第四章土壤环境监测

土壤环境监测主讲：赵云1教学内容一．土壤环境二．土壤污染三．土壤环境容量及土壤背景值四．土壤样品的采集、制备与预处理2一、土壤环境土壤是指陆地地表具有肥力并能生长植物的疏松表层。它介于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间，是环境中特有的组成部分。土壤是由矿物质、动植物残体腐解产生的有机物质、土壤生物、水分和空气等固、液、气三相组成，是动植物和人类赖以生存的物质基础。3（一）土壤与土壤圈（二）土壤环境土壤环境是由植物和土壤生物及其生存环境要素，包括土壤矿物质和有机质额土壤水构成的一个有机统一整体。包括土壤物理、化学、生物学环境。（三）土壤在陆地生态系统中的地位在陆地生态系统中，土壤参与生物群落之间的能量与物质的循环和转化，是全球性物质和能量循环与转化的主体。土壤具有高度的自然肥力，是植物养分的主要来源和植物生长的介质，具有供应和协调植物生长发育所需养分、水分、空气和热量的能力。二、土壤污染土壤污染：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，破坏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。土壤污染源：天然污染源：矿物风化后自然扩散、火山灰人为污染源：农药、化肥、污水灌溉、污泥（垃圾、工业废渣）5土壤污染源及污染物污染物61、土壤污染的主要特途径（1）水体污染；（2）固体废弃物污染；（3）大气污染；（4）农业污染。2、土壤污染的特点（1）污染的蓄积性；（2）污染的不可恢复性；（3）污染的隐蔽性；（4）污染的传递性；（5）污染的持久性。9定义：一定条件下，环境（土壤）对污染物的最大容纳量。可分为土壤绝对容量及土壤年容量土壤绝对容量（静容量）：土壤能容纳污染物的最大负荷量WQ（mg/kg）=WS-BWQ（g/公顷）=（WS-B）×2250三、土壤环境容量与土壤背景值（本底值）（一）土壤环境容量土壤环境质量标准规定的浓度限值土壤环境背景值将mg/kg转化为g/公顷的转化系数10土壤年容量（动容量）：某一土壤环境在污染物的积累浓度不超过环境标准规定的最大允许值的情况下，每年所能容纳污染物的最大负荷量WA（mg/kg）=K（WS-B）WA（g/公顷）=K（WS-B）×2250（一）土壤环境容量土壤对某污染物的年净化效率，以%表示11（二）土壤环境背景值1.定义：指在各区域正常地质地理条件和地球化学条件下元素在各类自然体中的含量。又指未受或少受人类活动影响的情况下，构成土壤自身的化学元素的组成及含量。2.背景值的表示方法（我国）：1.测定值呈正态分布或接近正态分布的元素2.测定值呈对数正态分布或接近对数正态分布的元素sx222MDDM四、土壤环境质量标准（一）土壤环境质量分类I类II类III类（二）土壤环境质量标准分为三级。任务一土壤样品的采集、制备与预处理1）监测方案的制定2）土壤样品的采集：布点原则；布点方法；采样深度的确定（采样剖面）；采样时间；采样量3）土壤样品的制备与保存4）土壤样品的预处理方法14一、监测方案的制定明确监测目的→现场调查及资料的收集→确定监测项目→采样（布点、采样时间、采样方法的确定）→分析（样品前处理、预处理、测定）→数据处理→综合分析，书写报告15（一）土壤污染调查（二）监测项目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、硫化物等有机化合物苯并（a）芘、三氯乙醛、油类挥发酚、DDT、六六六等16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（二）监测项目17二、土壤样品的采集1.布设原则①合理地划分采样单元。②对于土壤污染监测，哪里有污染就在哪里布点。③采样点不能设在田边、沟边、路边、肥堆边及水土流失严重或表层土被破坏处。18三、土壤样品的采集（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要在非污染区的同类土壤中布设一个或几个对照采样点大气污染物引起：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19三、土壤样品的采集2.采样点的布设①对角线布点方法：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对角线布点法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20三、土壤样品的采集2.采样点的布设②梅花形布点法：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个采样点梅花形布点法21三、土壤样品的采集2.采样点的布设③棋盘式布点法：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个以上的采样点棋盘式布点法22三、土壤样品的采集2.采样点的布设④蛇形布点法：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，以利于对比和分析蛇形布点法23三、土壤样品的采集2.采样点的布设⑤放射状布点法：适用于大气污染型土壤。以污染源为中心，作几条放射线，在污染源及周边布设采样点，并要求在主导风向下风向布设更多的采样点放射状布点法风向24三、土壤样品的采集2.采样点的布设⑥网格布点法：适用于地形平缓的地块（农用化学物质污染型土壤或背景值调查）将监测区域土壤均匀划分为若干网状方格，采样点设在直线交点处或方格中心处，网格大小视监测区域大小而定网格布点法25三、土壤样品的采集3.