吳健生，宋 靜，鄭茂坤，謝 婧，李俊杰，黃秀蘭

（1.北京大學(xué)深圳研究生院城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)學(xué)院，城市人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518055；2.北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，地表過(guò)程分析與模擬教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871）

隨著工業(yè)化和城市化的飛速發(fā)展，土壤環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到重視，土壤重金屬污染，特別是工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染，已逐漸成為環(huán)境科學(xué)界研究的熱點(diǎn)[1-2]。土壤污染中重金屬主要指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬，也指具有一定毒性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫等，目前最引起人們關(guān)注的重金屬是汞、鎘、鉛等。重金屬對(duì)土壤的污染是短期不可逆過(guò)程，在土壤-植物系統(tǒng)中，重金屬污染通過(guò)食物鏈進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)品，影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，危害人類健康，因此對(duì)土壤重金屬污染監(jiān)測(cè)是必要的。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，發(fā)達(dá)國(guó)家相繼發(fā)生了由化學(xué)污染引起的嚴(yán)重公害事件，重金屬的分析技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并迅速發(fā)展起來(lái)。美國(guó)是最早開(kāi)展有限監(jiān)測(cè)的國(guó)家，早在20世紀(jì)70年代中期就開(kāi)始測(cè)重研究重金屬含量是否超標(biāo)，接下來(lái)蘇聯(lián)衛(wèi)生部在1975年也下達(dá)了有害重金屬物質(zhì)的最大允許濃度，歐洲經(jīng)濟(jì)共同體及中國(guó)環(huán)境優(yōu)先監(jiān)測(cè)研究也先后提出重金屬污染測(cè)定方法及限制污染濃度。國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)常采取現(xiàn)場(chǎng)取樣后實(shí)驗(yàn)室化學(xué)和儀器分析的方法進(jìn)行，其測(cè)定和分析結(jié)果對(duì)土地利用、項(xiàng)目可行性研究、污染控制、環(huán)境預(yù)警等方面起到積極指導(dǎo)作用。最近發(fā)展起來(lái)的高光譜學(xué)（基于3S技術(shù)）、環(huán)境磁學(xué)、生物學(xué)等發(fā)展起來(lái)的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)方法為國(guó)內(nèi)外土壤環(huán)境的檢測(cè)研究提供了新的研究方法及手段。文章總結(jié)了近20年來(lái)國(guó)內(nèi)外土壤重金屬全量的監(jiān)測(cè)方法，比較分析了基于化學(xué)分析法、儀器分析法的異位監(jiān)測(cè)方法和高光譜學(xué)（基于3S技術(shù)）、生物、數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)的原位監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)，為土壤重金屬全量監(jiān)測(cè)的研究工作提供了相關(guān)參考。

1 土壤重金屬全量監(jiān)測(cè)方法介紹

1.1 異位監(jiān)測(cè)方法

土壤重金屬異位監(jiān)測(cè)方法是比較傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其監(jiān)測(cè)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，精度較高。其一般步驟是樣品田間采樣，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析和數(shù)據(jù)處理。實(shí)驗(yàn)室分析方法分為化學(xué)分析法和儀器分析法兩種方法。

1.1.1 化學(xué)分析方法

化學(xué)分析方法是以特定的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法。在土壤重金屬全量分析中常運(yùn)用的化學(xué)分析方法為滴定法（容量法）[3-4]。該法操作簡(jiǎn)便、迅速、結(jié)果準(zhǔn)確、費(fèi)用低，但選擇性較差，樣品前處理繁瑣、靈敏度低，僅適用于樣品中常量組分的分析。常見(jiàn)于早期土壤重金屬含量及微量元素研究。

1.1.2 儀器分析方法

由于化學(xué)分析方法不能精準(zhǔn)定量痕量重金屬，于是將精密儀器引入化學(xué)分析。目前用來(lái)測(cè)定土壤重金屬濃度的儀器主要分為光學(xué)類儀器、電化學(xué)類儀器和聯(lián)用儀器。

