浅析土壤环境监测中分析化学的应用

李泽源

（西北大学，陕西 西安 710127）

土壤是人类赖以生存的物质基础，生态质量和人类经济社会的可持续发展与土壤环境息息相关。中国国土面积广阔，土壤分布及种类复杂，因此，科学地进行土壤环境监测对中国的生态环境及经济可持续发展有着举足轻重的作用。分析化学是一种通过研究并获取物质结构信息和化学组成的分析方法及相关理论的科学，其分析方法理论以及操作实践对土壤环境监控方法网络的建立有指导性的意义。

1 土壤环境现状

目前，中国土壤环境形势不容乐观。全国土壤环境质量总体也不容乐观，约有0.1亿hm2的耕地受到污染。同时，重金属污染事件呈高发态势，对周围水和土壤环境污染严重[1]。据环保部不完全调查，全国约0.7万个调查样点有污染物超标现象，占总调查样点的1/6，部分区域污染物在土壤中不断累积，表层土壤污染物的含量明显增加。农业部环保监测系统对全国24省（市）、320个严重污染区土壤调查发现，污染区农田面积的20%为大田类农产品超标，污染土壤和农作物的80%均为重金属超标。土壤环境监测是治理土壤污染的前提，因此，土壤环境监测势在必行。

2 当前土壤环境监测技术与标准

目前，中国土壤环境监测技术体系尚不健全，尚未建立国家土壤环境质量监测网，土壤监测评价方法、分析技术、监测指标、点位布设等还不够规范和系统，全过程质量控制技术也相对薄弱，监测信息不能很好地满足公众对于信息公开的要求[2]，也不能很好地与各级政府和相关部门的需求相适应。

关于土壤监测标准，目前有《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166——2004）、《水环境监测规范》（SL 219——1998）、《地下水环境监测技术规范》（HJ/T 164——2004）；在监控标准方面，有《工业企业土壤环境质量风险评价基准》（HJ/T 25——1999）、《土壤环境质量标准》（GB 15618——1995）、《地下水质量标准》（GB/T 14848——1993）[3]；在土壤环境质量标准方面：现有的土壤环境质量标准缺乏普遍适用性，“十三五”规划中新增土壤监测试点，监测项目包括：pH、阳离子交换量、土壤有机质；14种重金属和6种有机物的含量[4]。随着土壤试点工作的进展，监测指标正在不断完善。

3 分析化学应用于土壤环境监测的主要方法

3.1 分光光度法

分光光度法是较常用的一种土壤环境监测方法，良好的灵敏度、成本低且操作简单使其得到了广泛应用。高灵敏度显色剂的研发，使分光光度法监测结果的精准度和应用覆盖面都有显著提升[5]。

3.2 发射光谱法

发射光谱法具有极高的灵敏度，通过等离子燃烧器对一些高温光源进行发射，使得土壤环境监测的深度得到提升，主要应用于土壤中金属元素的测定[5]。

3.3 中子活化法

中子活化法具有较高的灵敏度。在土壤环境监测中，常用于对土壤元素的监测，并且在监测专一元素时，不会造成任何破坏。

3.4 离子色谱法

离子色谱法可以有效解决传统土壤环境监测的问题，提高土壤环境监测分析结果的准确性[5]。但该方法的操作较为复杂。

4 分析化学在土壤监测中的应用及示例

当前，土壤环境监测标准注重土壤理化性质、土壤水环境质量以及土壤重金属离子的监测。下面将分别浅述分析化学原理在这3类土壤环境监测中的应用及示例。

4.1 土壤理化性质监测

土壤理化性质包含土壤pH、阳离子交换量、土壤有机质[2]。以土壤pH的监测为例，有两种方法：pH计和pH试纸。pH计是利用原电池的原理工作的，原电池的两个电极间的电动势依据能斯特定律，既与电极的自身属性有关，还与溶液里的氢离子浓度有关。原电池的电动势和氢离子浓度之间存在对应关系，氢离子浓度的负对数即为pH。

4.2 土壤水环境质量监测

土壤水环境监测主要包括：pH监测、养分含量监测、含水率监测等[2]。土壤水养分主要包括全钾、全氮、碱解氮、速效钾、全磷、速效磷等，其监测结果以分级表示[2]。土壤含水率监测有5种主流方法：称重法、电阻率法、FDR法、灰度反演法、光谱分析法。目前，我国的土壤环境试点主要使用电阻率法。以下是电阻率法与分析化学中重量分析法的对比及应用分析。

