤中沉积，难以降解，不仅影响土壤正常性能，而且增加风险，相关物质会被农作物吸收[1]。工业废水未经处理或处理不当，排入到土壤中也是诱发重金属污染的主要因素，例如Pb重金属在土壤中的沉积，会通过农作物和畜牧食品摄入到人体中。

1.2 污染监测现状

土壤重金属污染问题较为严重，不利于优化生存环境，强化污染监测技术应用十分重要，是改善污染问题的有效方法。随着科学技术发展，土壤监测理论与方法进步，使用先进合理技术对土壤中的重金属含量进行获取十分重要，通过相关数据可为环保决策提供参考。

数据统计表明，我国土壤重金属污染的主要物质包括镉、汞、砷、铅，重金属污染面积达到2000＊104hm2，在所有耕地面积中占比达到1/5，每年我国因重金属污染而减少的粮食产量大约在1000万吨。在受调查的土壤中，大部分为重金属污染，污染发生率达到15%，其中镉、汞、铅元素的污染较高，占比约为8%。根据《全国土壤污染状况调查公报》结果显示，我国土壤重金属污染较为典型的地区集中在企业建设用地、工业生产园区和部分资源采矿区，其重金属污染超标率分别为36.2%、33.6%和31.5%。

2 土壤重金属快速监测技术

2.1 生物传感器技术

生物传感器为土壤中重金属元素监测提供了简单、快速方法，在所有传感器中，应用较为普遍的是全细胞微生物生物传感器，相关方式能够完成汞元素的快速监测。研究人员可构建基于监测需求的生物传感器系统，通过该系统可将不透明物质中的汞信号转化为C2H4信号。随着监测技术进步，目前研究开发出手持C2H4传感器，能够更好监测污染土壤情况，并且能够在较短时间内（30min），完成现场监测，避免大型监测仪器应用中造成的不便利性。

基于生物传感器的应用，可将生物活性信号转化为电信号，技术人员通过外业采集获取土壤样本，通过生物传感装置对土壤中的污染物进行识别。相关技术应用具有分析速度快、准确度高的优势，其相对误差值在1%以内。

全细胞生物传感器应用在土壤重金属现场监测中优势较为明显，不仅节约了监测时间和成本，而且具有较高的特异性和灵敏度，通过iEFE和cEFE生物传感器能够有效监测汞元素在土壤中具体含量。能够形成这一优势的主要原因是生物传感器以分子识别部分检测目标，可实现材料样本批量生产、反复利用[2]。

2.2 X射线光谱技术

X射线光谱技术由激光源与探测系统两部分构成，具体应用中，当X射线管产生X射线后，会激发被测样品，监测待样本中每一种元素会放射出二次X射线，不同射线的能量性质和波长区别较大，通过仪器可将相关信息进行转化，实现对各种元素、种类和数量的有效识别。目前，X射线荧光光谱快速分析技术的应用十分广泛，在金属冶炼、地质勘查、环保卫生、商检等领域发挥重要价值，尤其是RoHS监测技术应用。将相关快速监测技术应用在土壤重金属元素监测中，产生了显著效果，其分析范围较广，并且具有速度快、抗干扰能力强的优势。

利用X射线光谱技术测定土壤中重金属污染问题时，其具体测定时间与测定精密度有关，但是一般情况下，测定时间较短，可在10min内完成样本待测元素的精准监测。此外，相关监测技术应用与待监测物质的物理形态无关，无论是固体、液体还是气体，均可完成相关监测。在高分辨率的精密测定中，利用该种方法能够清晰地看到波长变化，以此保证结果准确率。但是，相关监测方法也存在一定技术局限性，例如难以开展绝对分析，因此在定量分析的过程中，需要连续取样，方法较为繁琐。同时，相关监测方式对轻元素的灵敏度较低，会受到元素之间的耦合干扰影响，此外，在监测技术应用中，相关人员也需要考虑波形叠加后果，发挥相关技术在环保监测领域的应用效果。

2.3 激光诱导击穿技术（LIBS）

激光诱导击穿光谱监测技术的发展十分迅速，能够将其应用在土壤样本监测实践中，但是，分析该监测技术下的光谱线可知，其光谱线完整、密度较大。因此，在技术应用中，为确保样本数据获取的实时性与准确度，需要将工作重心放在样本表面平整度调整上，同时，相关人员需要重视样品监测中存在的基体效应。未来技术发展中，相关人员应对激光诱导击穿技术进行优化，并改善以往监测中存在的不足，调整并固定监测设备，防止出现以往激光扫描过程中出现的抖动问题。技术人员也需要对样品疏密程度进行检查，并且排除各项干扰，使得检出成功率获得提升，满足监测数据真实可靠要求。

