环境监测05

第五章土壤质量监测了解土壤的组成、背景值等基本概念，掌握土壤样品的采集和测定的原则及基本方法等一、土壤组成土壤是地球表层的岩石经过生物圈、大气圈和水圈的综合影响演变而成的。因母岩、气候、生物、地形、时间等多种成土因素综合作用的不同，形成了各种类型的土壤。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。第一节土壤基本知识指陆地表面具有一定肥力，能够生长植物的疏松表层。土壤在地理环境中的作用气候生物水文地貌土壤土壤在地理环境中的作用土壤的肥力特性及其重要性1、土壤的本质属性——肥力指土壤能同时并不断地供应和调节植物在生长过程中所需要的水分、养分、空气、热量的能力2、土壤的物质组成矿物质、有机质、水分、空气3、土壤与农业生产的关系(1)土壤是农业生产最基本的自然资源(2)土壤是一种永续性的可更新资源理想土壤成分的体积分数（一）土壤矿物质土壤矿物质定义组成土壤的基本物质，约占土壤固体部分总重量的90%以上，有土壤骨骼之称作用土壤矿物质的组成和性质直接影响土壤的物理性质、化学性质。土壤矿物质是植物营养元素的重要供给源，按其成因可分为原生矿物质和次生矿物质土壤矿物质的矿物组成1、原生矿物质：它是各种岩石经受不同的物理风化，仍遗留在土壤中的一类矿物，其原来的化学组成没有改变2、次生矿物质：它大多是由原生矿物质经化学风化后形成的新矿物土壤矿物质的化学组成土壤矿物质元素的相对含量与地球表面岩石圈元素的平均含量及其化学组成相似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。我国分类方法壤机械组成我国土壤质地分类质地组质地名称颗粒组成（%）砂粒（0.05-1mm）粗粉粒（0.01-0.05)粘粒（0.001mm)砂土粗砂土细砂土面砂土7060-7050-60--------30壤土砂粉土粉土20204030粉壤土粘壤土202040砂粘土50-----粘土粉粘土壤粘土粘土----------------30-3535-4040（二）土壤有机质土壤有机质含量土壤有机质绝大部分集中于土壤表层(0—15或0—20cm),我国土壤有机质含量在1—5%之间来源植物的根茬、茎秆、落叶、土壤中的动物残骸以及施入土壤的有机肥料等作用土壤有机质主要以腐殖质为主,它作为土壤有机胶体来说，具有吸收性能、土壤缓冲性能以及与土壤重金属的络合性能等,这些性能对土壤的结构、性质、质量都有重大影响（三）土壤微生物土壤中生活着微生物：细菌、真菌、放线菌、藻类等土壤中生活着动物：原生动物、蚯蚓、线虫类等降解有机污染物，促使无机污染物的形态转化。（四）土壤溶液和空气土壤溶液和空气溶液土壤中各种形态水分,对土壤中物质的转化过程和土壤的形成过程起着决定性作用。土壤水是含有复杂溶质的稀溶液，因此常将土壤水及其所含溶质称为土壤溶液。土壤溶液是植物生长所需要的水分和养分的主要供给源空气土壤空气是存在于土壤孔隙中的气体的总称。是土壤的重要组成之一。二、土壤的基本性质（一）吸附性（二）酸碱性（三）氧化－还原性（一）吸附性土壤吸附性能与土壤中存在的胶体物质密切相关无机胶体（黏土矿物，铁，铝，硅等水合氧化物）有机胶体（主要腐殖酸及少量的生物活动产生的有机物）有机－无机复合胶体由于土壤胶体具有巨大的比表面积，胶粒表面带有电荷，分散在水中时界面上产生双电层等性能，使其对有机污染物和无机污染物有极强的吸附能力或离子交换吸附能力（二）酸碱性土壤的酸碱度可以划分为九级土壤酸度活性酸度:又称有效酸度，是指土壤溶液中游离氢离子浓度反映的酸度，通常用pH值表示潜性酸度:土壤胶体吸附的可交换氢离子和铝离子经离子交换作用后所产生的酸度土壤碱性主要来自土壤中钙、镁、钠、钾的重碳酸盐、碳酸盐及土壤胶体上交换性钠离子的水解作用（三）氧化－还原性氧化剂：游离氧，高价金属离子，硝酸根等还原剂：土壤有机质，厌氧条件