地球化学模型在土壤重金属形态研究中的应用进展

土壤重金属检测方法的应用及发展趋势的探究随着经济的发展和工业化的进程不断加快，土壤中的重金属污染问题也越来越严重。

重金属污染会严重危害人类健康以及环境自身的稳定性。

因此，对土壤重金属的检测方法进行研究和优化显得尤为重要。

在现有的土壤检测方法中，常用的方法有化学分析法、光谱分析法、电化学分析法等。

化学分析法是目前广泛采用的土壤重金属检测方法之一，它能够准确地测定土壤中的重金属含量，但是需要多次重复测量和样品处理。

光谱分析法是一种高效、准确、可靠的分析方法，可以通过对土壤中的光谱数据进行分析，测定其中的重金属元素含量，但是需要大量的设备和研究经验。

电化学分析法是常用的微量元素分析方法之一，准确度高、可靠性好，但是需要专业人员操作，且成本较高。

近年来，基于生物技术的土壤检测方法也受到了广泛关注。

这种方法基于微生物的活性和代谢反应来快速、简便地测定土壤中的重金属元素含量。

例如，土壤微生物生长指数法（Microbial growth index method，MGI）是一种适用于土壤污染评价的检测方法，该方法利用土壤微生物对有机物的生长和代谢反应来评估土壤中的重金属含量。

此外，还有基于PCR技术的快速检测方法，可以通过分子生物学方法快速、准确地检测出土壤中的重金属污染问题。

未来，如何更好地处理土壤重金属污染问题，成为了市场和学术界关注的焦点。

发展趋势主要包括以下三个方向：1.智能化：智能化仪器和设备的普及将为土壤重金属检测提供更灵活和自动化的检测方法。

例如利用人工智能技术，可以实现无人操作，自动分析土壤中的重金属元素含量。

2.多样化：多元化的检测技术和方法将会是未来发展的重点。

例如基于纳米技术和光学传感技术的绿色化技术，可以快速、准确、实时地监测土壤中的重金属元素含量。

3.标准化：未来将采取更加标准化和规范化的检测标准来处理土壤重金属污染问题。

这将需要政府部门、企业和学者共同制定和遵守权威的标准，以确保检测结果的准确性和可靠性。

地球化学模型在土壤重金属形态研究中的应用进展摘要：重金属进入自然环境中之后会在土壤、沉积物和地表水体中经历吸附■解吸、沉淀■溶解和氧化■还原等各种迁移转化过程，导致其赋存形态多样，进而影响其化学活性、迁移性和生物有效性等，因此重金属的形态研究对其风险评佔和环境质量标准的制定有着重要意义。

关键词：地球化学形态模型；土壤；重金属形态；研究；应用进展一、地球化学形态模型的发展地球化学形态模型即基于所研究体系中各组分全部化学反应的热力学平衡常数，考虑反应过程中的物料平衡、质量平衡和电荷平衡，通过计算获得各物质形态浓度的方法。

虽然人们很早就认识到可用此方法计算物质的形态浓度，但山于环境体系中涉及反应众多，直到计算机出现，大规模的形态计算才成为可能。

20世纪60-70年代，以MICROQL为代表的地球化学平衡计算程序被开发使用，形态计算开始应用于水环境领域。

到了80—90年代，描述离子在矿物表面吸附行为的表面络合模型快速发展；90年代以后，一些代表性SCM模型，如双电层模型、广义双电层模型、电荷分配■多点位表面配合模型等逐渐完善；同时也出现了WHAM、SHM 等一批优秀的描述离子在天然有机质表面吸附行为的热力学模型。

这些表面络合模型极大地充实了地球化学形态模型。

同时，一些热力学数据库也逐渐形成和完善，如国际纯粹及应用化学协会的关键数据库、美国国家标准技术局的标准数据库、联合专家形态系统的热力学数据库等，这些数据库包含化学形态变化涉及的化学计量关系、平衡常数、反应焰变等相关参数，可以编入形态计算软件。

在此基础上，一批涵盖了水相络合、吸附-解吸、沉淀-溶解、溶解-挥发、氧化-还原等众多过程的计算程序被相继开发应用，如MINETEQ、ECOSAT. CHEAQS等。

进入21世纪之后，一方面，借助现代表征技术手段，如EXAFS 等，表面络合模型的参数和结构更趋细化；巧一方面，结合了多介质多界面的综合模型数据库逐渐充实，使用地球化学模型预测复杂环境体系中离子的形态成为可能。

地球化学分析技术的进展与应用展望地球化学分析技术作为一门研究地球物质化学组成和化学过程的科学手段，在地质、环境、农业、资源勘探等众多领域发挥着至关重要的作用。

随着科学技术的不断进步，地球化学分析技术也取得了显著的进展，并展现出广阔的应用前景。

在过去的几十年里，地球化学分析技术经历了从传统的湿化学分析方法到现代仪器分析技术的巨大转变。

传统的湿化学分析方法，如重量法、容量法等，虽然在某些情况下仍具有一定的应用价值，但由于其操作繁琐、分析周期长、灵敏度低等缺点，逐渐被更为先进的仪器分析技术所取代。

现代仪器分析技术中，原子吸收光谱（AAS）、原子荧光光谱（AFS）、电感耦合等离子体发射光谱（ICPOES）和电感耦合等离子体质谱（ICPMS）等技术成为了地球化学分析的主流手段。

这些技术具有灵敏度高、分析速度快、多元素同时测定等优点，能够对痕量和超痕量元素进行准确分析。

原子吸收光谱技术通过测量样品中气态原子对特定波长光的吸收程度来确定元素的含量。

它在测定金属元素方面表现出色，如铜、锌、铅等。

原子荧光光谱则基于原子在特定条件下发射的荧光强度来进行分析，对砷、汞等元素的检测具有独特的优势。

电感耦合等离子体发射光谱能够同时测定多种元素，且线性范围宽，适用于常量和微量元素的分析。

而电感耦合等离子体质谱技术则具有极高的灵敏度和分辨率，能够检测到极低浓度的元素，甚至可以实现同位素比值的精确测定。

除了上述光谱和质谱技术，X 射线荧光光谱（XRF）在地球化学分析中也占据着重要地位。

XRF 可以对固体样品进行直接分析，无需复杂的前处理过程，能够快速提供样品中多种元素的半定量和定量信息。

随着技术的不断发展，地球化学分析技术在样品前处理方面也取得了显著进步。

传统的消解方法，如酸消解，逐渐被微波消解、超声消解等更为高效、环保的方法所替代。

这些新的消解技术能够在更短的时间内完成样品的消解，减少试剂的使用量，降低环境污染。

地球化学分析技术的进展为各个领域的研究和应用提供了强有力的支持。

科技成果——农田土壤重金属污染地球化学工程修复技术技术类型重金属、有机物污染治理技术适用行业农业、工业、地质技术开发单位江西省地质调查研究院、中国地质科学院国家地质实验测试中心适用范围1、土壤重金属污染地球化学工程修复技术适用领域主要为农田重金属污染土壤的修复与工业重金属污染场地修复两个方面。

2、修复材料选用凹土原矿与改性凹土等；主要针对酸性土壤中Cd等重金属元素的超标进行修复。

成果简介本地球化学修复工程利用粘土矿物的离子交换性和吸附性，将土壤中的重金属固定起来，或将其转化成化学性质不活泼的形态，阻止其在环境中迁移、扩散等活动，从而降低重金属的毒害程度。

技术效果1、修复结果显示四种材料处理都使水稻中重金属Cd的含量显著降低，均值全部低于国家食品污染物限量标准。

2、以材料种类来看，改性凹土的效果最好，Cd元素含量范围0.08-0.12mg/kg，平均含量为0.09mg/kg，相比对照组降低67.15%；其次为球状原矿凹土，Cd元素含量范围0.13-0.16mg/kg，平均含量为0.15mg/kg，相比对照组降低44.56%，添加以上两种材料后，所有水稻样品Cd含量全部低于国家食品污染物限量标准限值。

3、各种性质的矿物影响水稻籽实Cd含量由大到小依次排列顺序为改性凹土>球状原矿凹土>凹土原矿>改性球状凹土。

应用情况土壤重金属污染地球化学工程修复技术自2014年至2016年在大余县黄龙镇运行，在不影响作物正常更重的情况下，投资金额共6000元人民币，修复农田土壤约20亩，使水稻中Cd含量全部低于国家食品污染物限量标准限值，对重金属元素尤其是Cd的修复效果较好，为当地治理土壤重金属污染，改善和调控地区生态环境提供了科学依据。

市场前景本地球化学修复技术经过两年的示范应用，对重金属污染土壤的修复效果已经初步展现，相比较而言，该方法具有成本低、操作简单、处理容量大等优势。

结合江西省农田土壤特质与重金属污染现状，通过该修复技术的进一步推进，预计到2020年可修复农田重金属污染土壤面积2000亩，市场和社会需求巨大，方法技术推广应用前景广阔。

土地质量地球化学调查成果应用研究摘要：人类的各种生产活动已经对耕地土壤生态环境产生了巨大的破坏。

区域耕地生态风险评价与安全利用问题受到广泛关注。

重金属在土壤中的形态分布决定其地球化学行为和生物可利用性,因此其形态分布变化的影响机制是土壤重金属污染研究中一个重要的基础科学问题。

本文结合土地质量地球化学调查成果应用进行分析，仅供参考。

关键词：土地质量；地球化学；调查；应用1 引言耕地土壤重金属污染是当前许多学科十分关注的问题。

据统计，我国耕地土壤重金属中-重度污染或超标的点位比例占2.5%，覆盖面积3488万亩，轻微-轻度污染或超标的点位比例占5.7%，覆盖面积7899万亩。

“国家‘十三五’规划纲要”中明确提出要深入实施土壤污染防治行动计划，围绕最严格的耕地保护制度，实施土壤污染分类分级防治，优先保护农用地土壤环境质量安全。

区域耕地生态风险评价与安全利用问题再次引起了社会的广泛关注。

2 土壤中重金属污染及形态分布我国受重金属污染耕地面积达到2千万hm2,而且大部分是在耕农田,其中矿区农田占有较大比例。

金属矿山开采冶炼是向土壤中释放重金属的主要途径之一。

在很多矿区,由于降雨不均匀加上水稻的生长需要大量的水,AMD经常被作为农业生产灌溉用水,因此导致大量的H+、SO2-4和重金属被带入农田中,破坏土壤团粒结构,使土壤板结,作物生长不良,还会污染其他水源;除此之外,其还会逐渐改变土壤微生物多样性及优势种群,进一步影响Fe、S和重金属元素的形态分布,使得整个矿区的生态环境遭受严重破坏。

