第五章-土壤监测

1第五章土壤质量监测周次：第9周教学时数：4[教学目的与要求]掌握土壤的基本性质，土壤环境质量监测方案，土壤样品的预处理；了解土壤的组成，土壤样品的采集和主要土壤污染物的测定方法。[教学的重点及难点]本章重点是土壤的基本性质，采样点的布设，土壤环境质量评价；本章难点为土壤样品的预处理。[教学手段与方法]以课堂讲授为主、ppt课件辅助教学[考核目标]1.土壤的组成和基本性质；2.我国“土壤环境质量标准”对土壤的分类以及各类土壤的功能和保护目标；3.土壤环境质量监测的类型及监测内容；4.土壤样品进行预处理的目的以及预处理方法的选择；5.常见分析仪器用于土壤重金属分析的基本原理。[教学内容与过程设计]复习：固体废物监测引入：请大家谈谈什么是土壤圈？第一节土壤基本知识一、土壤的组成土壤是指地球陆地地表能生长绿色植物的疏松层，能为植物提供水、空气和养分。土壤是植物生长的基地，是动物、人类赖以生存的物质基础，土壤质量的优劣直接影响人类的生产、生活和发展。地球表层的岩石经过风化作用，逐渐破坏成疏松的、大小不等的矿物颗粒（称为母质）。而土壤是在母质、气候、生物、地形、时间等多种成土因素综合作用下形成和演变而成的。土壤组成很复杂，总体来说是由矿物质、动植物残体腐解产生的有机质、水分和空气等固、液、气三相组成的。2（一）土壤矿物质（1）土壤矿物质的矿物组成（2）土壤机械组成土壤是由不同粒级的土壤颗粒组成。土壤粒径的大小影响着土壤对污染物的吸附和解吸能力。土壤机械组成的分类是以土壤中各粒级含量的相对百分比作为标准。国际制采用三级分类法，即根据沙粒（0.02—2mm、粉沙粒(0.002—0.02mm)和粘粒(0.002mm)在土壤中的相对含量，将土壤分成砂土、壤土、粘壤土、粘土四大类和十二级。我国土壤地质分类表见P表5.1（二）土壤有机质（三）土壤生物（四）土壤溶液（五）土壤空气二、土壤的特性三、土壤背景值又称土壤本底值，是指在未受或少受人类活动影响下，尚未或轻微受破坏的土壤中元素的含量四、土壤污染1.土壤污染的来源：(1)化肥、农药污染：由于大量使用化肥、农药，许多有害物质进入土壤并累积起来。(2)污水灌溉：污灌有许多好处，可充分利用污水的营养成分。但污灌也使一些有害元素进入土壤，并在土壤和作物中累积，危害人体。(3)大气和水体污染物经迁移、转化进入土壤，而造成土壤污染。(4)工业废渣、生活垃圾和污泥堆积，经雨水浸泡后污染物进入土壤。2.土壤污染物：无机污染物、有机污染物、有害微生物五、土壤质量标准第二节土壤环境质量监测方案3一、监测目的（一）土壤质量现状监测（二）土壤污染事故监测（三）污染物土地处理的动态监测（四）土壤背景值调查二、资料的收集与制订方案(一)污染调查调查内容包括：(1)地区的自然条件：包括母质、地形、植被、水文、气候等；(2)地区的农业生产情况：包括土地利用、作物生长与产量情况，水利及肥料、农药使用情况等；(3)地区的土壤性状：土壤类型及性状特征等；(4)地区污染历史及现状。(二)采样点布设由于土壤本身在空间分布上具有一定的不均匀性，所以应多点采样并均匀混合成为具有代表性的土壤样品。①布设原则②布点方法(三)采样深度(四)采样时间(五)采样量(六)采样注意事项三、监测项目环境是个整体，污染物进入哪一部分都会影响整个环境。因此，土壤监测必须与大气、水体和生物监测相结合才能全面和客观地反映实际。土壤监测中确定土壤中优先监测物的依据是国际学术联合会环境问题科学委员会(SCOPE)提出的“世界环境监测系统”草案，该草案规定，空气、水源、土壤以及生物界中的物质都应与人群健康联系起来。4四、采样点布设五、小结：1.土壤的组成和性质2.土壤背景值3.土壤的污染4.土壤质量的评价5.监测目的6.资料的收集与制订方案作业：5复习：1.土壤的组成和性质2.土壤背景值3.土壤的污染4.土壤质量的评价5.监测目的6.资料的收集与制订方案引入：第三节土壤样品采集、制备与保存一、土壤样品的采集(一)采样点布设1.