土壤重金属有效态含量检测与监测现状 问题及展望

因此，在提取和检测土壤重金属有效性的方法中，无论是传统的检测方法还是借助先进分析仪器的现代检测方法都有其适用范围和局限性，在选择检测与监测方法时应根据具体评价要求的精确度、评价时间的限定、评价条件等各方面因素加以选择，由于目前还没有统一的检测与监测方法，可以将上述方法联合使用，以提高评价结果的准确性。

3.2土壤重金属有效态检测与监测的发展趋势

土壤-植物系统是陆地生态系统最基本的结构单元，也是生态系统物质和能量循环的枢纽及环境要素的重要组成部分，土壤中重金属的积累，特别是耕地土壤重金属污染，一方面对现代农业和社会经济的可持续发展、农业生态环境安全和农产品质量安全构成了严重威胁;另一方面，重金属以各种农作物为中转站，通过食物链进入人体，引发各种疾病，最终危害人体健康。因此，对土壤重金属污染进行检测与监测，并制定修复方案，以保障粮食安全和人类身体健康是目前迫切需要解决的问题。

目前还没有统一的方法来检测与监测土壤有效态重金属含量，今后应加强以下几方面的研究：

(1)原位检测与监测

前文所介绍的方法，大都属于异位检测方法，该过程费时、费力、费钱，且在采集土壤的过程中，会对土壤的结构造成破坏，从长远来说，并不是一种经济可行的办法。而原位检测与监测技术则克服了上述缺点，并且原位检测与监测反映的是生物体在土壤中生长的实际情况，更具有现实意义，而现有的原位分析技术不能现场对污染物的种类进行很好的识别，因此，对受污染土壤进行原位检测与监测，对不同种类重金属进行实时准确识别，将是未来发展的一个重要方向。

(2)重金属对植物的胁迫机理及形态学影响的研究

植物从土壤中吸收重金属并将其转移和积累到地上部分，使植物从形态学上表现出胁迫症状，要经过一系列的生理生化过程，了解这一过程及产生胁迫症状的机理，有助于挑选或寻找合适的检测与监测方法，精确检测土壤有效态重金属含量。虽然，现代分子生物学技术的发展，使人们从分子水平上阐明植物对金属离子的吸收、积累及胁迫机理成为可能，但仍然处于探索阶段，未来还需要进行进一步的深入研究。

(3)将土壤-植物-人作为系统进行研究

重金属的生物有效性是土壤、重金属、植物、人相互作用的综合效应，一种重金属生物有效性不仅与土壤的组成及性质有关，而且和元素在植物及人体内的迁移过程和机理有关，并且随着时间的变化迁移过程也是变化的。因此，将土壤-作物-人系统作为一个整体，研究重金属在土壤-植物-人系统的迁移转化规律，揭示影响重金属有效性的关键因子，对合理评估土壤重金属的污染程度及提出治理方案有重要意义。

(4)重金属污染的大面积立体监测

以往土壤重金属有效性研究侧重于野外采样，实验室检测或实验室试验检测阶段，其研究结果局限于点检测与监测，时空代表性受到一定限制。针对我国农田土壤污染较突出的现状，应综合利用便携式高光谱仪、航空遥感、航天遥感等现代化检测技术。今后研究的重点应放在研发面源重金属污染快速精准检测、监测技术和装备，开展由点到面，立体动态监测。基于遥感、地理信息系统和GPS  的高光谱遥感技术在检测与监测土壤重金属全量方面已有诸多报道，将是土壤重金属有效态含量的快速、大面积立体监测的重要研究方向。

(5)高光谱遥感技术及数据处理技术的发展

成像光谱仪的出现已使从便携式成像光谱仪到飞机到卫星平台获取高光谱分辨率图像数据成为可能，现在高光谱数据处理技术也越来越多，如应用于反射光谱的连续统去除(continuum  removal)、倒数对数、微分、小波变换等光谱预处理技术及应用于高光谱图像的光谱匹配、混合像元分解等技术。通过植被的光谱特征来监测土壤重金属污染的主要方法，就是通过分析光谱数据或光谱图像，找出对胁迫变化敏感的光谱参数及光谱指数，利用单因素回归、主成分分析、偏最小二乘回归、模糊神经网络等分析方法，找出光谱参数及光谱指数与土壤重金属含量的相关关系，并构建模型来间接反映土壤重金属污染状况。但由于不同植物对同种重金属的吸收不同，甚至同种作物对不同种金属的吸收也存在显著差异，目前利用高光谱遥感技术监测土壤重金属污染研究还处于探索阶段，研究模型没有统一的标准，如何提取最优光谱参数及如何构建光谱指数等没有指导性的方法，如现有的光谱指数大多是基于有限物种的小的独立数据集来构建，甚至在不同的研究中，相同的重金属用不同的指数来估测，这使模型的选择和应用上没有一致性，因此设计一个规范的高光谱数据转换及处理方法也是今后重要研究方向之一。

此外，光谱指数的应用还受尺度的影响，即直接将叶片光谱指数应用于冠层尺度或区域尺度通常不可行，因为遥感数据会受大气环境、光照强度、景观异质性等因素的影响;同时，这些因素的存在，也会影响遥感估测的精度，如何进一步提高遥感技术估测精度和其实际应用能力，还要依赖于遥感科学和其他相关研究人员的共同努力。

来源：《中国农业生态学报》2017年第4期

作者：周卫红，张静静，邹萌萌，杜小龙，张颖，杨悦，李建龙

单位：南京大学生命科学学院，江苏科技大学苏州理工学院

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