重金属在土壤中的迁移转化与其赋存状态、化学形态等有关,还与土壤中各组分有着紧密的联系。

此外,还对重金属形态进行了提取,结果表明重金属存在形态多以残渣态为主。

土壤重金属的形态分布不同,决定了重金属的迁移性和生物可利用性,因此对于重金属在土壤中各固体组分的形态分布值得进一步研究和探讨。

3 土地质量地球化学调查成果应用研究3.1 表层土壤样品根据《多目标地球化学调查规范》(DD2005-01)、《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T0295-2016)开展区域表层土壤样品布置、采集和加工工作。

土壤中重金属形态分析的研究进展土壤中重金属形态分析是研究土壤中重金属元素组成和存在形式的一种方法，其研究进展对于深入了解土壤重金属的迁移、转化和归趋规律，保护土壤环境和农产品安全具有重要意义。

下面将系统综述目前土壤中重金属形态分析的研究进展。

重金属形态分析的主要技术包括化学分析、物理分析和生物分析方法。

化学分析方法是目前研究重金属形态分析最为常用的方法，其基于不同重金属形态的化学性质差异，通过适当的提取剂提取土壤中的重金属形态，并通过各种分析手段进行测定。

常用的提取剂包括酸提取剂、还原提取剂、络合提取剂等。

物理分析方法主要利用分离和分析技术，如颗粒大小分析、电子显微镜等，研究重金属在土壤颗粒中的分布和迁移规律。

生物分析方法是通过分析重金属在土壤生态系统中的生物有效性，如通过土壤微生物活性测定、植物生物监测等方法，评估土壤中重金属的毒性和生态效应。

目前，研究土壤中重金属形态分析的主要进展有以下几个方面：1.分析方法的改进和优化。

研究者在传统的化学分析方法的基础上，不断改进和优化提取剂的选择和使用条件，以提高重金属形态分析的准确性和灵敏度。

此外，还将物理和生物分析方法与化学分析方法相结合，综合研究土壤中重金属的形态分布和生物有效性。

2.形态分析对环境风险评估的应用。

重金属形态分析可以定量研究土壤中不同形态重金属的分布和迁移规律，评估土壤重金属的迁移风险和生态风险。

研究者通过形态分析，建立了重金属形态迁移模型，预测了土壤重金属的迁移和转化途径，提供了科学依据和技术支持，为土壤环境保护和农产品安全提供了重要参考。

3.重金属形态分析在农业生态系统中的研究。

农业生态系统是土壤中重金属的重要归趋场所，对重金属的形态分析可以揭示农田土壤中重金属的迁移和转化机制，从而为合理利用农田资源、保护农产品安全提供科学依据。

一些研究表明，农田土壤中重金属形态与土壤理化性质、农业管理措施等因素密切相关，通过优化水肥管理和耕作制度，可以降低土壤中重金属的生物有效性和迁移风险。

地球化学对土壤质量评估的方法与应用地球化学是研究地球物质构成及其相互作用的学科，是土壤质量评估中的重要工具之一。

通过分析土壤中的元素组成和分布情况，可以揭示土壤发育过程、环境变化以及土壤污染情况，从而评估土壤的质量。

本文将介绍地球化学在土壤质量评估中的方法与应用。

一、地球化学分析方法1. 土壤样品采集与制备土壤样品采集时需要注意选择代表性的样点，并避免人为污染。

采集好的土壤样品需要进行干燥、研磨等处理，以便后续的分析。

2. 元素分析技术常用的地球化学分析技术包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、X射线荧光光谱法等。

通过这些技术可以快速准确地获得土壤中各种元素的含量信息。

3. 土壤地球化学指标土壤地球化学指标是通过分析土壤中各种元素的含量以及元素之间的相互关系来评估土壤质量的重要依据。

例如，土壤中的有机碳含量可以反映土壤肥力状况；土壤中的重金属含量可以评估土壤的污染程度。

二、地球化学在土壤质量评估中的应用1. 土壤发育和演化研究地球化学分析可以揭示土壤中不同元素含量的分布特征，进而推测土壤发育的历史和演化过程。

例如，通过分析磷元素含量可以了解土壤的磷风化程度，从而判断土壤成因及演化过程。

2. 土壤环境质量评估地球化学分析可以评估土壤环境质量，判断土壤是否受到污染。

通过比较土壤中重金属元素含量与环境质量标准的差异，可以评估土壤的污染程度，并制定相应的污染治理措施。

3. 土壤肥力评估土壤肥力是衡量土壤质量的重要指标。

地球化学分析可以快速准确地测定土壤中的养分元素含量，如氮、磷、钾等，从而评估土壤的肥力水平。

基于这些评估结果，可以采取科学合理的施肥措施，提高土壤的肥力。

4. 农田土壤管理地球化学分析可以帮助农田土壤的合理管理。

通过分析土壤中的微量元素含量，可以判断土壤中微量元素的缺乏或者过量，从而指导农民进行合理的土壤调理和施肥措施。

三、地球化学在土壤质量评估中的局限性与挑战1. 土壤样品选择与采集的难度地球化学分析中，样品的选择和采集对于结果的准确性具有重要影响。

土壤重金属检测方法的应用及发展趋势的探究随着工业化的推进和人类活动的增多，土壤中的重金属污染问题日益突出。

重金属污染对土壤质量、农作物生长和人类健康造成了严重影响，因此土壤重金属检测方法的应用和发展显得尤为重要。

目前常用的土壤重金属检测方法有传统的化学分析方法和先进的光谱技术。

传统的化学分析方法包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法和光电比色法等，这些方法准确度高，但需要昂贵的设备和专业的操作技术，且分析时间较长。

光谱技术是一种快速、无损的土壤重金属检测方法，包括红外光谱、X射线荧光光谱和激光诱导击穿光谱等，它们可以通过土壤样品的光谱特征来分析其中的重金属元素含量，具有快速、准确、无损和多元素分析的优势。

土壤重金属检测方法的应用主要体现在环境监测、农业生产和土壤修复等方面。

在环境监测方面，土壤重金属检测方法可用于评估土壤中重金属的含量和分布情况，为环境保护部门提供科学依据；在农业生产中，土壤重金属检测方法可用于判断土壤中重金属的含量是否超过了农作物的安全标准，从而及时采取措施或调整种植模式，保证农作物的质量和安全；在土壤修复方面，土壤重金属检测方法可用于评估修复效果，指导修复工作的进行。

土壤重金属检测方法的发展趋势主要包括智能化检测仪器的研发和应用、快速检测方法的发展、多元素分析和毒性评估技术的进步。

随着科技的发展，智能化检测仪器将会更加普及和实用，使土壤重金属检测更加便捷和高效；快速检测方法的发展将大大缩短检测时间，提高工作效率；多元素分析技术的进步将使土壤重金属检测更加全面和准确；毒性评估技术的进步将能够更好地评估土壤中重金属的毒性和危害程度。

土壤重金属检测方法的应用和发展是保护环境和人类健康的重要手段，将会在未来的科技发展中得到更广泛的应用。

随着技术的不断进步，相信土壤重金属检测方法会变得更加准确、快速和智能化，为解决土壤重金属污染问题提供更加有效的方案。

地球化学对土壤质量评价的指导地球化学是研究地球上所有无机和有机元素循环、分布和相互作用的学科。

它在环境科学中扮演着重要角色，尤其是在土壤质量评价方面。

本文将介绍地球化学在土壤质量评价中的应用，并探讨其对土壤质量评价的指导作用。

一、地球化学的基本原理地球化学研究的基本原理是元素在地球上的循环与分布。

地壳中的元素可以通过不同的地球化学过程在土壤中形成丰度分布。

而这些元素的丰度分布特征与土壤的养分含量、重金属含量等关系密切。

因此，通过对土壤中元素丰度的测试和分析，可以推断出土壤的质量和肥力程度。

二、地球化学指标的应用地球化学在土壤质量评价中，可以使用多种指标来评价土壤的质量。

其中，常用的指标包括元素含量、元素比值、元素稳定性等。

例如，土壤中的氮、磷、钾等养分元素的含量可以反映土壤的肥力程度，而土壤中重金属元素的含量可以评价土壤的污染程度。

此外，土壤中不同元素的比值也能够体现出土壤的特征和质量状况。

这些指标的应用可以帮助我们直观地评价土壤的质量，进而采取有效的措施来改善土壤状况。

三、地球化学与土壤质量评价的关系地球化学研究为土壤质量评价提供了重要的理论和方法支持。

通过分析土壤中元素的分布，我们可以了解到土壤的形成过程和演化规律。

这有助于理解土壤质量变化的原因，为土壤改良提供科学依据。

此外，地球化学还能够预测土壤中可能存在的有害物质，如重金属污染等，并提供相应的治理策略。

因此，地球化学在土壤质量评价中的指导作用是不可忽视的。

四、地球化学在土壤质量评价中的应用案例近年来，地球化学在土壤质量评价中得到了广泛应用。

例如，在一项研究中，研究人员采集了不同地区的土壤样品，并测试了其中的元素含量和比值。

通过分析这些数据，他们发现不同土壤样品中元素含量的差异很大，且与土壤质量存在密切关系。

通过比较不同地区土壤的特征，他们还找出了影响土壤质量的主要因素，并提出了相应的改善建议。

五、地球化学在土壤质量评价中的挑战和展望尽管地球化学在土壤质量评价中具有重要意义，但仍面临着一些挑战。

土地质量地球化学调查进展与展望摘要：土地质量地球化学调查与评价是以表层土壤地球化学调查为主，同时兼顾大气沉降、农业灌溉水和主产农作物微量元素的地球化学综合调查，以绿色可持续发展的土壤地球化学理论为指导，以土壤基本元素含量来量化土地质量，实现土地资源因地制宜高效利用和成果数据的查询及利用为目的的一项综合评价工程。

参照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）和《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T0295-2016），选择其中的23种元素作为评价因子。

一是在划分土壤养分以及土壤环境质量等级的基础上，进一步划分土地质量优劣等级；二是根据本地经济作物种植以及富硒土壤的分布情况，从中优选具有本地特色的农业基地，建立农业基地土地质量档案卡片，为研究区建设优势特色农产品开发基地、科学利用土地资源提供科学依据。