布设原则在调查研究基础上，选择一定数量能代表被调查地区的地块作为采样单元(0.13-0.2公顷)，在每个采样单元中，布设一定数量的采样点。同时选择对照采样单元布设采样点。为减少土壤空间分布不均一性的影响，在一个采样单元内，应在不同方位上进行多点采样，并且均匀混合成为具有代表性的土壤样品。对于大气污染物引起的土壤污染，采样点布设应以污染源为中心，并根据当地的风向、风速及污染强度系数等选择在某一方位或某几个方位上进行。采样点的数量和间距依调查目的和条件而定，通常，在近污染源处采样点间距小些，在远离污染源处间距大些。对照点应设在远离污染源，不受其影响的地方。由城市污水或被污染的河水灌溉农田引起的土壤污染，采样点应根据灌水流的路径和距离等考虑。总之，采样点的布设既应尽量照顾到土壤的全面情况，又要视污染情况和监测目的而定。2.布点方法下面介绍几种常用采样布点方法：①对角线布点法：该法适用于面积小、地势乎坦的污水灌溉或受污染河水灌溉的田块。布点方法是由田块进水口向对角线引一斜线，将此对角线三等分，在每等分的中间设一采样点，即每一田块设三个采样点。根据调查目的、由块面积和地形等条件可做变动，多划分几个等分段，适当增加采样点。图中记号“×”6作为采样点。②梅花形布点法：该法适用于面积较小、地势平坦、土壤较均匀的田块，中心点设在两对角线相交处，一般设5—10个采样点。③棋盘式布点法：这种布点方法适用于中等面积、地势平坦、地形完整开阔、但土壤较不均匀的田块，一般设10个以上采样点。此法也适用于受固体废物污染的土壤，因为固体废物分布不均匀，应设20个以上采样点。④蛇形布点法：这种布点方法适用于面积较大，地势不很平坦，土壤不够均匀的田块。布设采样点数目较多。(二)采样深度采样深度视监测目的而定。如果只是一般了解土壤污染状况，只需取0-15cm或0-20cm表层(或耕层)土壤。使用土铲采样。如要了解土壤污染深度，则应按土壤剖面层次分层采样(三)采样时间为了解土壤污染状况，可随时采集样品进行测定。如需同时掌握在土壤上生长的作物受污染状况，可依季节变化或作物收获期采集。一年中在同一地点采样两次进行对照。(四)采样量由上述方法所得土壤样品一般是多样点均量混合而成，取土量往往较大，而一般只需要1-2kg即可，因此对所得混合样需反复按四分法弃取，最后留下所需的土量，装入塑料袋或布袋内。(五)采样注意事项(1)采样点不能设在田边、沟边、路边或肥堆边；(2)将现场采样点的具体情况，如土壤剖面形态特征等做详细记录；(3)现场填写标签两张(地点、土壤深度、日期、采样人姓名)，一张放入样品袋内，一张扎在样品口袋上。二、土壤背景值样品采集(一)布点原则(1)采集土壤背景值样品时，应首先确定采样单元。采样单元的划分应根据研究目的、研究范围及实际工作所具有的条件等综合因素确定。我国各省、自治7区土壤背景值研究中，采样单元以土类和成土母质类型为主，因为不同类型的土类母质其元素组成和含量相差较大。(2)不在水土流失严重或表土被破坏处设置采样点。(3)采样点远离铁路、公路至少300m以上。(4)选择土壤类型特征明显的地点挖掘土壤剖面，要求剖面发育完整、层次较清楚且无侵入体。(5)在耕地上采样，应了解作物种植及农药使用情况，选择不施或少施农药、肥料的地块作为采样单元，以尽量减少人为活动的影响。(二)样品采集(1)在每个采样点均需挖掘土壤剖面进行采样。我国环境背景值研究协作组推荐，剖面规格一般为长1.5m、宽0.8m、深1.0m，每个剖面采集A、B、C三层土样。过渡层(AB、BC)一般不采样，见图5-3、图5-4。当地下水位较高时，挖至地下水出露时止。现场记录实际采样深度，如0-20、50-65、80-100cm。在各层次典型中心部位自下而上采样，切忌混淆层次、混合采样。(2)在山地土壤土层薄的地区，B层发育不完整时，只采A、C层样。(3)干旱地区剖面发育不完整的土壤，采集表层(0-20cm)、中土层(50cm)和底土层(100cm)附近的样品。