第五章土壤质量监测

第五章土壤质量监测第五章土壤质量监测第一节土壤基本知识一、土壤组成土壤是地球表层的岩石经过生物圈、大气圈和水圈长期的综合影响演变而成的。由于各种成土因素，诸如母岩、生物、气候、地形、时间和人类生产活动等综合作用的不同，形成了多种类型的土壤。土壤是由固、液、气三相物质构成的复杂体系。土壤固相包括矿物质、有机质和生物。在固相物质之间为形状和大小不同的孔隙，孔隙中存在水分和空气。第五章土壤质量监测（一）土壤矿物质土壤矿物质是岩石经物理风化和化学风化作用形成的，占土壤固相部分总质量的90%以上，是土壤的骨骼和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两类。1、原生矿物质原生矿物质是岩石经过物理风化作用被破碎形成的碎屑，其原来的化学组成没有改变。这类矿物质主要有硅酸盐类矿物质、氧化物类矿物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物。第五章土壤质量监测2、次生矿物质次生矿物质是原生矿物质经过化学风化后形成的新的矿物质，其化学组成和晶体结构均有所改变这类矿物质主要包括简单盐类（如碳酸盐、硫酸盐、氯化物等）、三氧化物类和次生铝硅酸盐类。次生铝硅酸盐类是构成土壤黏粒的主要成分，故又称为黏土矿物，如高岭土、蒙脱土和伊利石等；三氧化物类如针铁矿、褐铁矿、三水铝石等，它们是硅酸盐类彻底风化的产物。土壤矿物质所含主体元素是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾镁等，其质量分数约占96%，其他元素含量多在0.1%以下，甚至低于十亿分之几，属微量、痕量元素。第五章土壤质量监测土壤矿物质颗粒（土粒）的形状和大小多种多样，其粒径从几微米到几厘米，差别很大。不同粒径的土粒的成分和物理化学性质有很大差异，如对污染物的吸附、解吸和迁移、转移能力，以及有效含水量和保水保温能力等。为了研究方便，常按粒径大小将土粒分为若干类，称为粒级；同级土粒的成分和性质基本一致，表5-1为我国土粒分级标准（教材267页）。自然界中任何一种土壤，都是由粒径不同的土粒按不同的比例组合而成的，按照土壤中粒级土粒含量的相对比例或质量分数分类，称为土壤质地分类。表5-2列出了国际制土壤质地分类。（教材267页）第五章土壤质量监测（二）土壤有机质概念:土壤有机质主要来自各种植物的茎秆、根茬、落叶、动物残骸以及施入土壤的有机肥料等。这些有机物质在物理、化学、生物等因素的影响下，形成一种性质相当稳定而复杂的有机化合物，称为土壤有机质。组成:主要以腐殖质为主。腐殖质可以认为是有两种类型的物质（或基团）组成的。一为未完全分解的植物和动物残骸，包括含氮和不含氮的有机物；二为腐殖质。它是具有多种功能团、芳香族结构及酸性的高分子化合物，其呈黑色或暗棕色胶体状，主要含有胡敏酸（两性有机胶体，通常带有第五章土壤质量监测电荷，可吸附土壤中的重金属离子）和富里酸。作用:改善土壤性状。主要表现形式是腐殖质的吸附性、缓冲性和配合性等，对土壤性状影响重大。（三）土壤生物土壤中生活着微生物（细菌、真菌、放射菌、藻类等）及动物（原生动物、蚯蚓、线虫类等），它们不但是土壤有机质的重要来源，更重要的是对进入土壤的有机污染物的降解及无机污染物（如重金属）的形态转化起着主导作用，是土壤净化功能的主要贡献者。（四）土壤溶液第五章土壤质量监测土壤溶液是土壤水分及其所含溶质的总称。存在于土壤孔隙中，它们既是植物和土壤生物的营养来源，又是土壤中各种物理、化学反应和微生物作用的介质，是影响土壤性质及污染物迁移、转化的重要因素。土壤溶液中的水来源于大气降水、地表径流和农田灌溉，若地下水位接近地面，则也是土壤溶液中水的来源之一。土壤溶液中的溶质包括可溶性无机盐、可溶性有机物、无机胶体及可溶性气体等。（五）土壤空气土壤空气存在于未被水分占据的土壤孔隙中，第五章土壤质量监测来源于大气、生物化学反应和化学反应产生的气体（如甲烷、硫化氢、氢气、氮氧化物、二氧化碳等）。