下形成的分解产物，低价金属离子由于土壤中存在着多种氧化性和还原性无机物质及有机物质，使其具有氧化性和还原性土壤的形成1、土壤形成的过程2、成土主导因素:生物3、人类活动的影响:形成高产稳产的耕作土壤裸露岩石成土母质原始土壤成熟土壤耕作土壤风化作用微生物低等植物草本植物木本植物耕作培育生土熟土肥土(1)改造方式：灌溉、施肥、翻耕等(2)合理耕作经营：土壤不断改良，保持和提高土壤肥力(3)不合理耕作经营：土壤沙化、盐碱化和水土流失等生物对土壤形成的作用1、有机质积累过程成土母质微生物作用岩石积累有机质腐殖质土粒团聚形成土壤风化生物生长凝结作用根系穿横2、养分元素的富集过程矿物质淋失分解、释放养分元素的富集残体释放土壤表层形成有一定肥力的土壤层气候影响根系吸收三、土壤背景值土壤背景值（土壤本底值）是指在未受人类社会行为干扰和破坏时，土壤成分的组成和各组分（元素）的含量土壤元素背景值的表达方式目前还不统一，有几种方法，但我国用得较多的一种是用土壤样品平均值加减两个标准偏差表示。我国土壤背景值表达方法对元素测定值呈正态分布或近似正态分布的元素，用算术平均值()表示数据分布集中的趋势，用算术均值标准偏差表示数据的分散度，用表示95%置信度数据的范围值对元素测定值呈对数正态或近似对数正态分布的元素，用几何平均值(M)表示数据分布的集中趋势，用几何标准偏差(D)表示数据分散度，用表示95%置信度数据的范围值四、土壤污染当进入土壤的污染物质量和速度超过土壤能承受的容量和净化速度时，就破坏了土壤环境的自然动态平衡，使污染物的积累逐渐占据优势，引起土壤的组成、结构、性状改变，功能失调，质量下降，导致土壤环境污染。不合理地使用农药、化肥，污水灌溉，使用不符合标准的污泥，城市垃圾及工业废渣等，固体废物随意堆放或填埋，以及大气沉降物等。污染源天然污源染矿物风化后自然扩散，火山爆发后降落的火山灰等。人为污染源化学污染物定义污染物种类病原微生物放射性污染物生物类污染物主要是’*锶、”’铯等重金属、硫化物、氟化物、农药等五、土壤质量标准土壤环境质量标准(GBl5618—1995)无公害农产品蔬菜产地土壤环境质量指标(GB／T18407—2001)无公害农产品茶叶产地土壤环境质量指标(NY5020—2001)第二节土壤环境质量监测方案本节要求理解“HJ/T166-2004土壤环境监测技术规范”参照“HJ/T166-2004土壤环境监测技术规范”讲解根据土壤监测目的，土壤环境监测有4种主要类型：区域土壤环境背景监测、农田土壤环境质量监测、建设项目土壤环境评价监测和土壤污染事故监测一、监测目的1、土壤质量现状监测2、土壤污染事故监测3、污染物土地处理的动态监测4、土壤背景值调查二、资料的收集自然环境方面的资料社会环境方面的资料通过充分调查，选择监测区域，确定代表性地段、代表性面积，然后布置一定量的采样地点，进行采样收集包括监测区域的交通图、土壤图、地质图、大比例尺地形图等资料，供制作采样工作图和标注采样点位用收集包括监测区域土类、成土母质等土壤信息资料收集工程建设或生产过程对土壤造成影响的环境研究资料收集造成土壤污染事故的主要污染物的毒性、稳定性以及如何消除等资料收集土壤历史资料和相应的法律（法规）收集监测区域工农业生产及排污、污灌、化肥农药施用情况资料收集监测区域气候资料（温度、降水量和蒸发量）、水文资料收集监测区域遥感与土壤利用及其演变过程方面的资料等。三、监测项目土壤优先监测物我国土壤常规监测项目土壤优先监测物第一类汞、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，有机磷化合物及其它活性物质(抗菌素、激素、致畸性物质、催畸性物质和诱变物质)等土壤优先监测物土壤优先监测物第一类汞、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，有机磷化合物及其它活性物质(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金属化合物镉（Cd）、铬（Cd）、铜（Cu）、汞（Hg）、铅（Pb）、锌（Zn）非金属无机化合物砷（As）、氰化物、氟化物、硫化物等我国土壤常规监测项目有机化合物无机化合物苯并（a）芘、三氯乙醛、油类挥发酚、DDT、六六六等四、采样点的布设（一）布设原则不同土壤类型都要布点污染较重的地区布点要密些。