土壤组成和土壤背景值

第五章土壤质量监测目的与要求了解土壤的组成、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。重点和难点1）土壤污染样品和背景值样品的采集，样品的保存，样品的制备；2）土壤试样含水量、锌、镉、铜、汞等金属，农药、多环芳烃等有机污染物的监测方法。第五章土壤质量监测5.1土壤基本知识5.2土壤环境质量监测方案5.3土壤样品的采集与加工管理5.4土壤样品的预处理5.5土壤污染物的测定5.1土壤基本知识本节内容：了解土壤中矿物质、有机质、生物、溶液和空气等土壤基本概念，土壤中各种元素的背景值及其测定意义，以及土壤质量标准。5.1土壤基本知识5.1.1土壤组成5.1.2土壤的基本性质5.1.3土壤背景值5.1.4土壤污染5.1.5土壤环境质量标准5.1.1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。（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一、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。这类矿物质主要有硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物、磷酸盐类矿物。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，其化学组成和晶体结构有所改变。这类矿物质包括简单盐类（如碳酸盐、硫酸盐、氯化物等）、三氧化物类（如褐铁矿）、次生铝硅酸盐类（如蒙脱土）。二、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。主体元素是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁等，占96%。三、土壤机械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。不同粒径的矿物质颗粒的成分和物理化学性质有很大差异。为了研究方便，按粒径大小将土粒分成若干类，称为粒级，同级土粒的成分和性质基本一致。我国土粒分级标准颗粒名称粒径/mm石块10石砾粗砾细砾10-33-1沙粒粗沙粒细沙粒1-0.250.25-0.5粉粒粗粉粒细粉粒0.05-0.10.01-0.005黏粒粗黏粒细黏粒0.005-0.0010.001国际制土壤质地分类自然界中任何一种土壤，都是由粒径不同的土粒按不同比例组合而成的，按照土壤中各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。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。（二）土壤有机质定义：土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总称。形成：由进入土壤的植物、动物、微生物残体及施入土壤的有机肥料经分解转化逐渐形成的。作用：土壤有机质占土壤总量的5%，对于土壤物理、化学、生物学性状有较大影响。分类非腐殖物质：包括糖类（如淀粉、纤维素），含氮有机化合物，有机磷、有机硫化合物，占土壤有机质总量的10-15%。腐殖物质：是植物残体中稳定性较大的木质素及其类似物，在微生物作用下，部分被氧化形成的一类特殊高分子聚合物，具有芳环结构，苯环周围连接多种官能团，如羧基、羟基、甲氧基、氨基等，使之具有表面吸附、离子交换、络合、缓冲、氧化还原作用及生理活性等性能。（三）土壤生物土壤中的微生物（细菌、真菌、放线菌、藻类等）及动物（原生动物、蚯蚓、线虫类等）作用：是土壤有机质的重要来源，对进入土壤的有机污染物降解及无机污染物（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定义：土壤水分及其所含溶质的总称。存在于土壤孔隙中。作用：是植物和土壤生物的营养来源，也是土壤中各种物理、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。来源：大气降水、降雪、地表径流和农田灌溉。土壤中的溶质：可溶无机盐、可溶有机物、无机胶体、可溶性气体等。（五）土壤空气存在于未被水分占据的土壤孔隙中。来源：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）思考题简述土壤的组成；他们是怎样形成的？5.1.2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土壤的吸附性与土壤中存在的胶体物质有关。土壤胶体包括无机胶体（如黏土矿物、铁铝、硅等水合氧化物）、有机胶体（主要是腐殖质）、有机-无机复合胶体。土壤胶体具有巨大的比表面积，胶粒表面带有电荷，对有机污染物（如有机磷、有机氯农药等）和无机污染物（如Hg2+,Pb2+,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土壤的酸碱度划分为9级：酸性中性碱性我国土壤pH4.5-8.5，东南酸，西北碱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钠离子的水解作用。