光學(xué)類儀器分析法主要包括分光光度法（SP）、原子吸收光譜法（AAS）、原子發(fā)射光譜法（AES）、熒光光譜法（FS）等。但德忠等運(yùn)用紫外分光光度法測(cè)量土壤微量元素，其精度可達(dá)mg·L-1[5]；Kashem等運(yùn)用原子吸收光譜法測(cè)定土壤重金屬含量，其精度可達(dá)mmol·L-1（mg·L-1），但較紫外分光光度法測(cè)素范圍更廣[6]；Little等在研究土壤重金屬空間分異特征時(shí)采用原子發(fā)射光譜法測(cè)定土壤重金屬含量，其精度可達(dá)mmol·L-1（mg·L-1）到μg·L-1，且可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)定多種元素[7]；劉江斌等運(yùn)用χ射線熒光光譜法（XRF）同時(shí)測(cè)定土壤樣品中的36種組分，其檢出限可達(dá)到0.01 mmol·L-1（mg·L-1）[8]；范寶磊等運(yùn)用原子吸收和原子熒光光譜法測(cè)定土壤中的微量元素，其檢出限可達(dá)到0.01 mmol·L-1（mg·L-1）[9]；魏顯有等用斷續(xù)流動(dòng)在線分離富集-蒸氣發(fā)生原子熒光光譜法測(cè)定痕量Cd，其檢出限極低、靈敏度高，可達(dá) ng·L-1[10]。

電化學(xué)類儀器主要為極譜儀，它秉承了光學(xué)儀器適用范圍廣、精度高、可測(cè)定組分含量范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，具有選擇性好、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)定的特點(diǎn)，尤其用于液體樣品測(cè)定時(shí)勿需消化處理，可直接上機(jī)測(cè)定，對(duì)鉛、鎘離子測(cè)定，常得到較好結(jié)果[11]。周杰郛等運(yùn)用極譜法快速檢測(cè)地球化學(xué)勘查樣品中的鎢和鉬[12]，丁建文等用示波極譜法精確測(cè)定鉛、鎘，其精度均可達(dá)到0.1 μg·L-1[13]。

微量元素監(jiān)測(cè)研究中，為了滿足更高精度、操作簡(jiǎn)便等要求，同時(shí)將兩種或多種光學(xué)、電化學(xué)儀器聯(lián)合使用，發(fā)揮各個(gè)儀器優(yōu)勢(shì)，為聯(lián)用儀器分析法。在土壤重金屬含量監(jiān)測(cè)中，常用的聯(lián)用儀器分析法有電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）和電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）。聯(lián)用儀器大大提高了元素檢出限，大部分重金屬元素可測(cè)至ng·L-1，某些元素甚至接近ng·L-1；能測(cè)得元素也更多，樣品檢測(cè)重復(fù)性更好；檢測(cè)模式靈活多樣，可進(jìn)行定性、半定量、定量分析[14-16]。Zhou等運(yùn)用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）確定中國(guó)南部恒世河流域土壤重金屬含量[17]；Wei等運(yùn)用ICP-AES、ICPOES、ICP-MS測(cè)得中國(guó)城市土壤重金屬及道路灰塵重金屬含量，檢出限均可達(dá)μg·L-1[18]。目前，歐美許多國(guó)家采用高精度PE-AA800原子吸收光譜儀與ICP結(jié)合對(duì)多種微量金屬元素進(jìn)行定量分析，用來(lái)測(cè)定 Pb、Cd、Cu、Al、Ba、Mo、V、Ni、As、Se、Sn、k、Na、Ca、Mg、Li、Sr、Fe、Mn、 Zn等元素，其精度接近ng·L-1。