关键词：土地质量；地球化学；调查进展引言土壤是珍贵的自然资源，是农业最基本的生产要素，也是实现农业可持续发展的基础依托。

近年来，全国土壤重金属污染问题逐渐突出，在部分区域已经影响到食品安全。

农业种植生态和土壤环境问题日益显现，根据调查走访，研究人员了解到某县出产的重金属超标，当地主要农作物，出现污染已经严重影响农民的生活，因此，在该区开展土壤质量评价工作，可以查清局部污染问题的根源，以期为该区土壤环境改善、土壤保护提供依据。

1研究区概况研究区位于某省北部，是非常重要的政治、经济、文化中心。

地理位置东经106°42'107°08'，北纬27°33'27°48'。

研究区平均海拔978m，地势从西北向东南逐渐降低，构成半环形特征，地貌西部、东部以丘陵为主，东部、中部和南部以河谷盆地为主。

研究区属中亚热带季风湿润气候区，气候温和，四季宜人。

全区国土面积601.30km2，土地161.59km2，占国土面积的26.87%，其中旱地101.60km2，占土地面积的62.88%，水田59.72km2，占土地面积的36.96%。

地球化学与地质学新进展解读地球化学研究的最新成果近年来，地球化学和地质学领域取得了许多新的进展，这些进展对于我们深入了解地球的内部结构、岩石形成、地球历史演化等方面具有重要意义。

本文将对一些地球化学研究的最新成果进行解读，并介绍其对地质学的影响。

一、地球内部结构的认识不断深入通过地震波传播速度和方向的观测，地球科学家对地幔和核的结构有了更深入的认识。

研究表明，地幔是由各种不同特性和组成的岩石组成的，并且具有不同的流动特性。

这些研究结果对于理解地球的热力学过程和板块运动机制具有重要指导作用。

二、地球化学在勘探矿产资源方面取得新突破地球化学研究在勘探矿产资源方面也取得了新的突破。

通过对地球内部元素分布和地壳物质组成的研究，科学家们发现了一些新的矿产资源富集区。

例如，在中国西南地区发现了大规模的锂矿资源，这对于满足电动汽车等新兴产业的需求具有重要意义。

三、岩石形成与地质过程的认识得到提升通过对不同岩石中同位素的研究，地球化学家们对岩石形成与地质过程有了更深入的认识。

同位素分析可以揭示岩石形成的时间、成因和演化历史等方面的信息。

这些研究对于解释山脉隆升、火山喷发、海洋盆地形成等地质过程提供了重要线索。

四、地球历史演化的重要突破借助地球化学方法，地球科学家们对地球历史演化进行了更加系统和深入的研究。

通过对古代岩石和化石中同位素的分析，科学家们可以推断出地球的演化历程、古气候变化、生物进化等重要信息。

这些研究不仅丰富了我们对地球历史的认识，也对人类未来的发展提供了参考。

总结：地球化学与地质学在最新研究成果中展现出了巨大的潜力和广阔的前景。

通过对地球内部结构、岩石形成、地球历史演化等方面的研究，我们可以更好地了解地球的运行机制和人类与地球的关系。

这些新进展的实现离不开科学家们不断的努力和创新，同时也为我们提供了很多未来研究的方向和可能性。

随着科技的不断进步，相信地球化学与地质学将为我们揭示更多地球奥秘，并为人类社会的可持续发展作出更大贡献。

土壤重金属检测方法的应用及发展趋势的探究【摘要】土壤中的重金属污染是当前环境问题中的重要一环，对人类健康和生态系统都会造成危害。

本文通过对传统和现代土壤重金属检测方法的比较分析，探讨了现代技术在土壤重金属检测中的应用及发展趋势。

提出了数据处理与分析方法的创新对于未来研究具有重要意义。

未来应注重通过技术手段提升土壤重金属检测的准确性和快速性，进一步完善土壤监测体系，保护环境和人类健康。

本文将对未来研究方向进行展望，并总结了本文所述的内容，为土壤重金属检测方法的应用及发展提供了一定的参考价值。

【关键词】关键词：土壤重金属，检测方法，应用，发展趋势，数据处理，分析方法，研究背景，研究意义，来源，危害，传统方法，局限性，现代方法，技术发展，未来方向，总结，展望。

1. 引言1.1 研究背景土壤是地球上最重要的自然资源之一，是农业生产的基础。

随着工业化和城市化的快速发展，土壤受到了严重的污染。

重金属污染成为了一个严重的问题，受到了广泛关注。

重金属主要来源于工业废水、汽车尾气、农药和肥料的使用等。

当重金属进入土壤后，会对土壤和作物产生危害，影响农作物的生长和发育，甚至会进入食物链，对人类健康造成威胁。

及时对土壤中的重金属进行检测是非常重要的。

传统的土壤重金属检测方法主要包括化学分析和物理分析。

这些方法存在着检测周期长、成本高、操作繁琐等问题，难以满足现代社会对快速、准确检测的需求。

随着科技的发展，现代土壤重金属检测方法逐渐兴起。

新型的检测技术如光谱分析、电化学分析等，具有检测速度快、灵敏度高、操作简便等优点，逐渐取代了传统方法。

土壤重金属检测技术的发展趋势是智能化、便携化和高效化。

未来，随着人工智能、大数据等技术的应用，土壤重金属检测将变得更加准确、快速、方便。

在数据处理与分析方法方面，创新的方法如模式识别、数据挖掘等将成为未来发展的重要趋势，通过这些方法可以更好地分析和利用检测数据，为土壤重金属污染治理提供更有效的手段。

