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农田土壤重金属污染监测技术分析

归档日期:11-26       文本归类:化学电池      文章编辑:爱尚语录

  现阶段,农田土壤也正在面临着前所未有的重金属污染危机,农田污染具有潜在性、隐蔽性,需要科学地监测才能明确其污染物含量,并对应采取科学的防治对策,从而有效控制农田土壤重金属污染,保护农业生态安全。近年来我国农田重金属污染日趋严重,给农作物和人体健康带来巨大危害,对农田重金属定性和定量监测十分必要。

  随着工业化、城市化和农业现代化的推进,各种化学品、农药和化肥被广泛使用,以重金属为代表的污染物进入农田生态系统,使耕地质量持续下降。目前我国耕地受重金属污染面积达2000多万公顷,约占耕地总面积的20%。受重金属污染的影响,我国每年粮食减产达1000万吨,由此直接造成严重的经济损失。而且农田生态系统中的重金属可以沿食物链传递,危害人体健康。因此,对农田重金属的监测、修复及治理迫在眉睫。

  (1)工业生产活动污染:大量采矿、石油、钢铁、化学制药、纺织、金属处理与加工等工业活动制造的大量的废气、废渣、废水,在重力作用下以沉降方式和随雨水降落到地面,进入土壤。这在我国南方地区表现的尤为突出。

  (2)农业生产带来的污染:化肥和农药长期不合理和过量使用,导致土壤重金属污染,绝大多数的农药含有砷、汞等重金属,化肥中也含有镉等金属,在现代化农业中为了高产,化肥的大量施用、地膜的大面积推广使用以及农药的不合理使用,增加了土壤的重金属污染。

  (3)城市生活垃圾的污染:现阶段我国有大部分城市的一部分生活垃圾不能处理,而是采取直接运送到城郊野地堆积填埋处理,其中还有大量的废旧电器、电池等含有重金属的废弃物,因为长期日晒雨淋渐溶析出,使大量重金属渗透到土壤中,形成污染。

  (4)交通污染:主要指公路和铁路交通。在公路交通中,随着我国汽车的增多,以及汽车运输在我国运输业的主导地位,汽车尾气的铅污染已经相当严重。

  (5)污水灌溉:由于我国北方干旱、缺水严重,因此污水灌溉比较严重。污水虽然经过一定处理,但却含有许多重金属离子,随着污水灌溉进入土壤之中,工业发达地区大量使用地下水,影响农业灌溉用水,只能用处理后的污水灌溉,直接污染了土壤。

  光谱技术是当前检测土壤中是否含有重金属的重要技术之一,其优势是具有较强的灵敏性。其缺点是检测成本较高,具体表现为检测操作流程复杂尧检测设备要求较高与检测过程耗时较长等。此外,运用光谱技术必须应用X射线,由于X射线具有较强的电离性,在使用过程中会对人体造成一定伤害。因此,在应用光谱技术时,相关工作人员必须预先配备防护设备,并掌握一定的专业操作技能,以避免受到X射线的伤害。光谱技术不能在现场对土壤重金属含量进行快速有效的检测。其中,紫外可见光光度法是当前土壤重金属技术中使用最为广泛的一种方法。

  相较于光谱技术而言,电化学分析技术主要指通过运用电化学传感器检测土壤重金属。这种技术的优势是有助于自动化检测工作,因而被广泛应用于现场快速检测土壤重金属含量。需要注意的是,这种技术在实际应用中的准确性极易受大分子颗粒尧有机物尧表面活性剂等土壤污染物影响,主要体现在对普通浆料检测过程的影响。因此,未来相关科研人员应以电化学传感器研发为工作重点,特别是具有更高灵敏度和更强抗干扰能力的电化学传感器。

  生物传感器技术主要通过对综合金属离子与固定于电极材料中特异性蛋白的合理应用,实现对蛋白结构的有效改变,并借助灵敏的电容信号传感器对土壤重金属进行定量化检测,以便工作人员实现对土壤重金属含量变化情况的检测。现阶段,工作人员已利用生物传感器实现了对水溶液中毒性化合物含量的准确检测。但是,生物传感器技术在实际应用中具有一定的限制性,具体表现在对生物活性与环境的要求较高。因此,这种技术不能被广泛应用。