采样深度一般了解土壤污染状况视监测目的而定了解土壤污染对植物或农作物的影响了解污染物质在土壤中的垂直分布只需取0—15cm或0—20cm表层(或耕层)土壤及15-30cm的土样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深度处的土壤样品沿土壤剖面层次分层取样26※采样剖面观察面1m1.5m土壤剖面挖掘示意图1m堆土土壤剖面A、B、C层示意图AABBBCC0255070100125表层，腐殖质淋溶层亚层，淀积层风化母岩层、母质层27※采样剖面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。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。28三、土壤样品的采集4.采样时间及频率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29三、土壤样品的采集5.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30316、土壤背景纸样品采集采样点选择应包括主要类型土壤，并远离污染源，同一类型土壤应有3-5个以上的采样点，主要采集发育完好，具代表性的土壤样品，深度为1米以内表土和心土，分层取样。7.采样工具土钻竹刀花铲环刀布袋十字镐铁锹直尺等工具三、土壤样品的采集取少量样品作物理特性分析：机械组成，质地，孔隙度等取少量样品作PH、阳离子交换量及速效养分的测定（过16目，保证粒径在1mm以下）过60目筛过100目筛农药、有机质、土壤全氮量及CaCO3元素分析：原子吸收四、土壤样品的制备32五、土壤样品的保存1.研磨混匀后的样品，分别装于样品袋或样品瓶，填写土壤标签一式两份，瓶内或袋内一份，瓶外或袋外贴一份。2.分析取用后的剩余样品一般保留半年,预留样品一般保留2年。特殊、珍稀、仲裁、有争议样品一般要永久保存。33五、土壤样品的保存3.对于易分解或易挥发等不稳定组分的样品要采取低温保存的运输方法，并尽快送到实验室分析测试。测试项目需要新鲜样品的土样，采集后用可密封的聚乙烯或玻璃容器在4℃以下避光保存，样品要充满容器。避免用含有待测组分或对测试有干扰的材料制成的容器盛装保存样品，测定有机污染物用的土壤样品要选用玻璃容器保存。34六、土壤样品预处理方法（一）样品预处理的目的将待测成分转化成便于测定的形式，排除样品中对测定产生干扰的成分，将浓度较低的待测成分进行浓缩富集十或将含量较高的待测成分进行稀释，以便进行测定，将待测成分进行提纯。（二）样品预处理的方法1.有机质破坏法（干灰法湿灰法紫外光解法微波消解法2.蒸馏法3.溶剂提取法3.1溶剂浸泡法：以适当的溶剂浸泡样品，将样品中待测成分溶解在提取剂中。3.2萃取法4.化学分离法5.色层分离法6.浓缩法任务二土壤污染物的监测一、土壤环境监测项目的确定1、物理指标：土壤质地、土壤水分、土壤孔隙度、土壤密度、土壤容重、田间持水量、土壤温度等。2、化学指标：酸碱性、缓冲性、氧化还原性、阳离子交换量、氮磷钾等全量和速效养分含量等。3、生物指标：土壤动物如蚯蚓数量、微生物种群、土壤酶等。二、土壤中金属污染物的检测（一）重金属元素的总量测定1.铅和镉的测定：KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法和石墨炉原子吸收分光光度法。2.总汞的测定：冷原子吸收分光光度法。3.总铬的测定火焰原子吸收分光光度法（一）重金属元素的总量测定4.铜和锌的测定火焰原子吸收分光光度法5.镍的测定火焰原子吸收分光光度法（二）土壤中重金属形态分析1.可交换态2.碳酸盐结合态3.铁锰氧化结合态4.有机结合态5.残渣态毒性三、土壤中铅、镉、铬、汞含量的测定（一）铅、镉的测定1.原理火焰原子吸收分光光度法朗伯-比尔定律A=lgI0/I=KLNA=K'C2.仪器3.试剂4.操作步骤：（1）样品预处理（2）仪器调整和使用三、土壤中铅、镉、铬、汞含量的测定（3）标准曲线的绘制（4）测定5.结果计算6.注意事项（二）铬的测定1.原理：高锰酸钾氧化法和过硫酸盐氧化法。2.仪器3.试剂4.分析步骤5.结果计算三、土壤中铅、镉、铬、汞含量的测定（三）汞的测定1.原理2.仪器3.试剂4.分析步骤5.结果计算6.注意事项四、土壤中非金属无机污染物的检测（一）二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法（二）硼氢化钾-硝酸银分光光度法五、土壤中有机物污染物的检测（一）样品预处理方法1.溶剂萃取法：直接萃取法、索氏萃取法、超声波萃取法2.水浸提-蒸馏萃取法3.顶空法4.吹扫捕集法五、土壤中有机物污染物的检测（二）土壤中六六六和滴滴涕的测定气象色谱法：采用石油醚浸泡土壤样品12h，75-95℃水浴，索氏萃取4h，分离石油醚和丙酮，保留石油醚层，用浓硫酸净化法货柱层析净化法净化，GC-ECD测定。（三）土壤中有机磷农药残留的测定气相色谱法：采用丙酮浸泡提取，二氯甲烷萃取，柱层析净化，GC-NPA测定。七、样品的代表性及采样误差的控制⑤土壤的不均一性是造成采样误差的最主要原因。⑥土壤是固、气、液三相组成的分散体系，各种外来物进入土壤后流动、迁移、混合较难，所以采集的样品往往具有局限性。一般情况下，采样误差要比分析误差高得多。为保证样品的代表性，必须采取以下两个技术措施控制采样误差。52七、样品的代表性及采样误差的控制采样前要进行现场勘察和有关资料的收集，根据土壤类型、肥力等级和地形等因素将研究范围划分为若干个采样单元，每个采样单元的土壤要尽可能均匀一致。要保证有足够多的采样点，使之能充分代表采样单元的土壤特性。采样点的多少，取决于研究范围的大小，研究对象的复杂