h jh x.r ce e s.a c.cn环㊀境㊀化㊀学ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＣＨＥＭＩＳＴＲＹ第３８卷第１期２０１９年１月Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．１Ｊａｎｕａｒｙ２０１９㊀２０１８年２月１日收稿（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ：Ｆｅｂｒｕａｒｙ１，２０１８）．㊀∗国家重点研发计划（２０１８ＹＦＣ１８００６０２），国家自然科学基金（２１５７７０６２，２１８７６０８０）和江苏省六大人才高峰项目资助．ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｌａｎｓ（２０１８ＹＦＣ１８００６０２），ＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（２１５７７０６２，２１８７６０８０），ａｎｄＳｉｘＴａｌｅｎｔｓＰｅａｋＰｒｏｊｅｃｔｓｏｆＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ．㊀∗∗通讯联系人，Ｔｅｌ：０２５⁃８９６８０３６１，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｙｇｕ＠ｎｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｔｅｌ：０２５⁃８９６８０３６１，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｙｇｕ＠ｎｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．７５２４／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４⁃６１０８．２０１８０２０１０１赵晓鹏，顾雪元．地球化学模型在土壤重金属形态研究中的应用进展［Ｊ］．环境化学，２０１９，３８（１）：５９⁃７０．ＺＨＡＯＸｉａｏｐｅｎｇ，ＧＵＸｕｅｙｕａｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｉｎｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｉｎｓｏｉｌｓ：Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１９，３８（１）：５９⁃７０．地球化学模型在土壤重金属形态研究中的应用进展∗赵晓鹏㊀顾雪元∗∗（南京大学环境学院，污染控制与资源化国家重点实验室，南京，２１００２３）摘㊀要㊀重金属在土壤中的固⁃液分配行为和形态分布对于其环境迁移过程和生物有效性有重要意义．基于热力学机制的地球化学平衡模型是重金属形态研究中一项重要手段．本文从形态模型的发展历史出发，对土壤环境中一些常见的地球化学形态模型进行了梳理；对形态模型的使用过程中模型输入值，包括吸附组分和活性态金属含量的确定方法进行了说明；对地球化学形态模型在各方面的应用进行了总结；最后对模型今后的发展方向和应用前景进行了展望．关键词㊀地球化学形态模型，重金属，多表面模型，形态，土壤．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｉｎｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｉｎｓｏｉｌｓ：ＡｒｅｖｉｅｗＺＨＡＯＸｉａｏｐｅｎｇ㊀㊀ＧＵＸｕｅｙｕａｎ∗∗（ＳｃｈｏｏｌｏｆｔｈｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅＲｅｕｓｅ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００２３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆａｔｅａｎｄｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓａｒｅｐｒｉｍａｒｉｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｉｒｓｏｌｉｄ／ｌｉｑｕｉｄｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ⁃ｂａｓｅｄｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｍｏｄｅｌｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｓｐｅｃｉａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｒｅｖｉｅｗ，ｓｔａｒｔｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｏｆｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｓｏｍｅｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｔｈａｔｈａｄｂｅｅｎｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｔｈｅｓｏｉｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙｒｅａｃｔｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｗｅｒｅｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ｈｅａｖｙｍｅｔａｌ，ｍｕｌｔｉ⁃ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｅｌ，ｓｐｅｃｉａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌ．重金属进入自然环境中之后会在土壤㊁沉积物和地表水体中经历吸附⁃解吸㊁沉淀⁃溶解和氧化⁃还原等各种迁移转化过程，导致其赋存形态多样，进而影响其化学活性㊁迁移性和生物有效性等，因此重金属的形态研究对其风险评估和环境质量标准的制定有着重要意义［１⁃６］．多年以来，人们发展了多种化学方法研究重金属形态，如连续化学提取法㊁阳极溶出伏安法㊁离子选择性电极法㊁同位素稀释法㊁ＥＸＡＦＳ光谱㊁Ｘ射线荧光技术㊁道南膜技术（Ｄｏｎｎａｎｍｅｍｂｒａｎｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＤＭＴ）和梯度扩散薄膜技术（ｄｉｆｆｕｓｉｖｅh jh x.r ce e s.a c.c n６０㊀环㊀㊀境㊀㊀化㊀㊀学３８卷ｇｒａｄｉｅｎｔｓｉｎｔｈｉｎｆｉｌｍｓ，ＤＧＴ）等［７］．尽管这些方法一定程度上提供了环境中重金属的形态信息，但每种方法均有相应的应用范围．相较于化学测定方法，地球化学形态模型通过热力学计算的方式来获得平衡条件下痕量元素的形态信息，可以预测痕量元素在不同环境条件下的形态变化，具有实验手段无法获得的优势［８］．近些年来，地球化学形态模型方法取得了较大发展，应用领域从水环境逐渐扩展到土壤环境．本文对地球化学形态模型的原理和应用进行了一定的总结．１㊀地球化学形态模型的发展（Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｐｅｃｉａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ）地球化学形态模型即基于所研究体系中各组分全部化学反应的热力学平衡常数，考虑反应过程中的物料平衡㊁质量平衡和电荷平衡，通过计算获得各物质形态浓度的方法．虽然人们很早就认识到可用此方法计算物质的形态浓度，但由于环境体系中涉及反应众多，直到计算机出现，大规模的形态计算才成为可能．２０世纪６０ ７０年代，以ＭＩＣＲＯＱＬ为代表的地球化学平衡计算程序被开发使用，形态计算开始应用于水环境领域．到了８０ ９０年代，描述离子在矿物表面吸附行为的表面络合模型（ｓｕｒｆａｃｅｃｏｍｐｌｅｘａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ＳＣＭ）快速发展；９０年代以后，一些代表性ＳＣＭ模型，如双电层模型（ｂａｓｉｃｓｔｅｒｎｍｏｄｅｌ，ＢＳＭ）㊁广义双电层模型（ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｔｗｏ⁃ｌａｙｅｒｍｏｄｅｌ，ＧＴＬＭ）㊁电荷分配⁃多点位表面配合模型（ｃｈａｒｇｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｕｌｔｉｓｉｔｅｓｕｒｆａｃｅｃｏｍｐｌｅｘａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ＣＤ⁃ＭＵＳＩＣ）等逐渐完善；同时也出现了ＷＨＡＭ（ｗｉｎｄｅｒｍｅｒｅｈｕｍｉｃａｑｕｅｏｕｓｍｏｄｅｌ）㊁ＳＨＭ（ｓｔｏｃｋｈｏｌｍｈｕｍｉｃｍｏｄｅｌ）㊁ＮＩＣＡ⁃Ｄｏｎｎａｎ（ｎｏｎ⁃ｉｄｅａｌｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ⁃Ｄｏｎｎａｎ）等一批优秀的描述离子在天然有机质表面吸附行为的热力学模型．这些表面络合模型极大地充实了地球化学形态模型．同时，一些热力学数据库也逐渐形成和完善，如国际纯粹及应用化学协会（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＵｎｉｏｎｏｆＰｕｒｅａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＩＵＰＡＣ）的关键数据库［９］㊁美国国家标准技术局（ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｔａｎｄａｒｄｓａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮＩＳＴ）的标准数据库［１０］㊁联合专家形态系统（ＪｏｉｎｔＥｘｐｅｒｔＳｐｅｃｉａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，ＪＥＳＳ）的热力学数据库［１１⁃１２］等，这些数据库包含化学形态变化涉及的化学计量关系㊁平衡常数㊁反应焓变等相关参数，可以编入形态计算软件．