土壤重金属有效态含量检测与监测现状 问题及展望

通过植物的受害症状来判断土壤重金属的有效性是一种快速、简便且不会对植物和土壤造成损伤的方法。张纪伍等研究表明，复合污染会使水稻的植株高度减小、分蘖数减少、茎叶及稻谷产量降低。蒋先军等研究发现，印度芥菜(Brassica  juncea)在含Cd 200 mg˙kg-1  的土壤上会导致叶片失绿出现黄化症状。但该方法不能定量检测土壤重金属有效态，并且因重金属污染具有隐蔽性，植物受重金属胁迫后往往用肉眼很难识别。如匡少平等研究发现，即使在高铅含量(>4000  mg˙kg-1)的土壤中，作物对铅发生强烈吸收后也没有导致植株出现宏观病症。因此，该方法需要借助先进的仪器设备与分析技术才能得以实现定量分析。

与光谱直接检测一样，高光谱遥感在间接检测土壤重金属污染方面也有广泛的应用前景，该方法间接检测土壤重金属污染情况的基本原理为：植物叶片的反射光谱与叶子形态学和生理学上的特征有关，当植物受到某种物质污染或胁迫后，其内部结构、叶绿素和水分含量就会发生不同程度的变化，光谱反射特征也随之变化，一般情况下，污染或胁迫越严重，这种变化就越大。但由于光谱易受环境因素影响，且该技术还没有系统的数据处理和分析方法，定量估测精度还有待提高，目前该方法仅适应重度重金属污染土壤监测，一般轻微、轻度和中度重金属污染土壤难以实现监测需求，其监测值仅可作为参考，不能够作为农田重金属污染普查、农产品产地重金属污染监测等依据。如，关丽等系统分析了受镉污染的水稻叶片中叶绿素含量变化及其与高光谱遥感数据的响应关系，并探讨了水稻冠层的叶绿素遥感监测参数对镉污染程度的响应模型，响应系数为0.59。

通过植物体内污染物含量来判断土壤中重金属的有效性早已有相关报道：薛澄泽等利用黑麦(Secale cereale)幼苗法测定了全国污灌区12个土样中Cd  元素的生物有效性、陕西紫阳县富硒区土壤中Se  的有效性及西安污水厂污水污泥中重金属的生物有效性，结果表明，黑麦幼苗法可以应用于土壤污染化学的研究。孟昭福等采用室内培养的方法，研究了小麦替代黑麦测定土壤中重金属生物有效性的植物，结果表明，小麦是黑麦的较佳替代植物。杨维等将土壤重金属的生物可利用态含量与植物中重金属的含量结合起来，研究受污染土壤对植被的作用，表明植物吸收的重金属不仅包括可交换态和碳酸盐结合态，还包括在一定条件下释放出来的铁锰氧化物态和有机结合态。Meers  等利用菜豆(Phaseolus  vulgaris)对重金属的富集，研究了土壤中重金属的植物有效性。该方法考虑到了土壤和植物之间的相互关系，可以很好地反映特定重金属对特定植物的生物有效性，但该方法与化学检测方法一样，需要进行采样分析，且受植物生长周期长的限制，只能作为辅助检测方法。

2.2.2 微生物检测法

微生物与土壤微环境亲密接触，在许多情况下，其质量与活性都可以作为土壤污染的理想检测指标。微生物检测即用微生物的一些特性指标，如微生物的生物量、群落结构、代谢熵等的变化来反映土壤重金属污染的一种检测方法。马小凡等研究了长春市土壤微生物的生化作用强度与多种重金属化学形态的关系，结果表明，长春城区土壤中不同重金属的各种化学形态对微生物生化作用强度的影响明显不同，交换态Pb  抑制纤维素分解作用强度、促进呼吸作用强度，而有机结合态Ni抑制固氮作用。土壤微生物对土壤变化高度敏感，是目前可用的最敏感的生物标记之一，因为土壤中的微小变动均会引起其多样性的变化，但目前应用土壤微生物指标的主要障碍是：缺乏对一般土壤过程与土壤微生物群落结构或特性间关系的了解，对具体指标好与坏的基线与阈值也并不十分清楚。

2.2.3 动物检测法

与植物检测法和微生物检测法相比，动物检测法检测的多为重金属的毒性生物有效性，已有的研究多是以土壤重金属全量作为其有效态。如孙贤斌等研究了淮南煤矿和发电厂灰场周围土壤中重金属对土壤动物的影响，结果表明，土壤动物群落的个体和类群数随着距灰场水平距离的缩小和污染的加重而减少，随着重金属污染的加重，土壤动物群落多样性指数、均匀性指数、密度-类群指数均趋于减小。白义等调查了台州市路桥区土壤重金属污染对土壤动物群落结构的影响，结果表明，重金属污染能对土壤动物多样性构成严重影响，土壤动物群落的类群和个体数量随污染程度的加重而减少。从目前研究来看，动物检测一般只用于对土壤污染程度的定性研究。

3 土壤重金属有效态检测与监测的问题与发展趋势

3.1土壤重金属有效态检测的问题

直接检测方法可以获取土壤在某一时间、某一剖面上的瞬间污染信息，可以确定污染物种类、污染深度及污染程度，且检测精度高，但由于建立在对污染对象的物理、化学采样及分析基础上而造成对污染对象的破坏，且传统的直接检测方法具有“滞后”性，在测出土壤受到污染的同时或之前，污染物已经对污染对象造成了影响，土壤-植物系统重金属中毒已到一定程度。同时，直接检测方法对农田生态环境信息的综合分析能力较弱，难以发展成为高效简便且时效性强的土壤重金属污染检测技术。间接检测法考虑到了土壤和生物之间的相互关系，在实际应用中更具有价值，但有周期长、检测精度相对低、不能直接确定污染物种类等缺点。

延伸阅读：

农艺强化措施用于植物修复重金属污染土壤的研究进展