土壤污染检测中常见的重金属及有机物指标分析

土壤是支撑农业生产与生态系统的核心载体，然而工业排放、农业投入与城市废弃物的不当处置，让重金属与有机污染物成为土壤的主要“健康威胁”。这些污染物隐蔽性强、降解慢，不仅会降低土壤肥力、影响作物品质，还能通过“土壤-作物-人体”或“土壤-地下水-人体”链条，直接威胁人类健康。准确识别与检测这些污染物指标，是土壤污染防控的第一步。本文聚焦土壤污染检测中最常见的重金属及有机物指标，从来源、危害到检测要点展开解析，为环境监测实践提供具体参考。

镉：土壤重金属污染的“隐形杀手”

镉是土壤中移动性最强的重金属之一，其化合物水溶性高，能快速穿透土壤胶体的吸附屏障，向深层土壤甚至地下水迁移。这种特性让镉成为“看不见的污染”——即使表层土壤镉含量达标，也可能因作物吸收进入食物链。

镉的来源集中在三类场景：工业活动是首要源头，电镀、电池制造、有色金属冶炼的废水里，镉浓度可达数毫克每升；农业生产中的磷肥（磷酸岩原料含镉）、有机肥（动物粪便中的镉），会随施肥进入土壤；城市污泥、垃圾渗滤液中的镉，因土地利用被带入农田。

作物对镉的吸收有明显“偏好”：水稻的富集能力最强，籼稻的镉吸收量通常是粳稻的2-3倍；叶菜类蔬菜（如菠菜、空心菜）次之，根茎类（如土豆、萝卜）相对较低。这种差异与土壤pH值直接相关——酸性土壤（pH<5.5）中，镉以活性更高的Cd²⁺形式存在，更易被作物根系吸收。

镉对人体的危害是“慢刀子割肉”：短期暴露可能引发恶心、呕吐，但长期低剂量接触会在肾脏近曲小管累积，导致肾功能下降、蛋白尿；还会干扰钙代谢，引发骨质疏松、骨骼剧痛的“痛痛病”。儿童对镉更敏感，可能导致生长发育迟缓、智力受损。

检测镉的关键在“防污染”：土壤样品需风干后用尼龙筛（100目）研磨，避免金属筛网带入镉；消解用硝酸-氢氟酸-高氯酸混合酸，氢氟酸破坏硅酸盐结构，确保镉完全释放；容器必须用聚四氟乙烯，防止玻璃中的镉溶出。

测定方法以石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）为主，检出限0.01mg/kg，刚好满足《农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618-2018）中耕地镉筛选值（0.3mg/kg）的要求。ICP-MS虽能多元素同时测，但成本高、易受干扰，多用于科研。

质量控制不能省：空白样用超纯水和同批次试剂，避免试剂污染；平行样相对偏差≤10%；每批样品插入GBW07401土壤标准物质，确保结果在标准值范围内。

铅：贯穿全生命周期的健康威胁

铅是土壤中分布最广的重金属，其毒性取决于“活性”——多数铅以硫酸铅、碳酸铅等难溶形式存在，但酸性土壤中会转化为可溶性铅，被作物吸收。

铅的来源覆盖工业、交通与农业：铅冶炼、电池制造的废水是工业源；汽车尾气中的四乙基铅（虽已禁用，但历史积累仍在）是交通源；砷酸铅等农药的残留是农业源。此外，废旧电子设备拆解的铅尘，也会污染周边土壤。

作物对铅的吸收有“根际效应”：铅多积累在作物根部，很少向地上部分转移——水稻根部的铅含量可能是籽粒的10-100倍。但叶菜类蔬菜（如白菜）的叶片会通过大气沉降吸收铅，导致食用部分超标。

铅的危害贯穿全生命周期：孕妇接触铅会导致胎儿畸形、早产；儿童铅中毒会引发注意力不集中、智力低下；成年人长期接触会导致高血压、贫血、肾功能损伤。铅的神经毒性不可逆，即使脱离暴露环境，损伤也难恢复。

检测铅时，消解可简化为硝酸-高氯酸混合酸（铅的硅酸盐结合态少），但需充分破坏有机质——可延长高氯酸消解时间，或加少量过氧化氢。测定用火焰原子吸收光谱法（FAAS），检出限0.5mg/kg，适合中高浓度污染；低浓度样品用GFAAS或ICP-MS。

要注意氯离子的干扰：土壤中的氯离子会与铅形成络合物，降低测定结果——可在样品中加入硝酸银，将氯离子转化为氯化银沉淀，消除干扰。

汞：易挥发的神经毒性污染物

汞是唯一在常温下呈液态的金属，其挥发性让它成为“会逃跑的污染物”——土壤中的汞会以Hg⁰形式挥发进入大气，再通过沉降回到土壤，形成“大气-土壤”循环。

汞的来源包括工业（氯碱工业、温度计制造的废水）、农业（西力生等汞农药）与自然（火山喷发、含汞矿石风化）。其中，工业源的汞浓度最高，氯碱工业每生产1吨烧碱，会排放约0.5-1克汞。