在此基础上，一批涵盖了水相络合㊁吸附⁃解吸㊁沉淀⁃溶解㊁溶解⁃挥发㊁氧化⁃还原等众多过程的计算程序被相继开发应用，如ＭＩＮＥＴＥＱ㊁ＥＣＯＳＡＴ㊁ＯＲＣＨＥＳＴＲＡ㊁ＣＨＥＡＱＳ等（图１）．进入２１世纪之后，一方面，借助现代仪器表征技术手段，如ＥＸＡＦＳ等，表面络合模型的参数和结构更趋细化；另一方面，结合了多介质多界面的综合模型数据库逐渐充实，使用地球化学模型预测复杂环境体系中离子的形态成为可能．图１㊀地球化学平衡模型的发展（引自ＤｉＢｏｎｉｔｏ等［１３］）Ｆｉｇ．１㊀Ｔｉｍｅｌｉｎｅｏｆｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ［１３］２土壤中固相胶体表面的离子吸附模型（Ｉｏｎｂｉｎｄｉｎｇｍｏｄｅｌｓｆｏｒｓｏｉｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）在土壤和沉积物等复杂环境中，离子在各固相胶体表面上的吸附⁃解吸是控制其形态的最重要过程之一，为实现对离子形态分布的准确预测，需要对各表面上发生的吸附行为进行准确描述．土壤中最重要的固相胶体表面主要包括天然有机质㊁氧化矿物及层状硅酸盐矿物，针对这些不同性质的表面发展出了一系列基于热力学平衡的离子吸附模型（表１）．h jh x.r ce es.a c.c n㊀１期赵晓鹏等：地球化学模型在土壤重金属形态研究中的应用进展６１㊀２．１㊀腐殖质上的离子吸附模型腐殖质作为土壤和沉积物中天然有机质的重要组成，其结构复杂，含有羧基和羟基在内的多种表面基团，对重金属离子有着极强的络合能力，是环境中的主要活性组分之一．最早关于腐殖质上的离子吸附模型出现于２０世纪７０年代［１４⁃１６］，之后一系列模型相继提出和发展，其中具有代表性的有ＨＩＢＭｏｄｅｌｓ（ｈｕｍｉｃｉｏｎ⁃ｂｉｎｄｉｎｇｍｏｄｅｌｓ，即后来的ＷＨＡＭ模型）［１７⁃１９］㊁ＳＨＭ［２０］和ＮＩＣＡ⁃Ｄｏｎｎａｎ［２１］．它们均采用强（羧基类）㊁弱（酚羟基类）两类点位来表现腐殖质表面的化学异质性，同时考虑离子竞争和静电作用．不同模型之间的差别主要在于对吸附点位的描述和对表面静电模型的选择等方面［２２］，其中ＨＩＢ和ＳＨＭ属于非连续性点位模型，而ＮＩＣＡ⁃Ｄｏｎｎａｎ属于连续性点位模型．ＨＩＢ模型中酚羟基类点位数为羧基类的一半，每类由４种点位组成，不同点位的络合常数呈正态等距离散分布．ＳＨＭ模型中对吸附点位的描述同ＨＩＢ模型类似，但酚羟基类点位数为羧基类的３０％．ＮＩＣＡ⁃Ｄｏｎｎａｎ模型中羧基类的点位数略高于酚羟基类，且两类吸附点位的络合常数按照Ｓｉｐｓ函数连续分布．在胶体表面静电作用的处理上，ＨＩＢ模型假定腐殖质分子是离子不可渗透的规则球体，在腐殖质分子周围存在扩散层，腐殖质表面的负电荷被累积在扩散层中的反号离子中和．而在ＳＨＭ模型中，腐殖质分子假定以离子可渗透的胶体形式存在，一部分吸附点位位于胶体外部，且不受静电作用影响；另一部分位于胶体内部，受静电作用影响并采用ＢＳＭ模型来描述．ＮＩＣＡ⁃Ｄｏｎｎａｎ模型同样假定腐殖质分子为离子可渗透的胶体物质，采用Ｄｏｎｎａｎ相来描述静电层发生的静电作用，腐殖质表面所带负电荷被渗透进去的反号离子和共存离子所中和．２．２㊀金属氧化物上的离子吸附模型土壤中金属氧化物包括铁氧化物㊁铝氧化物㊁锰氧化物等，其中铁氧化物由于分布最广㊁含量最高，研究相对最为充分．金属氧化物表面部分氧原子由于配位电荷不平衡常带有可变电荷，是离子吸附的主要点位．Ｓｔｕｍｍ等［２３］在Ｇｏｕｙ和Ｃｈａｐｍａｎ的双电层理论基础上发展了ＳＣＭ模型用于描述氧化矿物表面发生的离子吸附行为，将离子吸附过程描述为发生在吸附剂表面官能团同离子之间的表面反应．除考虑反应过程中的质量平衡㊁物料平衡和电荷平衡［２４］，还提出了一系列表面电荷模型来描述离子在表面吸附过程中受静电作用的影响，包括恒电容模型（ｃｏｎｓｔａｎｔｃａｐａｃｉｔｙｍｏｄｅｌ，ＣＣＭ）［２５⁃２６］㊁扩散层模型（ｄｉｆｆｕｓｅｌａｙｅｒｍｏｄｅｌ，ＤＬＭ）［２７］㊁双电层模型（ＢＳＭ）㊁广义双电层模型（ＧＴＬＭ）［２８］和三电层模型（ｔｒｉｐｌｅｌａｙｅｒｍｏｄｅｌ，ＴＬＭ）［２９⁃３０］等．Ｄｚｏｍｂａｋ和Ｋａｒａｍａｌｉｄｉｓ等［２８，３１］收集了水合铁氧化物上１２种阳离子和１０种阴离子，三水铝石表面１１种阳离子和１０种阴离子的ＧＴＬＭ模型参数，因此ＧＴＬＭ具有相对较完整的数据库．金属锰氧化物的相关模型参数较为缺乏，主要有Ｔｏｎｋｉｎ等［３２］建立的Ｂａ㊁Ｃａ㊁Ｃｄ㊁Ｃｏ㊁Ｃｕ㊁Ｍｇ㊁Ｍｎ㊁Ｎｉ㊁Ｐｂ㊁Ｓｒ㊁Ｚｎ在水合锰氧化物表面的ＢＳＭ模型．未测定离子的模型参数可以基于线性自由能关系（ｌｉｎｅｒｆｒｅｅｅｎｅｒｇｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ，ＬＦＥＲｓ）进行推测．针对晶形氧化矿物，Ｈｉｅｍｓｔｒａ和ｖａｎＲｉｅｍｓｄｉｊｋ等［３３⁃３４］提出的ＭＵＳＩＣ模型充分考虑了矿物表面氧原子配位情况的差异性，如针铁矿表面氧原子存在单配位（ＦｅＯＨ－１／２）㊁双配位（Ｆｅ２ＯＨ０）和三配位（Ｆｅ３Ｏ－１／２）多种情况，其表面电荷分布受到影响．同时还考虑了吸附离子（尤其是含氧阴离子或小分子有机酸）的电荷在固液界面不同电层之间的分配，并采用电荷分配系数ｆ来描述．模型被成功应用于准确描述ＰＯ３－４和ＡｓＯ３－４在晶形氧化矿物上的吸附过程［３５⁃３７］，近年来被广泛使用，但相关参数不够完整［２４］．２．３㊀黏土矿物上的离子吸附模型层状硅酸盐黏土矿物也是土壤胶体的重要组成部分．由于其层状结构的特点，黏土矿物对重金属具有两种吸附点位，即面上的永久负电荷吸附点位和边缘的可变电荷吸附点位．在较低ｐＨ条件下，永久性负电荷点位上的静电吸附为主要吸附机制；而在高ｐＨ条件下则为边缘点位上的专属性吸附起主要作用［４１⁃４５］．在一些形态模型研究中，研究者常仅用离子交换模型来描述离子在黏土矿物表面的吸附行为［４６⁃５１］，忽略了矿物边缘上的吸附点位．Ｇｕ等［４２⁃４４］将黏土矿物边缘对重金属离子的专属吸附作用考虑进黏土矿物上的吸附模型中，测定了Ｃｄ㊁Ｃｕ㊁Ｎｉ㊁Ｐｂ和Ｚｎ在伊利石㊁高岭石和蒙脱石等３种黏土矿物上的表面络合常数，并采用 两点位 模型预测我国３种典型土壤上Ｃｕ和Ｐｂ的吸附行为［４５］，结果表明，相对于传统的 单点位 模型，引入矿物边缘吸附点位可以显著提高模型的预测效果，尤其在高ｐＨ条件下．h jh x .r ce e s.a c .c n６２㊀环㊀㊀境㊀㊀化㊀㊀学３８卷表１㊀土壤各固相胶体表面离子吸附模型概览Ｔａｂｌｅ１㊀Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｉｏｎ⁃ｂｉｎｄｉｎｇｍｏｄｅｌｓｆｏｒｓｏｉｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ土壤组分Ｓｏｉｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ模型Ｍｏｄｅｌｓ主要特点Ｍａｉｎｆｅａｔｕｒｅｓ相关计算程序Ｍｏｄｅｌｐｌａｔｆｏｒｍ参数情况Ｅｘｉｓｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒ有机质ＨＩＢ非连续点位模型ＷＨＡＭ㊁ＰＨＲＥＥＱＣＢｅ２＋㊁Ｍｇ２＋㊁Ａｌ３＋㊁Ｃａ２＋㊁Ｓｃ３＋㊁Ｖ２＋㊁Ｃｒ３＋㊁Ｍｎ２＋㊁Ｆｅ２＋㊁Ｆｅ３＋㊁Ｃｏ２＋㊁Ｎｉ２＋㊁Ｃｕ２＋㊁Ｚｎ２＋㊁Ｓｒ２＋㊁Ｙ３＋㊁Ａｇ＋㊁Ｃｄ２＋㊁Ｂａ２＋㊁Ｌａ３＋㊁Ｃｅ３＋㊁Ｐｒ３＋㊁Ｎｄ３＋㊁Ｓｍ３＋㊁Ｅｕ３＋㊁Ｇｄ３＋㊁Ｔｂ３＋㊁Ｄｙ２＋㊁Ｈｏ３＋㊁Ｅｒ３＋㊁Ｔｍ３＋㊁Ｙｂ３＋㊁Ｌｕ３＋㊁Ｈｇ２＋㊁Ｐｂ２＋㊁Ｔｈ４＋㊁ＵＯ２＋２㊁Ａｍ３＋㊁Ｃｍ３＋［１９］ＳＨＭ非连续点位模型ＶｉｓｕａｌＭＩＮＴＥＱＣａ２＋㊁Ｃｄ２＋㊁Ｍｇ２＋㊁Ｍｎ２＋㊁Ｃｕ２＋㊁Ｐｂ２＋㊁Ｚｎ２＋㊁Ａｌ３＋㊁Ｃｒ３＋［２０，３８］ＮＩＣＡ⁃Ｄｏｎｎａｎ连续点位模型ＥＣＯＳＡＴ㊁ＶｉｓｕａｌＭＩＮＴＥＱ㊁ＯＲＣＨＥＳＴＲＡＡｌ３＋㊁Ａｍ３＋㊁Ｂａ２＋㊁Ｃａ２＋㊁Ｃｄ２＋㊁Ｃｍ２＋㊁Ｃｏ２＋㊁Ｃｒ３＋㊁Ｃｕ２＋㊁Ｄｙ２＋㊁Ｅｕ２＋㊁Ｆｅ２＋㊁Ｆｅ３＋㊁Ｈｇ２＋㊁Ｍｇ２＋㊁Ｍｎ２＋㊁Ｎｉ２＋㊁Ｐｂ２＋㊁Ｓｒ２＋㊁Ｔｈ４＋㊁ＵＯ２＋２㊁ＶＯ＋２㊁Ｚｎ２＋［３９］金属氧化物ＧＴＬＭ（ＤＤＬ）专性吸附离子结合在表面层，非专性吸附离子分布在扩散层中ＥＣＯＳＡＴ㊁ＰＨＲＥＥＱＣ㊁ＶｉｓｕａｌＭＩＮＴＥＱ㊁ＯＲＣＨＥＳＴＲＡ水合铁氧化物［２８］：Ｐｂ２＋㊁Ｚｎ２＋㊁Ｃｄ２＋㊁Ｈｇ２＋㊁Ｃｕ２＋㊁Ａｇ＋㊁Ｎｉ２＋㊁Ｃｏ２＋㊁Ｃｒ３＋㊁Ｃａ２＋㊁Ｓｒ２＋㊁Ｂａ２＋㊁ＰＯ３－４㊁ＡｓＯ３－４㊁ＶＯ３－４㊁ＡｓＯ３－３㊁ＢＯ３３㊁ＳＯ２－４㊁ＳｅＯ２－４㊁Ｓ２Ｏ２－３㊁ＣｒＯ２－４；三水铝石［３１］：Ｐｂ２＋㊁Ｚｎ２＋㊁Ｃｄ２＋㊁Ｈｇ２＋㊁Ｃｕ２＋㊁Ｃｏ２＋㊁Ｃａ２＋㊁Ｍｎ２＋㊁Ｆｅ２＋㊁ＵＯ２＋２㊁Ｔｈ４＋㊁ＰＯ３－４㊁ＡｓＯ３－４㊁ＡｓＯ３－３㊁ＭｏＯ２－４㊁ＳｅＯ２－４㊁ＣｒＯ２－４㊁ＢＯ３－３㊁ＳＯ２－４㊁Ｆ－㊁ＳｉＯ４－４；水合锰氧化物［３２］：Ｂａ２＋㊁Ｃａ２＋㊁Ｃｄ２＋㊁Ｃｏ２＋㊁Ｃｕ２＋㊁Ｍｇ２＋㊁Ｍｎ２＋㊁Ｎｉ２＋㊁Ｐｂ２＋㊁Ｓｒ２＋㊁Ｚｎ２＋ＣＤ⁃ＭＵＳＩＣ考虑吸附离子所带电荷在不同电层中的分布；采用多种位点描述矿物表面不同配位形态ＥＣＯＳＡＴ㊁ＶｉｓｕａｌＭＩＮＴＥＱ㊁ＰＨＲＥＥＱＣ㊁ＯＲＣＨＥＳＴＲＡＮａ＋㊁Ｋ＋㊁Ｃａ２＋㊁Ｍｇ２＋㊁Ｃｌ－㊁ＰＯ３－４㊁ＣＯ２－３㊁Ｃｄ２＋㊁Ｃｕ２＋［４０⁃４１］黏土矿物单点位仅考虑永久性负电荷点位上的阳离子交换反应ＥＣＯＳＡＴ㊁ＷＨＡＭ㊁ＶｉｓｕａｌＭＩＮＴＥＱ㊁ＯＲＣＨＥＳＴＲＡ不需要特异性参数两点位考虑永久性负电荷点位上的阳离子交换反应采用阳离子交换或矿物边缘点位的专性吸附反应ＥＣＯＳＡＴ㊁ＯＲＣＨＥＳＴＲＡ伊利石［４２］：Ｃｄ２＋㊁Ｃｕ２＋㊁Ｎｉ２＋㊁Ｐｂ２＋㊁Ｚｎ２＋；蒙脱石［４３］：Ｃｄ２＋㊁Ｃｕ２＋㊁Ｎｉ２＋㊁Ｐｂ２＋㊁Ｚｎ２＋；高岭石［４４］：Ｃｄ２＋㊁Ｃｕ２＋㊁Ｎｉ２＋㊁Ｐｂ２＋㊁Ｚｎ２＋h jh x.r ce e s.a c.c n㊀１期赵晓鹏等：地球化学模型在土壤重金属形态研究中的应用进展６３㊀３㊀地球化学形态模型的应用（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｍｏｄｅｌ）３．