土壤污染和生态环保检测中使用激光诱导击穿技术取得了突破性进展，鉴于土壤成分复杂、基体效应不够明显，因此在具体监测过程中，出现了精密度和准确度降低的问题[3]。国内使用了内标分析法，对土壤中的Cr、Ba相对偏差进行控制，将标准差控制在9%和6%之内。

LIBS的工作原理如下：样本分析中产生聚焦脉冲激光，激发样品，通常情况下，被检测物品在1s内会受到千余次脉冲激发，材料会被加热到1000℃以上。此外，与传统综合检测比较，激光诱导击穿法，可制作成手持便携式元素分析仪，可实现对检测土壤的在线分析，在户外现场实际检测中得到广泛应用。LIBS可以检测的要素较多，尤其是对Cr和Ba样本检测。总之，在土壤重金属元素的污染监测中使用激光诱导击穿方法可靠性较高。

3 土壤重金属快速监测技术的应用途径

3.1 样本综合监测

样本综合监测法是相对传统的土壤重金属污染监测方法，操作人员通过分析土壤样本，借助精密仪器和先进方法对土壤中的重金属元素进行分离，完成具体监测目标。综合检测方法具有抗干扰能力强、精度高和稳定性强的优势。同时，也存在成本高、耗时长、操作复杂等缺点，相关人员在重金属污染监测方案选择中，应充分现场实际要求和具体情况，使得监测技术应用更加科学、高效。

现阶段使用的综合检测方法主要有分光光度法、极谱分析法、电感耦合法。以上方法的应用均需要建立在样本分析基础上，监测人员需要实地考察、外业采集样本，并将样本进行初步加工，送至检验室备用。相关流程会浪费较长时间，因此，利用综合检测法获取土壤重金属污染相关信息的周期较长。目前使用较为广泛的综合检测法是电感耦合法，相关方法能够监测农田土壤中的重金属污染情况，对Zn、Cd、Cr和Mn等元素进行监测，获取的数据具有线性关系，其精密度均＜4%，准确率在95.6%～99.2%之间。通过综合检测法能够实现对样本土壤中，超过40余种重金属元素的监测，并且各个元素之间的标准差较小，相对标准差＜3.8%。

3.2 现场快速监测法

为进一步研究土壤中重金属污染程度，相关人员应组织开展重金属污染现象监测，并且制定科学有效、灵活便利的工作方案，确保监测工作快速落实。目前应用在土壤重金属现场监测中的技术与方法主要包括X射线荧光光谱法、免疫分析法、激光诱导击穿技术等。值得注意的是，技术人员在开展现场监测时，应将监测结果与综合检测结果比较，并且纠正其中存在的差值，明确导致结果不一致的具体原因，使得监测工作有序科学开展。现场监测中，通过对检测方法的应用，能够快速获取土壤中重金属的种类和程度，但是准确率要低于综合检测法。例如，目前行业内广泛使用的便携式X射线荧光光谱仪。相关设备在环保监测领域中应用，具有低成本、高效率的应用优势，并且满足当下无损监测需求[4]。

操作人员可设计仪器参数，通过“一键测试”功能，可实现对土壤中Pb、Cr、Cu、Ni、Zn、As等元素指标的获取，进而明确农田土壤是否存在重金属污染问题。实践中，相关人员对某地区的土壤系统进行了监测，选取指标为Pb、Cr、Cu、Ni、Zn、As，经过现场快速监测技术应用，以上元素的检出值均在合理范围内，对相关检验结果进一步分析，其准确率和信实度较高，与当地环保检验规定相符合[5]。将该地区土壤样本送入相关部门做进一步检验，通过电感耦合等离子质谱法开展对比分析，结果表明两种检验方法得到的数据一致。

4 结语

综上所述，分析了土壤重金属快速监测技术的分类和主要应用，对土壤污染的原因进行描述，而且阐述了快速监测技术应用现状问题，提出可行的改进方法。目前土壤重金属污染问题已经成为威胁我国粮食安全稳定主要问题，开展农田土壤环境监测、对监测理念、技术与方法进行更新十分重要，相关监测方案落实是建设生态文明，强化环保监督的关键举措。