1.2 原位監(jiān)測(cè)方法

原位監(jiān)測(cè)，即在不影響被測(cè)物狀態(tài)及周圍環(huán)境的前提下，對(duì)目標(biāo)物含量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線跟蹤測(cè)定。在土壤重金屬原位監(jiān)測(cè)中，將土壤遙感（電磁感應(yīng)）（傳播可見(jiàn)、近距離、中-紅外線分光鏡）、全球定位、空氣傳播、衛(wèi)星遙感、光學(xué)偵測(cè)和修正（LIDAR）、地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、處理多維環(huán)境數(shù)據(jù)的計(jì)算力量、先進(jìn)的多元統(tǒng)計(jì)和地理統(tǒng)計(jì)方法等多學(xué)科整合，逐步實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高密度監(jiān)測(cè)[19]，方便了土壤特性在時(shí)間和空間分布上的準(zhǔn)確映射。其思路多為利用全球定位系統(tǒng)定位被測(cè)區(qū)域，依靠原位分析技術(shù)結(jié)合遙感技術(shù)獲取光譜信息，通過(guò)對(duì)光譜信息整合計(jì)算獲得被測(cè)物含量，進(jìn)而可以用地理信息系統(tǒng)技術(shù)確定重金屬空間分異特征。目前支持原位分析法的技術(shù)主要有三大類，即高光譜分析技術(shù)、環(huán)境磁學(xué)技術(shù)和生物量間接測(cè)定技術(shù)。

高光譜分析技術(shù)（Hyperspectral remote sensing technology），運(yùn)用遙感（RS）高光譜數(shù)據(jù)以其高光譜分辨率和多而連續(xù)的光譜波段預(yù)測(cè)土壤重金屬含量，實(shí)現(xiàn)了大面積、非破壞性和非接觸快速測(cè)樣，避免了采樣等復(fù)雜步驟。國(guó)內(nèi)外利用高光譜技術(shù)監(jiān)測(cè)土壤重金屬含量的研究報(bào)導(dǎo)不多。其主要原因是土壤中的重金屬盡管達(dá)到了污染程度，但并不是土壤組分的主要成分，現(xiàn)有的光譜儀器難以探測(cè)到重金屬自身的光譜特征。最近研究表明，基于土壤有機(jī)質(zhì)、鐵錳氧化物等對(duì)重金屬的吸附規(guī)律，可以通過(guò)無(wú)光譜特征物質(zhì)與有光譜特征物質(zhì)之間的相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)無(wú)光譜特征的土壤組分。Kooistra等發(fā)現(xiàn)萊茵河流域河漫灘土壤中的Cd，Zn含量與土壤有機(jī)質(zhì)、礦物含量之間存在正相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)700、1050、1400、1850、2150、2280、2400、2470 nm附近的光譜與這幾種土壤組分的含量有密切關(guān)系，基于這種關(guān)系使用反射光譜預(yù)測(cè)了Cd和Zn的污染[20]。Kemper等利用反射光譜成功預(yù)測(cè)了礦區(qū)土壤As、Fe、Hg、Pb的含量[21]。國(guó)內(nèi)的吳昀昭利用實(shí)驗(yàn)室反射光譜模擬Hymap，Aster以及TM光譜快速預(yù)測(cè)了南京土壤Hg污染，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)Hg的最佳波段和土壤Fe吸收波段一致，且相關(guān)分析表明Hg與土壤反射率成負(fù)相關(guān)關(guān)系[22]。李巨寶等發(fā)現(xiàn)滏陽(yáng)河兩岸農(nóng)田土壤樣品的室內(nèi)反射光譜與土壤中的Fe，Zn，Se元素存在較好的相關(guān)性，同時(shí)還指出在使用經(jīng)驗(yàn)方法預(yù)測(cè)沒(méi)有光譜特征的成分時(shí)，光譜分辨率不是一個(gè)必要的條件[23]。王玉等研究發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)光光譜對(duì)于成都經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤污染污染程度有一定的指示性，紫光、藍(lán)光光譜與根系土壤Cd含量成正相關(guān)，黃光、橙光、紅光波段光譜與根系土壤Cd含量成負(fù)相關(guān)[24]。Ren等研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)用地中反射光譜可對(duì)As和Cu有一定的指示性[25]。賀軍亮等通過(guò)對(duì)昆山市水稻土研究，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)分析方法，總結(jié)分析土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)不同重金屬元素的吸附規(guī)律，嘗試?yán)眠b感光譜法實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬含量的模型估算[26]。結(jié)果表明，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)不同重金屬吸附強(qiáng)度由大到小的排序?yàn)椋篊u＞Pb＞As＞Zn＞Cd＞Ni＞Cr＞Hg，有機(jī)質(zhì)對(duì)Cu和Pb的吸附固持強(qiáng)度較大，相關(guān)性顯著?？傮w來(lái)說(shuō)，運(yùn)用高光譜技術(shù)估算土壤中重金屬含量，其模型擬合總體精度能達(dá)到75%～80%，平均相對(duì)誤差30%～40%，驗(yàn)證精度60%和70%。從誤差分析結(jié)果來(lái)看，該方法估算精度不是很高，其主要原因是，重金屬進(jìn)入土壤后通過(guò)吸附解析等化學(xué)作用以有機(jī)態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)等多種形態(tài)存在，而研究工作中只針對(duì)一種形態(tài)進(jìn)行建模，如果在今后的研究中，綜合考慮其他吸附重金屬的土壤組分如鐵錳氧化物等的光譜特性，則在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)利用土壤光譜對(duì)土壤重金屬環(huán)境容量值進(jìn)行監(jiān)測(cè)估算的目的，該研究思路可以借鑒但其實(shí)用性仍需要驗(yàn)證[27]。環(huán)境磁學(xué)（Environmental magnetism），任何物質(zhì)都具有某種磁性質(zhì)，根據(jù)物質(zhì)對(duì)外加磁場(chǎng)的效應(yīng)對(duì)應(yīng)特征電流，可用以定量物質(zhì)，根據(jù)某些磁參數(shù)值可以定量土壤重金屬[28]。