１㊀多表面形态模型地球化学形态模型最初主要应用于水环境中离子的形态计算，但随着重金属在各固相胶体表面ＳＣＭ模型的发展和完善，吸附常数的不断充实，现逐渐开始应用于预测复杂体系（如土壤环境）中重金属形态．Ｗｅｎｇ等［４１］最早采用 多表面模型 （ｍｕｌｔｉｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｅｌ）来描述Ｃｕ㊁Ｃｄ㊁Ｐｂ㊁Ｚｎ㊁Ｎｉ在砂性土壤中的吸附行为．该模型将重金属在土壤中的吸持视为其在各个固相胶体组分上吸附作用的加和，同时考虑溶液相中发生的有机／无机络合作用，以及矿物溶解平衡过程等，以此来描述重金属在土壤中的形态分布（图２）［２４］．图２㊀土壤中多表面形态模型的原理（引自Ｇｒｏｅｎｅｎｂｅｒｇ等［２４］）Ｆｉｇ．２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｍｕｌｔｉ－ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｅｌ［２４］在对重金属的固⁃液相间分配行为研究过程中，相较于传统的经验式多元回归模型，多表面模型基于化学热力学平衡计算，模型参数不受ｐＨ㊁离子强度和其他竞争离子等条件影响，因此更具有普适性．Ｇｒｏｅｎｅｎｂｅｒｇ等［５２］比较了经验回归模型和多表面形态模型对Ａｓ㊁Ｂａ㊁Ｃｄ㊁Ｃｏ㊁Ｃｒ㊁Ｃｕ㊁Ｍｏ㊁Ｎｉ㊁Ｐｂ㊁Ｓｂ㊁Ｓｅ㊁Ｖ和Ｚｎ多种元素在土壤环境中溶解性的预测效果，结果表明经验回归模型只有在获得回归方程的土壤类型和环境条件范围中才会有较好的表现，而多表面模型则可以将应用范围推广至更宽泛的环境条件下．目前常用的可进行多表面模型计算的化学形态软件包括Ｋｅｉｚｅｒ的ＥＣＯＳＡＴ［５３］，Ｔｉｐｐｉｎｇ的ＷＨＡＭＩＶ［１７］，Ｐａｒｋｈｕｒｓｔ的ＰＨＲＥＥＱＣ［５４］，Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ的ＶｉｓｕａｌＭＩＮＴＥＱ［５５］，Ｍｅｅｕｓｓｅｎ的ＯＲＣＨＥＳＴＲＡ［５６］等．这些软件除含有各种表面吸附模型外，还有描述沉淀⁃溶解㊁氧化⁃还原㊁气体溶解⁃挥发等过程的子程序，可以相对准确地计算平衡体系下元素的形态分布．３．２㊀固相组分浓度与点位的确定使用多表面形态模型需要事先确定所研究体系中各活性表面的含量和点位浓度．有机质是重金属在土壤中最重要的吸附表面，也是多表面模型的主要活性表面［４６，５７］．铁氧化物是地球环境中含量最为丰富的金属氧化物之一，具有大量的表面活性位点和可变电荷，因此大多研究都会考虑其存在，有些研究还会将其进一步分为晶形铁氧化物和无定形铁氧化物两类［５８⁃５９］．相较于铁氧化物，铝氧化物和锰氧化物含量较低且相应模型参数不够完备，因此往往被忽略．土壤黏土矿物有着巨大的比表面和大量表面电荷，其上的吸附是影响重金属土壤环境行为的重要过程之一，因此也需要考虑黏土矿物作为吸附组分［４５］．h jh x.r ce e s.a c.c n６４㊀环㊀㊀境㊀㊀化㊀㊀学３８卷３．２．１㊀天然有机质天然有机质的吸附反应活性主要由腐殖质提供，但其组成除了腐殖质之外还包括脂质㊁纤维素㊁木质素㊁氨基酸等其他有机物，因此通过实验方法测定的土壤有机质含量需要按照一定比例折算为活性有机质（即腐殖质）含量才能应用于模型的计算［２４］．由于天然有机质组成的复杂性，这一折算比例存在较大差异．Ｄｉｊｋｓｔｒａ［６０］和Ｇｒｏｅｎｅｎｂｅｒｇ等［５２］的研究中直接测定了有机质中的腐殖质含量，结果分别为２５％６７％和８１％ ８７％．也可以通过模型优化的方法来获得这一折算比例，例如Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ等［４６］使用ＳＨＭ模型对不同类型土壤上的ｐＨ和溶解态Ａｌ㊁Ｃａ含量数据进行拟合，得出活性有机质占比为１７％ ８４％．Ｗｅｎｇ等［４１］则根据土壤阳离子交换量（ＣＥＣ）进行折算，即扣除黏土矿物对土壤ＣＥＣ的贡献后，参照标准腐殖酸的点位密度计算，由此得出所研究土壤中活性态有机质占比为１６％ ４６％．３．２．２㊀氧化矿物土壤中金属氧化矿物主要是通过选择性化学提取法来测定．如采用连二亚硫酸钠⁃柠檬酸钠⁃碳酸氢钠法（ＤＣＢ）测定土壤中总的铁氧化物含量；采用草酸提取法测定土壤中无定形铁氧化物和铝氧化物含量［４１，５２，５８，６１⁃６３］；两者差值作为晶形铁氧化物含量［４１，５０，５８⁃５９］．也有研究直接使用抗坏血酸提取方法来测定晶形铁氧化物含量［５２，６０，６４］．个别研究通过粗略估算的方法来确定金属氧化物含量，例如将总Ｆｅ含量的１５％记作无定形铁氧化物含量，总Ｍｎ含量的５０％记作无定形锰氧化物含量［６５］．对于晶形和无定形氧化物，其上的离子吸附行为可以分别使用不同的离子吸附模型来描述［４１，５８⁃５９］，也可以使用同一种离子吸附模型，通过设定不同比表面积体现差异（如晶形铁氧化物为５０ｍ２㊃ｇ－１，无定形铁氧化物为６００ｍ２㊃ｇ－１）［６０，６４］．㊀３．２．３㊀黏土矿物土壤黏土矿物特指粒径＜２μｍ的粘粒组分中的层状硅酸盐矿物，其准确含量测定方法一般在去除土壤有机质㊁铁氧化物等后采用沉降法［４７，４９］，或者激光粒度仪法测定［４５］．也有研究采用激光粒度仪直接测定土壤粒径分布，由于此方法测定的黏土组分中可能仍含有部分氧化物，因此假定测得结果中只有部分（如８０％）为有效黏土矿物组分［４５］．与土壤有机质一样，由于成土母质和风化程度的不同，土壤黏土矿物的成分复杂，其表面性质和吸附点位的确定目前常采用估算的方法．Ｗｅｎｇ等［４１］选择伊利石作为黏土矿物代表，将伊利石ＣＥＣ的平均值０．２５ｍｏｌ㊃ｋｇ－１作为黏土矿物表面吸附点位密度应用于多表面模型计算，这一方法随后被广泛引用．对于黏土矿物边缘吸附点位，常常通过测定其在ｐＨ＝４和ｐＨ＝８条件下ＣＥＣ的差值来确定［４５］．３．２．４㊀金属含量的测定由于自然环境中重金属元素的部分形态相对惰性，并不参与吸附－解吸过程，采用土壤中元素总浓度来计算其形态可能会高估其反应活性［２，６６－６８］，因此在模型计算中常采用活性态金属含量（ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙｒｅａｃｔｉｖｅｍｅｔａｌｃｏｎｔｅｎｔｓ）作为反应物总浓度［２，２４，６９］．理论上同位素稀释法（ｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｄｉｌｕｔｉｏｎ）是测定活性态金属含量最准确的方法［７０－７５］，但是由于其操作较为繁琐，研究中多使用化学提取方法代替．针对于不同的金属和土壤类型，不同化学提取方法的提取效果存在差异性．有的研究中将王水提取法测得的活性态金属含量用于模型计算，结果表明此方法会高估溶解态金属浓度，包括Ｃｄ㊁Ｐｂ㊁Ｎｉ㊁Ｚｎ［４８⁃４９，７５］．比王水更加温和的酸提取法被广泛应用于活性态金属含量的测定，包括０．４３ｍｏｌ㊃Ｌ－１ＨＮＯ３［５９⁃６０，６４⁃６５，６９］㊁０．２２ｍｏｌ㊃Ｌ－１ＨＮＯ３［７６］㊁２ｍｏｌ㊃Ｌ－１ＨＮＯ３［５８］㊁０．１ｍｏｌ㊃Ｌ－１ＨＣｌ［７７⁃７８］等．此外也有一些研究使用ＥＤＴＡ提取法［４７，６２，７９］．综合来看，０．４３ｍｏｌ㊃Ｌ－１ＨＮＯ３的适用性最广，在多表面模型研究中被广泛采用，同时，这一方法已被国际标准化组织确定为测定土壤活性态金属的标准方法（ＩＳＯ－１７５８６：２０１６）［８０］．３．３㊀对溶液中自由态重金属离子浓度的预测在重金属的各种形态中，自由态离子由于同重金属的生物吸收过程和毒性效应有较强的相关性，受到格外关注［６５，８１⁃８２］．受限于缺乏有效分离手段，直到近２０年才发展起来像ＡＧＮＥＳ（ａｂｓｅｎｃｅｏｆｇｒａｄｉｅｎｔｓａｎｄｎｅｒｎｓｔｉａｎｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）［８３］和ＤＭＴ［８４⁃８５］等可以直接测定自由态离子浓度的技术手段．但是此类方法往往对环境条件和目标金属有所要求［８６⁃８７］，推广使用时存在一定困难．形态模型计算的方法则操作相对简便，可以根据体系中各组分和金属总浓度计算各形态（包括自由态金属离子）的浓度．如Ｄｕｆｆｎｅｒ等［８８］使用多表面吸附模型预测土壤溶液中自由态Ｚｎ离子的浓度，将模型计算结果同使用ＤＭＴh jh x.r ce es.a c.c n㊀１期赵晓鹏等：地球化学模型在土壤重金属形态研究中的应用进展６５㊀测定的结果进行比较，发现在不同Ｚｎ含量水平下（０．２ ５６３ｍｇ㊃ｋｇ－１土壤），模型均取得了很好的预测效果．类似地，Ｙｉ等［８９］对比了使用ＤＭＴ测定和多表面模型计算两种方法获得的Ｃｕ㊁Ｚｎ㊁Ｎｉ和Ｃｄ的自由态离子浓度结果，表明在不同土液比条件下（ｓｏｉｌｓｏｌｕｔｉｏｎｒａｔｉｏ＝１０／２０／３０／４０），模型均取得了令人满意的预测效果．张红振等［９０］的研究中使用多表面模型成功预测了Ｃａ（ＮＯ３）２提取得土壤溶液中Ｃｕ㊁Ｚｎ㊁Ｐｂ㊁Ｃｄ㊁Ｍｇ和Ａｌ的自由态离子浓度．３．４㊀对重金属在土壤固⁃液相间分配的预测由于多表面模型可计算元素在土壤胶体表面上的吸附量，因此可以用来预测重金属在土壤固⁃液相间的分配．张晓晴［９１］使用ＷＨＡＭⅥ和ＶｉｓｕａｌＭＩＮＴＥＱ较好地预测了１７种不同性质土壤中水溶性Ｎｉ和Ｃｕ的浓度．Ｒｅｎ等［７３］基于ＤＭＴ测定的自由态离子浓度使用多表面模型计算了土壤固相上Ｃｄ和Ｃｕ的吸附量，并将模型结果和同位素稀释法所得结果进行比较，结果表明，两种方法有着较好的一致性．Ｒｅｎｎｅｒｔ等［９２］将多表面模型应用于预测河漫滩土壤中重金属的浓度，研究中利用原位提取技术采集了不同深度的土壤溶液，将实验测定结果同模型结果进行对比，结果表明模型对Ｎｉ㊁Ｐｂ㊁Ｚｎ的预测效果很好，对Ｃｄ和Ｃｕ有所欠缺．Ｂｏｎｔｅｎ等［６２］使用多表面形态模型对土壤性质差异明显的３５３份土壤样品中Ｃｄ㊁Ｃｕ㊁Ｎｉ㊁Ｐｂ和Ｚｎ的固⁃液分配情况进行预测，结果发现，除了Ｐｂ之外，对其他几种重金属离子均有较好的预测效果．