  酶抑制技术主要指通过重金属离子与酶活性因子间发生的甲硫基反应,改变酶活性因子结构与性质,并降低酶活力,再借助相应仪器完成对土壤重金属的检测。酶抑制技术在实际应用中,工作人员能够直接观察显色剂颜色尧吸光度尧电导率等变化情况,并通过放大光电信号显示土壤重金属含量与酶系统之间的数学关系。当前,酶抑制技术主要被工作人员应用于环境尧食品等重金属定性检测工作。

  免疫分析技术主要指通过免疫分析法检测土壤重金属离子。这种技术在实际应用中具有较高的灵敏性与特别性,在应用时还应注意以下两点:一是通过合理应用络合物实现对重金属离子的有效综合,并为其预留一定的空间结构,以便其能够顺利进行氧化还原反应。二是确保载体蛋白能够接收综合金属离子化合物,进而产生免疫原。此外,工作人员还须注意选择相应具有特异性抗体对金属离子化合物进行综合,以确保免疫分析技术的准确性。

  污染状况不明确是我国土壤重金属防治与修复工作基础薄弱的主要问题。上个世纪九十年代以来,政府相关部门在部分区域内陆续开展了土壤重金属污染监测工作,但是并未向社会公布具体结果。而目前的众多文献资料都充分说明,我国耕地土壤重金属污染形势严峻。所以建立和完善耕地土壤重金属污染监测制度成为了当前的重点,设立以县为单位的农产品监测点,对土壤和农作物中重金属含量进行跟踪检测。将无公害农产品的标准作为依据,以土壤中重金属有效态测定值与其临界值来评估该区域内农产品产地土壤环境的适应程度。

  物理治理方法。客土法、换土法、翻土法、电解法、热处理法等不失为土壤重金属污染物理治理的有效措施。其中电解法通过在电解、电迁移、电渗与电泳的作用下将阳极、阴极的重金属移走。热处理法是通过对被污染的土壤进行加热,将土壤之中容易挥发的污染物收集起来并进行回收与处理。虽然以上治理措施效果较好,但是实施有一定的难度且费用较高,极易降低土壤的肥力。

  生物治理方法。主要利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染。如利用蚯蚓、鼠类等吸收土壤中的重金属,或者利用某些植物积累和吸收某些重金属的特性来清除土壤中的重金属。生物治理实施比较简便、投资较少对环境几乎无破坏,但治理效果不明显。以后应加强这方面的研究发展。

  化学治理方法。是向污染土壤中加入改良剂、抑制剂,改变土壤性质,使其中重金属发生氧化、还原、抑制、吸附、沉淀作用,以降低土壤重金属的污染。化学治理效果、费用适中,但是很容易再度活化。

  我国农田土壤重金属污染形势如此严峻,还有一部分原因是因为我国广大的农民缺乏对农产品质量安全以及生态环境保护意识。所以,应该采用各种方式加强这些方面的宣传,引导农民在种植农作物的过程中如何安全地使用化肥和农药以及其他一些动植物生长激素,组织专业的清洁生产培训,从源头上预防耕地土壤重金属污染。除此之外,电子废弃物随意丢弃也会对土壤造成污染,应在全社会范围内大力提倡垃圾分类以及循环经济的理念,合理处置电子废弃物。

  随着现代科技的发展,农业技术、化学肥料等不断被利用到农业土壤中,再加上工业企业三废的不合理排放,都使得农田土壤面临严重的重金属污染问题。土壤重金属污染对人类的危害很大,它的来源复杂,后期影响严重,做好重金属污染监测及治理已经是迫在眉睫的问题。土壤重金属污染首先应从来源抓起,严控工矿污染,加快推进土壤污染防治立法,建立健全法规标准体系,建设土壤环境质量监测网络,全面强化监管执法。

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