汞的毒性取决于“形态”：甲基汞是毒性最强的形态，由土壤中的微生物将无机汞转化而来，能通过食物链富集——鱼类中的甲基汞含量可能是水中的数万倍。无机汞的毒性次之，但会损伤肾脏与消化道。

汞对人体的核心危害是神经毒性：短期暴露会引发头痛、失眠；长期接触会导致共济失调、语言障碍，甚至像“水俣病”那样的严重神经损伤——患者出现手足麻木、视力下降、精神失常。

检测汞的难点在“防挥发”：土壤样品需采集后立即冷冻（-20℃）保存，避免汞挥发；消解用硝酸-高锰酸钾混合酸，高锰酸钾能将Hg⁰氧化为Hg²⁺，防止挥发；消解过程需加盖，减少损失。

测定方法首选原子荧光光谱法（AFS），其检出限低至0.001mg/kg，适合土壤中低浓度汞的检测。ICP-MS虽也能测汞，但因汞易吸附在仪器管路中，需频繁清洗，效率较低。

砷：兼具重金属与类金属特性的污染物

砷不是重金属，而是类金属，但毒性与重金属相当。土壤中的砷主要以无机砷（As³⁺、As⁵⁺）形式存在，其中As³⁺的毒性是As⁵⁺的10倍以上。

砷的来源包括工业（选矿、冶炼的废水）、农业（砷酸铅农药）与自然（含砷矿石风化）。选矿厂的废水砷浓度可达数百毫克每升，是农田砷污染的主要源头。

砷的危害是“致癌+致畸”：长期接触会导致皮肤癌、肺癌、膀胱癌；慢性砷中毒会引发“黑脚病”——患者脚部皮肤发黑、溃烂，甚至截肢。此外，砷还会干扰DNA合成，导致胎儿畸形。

检测砷的关键在“全消解”：土壤中的砷常与硫化物、有机物结合，需用硝酸-高氯酸混合酸消解，高氯酸破坏有机物，硝酸氧化砷至As⁵⁺；对于含硫化物高的土壤，需加入少量过氧化氢，增强消解效果。

测定方法以AFS为主，其对砷的检出限为0.005mg/kg，能满足《土壤环境质量标准》的要求。ICP-MS也可用于砷的测定，但需注意消除基体干扰——可加入铑、铼等内标元素。

铬：价态决定毒性的“两面派”

铬是“亦正亦邪”的元素：三价铬是人体必需的微量元素，参与糖代谢；但六价铬是强致癌物质，毒性是三价铬的100倍以上。

铬的来源集中在工业：电镀行业的镀铬废水，六价铬浓度可达数十毫克每升；制革行业的鞣制废水，含大量三价铬；此外，铬肥（如硫酸铬）的不当使用也会导致土壤铬污染。

六价铬的危害是“强氧化性+致癌”：它会穿透细胞膜，氧化细胞内的蛋白质与DNA，导致基因突变；长期接触会引发肺癌、鼻癌。三价铬虽无毒，但在酸性土壤中会被氧化为六价铬，增加风险。

检测铬的核心是“分价态”：六价铬用二苯碳酰二肼分光光度法测定——在酸性条件下，六价铬与二苯碳酰二肼反应生成紫红色络合物，于540nm处比色；总铬需用硝酸-高氯酸消解后，用FAAS或ICP-MS测定。

需注意土壤pH值的影响：碱性土壤中，六价铬以CrO₄²⁻形式存在，更易被检测；酸性土壤中，六价铬会被还原为三价铬，导致测定结果偏低——因此需在样品中加入氢氧化钠，调节pH至8-9，保持六价铬的稳定性。

多环芳烃（PAHs）：燃烧产物中的“致癌幽灵”

多环芳烃是由2个以上苯环组成的芳香烃，常见的有苯并[a]芘、萘、荧蒽等。它们脂溶性强、难降解，能在土壤中残留数年至数十年。

PAHs的来源以“燃烧”为主：煤炭、石油的不完全燃烧（如锅炉排放、汽车尾气），塑料、橡胶的热解，以及烧烤、秸秆焚烧。此外，石油泄漏也会带入大量PAHs——原油中的PAHs含量可达1-10g/kg。

PAHs的危害是“强致癌性”：苯并[a]芘是I类致癌物，长期接触会增加肺癌、胃癌的风险；萘会损伤眼睛与呼吸道，荧蒽会导致皮肤过敏。

检测PAHs的步骤是“提取+净化+测定”：提取用索氏提取或加速溶剂萃取（ASE），ASE用溶剂少、效率高，适合批量样品；净化用硅胶柱或弗罗里硅土柱，去除脂肪、色素等杂质；测定用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS），能同时分离16种优先控制PAHs，检出限低至ng级。