Ｄｉｊｋｓｔｒａ等［６０］采用浸提实验检查了Ｎｉ㊁Ｃｕ㊁Ｚｎ㊁Ｃｄ㊁Ｐｂ㊁Ｂａ㊁Ｃｒ㊁Ｃｏ㊁Ｍｏ㊁Ｖ㊁Ｓｎ㊁Ｓｂ㊁Ｓ㊁Ａｓ和Ｓｅ共１５种元素在８种土壤中不同ｐＨ条件下的溶解态金属浓度，并采用基于 通用 模型参数的多表面模型进行预测，结果表明在ｐＨ０．４ １２范围内，模型对Ｃｕ㊁Ｎｉ㊁Ｃｄ㊁Ｃｏ㊁Ｓ和Ｓｅ的固⁃液相间分配有很好的预测效果（ＲＭＳＥ＜０．５），但对Ｐｂ及Ｃｒ㊁Ｐｂ㊁Ｓｎ㊁Ｓｂ㊁Ａｓ㊁Ｖ这些含氧阴离子的预测效果较差，这可能是由于Ｐｂ还涉及其他较重要的吸附机制还未被模型考虑，而含氧阴离子相较于重金属阳离子的研究较少，吸附组分和机制与阳离子相比也有较大的不同，文献报道的模型参数可能存在较大误差．本课题组仔细测定了Ｃｒ（Ⅵ）在针铁铁表面的ＣＤ－ＭＵＳＩＣ模型吸附常数，并利用１７种土壤进行了验证，发现仅考虑土壤中针铁矿含量做为Ｃｒ（Ⅵ）的吸附组分，即可准确Ｃｒ（Ⅵ）在土壤固／液相间的分配，说明只要模型参数足够准确，是可以预测含氧阴离子的分配的［９３⁃９４］．３．５㊀预测重金属在土壤中的形态分布通过多表面模型计算可以获得重金属离子在各组分上的形态分布结果，有助于阐释土壤中重金属的固⁃液相间分配过程的内在机制．Ｗｅｎｇ等［４１］使用多表面模型分析了砂质土壤中各吸附组分对Ｃｕ㊁Ｃｄ㊁Ｚｎ的吸附贡献，发现有机质是最主要吸附组分；只有当重金属负载量足够高时，黏土矿物才会发挥明显作用．土壤中各吸附组分对吸附的贡献会随着环境条件的变化而有所改变，例如Ｒｅｎ等［７０］研究发现Ｚｎ在酸性条件下主要吸着在土壤有机质上，铁氧化物的贡献在碱性条件下才显得重要，类似的现象在Ｒｅｎｎｅｒｔ等［９２］的研究中也有发现．Ｃｕｉ等［９５］对传统化学选择性连续提取法测定和模型计算所获得的土壤中重金属形态分布结果进行比较，结果发现两种方法对Ｃｕ的形态分析结果匹配较好，即有机结合态为其主要赋存形态．但对于Ｃｄ和Ｚｎ，两种方法获得结果不一致，化学提取法发现其可交换态所占比例高于有机结合态，而模型计算结果表明其主要形态仍为有机结合态，这可能是因为Ｃｄ和Ｚｎ相对于Ｃｕ在天然有机质上的吸附能力较弱，在可交换态提取过程中一部分有机结合态金属被提取出来，因此作者提醒用基于操作定义的连续提取法来推测金属在土壤中的形态分布可能会出现一定偏差．３．６㊀评估不同有效态提取方法地球化学形态模型还可以用来比较不同有效态提取方法的提取效果，即通过将模型计算结果和实验测定结果进行比较来判断各方法的准确性．Ｗｅｎｇ等［５８］研究发现使用２ｍｏｌ㊃Ｌ－１ＨＮＯ３的方法可以较合理地估计活性态Ｃｄ和Ｃｕ的含量，对Ｎｉ和Ｚｎ会造成高估．Ａｌｍａｓ等［７６］发现０．２２ｍｏｌ㊃Ｌ－１ＨＮＯ３的方法低估了活性态Ｃｕ和Ｚｎ的含量，但可以较好地预测Ｃｄ的溶解性．Ｇｒｏｅｎｅｎｂｅｒｇ等［８０］将不同浓度ＨＮＯ３提取的活性态金属含量作为金属总反应浓度用于模型计算，预测０．０１ｍｏｌ㊃Ｌ－１ＣａＣｌ２浸出液中的金属浓度，结果表明０．４３ｍｏｌ㊃Ｌ－１ＨＮＯ３的方法最为合理．３．７㊀指导土壤重金属污染修复相较于化学提取法，使用地球化学形态模型可以有效模拟土壤中重金属在环境条件发生改变，或存在多种重金属的竞争作用时的形态变化趋势，为土壤重金属的风险评价和修复政策制定提供参考和依h jh x.r ce es.a c.c n６６㊀环㊀㊀境㊀㊀化㊀㊀学３８卷据．Ｄｕｆｆｎｅｒ等［８８］模拟了改变土壤ｐＨ㊁有机质含量或Ｚｎ投加量时，自由态和溶解态Ｚｎ浓度的变化情况，结果表明自由态或溶解态Ｚｎ浓度对机质含量变化的响应最灵敏，对ｐＨ变化的响应不明显．４㊀展望（Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ）多表面模型假定土壤中各吸附组分是一系列独立的存在，但在实际环境中，土壤中的各项组分之间存在相互作用并进一步影响各自表面上发生的重金属吸附行为．如能将各个组分之间的相互作用考虑到模型之中，模型的预测效力将会得到一定提高．如Ｗｅｎｇ等在ＮＩＣＡ－Ｄｏｎｎａｎ模型和ＣＤ－ＭＵＳＩＣ模型的基础上发展了配体电荷分布模型（ｌｉｇａｎｄａｎｄｃｈａｒｇｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ＬＣＤ）［９６］，该模型引入了腐殖质同金属氧化物之间的相互作用对二者表面上离子吸附行为的影响，已成功应用于对ＰＯ３－４［９７－９９］和ＡｓＯ３－４［９７，１００］在土壤上的分配行为的预测．熊娟［１０１］使用ＬＣＤ模型成功模拟了针铁矿／腐殖质／Ｐｂ三元体系中Ｐｂ在腐殖质和针铁矿复合物上的吸附，表明了Ｐｂ主要以针铁矿⁃Ｐｂ㊁针铁矿⁃Ｐｂ⁃腐殖质和针铁矿⁃腐殖质⁃Ｐｂ这３种形态吸附；认为吸附在针铁矿上的腐殖质所带的负电荷可以降低针铁矿／水界面静电势，从而促进Ｐｂ的吸附．模型参数的准确性会影响模型的预测结果．对于各吸附组分上的离子吸附模型所涉及到的模型参数，可以通过对单一组分吸附实验中获得的数据进行拟合，或者基于线性自由能关系（ｌｉｎｅｒｆｒｅｅｅｎｅｒｇｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ，ＬＦＥＲｓ）推测得到［２８，３９］，但通过后者获得的模型参数具有不确定性，用于模型计算时可能会造成较大偏差．因此需要完善模型参数的数据库以提高地球化学形态模型的预测能力．地球化学形态模型在复杂的环境体系的应用需要对可能发生的各项反应考虑充分．对某些吸附组分的考虑不足会造成模型预测偏差，例如毛凌晨等［１０２］收集了文献中数据，使用ＷＨＡＭ模型预测土壤溶液中Ｚｎ和Ｃｄ的溶解度，结果发现在中性和碱性土壤上存在一定偏差，作者认为这是因为碱性土壤中相当一部分Ｚｎ和Ｃｄ会结合在金属氧化物上，而ＷＨＡＭ子模型中的ＳＣＡＭＰ模型无法准确分析这一情况，并且碱性条件下可能存在的碳酸盐矿物的吸附作用没有考虑在模型中．Ｃｕｉ等［９５］认为模型对Ｐｂ预测偏差较大的原因之一可能是忽略了Ｐｂ在锰氧化物上的吸附．Ｒｅｎ等［７０］在模型中加入锰氧化物组分后提高了对Ｐｂ的预测，同时连续化学提取法也证明锰氧化物是土壤中Ｐｂ的主要汇．因此，需要对所涉及吸附组分进行详尽考虑并且寻找更加准确的各吸附组分定量方法．尽管一般来说，离子在土壤胶体组分上的吸附反应相对较快，但吸附／解吸动力学对准确了解离子在土壤中的释放过程仍然非常重要．对那些生物吸收过程主要受土壤中扩散过程（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ），而非内化过程（ｉｎｔｅｒｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）控制的离子来说，吸附／解吸动力学过程就更加重要［１０３］．近年来，Ｓｈｉ等建立的动力学模型一定程度上弥补了地球化学形态模型在动力学上的缺乏［１０４⁃１０６］．重金属的毒性效应往往同其形态密切相关，基于化学形态模型的原理，近些年有关重金属毒性的机理模型也有所发展［１０７⁃１０９］．地球化学模型实现了由土壤中金属总量对土壤溶液中离子浓度的预测，而生物毒性模型则提供了由溶液中离子浓度对生物毒性响应的预测．考虑将化学形态模型同生物毒性模型之间进行有机耦合，实现由土壤金属总量对生物毒性响应的直接预测，将进一步扩展地球化学模型的使用范围．综上，地球化学模型的发展为阐明土壤中重金属的形态㊁分配㊁迁移㊁有效性等提供了非常有用的信息，随着模型数据库和模型框架的不断完善，结合区域地球化学调查所获得的海量数据，地球化学模型将成为土壤中重金属生态风险评价的一项重要工具．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］㊀ＪＡＮＳＳＥＮＣＲ，ＨＥＩＪＥＲＩＣＫＤＧ，ＤＥＳＣＨＡＭＰＨＥＬＡＥＲＥＫＡ，ｅｔａｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｍｅｔａｌｓ：ｔｏｏｌｓｆｏｒｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００３，２８：７９３⁃８００．［２］㊀ＤＥＧＲＹＳＥＦ，ＳＭＯＬＤＥＲＳＥ，ＰＡＲＫＥＲＤＲ．Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇｏｆｍｅｔａｌｓ（Ｃｄ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｂ，Ｚｎ）ｉｎｓｏｉｌｓ：Ｃｏｎｃｅｐｔｓ，ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｅｓ，ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ⁃Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｉｌＳｃｉｅｎｃｅ，２００９，６０：５９０⁃６１２．［３］㊀ＳＥＭＥＮＺＩＮＥ，ＴＥＭＭＩＮＧＨＯＦＦＥＪ，ＭＡＲＣＯＭＩＮＩＡ．Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｂｙｉｎｃｌｕｄｉｎｇｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｏｓｐｅｃｉｅｓｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ：Ａｎｅｘａｍｐｌｅｆｏｒｐｌａｎｔｓｅｘｐｏｓｅｄｔｏｎｉｃｋｅｌｉｎｓｏｉｌ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｏｌｌｕｔｉｏｎ，２００７，１４８：６４２⁃６４７．［４］㊀ＳＴＲＡＮＤＥＳＥＮＭ，ＢＩＲＫＶＥＤＭ，ＨＯＬＭＰＥ，ｅｔａｌ．Ｆａｔｅａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｍｅｔａｌｓｉｎｌｉｆｅｃｙｃｌｅｉｍｐａｃｔａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ［Ｊ］．ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＭｏｄｅｌｌｉｎｇ，２００７，２０３：３２７⁃３３８．。