土壤空气组成与土壤本身特性相关，也与季节、土壤水分土壤深度等条件相关，如在排水良好的土壤中，土壤空气主要来源于大气，其组分与大气基本相同，以氮、氧和二氧化碳为主；而在排水不良的土壤中氧含量下降，二氧化碳含量增加。土壤空气含氧量比大气少，而二氧化碳含量高于大气。二、土壤的基本性质（一）吸附性土壤的吸附性能与土壤中存在的胶体物质密切第五章土壤质量监测相关。土壤胶体包括无机胶体（如黏土矿物和铁、铝、硅等水合氧化物）、有机胶体（主要是腐殖质及少量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（如有机磷、有机氯农药等）和无机污染物（如Hg2+、Pd2+、Cu2+、Cd2+等重金属离子）有极强的吸附能力或离子交换吸附能力。（二）酸碱性土壤酸碱性是土壤的重要理化性质之一，是土壤在形成过程中受生物、气候、地质、水文等因素综合作用的结果。土壤的酸碱度可以划分为九级：第五章土壤质量监测表为土壤酸碱性分类pH范围酸碱性pH范围酸碱性pH范围酸碱性4.5极强酸性6.1~6.5弱酸性7.6~8.5碱性4.5~5.5强酸性6.6~7.0中性8.6~9.5强碱性5.6~6.0酸性7.1~7.5弱碱性9.5极强碱性我国土壤的pH大多为4.5~8.5，并呈“东南酸、西北碱”的规律。土壤的酸碱性直接或间接地影响着污染物在投入中的迁移转化。根据氢离子的存在形式，土壤酸度分为活性酸度和潜性酸度两类。活性酸度又称有效酸度，是指第五章土壤质量监测土壤溶液中游离氢离子浓度反映的酸度，通常用pH表示。潜在酸度是指土壤胶体吸附的可交换氢离子和铝离子经交换作用后所产生的酸度。如土壤中施入中性钾肥（KCl）后，溶液中的钾离子与土壤胶体上的氢离子和铝离子发生交换反应，产生盐酸和三氯化铝。土壤潜性酸度常用100g烘干土壤中氢离子的物质的量表示。土壤碱度主要来自土壤中钙、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）氧化还原性由于土壤中存在着多种氧化性和还原性无机物及有机物，使其具有氧化性和还原性。土壤中的游第五章土壤质量监测离氧和高价金属离子、硝酸根等是主要的氧化剂，土壤有机物及其在厌氧条件下形成的分解产物和低价金属离子是主要的还原剂。土壤环境的氧化作用或还原作用通过发生氧化反应或还原反应表现出来，故可用氧化还原电位（Eb）来衡量。因为土壤中氧化性和还原性物质组成十分复杂，计算很困难，所以主要用实测的氧化还原电位衡量。通常当Eb300mV时，氧化体系起主导作用，土壤处于氧化状态；当Eb300mV时，还原体系起主导作用，土壤处于还原状态。三、土壤背景值第五章土壤质量监测土壤背景值又称土壤本底值。它是指未受人类社会行为干扰（污染）和破坏时，土壤成分的组成和各组分（元素）的含量。近几十年来世界各国都进行了环境背景值的调查和研究工作。我国在第七个五年计划期间，将“中国土壤环境背景值研究”作为国家重点科技攻关课题，完成了30个省、直辖市、自治区的41个土壤类型、60多个元素的分析测定，并出版了《中国土壤元素背景值》专著，教材270-271页表5-3摘录了该专著中表层土壤部分元素的背景值。第五章土壤质量监测土壤背景值常用如下几种表示方法用土壤样品平均值（）表示：用平均值加减一个或两个标准偏差（S）表示，（±S，±2S）用土壤样品几何平均值（）表示：用几何平均值加减一个几何标准偏差（Sg）表示，（±Sg）.我国土壤背景值的表达方法是：元素测定值呈正态分布或近似正态分布时，用算术平均值（）或用几何平均值（）表示数据分布的集中趋势，用标准偏差（S）或几何标准偏差（Sg）表示数据的分散度，用算术平均值加减两个标准偏差（±2S）或表示95%置信度数据的范围值。xxxgxgxxxgx22gggsxsx第五章土壤质量监测四、土壤污染由于自然原因和人为原因，使各类污染物通过多种渠道进入土壤环境。土壤环境依靠自身的组成和性能，对进入土壤的污染物有一定的缓冲、净化能力，但当进入土壤的污染物量和速度超过了土壤能承受的容量和土壤的净化速率时，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、形状改变，功能失调，质量下降，导致土壤污染。