需注意样品的“代表性”：PAHs易吸附在土壤有机质上，因此需采集0-20cm表层土壤，避免深层土壤稀释结果；样品需用铝箔包裹，防止PAHs光解。

有机磷农药：农业生产中的“急性毒性源”

有机磷农药是农业中最常用的杀虫剂，如敌敌畏、乐果、毒死蜱。它们的特点是“急性毒性强、残留期短”——一般在土壤中残留数天至数周，但高浓度暴露会立即致命。

有机磷农药的来源是“直接喷施”：农民为防治病虫害，将农药稀释后喷洒在作物叶片或土壤表面，部分农药会渗透进入土壤；此外，农药包装的随意丢弃，也会导致土壤污染。

有机磷农药的毒性机制是“抑制胆碱酯酶”：胆碱酯酶是神经传导的关键酶，被抑制后，乙酰胆碱在体内积累，导致肌肉痉挛、呼吸困难，严重时会因呼吸衰竭死亡。

检测有机磷农药的关键在“快速提取”：土壤样品用乙腈提取，乙腈能有效溶解有机磷农药；提取液经无水硫酸钠脱水后，用固相萃取柱（C18）净化；测定用气相色谱-火焰光度检测器（GC-FPD），FPD对磷的响应灵敏，检出限为0.01mg/kg。

要注意“假阳性”问题：土壤中的有机质会干扰测定，需在净化时增加洗脱溶剂的体积，或用凝胶渗透色谱（GPC）去除大分子有机物。

有机氯农药：长期残留的“环境顽疾”

有机氯农药如滴滴涕（DDT）、六六六（HCH），是“退休但未消失”的污染物——虽然已禁用几十年，但因脂溶性强、难降解，仍能在土壤中残留数十年。

有机氯农药的来源是“历史遗留”：上世纪60-80年代，我国曾大量使用DDT与HCH，累计用量超过100万吨；这些农药通过喷洒进入土壤，被有机质吸附，形成“长期储备库”。

有机氯农药的危害是“内分泌干扰”：它们能模拟雌激素，干扰人体的内分泌系统，导致男性精子数量减少、女性乳腺癌发病率上升；还会通过胎盘传递给胎儿，影响胎儿发育。

检测有机氯农药的方法是“正己烷提取+GC-ECD”：正己烷能有效提取土壤中的有机氯农药；电子捕获检测器（ECD）对氯原子的响应极高，检出限低至0.001mg/kg。

需注意“交叉污染”：实验室中的有机氯农药残留会干扰测定，因此需使用专用的玻璃器皿，并用正己烷浸泡清洗；样品提取时，需在通风橱中操作，避免吸入农药蒸汽。

挥发性有机物（VOCs）：短期暴露的“空气-土壤联动污染物”

VOCs是一类沸点在50-260℃的有机化合物，如苯、甲苯、二甲苯。它们的挥发性强，能从土壤中挥发进入大气，形成“土壤-空气”联动污染。

VOCs的来源包括工业（化工、油漆、粘合剂生产的废水）、城市（汽车尾气、加油站泄漏）与农业（塑料薄膜的降解）。化工园区周边的土壤VOCs浓度可达数十毫克每千克，是典型的污染区域。

VOCs的危害是“短期强刺激”：短期暴露会引发头痛、恶心、眼睛刺痛；长期接触苯会导致白血病，甲苯会损伤肝脏与肾脏。

检测VOCs的方法是“顶空进样+GC-MS”：顶空进样无需溶剂提取，直接加热土壤样品，让VOCs挥发进入气相；GC-MS能分离并鉴定多种VOCs，检出限低至μg级。

需注意“样品保存”：VOCs易挥发，土壤样品需采集后立即装入密封的玻璃瓶（带聚四氟乙烯塞），并在4℃下保存，24小时内完成测定。

持久性有机污染物（POPs）：难以降解的“环境激素”

POPs是一类“难降解、易富集、高毒性”的有机物，如二噁英、多氯联苯（PCBs）、六氯苯。它们的半衰期可达数年至数十年，能在全球范围内迁移，被称为“环境激素”。

POPs的来源包括工业（多氯联苯的生产）、燃烧（垃圾焚烧产生二噁英）与农业（六氯苯农药）。垃圾焚烧厂周边的土壤二噁英浓度可达数百pg TEQ/kg（毒性当量），是背景值的10-100倍。

POPs的危害是“多系统损伤”：二噁英会导致皮肤痤疮、肝损伤，是I类致癌物；多氯联苯会干扰甲状腺功能，导致儿童智力下降；六氯苯会引发造血系统疾病。

检测POPs的难度极大：需用高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪（HRGC-HRMS），HRGC能分离复杂的POPs混合物，HRMS能准确鉴定化合物结构，检出限低至fg级（10⁻¹⁵g）。

前处理过程复杂：土壤样品用正己烷-二氯甲烷混合溶剂提取，提取液经浓硫酸净化（去除脂肪）、硅胶柱净化（去除杂质），最后浓缩至1ml待测。整个过程需在无POPs的实验室中进行，避免污染。