與傳統(tǒng)的化學(xué)方法相比，用磁學(xué)方法監(jiān)測(cè)土壤污染具有快速（野外每個(gè)測(cè)點(diǎn)只需要幾秒鐘）、靈敏（可以檢測(cè)出相當(dāng)于化學(xué)分析中mg·L-1精度的鐵磁性礦物的磁性）、經(jīng)濟(jì)（與昂貴的化學(xué)分析相比，成本低）、無(wú)破壞性（經(jīng)磁學(xué)測(cè)試后的樣品仍可用于地球化學(xué)、生物學(xué)研究）和信息量大（包括磁性礦物的含量、粒度、種類等）的顯著優(yōu)點(diǎn)[29]。它可用于傳統(tǒng)的大量耗費(fèi)人力、物力和時(shí)間的污染分析技術(shù)（化學(xué)）之前的預(yù)研究[30]。而且磁測(cè)方法可以經(jīng)濟(jì)、便捷地提供大量的數(shù)據(jù)，有利于對(duì)磁參數(shù)的空間分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和圖像處理，進(jìn)而對(duì)污染狀況做出全面系統(tǒng)的解釋。最近歐洲MAGPROX工作組研制出了野外袖珍式磁化率儀（SM30）和野外土壤剖面磁化率儀（SM40）。這些新儀器的使用，將大大提高野外工作效率，使得磁學(xué)高分辨率的污染研究成為可能。磁學(xué)監(jiān)測(cè)方法有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，為環(huán)境污染的研究提供了一項(xiàng)非常實(shí)用有效的方法。因此，有關(guān)磁學(xué)方法在土壤污染研究中的應(yīng)用，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外環(huán)境工作者的關(guān)注[31-32]，把磁性監(jiān)測(cè)手段成功應(yīng)用于城市土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的例子也越來(lái)越多[33]：Bermea等用磁學(xué)手段測(cè)得城市表層土壤重金屬污染情況[34]；Yang等研究發(fā)現(xiàn)磁學(xué)信息也確定出碳酸鹽沉積物中污染狀況，判斷污染的來(lái)源、污染程度和分布規(guī)律，為監(jiān)測(cè)土壤重金屬污染提供了有效手段和重要依據(jù)[35]。