常根据土壤污染发生原因来考虑布点多少大气污染物引起：布点以污染源为中心，据当地风向、风速及污染强度等因素来确定城市污水或被污染的河水灌溉农田引起：采样点应根据水流的路径和距离来考虑化肥、农药引起：特点是分布比较均匀广泛要在非污染区的同类土壤中布设一个或几个对照采样点总之，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一般要求每个单元设3个采样点计算公式：N=(s*t/d)2（二）采样点数量（三）采样点布点方法方法适用范围布点法对角线布点法图（a）适用于面积小，地势平坦的污水灌溉或受废水污染的地形端正的田块由田块的进水口向对角引一直线，将对角线划分为若干等分（一般3-5等分），在每等分的中点处采样梅花形布点法图（b）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个采样点棋盘式布点法图（c）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采样点在10个以上。也适用于受固体废物污染的土壤，设20个以上的采样点蛇形布点法图（d）适用于面积较大，地形不平坦，土壤不均匀的田块布设采样点数目较多。为全面客观评价土壤污染情况，在布点的同时要做到与土壤生长作物监测同步进行布点、采样、监测，以利于对比和分析(a)对角线布点法(d)蛇形布点法(c)棋盘式布点法(b)梅花形布点发土壤采样点布设图常用方法重量法测土壤水分容量法浸出物中含量较高的成分测定，如Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42－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重金属如Cu、Cd、Cr、Pb、Hg、Zn等气相色谱法有机氯、有机磷及有机汞等农药五、监测方法六、土壤监测质量控制参阅第九章“监测过程的质量保证”七、农田土壤环境质量评价污染物质量标准值[（平均单项污染指数）2+（最大单项污染指数）2]1/2土壤单项污染指数＝土壤综合污染指数＝土壤污染物实测值第三节土壤样品的采集与加工管理一、土壤样品的采集（一）土壤样品的类型、采样深度及采样量（二）采样时间和品绿（三）采样注意事项二、土壤样品的加工与管理（一）样品加工处理（二）样品管理（一）土壤样品的类型、采样深度及采样量一般了解土壤污染状况采样深度视监测目的而定只需取0—15cm或0—20cm表层(或耕层)土壤了解土壤污染对植物或农作物的影响采样深度通常在耕层地表以下0-20cm处，对于根深的作物，也可取60cm深度处的土壤样品了解污染物质在土壤中的垂直分布沿土壤剖面层次分层取样C层（风化母岩层、母质层）A层（表层、淋溶层）B层（亚层、淀积层）底岩层土壤剖面土层示意图观察面1.0m1.5m土壤剖面挖掘示意图0.8m堆土土壤剖面A、B、C层示意图AABBBCC0255070100120采样量及采样方法采样量由于测定所需的土样是多点混合而成的，取样量往往较大，而实际供分析的土样不需太多，一般只需1-2Kg。因此对所得混合样可反复按四分法弃取，最后留下所需的土量，装入塑料袋或布袋内，贴上标签备用采样方法①采样筒取样；②土钻取样；③挖坑取样。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