4.2.1 电阻率法

土壤含水率、空隙度及二者的分布可由土壤的电阻值定性反映。水是电的良导体，而土壤空隙会在土壤中形成高电阻区。通过测量土壤电阻分布，可以得出土壤水以及空隙分布。运用电阻率法测土壤含水率，通常使用高密度电法仪，测得的电阻分布通过经验公式的定量转换，将土壤电阻分布转化为土壤含水量及其分布。

4.2.2 重量分析法

取一定组数的土壤样本称重，称量值记为G1i，然后充分烘干土壤样本，称量烘干后土壤样本的重量记为G2i，则土壤含水率为，同时，计算结果的平均值及不确定度。

4.2.3 电阻率法和重量分析法的对比

电阻率法需要进行布线，操作烦琐；重量分析法操作简单并且可以多组同时进行。电阻率法单次只能测量线长 600 m垂直剖面的含水量及分布，但测量深度深，结果准确并且能得出该垂直剖面的含水量分布；重量分析法只能测量一定范围取样深度的含水量均值，无法在垂直方向上提供大量的数据及含水量分布。因此，重量分析法更适合进行土壤含水量的监测。

4.3 土壤重金属离子监测

土壤重金属离子检测标准中主要含有14种重金属[4]，对其进行监测可使用分光光度法、原子荧光法与原子吸收法、离子色谱法等[6]。

4.3.1 分光光度法

应用分光光度计进行仪器分析，可以测得吸光度关于离子浓度的工作曲线。在土壤水溶液中放入分光光度计进行测量，测得吸光度，将其代入工作曲线，可以算出浓度。经过多次采样测量，可以得出该区域某离子的平均浓度。

4.3.2 原子荧光法与原子吸收法

我国自主研发的原子荧光仪器能够检测出多种在水溶液中易于生成氢化合物的金属元素，包括铅、锡、铋以及砷等，同时，其具有良好的准确度与灵敏度，能够有效地隔绝基体产生的干扰，多用于测定水溶液中的化学元素[5]。

4.3.3 离子色谱法

离子色谱法能够分离与检测常见的阴阳离子，并且能够在一次进样之后，同时分析多种成分，有较高的灵敏度与选择性[5]。

5 在土壤环境监测中应用分析化学法的优势

5.1 对环境的兼容性高

分析化学法对土壤环境有较高的兼容性，可以监测不同地形及复杂土质的环境质量，同时，其灵活方便的特点，能够有效推进土壤环境监测工作[5]。

5.2 适用于多种物质的监测

土壤种类繁多，不同类型土壤的土质分布及其土壤结构也有较大的差异。分析化学法适用于监测和分析多种物质，能够有效地对不同土质及土质分布进行监测，从而有效地治理土壤环境[6]。

5.3 监测结果的准确性和可靠性高

土壤环境监测的标准具有相对的动态性。将先进的监测仪器与分析化学法有机结合[6]，并不断深入研究分析化学法，能够更好地推动分析化学法在土壤环境监测中的应用，进而使土壤环境监测的结果更加精准可靠。

6 分析化学原理应用于土壤环境检测的可行性分析

分析化学是化学学科的一个重要分支，是研究和获取物质化学组成和结构信息分析方法的相关科学。分析化学具有鉴定物质的化学组成、测定物质有关组分的含量、确定物质的结构和存在形态及其与物质性质之间的关系等主要任务。分析化学和土壤环境监测有较大的契合度，应用于土壤环境监测，具有实时性、准确性、可靠性和相对统一的技术标准和监测标准等。同时，大部分分析化学的仪器操作简单、方便且具有自动化连续检测、环境监测标准化、对元素定量定性的优势[6-7]，满足当前我国的土壤监测需求。

7 结语

目前，土壤环境破坏的问题日益加剧，治理和保护土壤环境的关键即为加快土壤环境监测技术的发展。分析化学法应用范围广泛，在开展相关土壤环境监测工作时，可以克服工作中监测项目复杂、监测种类繁多的劣势，监测多种物种，确保监测结果准确可靠。将分析化学法与土壤环境监测技术有机结合，能够加块推进土壤环境监测工作的发展，择优推广并制定相关的统一标准，充分发挥二者的特点，在土壤环境监测工作中形成优势互补，通过提供更新的思路，实现土壤环境治理的更优成效。