生物量間接測(cè)定技術(shù)（Indirect determination of biomass technology），利用生物基因表達(dá)發(fā)光等特性，運(yùn)用遙感技術(shù)接收光譜特征，進(jìn)而確定土壤重金屬含量。國(guó)外已經(jīng)有大量的關(guān)于采用發(fā)光細(xì)菌法對(duì)土壤中重金屬的污染狀況的研究和報(bào)道，但在我國(guó)國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的研究比較少，還需要深入的研究[36-37]。此外，由于土壤生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，土壤中重金屬的毒性與土壤理化性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，發(fā)光細(xì)菌在應(yīng)用于固相樣品如土壤、污泥和沉積物等樣品時(shí)，則需要考慮固相顆粒、固相樣品的理化性質(zhì)及提取方法在發(fā)光細(xì)菌毒性測(cè)定中的影響，使得該方法有一定弊端。國(guó)內(nèi)，顧宗濂等最早采用發(fā)光細(xì)菌法研究土壤的重會(huì)屬污染[38]，茆婷等通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬利用細(xì)菌發(fā)光特性實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬污染的監(jiān)測(cè)[39]。然而，目前該法僅僅處于實(shí)驗(yàn)室模擬研究階段，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有相關(guān)野外原位、在線研究的報(bào)道，但作為一種支持原位監(jiān)測(cè)的技術(shù)，如何建立一種遺傳穩(wěn)定、檢測(cè)靈敏、功能多樣、適合高通量篩選并能在各種生物系統(tǒng)中表達(dá)的報(bào)告基因技術(shù)以及與新光電子技術(shù)（光纖技術(shù)、傳感器技術(shù)）相結(jié)合實(shí)現(xiàn)快速、便捷的原位在線監(jiān)測(cè)將是我們面臨的一大挑戰(zhàn)[39]。

2 兩種監(jiān)測(cè)方法比較

為了更好的認(rèn)識(shí)兩種監(jiān)測(cè)方法，有必要對(duì)其進(jìn)行比較，表1給出了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

表1 土壤中金屬全量異位、原位監(jiān)測(cè)方法比較Table 1 Comparison on different methods in the monitoring

異位監(jiān)測(cè)主要包括傳統(tǒng)的室內(nèi)化學(xué)分析法，光學(xué)、電學(xué)等儀器分析法?；瘜W(xué)分析方法雖然測(cè)量精度高、準(zhǔn)確性強(qiáng)，但工作步驟繁瑣、成本高，對(duì)化學(xué)反應(yīng)要求嚴(yán)格，且無(wú)法精確定量土壤中含有的痕量重金屬；儀器分析法多為分析金屬及類金屬物的可靠手段，其靈敏度、特異性和準(zhǔn)確度俱佳，但相關(guān)儀器的購(gòu)置和運(yùn)行成本高，并對(duì)操作者的專業(yè)知識(shí)和技能有較高要求，以及不具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能等不利條件，困擾并限制著很多研究人員的研究。

原位監(jiān)測(cè)法避免了不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及監(jiān)測(cè)地區(qū)范圍狹小等異位監(jiān)測(cè)的弊端。原位監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)高時(shí)效性，同時(shí)做到大面積、連續(xù)、高密度獲取數(shù)據(jù)，避免采樣、土樣前處理這一系列繁瑣環(huán)節(jié)，且不會(huì)破壞待測(cè)物組分，保證其周邊環(huán)境不被擾動(dòng)，不影響其余工作者的研究工作，此外還可以保證經(jīng)濟(jì)(與昂貴的化學(xué)分析相比，成本低)，獲取信息量大等優(yōu)勢(shì)。它可用于傳統(tǒng)的大量耗費(fèi)人力、物力和時(shí)間的污染分析技術(shù)(化學(xué))之前的預(yù)研究。然而，其弊端也不可忽略，該類方法精度較儀器分析法、化學(xué)法相差甚遠(yuǎn)，因而主要應(yīng)用于大范圍重金屬含量的估測(cè)，非精準(zhǔn)測(cè)量，且原位分析法大多處于試驗(yàn)階段，對(duì)土壤類型也有一定的要求。盡管如此，由于磁學(xué)監(jiān)測(cè)方法本身的理論和方法在不斷完善，其應(yīng)用前景，尤其是在城市土壤和環(huán)境研究中的應(yīng)用前景，還是很樂(lè)觀的。