（三）氧化还原性土壤中氧化剂：游离氧、高价金属离子、硝酸根等土壤中还原剂：土壤有机质及其在厌氧条件下的分解产物、低价金属离子5.1.3土壤背景值定义：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。我国土壤部分元素环境背景值，表5-3.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。5.1.4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。污染源天然污染源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90锶、137铯等重金属、硫化物、氟化物、农药等5.1.5土壤环境质量标准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)5.2土壤环境质量监测方案5.2.1监测目的5.2.2资料的收集5.2.3监测项目5.2.4采样点的布设5.2.5监测方法5.2.6土壤监测质量控制5.2.7农田土壤环境质量评价5.2.1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1.土壤质量现状监测目的：判断土壤是否被污染及污染状况，预测发展变化趋势。《土壤环境质量标准》将土壤环境质量分为3类。三类土壤分别执行一、二、三级标准。哪三类？2、土壤污染事故监测由于废气、废水、废渣等对土壤造成了污染，或者对作物造成了污染，要调查分析主要污染物，确定污染的来源、范围和程度，为行政主管部门采取对策提供科学依据。3、污染物土地处理的动态监测进行污水、污泥土地利用、固体废弃物的土地处理过程中，把无机、有机污染物带入土壤中，并不断积累，含量是否达到危害的临界值，需要进行定点长期动态监测，以既能充分利用土地的净化能力，又防止土壤污染，保护土壤生态环境。4、土壤背景值调查确定元素背景值的水平和变化，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因的探讨与防治提供依据。思考题何谓土壤背景值？土壤背景值的调查研究对环境保护和环境科学有何意义？我国《土壤环境质量标准》将土壤分成哪几类？各类土壤的功能和保护目标是什么？根据监测的目的，土壤环境监测分析有几种类型?5.2.2资料的收集自然环境方面的资料社会环境方面的资料自然环境方面的资料土壤类型、植被、区域土壤元素背景值、土地利用、水土流失、自然灾害、水系、地下水、地质、地形地貌、气象等社会环境方面的资料工农业生产布局、工业污染源种类与分布、污染物种类及排放途径和排放量、农药和化肥使用状况、污水灌溉及污泥施用状况、人口分布、地方病等5.2.3监测项目土壤监测项目根据监测目的确定。1.背景值调查研究是为了了解土壤中各种元素的含量水平，要求测定项目多。2.污染事故监测仅测定可能造成土壤污染的项目。3.土壤质量监测测定那些影响自然生态和植物生长及危害人体健康的项目。5.2.3监测项目我国《土壤环境质量标准》监测项目我国《土壤环境质量标准》规定监测重金属、农药、pH值共11个项目。《农田土壤环境质量监测技术规范》监测项目《农田土壤环境质量监测技术规范》将监测项目分为3类1.规定必测项目：同《土壤环境质量标准》11项2.选择必测项目：根据监测地区环境污染状况，确认在土壤中积累较多、对农业危害大、影响面广、毒性强的污染物，具体项目由各地自己确定。P277,表5-73.选择项目：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。P277,表5-75.2.4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监测区域大、区域环境状况复杂，布设采样点多监测范围小、环境状况差异小，布设采样点数量少。一般要求每个采样单元最少设3个采样点（二）采样点数量（三）采样点布设方法对角线布点法梅花形布点法棋盘式布点法蛇形布点法放射状布点法网格布点法(a)对角线布点法(d)蛇形布点法(c)棋盘式布点法(b)梅花形布点法土壤采样点布设图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，土壤物质和污染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，以利于对比和分析放射状布点法:适用于大气污染型土壤。以大气污染源为中心，向周围画射线，在射线上布设采样分点。网格布点法：适用于地形平缓的地块。将地块分成若干均匀网状方格，采样分点设在两条直线的交点或方格的中心。农用化学物质污染型土壤、土壤背景值调查常用。思考题土壤污染监测有哪几种布点方法？各适用于什么情况？5.2.5监测方法土壤样品预处理方法——同底质样品1.金属：酸消解2.有机物：索氏提取、超声提取、微波辅助萃取、加压溶剂提取等分析测定方法表5-7农田土壤环境质量监测分析测定方法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、原子荧光分光光度法、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分析测定方法5.2.7农田土壤环境质量评价获得土壤监测项目的