(三)采样点数的确定通常，采样点的数目与所研究地区范围的大小、研究任务所设定的精密度等因素有关。在全国土壤背景值调查研究中，为使布点更趋合理，采样点数依据统计学原则确定，即在所选定的置信水平下，与所测项目测量值的标准差、要求达到的精度相关。每个采样单元采样点位数可按下式估算：式中：n——每个采样单元中所设最少采样点位数；t——置信因子(当置信水平95％时，取值1.96)；s——样本相对标准差；d——允许偏差(若抽样精度不低于80％时，d取值0.2)；三、土壤样品制备与保(一)土样的风干除测定游离挥发酚、铵态氮、硝态氮、低价铁等不稳定项目需要新鲜土样外，8多数项目需用风干土样。因为风干土样较易混合均匀，重复性、准确性都比较好。从野外采集的土壤样品运到实验室后，为避免受微生物的作用引起发霉变质，应立即将全部样品倒在塑料薄膜上或瓷盘内进行风干。当达半干状态时把土块压碎，除去石块、残根等杂物后铺成薄层，经常翻动，在阴凉处使其慢慢风干，切忌阳光直接曝晒。样品。风干处应防止酸、碱等气体及灰尘的污染。(二)磨碎与过筛进行物理分析时，取风干样品10-200g，放在木板上用圆木棍辗碎，经反复处理使土样全部通过2mm孔径的筛子，将土样混均储于广口瓶内，作为土壤颗粒分析及物理性质测定。1927年国际土壤学会规定通过2mm孔径的土壤用作物理分析，通过1mm或0.5mm孔径的土壤用作化学分析。作化学分析时，根据分析项目不同而对土壤颗粒细度有不同要求。土壤监测中，称样误差主要取决于样品混合的均匀程度和样品颗粒的粗细程度，即使对于一个混合均匀的土样，由于土粒的大小不同，其化学成分也不同，因此，称样量会对分析结果的准确与否产生较大影响。一般常根据所测组分及称样量决定样品细度。分析有机质、全氮项目，应取一部分已过2mm筛的土样，用玛瑙研钵继续研细，使其全部通过60号筛(0.25mm)。用原子吸收光度法(AAS法)测Cd、Cu、Ni等重金属时，土样必须全部通过100号筛(尼龙筛)。研磨过筛后的样品混匀、装瓶、贴标签、编号、储存。网筛规格有两种表达方法，一种以筛孔直径的大小表示，如孔径为2mm、1mm、0.5mm；另一种以每英寸长度上的孔数来表示，如每英寸长度上有40孔为40目筛(或称40号筛)，每英寸有80孔为80号筛等。孔数愈多，孔径愈小。(三)土样保存一般土壤样品需保存半年至一年，以备必要时查核之用。环境监测中用以进行质量控制的标准土样或对照土样则需常期妥善保存。储存样品应尽量避免日光、潮湿、高温和酸碱气体等的影响。玻璃材质容器是常用的优质贮器，聚乙烯塑料容器也属美国环保局推荐容器之一，该类贮器性能良好、价格便宜且不易破损。将风干土样、沉积物或标准土样等贮存于洁净的玻璃或聚乙烯容器之内。在常温、阴凉、干燥、避阳光、密封(石腊涂封)条件下保存30个月是可行的。9第四节土壤污染物的测定一、土壤污染优先监测物分类土壤中优先监测物有以下两类：第一类：汞、铅、镉，DDT及其代谢产物与分解产物，多氯联苯(PCB)；第二类：石油产品，DDT以外的长效性有机氯、四氯化碳醋酸衍生物、氯化脂肪族，砷、锌、硒、铬、镍、锰、钒，有机磷化合物及其他活性物质(抗菌素、激素、致畸性物质、催畸性物质和诱变物质)等。我国土壤常规监测项目中，金属化合物有镉、铬、铜、汞、铅、锌；非金属无机化合物有砷、氰化物、氰化物、硫化物等；有机化合物有苯并(a)芘、三氯乙醛、油类、挥发酚、DDT、六六六等。二、土壤污染物测定(一)测定方法土壤污染监测所用方法与水质、大气监测方法类同。常用方法有：①重量法:适用于测土壤水分；②容量法:适用于浸出物中含量较高的成分测定，如Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等；③分光光度法、原子吸收分光光度法、原子萤光分光光度法、等离子体发射光谱法:适用于重金属如Cu、Cd、Cr、Pb、Hg、Zn等组分的测定；④气相色谱法:适用于有机氯、有机磷及有机汞等农药的测定。(二)土壤样品溶解（预处理）溶解土壤