總之，在實(shí)際工作中我們要根據(jù)重金屬的特征和工作條件選用不同的分析方法，對(duì)土壤重金屬進(jìn)行更進(jìn)一步的研究和分析。

3 土壤重金屬全量監(jiān)測(cè)方法發(fā)展趨勢(shì)

3.1 異位監(jiān)測(cè)智能化

異位監(jiān)測(cè)主要包括化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析法和儀器分析法。就當(dāng)前土壤重金屬相關(guān)研究結(jié)果來(lái)看幾乎沒(méi)有研究者使用化學(xué)分析法研究土壤重金屬，大多研究者均選擇精度高、操作簡(jiǎn)單、可同時(shí)測(cè)得多個(gè)樣的儀器分析法?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展已對(duì)現(xiàn)代儀器提出越來(lái)越高的要求，不僅要求測(cè)量?jī)x器及時(shí)、精密、可靠獲取有關(guān)物質(zhì)組分和含量，同時(shí)還要求操作簡(jiǎn)單，盡量避免大量人力，逐漸追求儀器智能化，操作簡(jiǎn)單化，操作人員要求降低化。

3.2 異位監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)化

從分光光度法、原子吸光光度法、原子發(fā)射光譜法、熒光光譜法、極譜法到儀器聯(lián)用，對(duì)痕量土壤重金屬的檢出限逐漸降低，精準(zhǔn)化程度提高，所能測(cè)素范圍更廣，研究者逐漸傾向于使用儀器聯(lián)用法。從50年代初，儀器儀表發(fā)展取得突破，60年代測(cè)試技術(shù)提高、計(jì)算機(jī)引入，到70年代計(jì)算機(jī)算法深入，到80、90年代網(wǎng)絡(luò)大面積興起，到21世紀(jì)微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)以及多媒體技術(shù)、人機(jī)友好交互、虛擬現(xiàn)實(shí)、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的巨大進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了儀器監(jiān)測(cè)精度從mg·L-1到μg·L-1，再到ng·L-1，在精準(zhǔn)測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)展開(kāi)了一場(chǎng)新的推動(dòng)力革命。

3.3 原位監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確化

原位監(jiān)測(cè)技術(shù)為土壤重金屬全量研究的發(fā)展帶來(lái)新的活力，其優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)快速、非破壞、大面積監(jiān)測(cè)土壤重金屬全量，兼具直接性、真實(shí)性及實(shí)用性，且該方法較為容易重復(fù)驗(yàn)證，縮短實(shí)驗(yàn)周期，這些都是異位監(jiān)測(cè)不可比擬的。目前研究熱點(diǎn)多集中在高光譜遙感探測(cè)及生物發(fā)光技術(shù)進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，其觀點(diǎn)具有一定的創(chuàng)新性，有一定的理論意義，但這些技術(shù)大多仍處于試驗(yàn)、測(cè)試階段，研究思路可以借鑒但其大面積推廣應(yīng)用仍需要驗(yàn)證。因此，土壤重金屬全量監(jiān)測(cè)方法總體是向原位監(jiān)測(cè)技術(shù)即高光譜遙感技術(shù)、環(huán)境磁學(xué)技術(shù)和基因技術(shù)方向發(fā)展，但從技術(shù)本身的發(fā)展趨勢(shì)而言，是向精度更高的微觀探索技術(shù)和節(jié)約時(shí)間成本的中觀甚至宏觀監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展。