地球化学技术在重金属污染评估与治理中的应用研究地球化学技术是一种综合应用地球化学原理和方法的技术，可用于重金属污染的评估与治理。

重金属污染是目前全球面临的一大环境问题，对环境和人类健康造成了严重的威胁。

地球化学技术作为一种综合性的技术，可以在重金属污染评估与治理中发挥重要作用。

本文将介绍地球化学技术在重金属污染评估与治理中的应用研究。

其次，地球化学技术可用于重金属污染的治理。

重金属污染治理主要包括污染源控制、土壤修复和废物处理等环节。

地球化学技术可以通过改变环境条件、添加一定的物质或利用微生物等方式，降低污染物浓度、改变其形态或促进其迁移转化，从而降低重金属的环境风险。

例如，通过调节土壤pH值、添加有机物或改变氧化还原条件等，可以降低重金属在土壤中的有效性和生物可利用性，减少重金属的植物富集效应。

此外，地球化学技术还可以应用于重金属污染的修复与治理效果评估。

治理效果评估是治理工作的关键环节，可以通过地球化学技术研究治理后重金属在环境介质中的分布、形态和迁移转化规律，并结合环境风险评估方法，评估治理效果的可行性和效果。

同时，地球化学技术还可以监测重金属的生物有效性和生态风险，评估重金属修复与治理的长期效果和环境适应性。

综上所述，地球化学技术在重金属污染评估与治理中具有重要的应用价值。

通过地球化学技术的综合应用，可以深入研究重金属的迁移转化规律，为制定合理的重金属污染治理方案提供科学依据。

此外，地球化学技术还可以应用于重金属污染的修复与治理效果评估，为重金属污染治理提供科学参考。

随着地球化学技术的不断发展和完善，相信在重金属污染的治理中将发挥更大的作用，为改善环境质量和保护人类健康做出更大的贡献。

生态环境 2004, 13(4): 681-684 Ecology and Environment E-mail: editor@基金项目：国家自然科学基金项目（30200025）；中科院青年科学家创新小组项目；广东省基金项目（021627，003031）；广东省林业局项目 作者简介：黄 勇（1980－），男，硕士研究生，主要从事环境与景观生态学研究。

E-mail: hybsbcn@ *通讯联系人，E-mail: renhai@ 收稿日期：2004-05-31地统计学在土壤重金属研究中的应用及展望黄 勇1，郭庆荣2，任海1*，万洪富21. 中国科学院华南植物园，广东 广州 510650；2. 广东省生态环境与土壤研究所，广东 广州 510650摘要：从采矿学与地质学研究中发展起来的地统计学是应用数理统计学的一个分支。

与传统的统计学相比，地统计学可应用于土壤重金属研究中，能探索土壤重金属的空间分布特征及其变异规律。

地统计学的基础理论与方法主要包括：区域化变量、半方差函数、克立格空间插值技术。

半方差函数可以用来描述研究土壤重金属分布的空间相关性；而克立格插值可以对未采样区土壤重金属的含量进行无偏最优估计。

在对地统计学理论进行简要阐述的基础上，回顾了近些年在土壤重金属研究的采样设计、空间结构分析、空间插值等方面的应用，并就其应用前景作了展望。

关键词：地统计学；空间变异；区域化变量；半方差函数；克立格插值中图分类号：X144 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2004）04-0681-04土壤并非一个匀质体，而是一个时空连续的变异体，具有高度的空间异质性[1]。

土壤性质空间变异包括土壤水分特征及状态参数、物理性质、化学性质、土壤重金属及其它元素等性质的变异。

由于人类活动（工业、农业生产）或者自然变化（土壤母质矿化）而引起的土壤重金属时空变化，这些变化均能导致土壤重金属时空属性数据的复杂化，而且土壤中不同重金属之间的相互关系也在空间上表现出复杂的相关性与变异性[2]。

土壤重金属检测方法的应用及发展趋势的探究【摘要】本文探讨了土壤重金属检测方法的应用及发展趋势。

首先介绍了传统土壤重金属检测方法，包括化学分析和光谱技术等。

接着讨论了现代土壤重金属检测方法，如电化学方法和生物传感技术。

文章还探讨了无损检测技术在土壤重金属检测中的应用，以及基于人工智能的新方法。

展望了未来土壤重金属检测方法的发展趋势，指出日益重视环境保护和资源可持续利用将推动这一领域的发展。

本文对土壤重金属检测方法进行了全面的探讨，旨在为环境保护和土壤质量监测提供参考。

【关键词】土壤重金属检测方法、应用、发展趋势、传统方法、现代方法、无损检测技术、人工智能、未来发展、结论。

1. 引言1.1 土壤重金属检测方法的应用及发展趋势的探究土壤重金属检测方法的应用及发展趋势一直是环境领域研究的热点之一。

随着工业化进程的加快和农业生产的发展，土壤中重金属的污染问题日益凸显，对环境和人类健康造成了严重威胁。

研究土壤中重金属的检测方法具有重要的意义。

传统的土壤重金属检测方法主要包括化学分析法、光谱分析法和电化学方法等。

这些方法虽然能够准确测定土壤中重金属的含量，但存在着操作复杂、耗时长、需要大量化学试剂等缺点。

为了提高检测效率和准确度，现代土壤重金属检测方法不断涌现，如原子吸收光谱法、感应耦合等离子体发射光谱法等。

这些方法在减少操作步骤、提高检测速度和精度方面具有显著优势。

近年来，基于人工智能的土壤重金属检测方法逐渐兴起。

利用机器学习算法和人工智能技术，可以实现对大量土壤数据的自动分析和处理，提高检测的准确性和效率。

未来，随着科技的不断发展，土壤重金属检测方法将更加智能化和高效化。

基于大数据和人工智能的综合应用，将成为土壤重金属检测的发展趋势。

深入研究新的检测技术和方法，不断完善土壤重金属检测体系，有助于推动土壤环境保护工作的发展。

土壤重金属检测方法的应用及发展趋势的探究将持续引领环境科学领域的研究方向。

2. 正文2.1 传统土壤重金属检测方法传统土壤重金属检测方法是最早应用的一种检测手段，主要包括化学分析方法和物理分析方法。

土壤重金属检测方法的应用及发展趋势的探究土壤重金属污染是当前环境问题的一个重要方面，严重影响农田的可持续发展和人类健康。

开发高效可靠的土壤重金属检测方法具有重要的理论和实际意义。

土壤重金属检测方法主要包括传统化学分析方法和新兴的物理化学方法。

传统化学分析方法包括原子吸收光谱（AAS）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）和ICP质谱等。

这些方法凭借其精确度和灵敏度得到了广泛的应用，并且得到了标准化机构的认可。

传统化学分析方法需要高昂的设备和繁琐的操作流程，所以仍然具有一定的局限性。

相比之下，物理化学方法具有操作简便、快速、灵敏等优点。

如线粒体呼吸酶活性、电化学和光谱检测等方法。

线粒体呼吸酶活性是一种简单且可靠的土壤重金属污染评估方法，通过测量线粒体的呼吸酶活性，可以间接推测土壤中重金属的含量。

电化学方法主要包括电化学传感器和电化学分析方法，通过测量电荷转移、电流和电势变化等物理参数来检测土壤中重金属的含量。

光谱检测则包括紫外-可见光谱、红外光谱和拉曼光谱等技术，通过测量土壤样品的光谱特征来间接推测其中重金属的含量。

随着科学技术的不断进步，土壤重金属检测方法也在不断发展。

未来的发展趋势可以总结为以下几个方面：发展新的高通量检测技术。

高通量检测技术可以同时分析多种重金属元素，提高检测效率并降低成本。

基于微芯片和光谱成像技术的检测方法已经具备了高通量分析的潜力。

发展便携式和即时检测设备。

便携式设备可以在野外实时检测土壤中重金属的含量，为农田管理和环境监测提供快速反馈。

基于纳米材料和传感器技术的便携式检测装置已经得到了相关研究的重视。

发展基于生物传感器的检测方法。

生物传感器利用生物材料的特异性识别能力，可以高效地检测重金属元素。

利用基因工程技术构建的重金属感应报告基因可以在转基因植物中实现对土壤中重金属含量的实时监测。

第四，发展多模态检测方法。

多模态检测方法结合了不同原理的检测技术，可以提高检测的准确性和可信度。

地球化学技术在重金属污染评估与治理中的应用研究
地球化学技术在重金属污染评估与治理中的应用研究已经成为环境保护领域的热点话题。

随着工业化进程的加快，大量的重金属污染物被排放到环境中，严重危害了人类健康和生态环境。

因此，如何有效评估和治理重金属污染已经成为全球性的问题。

地球化学技术是一种综合利用地球化学、环境科学、地质学等学科知识，对重金属污染物进行评估和治理的技术。

地球化学技术主要包括重金属污染源识别、污染物迁移转化规律研究、污染物生态风险评价、污染物治理技术研究等方面。

首先，重金属污染源识别是重金属污染治理的基础。

通过对重金属污染源的调查和分析，可以确定污染源的类型、位置和规模，为后续的治理提供了依据。

其次，污染物迁移转化规律研究是重金属污染治理的关键。

通过对重金属污染物在环境中的迁移、转化和积累规律进行研究，可以预测和评估重金属污染物对环境和人体健康的危害程度，为制定有效的治理方案提供科学依据。

第三，污染物生态风险评价是重金属污染治理的重要环节。

通过对重金属污染物对生态系统、生物多样性和人体健康的影响进行评价，可以确定治理的优先级和治理方案的可行性。

最后，污染物治理技术研究是重金属污染治理的关键。

地球化学技术可以提供多种治理技术，如生物修复技术、土壤修复技术、化学修复技术等。

这些技术可以有效地降低重金属污染物的浓度和毒性，保护生态环境和人类健康。

总之，地球化学技术在重金属污染评估与治理中具有广泛的应用前景。

随着技术的不断发展和完善，相信在不久的将来，地球化学技术将成为重金属污染治理的主要手段之一。