土壤污染不仅使其肥力下降，还可能成为二次污染，污染水体、生物，进而通过食物链危害人体健康。土壤环境污染的自然源来自矿物风化后的自然第五章土壤质量监测扩散、火山爆发后降落的火山灰等。人为源是土壤污染的主要污染源，包括不合理地使用农药、化肥，废（污）水灌溉，使用不合标准的污泥，生活垃圾及工业固体废物等的随意堆放和填埋，以及大气沉降物等。土壤中污染物种类多，但以化学污染物最为普遍和严重，也存在生物类污染物和放射性污染物。化学污染物如重金属、硫化物、氟化物、农药等，生物类污染物主要是病原微生物，放射性污染物主要是90Sr、137Cs等。五、土壤环境质量标准看教材272-273页表5-4、表5-5、表5-6第五章土壤质量监测第二节土壤环境质量监测方案制定土壤环境质量监测方案和制订水环境监测方案及空气质量监测方案类似，首先要根据监测目的进行调查研究，收集相关资料，在综合分析的基础上，合理布设采样点，确定监测项目和采样方法，选择监测方法，建立质量保证程序和措施，提出监测数据处理要求，并安排实施计划。一、监测目的1、土壤质量现状调查监测土壤质量现状的目的是判断土壤是否被污染及污染现状，并预测发展变化趋势。第五章土壤质量监测《土壤环境质量标准》中将土壤环境质量分为3类，分别规定了10种污染物和pH的最高允许浓度或范围。Ⅰ类土壤，指国家规定的自然保护区、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保护地区的土壤其质量基本上保持自然背景水平。Ⅱ类土壤，指一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤，其质量基本上对植物和环境不造成危害和污染，Ⅲ类土壤，指林地土壤污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤，其质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类土壤分别执行一、二、三级标准。2、土壤污染事故监测第五章土壤质量监测3、污染物土壤处理的动态监测在进行废（污）水、污泥土壤利用及固体废物土壤处理的过程中，把许多无机物和有机污染物质带入土壤，其中有的污染物残留在土壤中，并不断积累，它们的含量是否达到了危害的临界值，需要进行长期动态监测，以做到既能充分利用土壤的净化能力，又能防止土壤污染，变化土壤生态环境。4、土壤背景值调查通过分析测定土壤中某些元素的含量，确定这些元素的背景值水平和变化，了解元素的丰缺和供应状况，为保护土壤生态环境、合理施用微量元素及地方病病因的探讨与防治提供依据。第五章土壤质量监测二、资料的收集自然环境方面的资料包括：土壤类型、植被、区域土壤元素的背景值、土壤利用情况、水土流失、自然灾害、水系、地下水、地质、地形地貌、气象等，以及相关的图件（如土壤类型图、地质图、植被图）。社会环境方面的质量包括：工农业生产布局、工业污染源种类及分布、污染物种类及排放途径和排放量、农药和化肥使用情况、污水灌溉及污泥施用情况。人口分布、地方病等以及相关图件（如污染源分布图、行政区划图等）。三、监测项目第五章土壤质量监测土壤监测项目应根据监测目的确定。背景值调查研究是为了了解土壤中各种元素的含量水平，要求测定的项目较多。污染事故监测仅测定可能造成土壤污染的项目。土壤质量监测测定那些影响自然生态和植物正常生长及危害人体健康的项目。我国《土壤环境质量标准》规定监测重金属类、农药类及pH共11各项目。《农田土壤质量监测技术规范》将检查项目分为三类：规定必测项目、选择必测项目和选测项目。规定必测项目为《土壤环境质量标准》测定的11各项目。选择必测项目是根据监测地区环境污染状况，确认在土壤中积累较多，对农业危害较大，影响范围广、毒性较强的污染物第五章土壤质量监测具体项目由各地自行确定。选测项目指新纳入的在土壤中积累较少的污染物，由于环境污染导致土壤性状发生改变的土壤性状指标和农业生态环境指标。选择必测和选测项目包括铁、锰、总钾、有机质、总氮、有效磷、总磷、水分、总硒、有效硼、总硼、总钼、氟化物、矿物油、苯并芘、全盐量