目前，遙感、全球定位系統(tǒng)及其它科學(xué)手段能做到的僅僅是大面積、快速估算土壤重金屬含量，而非準(zhǔn)確值，因而原位監(jiān)測(cè)進(jìn)一步精準(zhǔn)化是學(xué)者研究的熱點(diǎn)。目前研究比較多的就是選擇合適的波段[39-40]信息確定土壤重金屬含量，同時(shí)也可以通過(guò)改進(jìn)高光譜遙感技術(shù)進(jìn)一步提高測(cè)量精度，從現(xiàn)有的75%左右的精度向85%甚至更高精度發(fā)展。原位監(jiān)測(cè)必將全球定位系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)和培訓(xùn)系統(tǒng)合一，其核心是建立一個(gè)完善的原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將土壤重金屬原位精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)研究帶入數(shù)字和信息時(shí)代，是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向。

3.4 監(jiān)測(cè)技術(shù)綜合化

在土壤重金屬監(jiān)測(cè)中，逐漸實(shí)現(xiàn)土壤遙感（電磁感應(yīng)）（傳播可見(jiàn)、近距離、中-紅外線分光鏡）、全球定位、空氣傳播、衛(wèi)星遙感、光學(xué)偵測(cè)和修正（LIDAR）、地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、處理多維環(huán)境數(shù)據(jù)的計(jì)算力量、先進(jìn)的多元統(tǒng)計(jì)和地理統(tǒng)計(jì)方法等多學(xué)科整合，逐步實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高密度監(jiān)測(cè)。異位監(jiān)測(cè)中運(yùn)用GPS技術(shù)定位監(jiān)測(cè)對(duì)象，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通常運(yùn)用GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、先進(jìn)的多元統(tǒng)計(jì)和地理統(tǒng)計(jì)方法[41-42]進(jìn)行處理，獲取空間分異表達(dá)情況，實(shí)現(xiàn)土壤重金屬污染可視化，以便進(jìn)一步治理、修復(fù)研究。原位監(jiān)測(cè)中，不僅可以用遙感技術(shù)對(duì)土壤重金屬監(jiān)測(cè)進(jìn)行實(shí)地定位觀測(cè)，還可用不同時(shí)期的同一幅影響進(jìn)行影像疊加、對(duì)比，來(lái)準(zhǔn)確地觀測(cè)土壤質(zhì)量的變化情況，與此同時(shí)，土壤重金屬含量可通過(guò)近紅外和熱紅外接收的遙感影像、光學(xué)偵測(cè)和修正（LIDAR）探測(cè)進(jìn)而計(jì)算得到。

4 結(jié)論

針對(duì)不同的研究需求，采用不同的研究方法是比較合理的方法選擇。就目前的研究現(xiàn)狀而言，主流土壤重金屬全量監(jiān)測(cè)方法仍為異位監(jiān)測(cè)法。但是，隨著人們對(duì)重金屬測(cè)試物理機(jī)理上認(rèn)識(shí)的不斷深人，必然引起對(duì)測(cè)試手段的不斷改進(jìn)和完善，使得土壤重金屬測(cè)量技術(shù)必將朝著準(zhǔn)確、快速、安全、原位、連續(xù)、非破壞、自動(dòng)化、低成本、寬量程、少標(biāo)定、易操作的原位監(jiān)測(cè)法方向發(fā)展，最終會(huì)形成一套完備的監(jiān)測(cè)方法。

土壤重金屬定量監(jiān)測(cè)方法，作為研究土壤重金屬污染的基礎(chǔ)工具，是必須的也是至關(guān)重要的。面對(duì)科技日新月異的不斷發(fā)展，以化學(xué)反應(yīng)，高精度、高智能儀器為基礎(chǔ)的異位監(jiān)測(cè)將朝向超痕量、超精準(zhǔn)方向發(fā)展；而以3S、高光譜技術(shù)、環(huán)境磁學(xué)和生物技術(shù)為基礎(chǔ)的原位監(jiān)測(cè)將朝著高適宜性，高精度方向不斷發(fā)展。

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