第五章-土壤质量监测---ZSL

第五章土壤质量监测1第一节土壤的基本知识第二节土壤环境质量监测方案第三节土壤样品的采集与加工管理第四节土壤样品的预处理第五节土壤污染物的测定2目录第一节土壤的基本知识3岩石圈大气圈生物圈水圈土壤圈土壤固∶液∶气三相的比示意图土壤固相土壤液相土壤气相土壤矿物质(95%)土壤有机质原生矿物质(90%)次生矿物生物体昆虫、线虫、节肢动物微生物一、土壤组成土壤是由矿物质、动植物残体腐解产生的有机物质、水分和空气等固、液、气三相组成的复杂体系。1、土壤矿物质：土壤矿物质是由岩石经风化而来的，一般占土壤固体部分质量的95％～98％。矿物质直接影响土壤性质，又是植物矿质养分的主要来源，故同土壤肥力有密切关系。2、土壤有机质：是土壤形成的重要基础，与土壤矿物质共同构成土壤的固相部分（动植物残骸、腐殖质等）3、土壤水和空气：土壤水：溶有土壤中可溶成分的稀溶液土壤空气：土壤中气体的总称6土壤中生活的微生物(细菌、真菌、放线菌、藻类等)及动物(原生动物、蚯蚓、线虫类等)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。4、土壤生物细菌放线菌蚯蚓线虫图5.1土壤微生物和动物7土壤的形成和发育成土母质原始土壤成熟土壤草本植物、木本植物地衣、低等植物基层为了研究方便，常按粒径大小将土粒分为若干类，称为粒级。我国土壤粒级分类参见书表5-1国际制土壤质地分类见表5-2表5.1我国土粒分级标准颗粒名称粒径/mm石块10石砾粗砾10～3细砾3～1沙砾粗沙砾1～0.25细沙砾0.25～0.05粉粒粗粉粒0.05～0.01细粉粒0.01～0.005黏粒粗黏粒0.005～0.001细黏粒0.00110表5.2国际制土壤质地分类质地分类各级土粒质量分数/％质地名称黏粒(0.002mm)粉沙砾(0.002~0.02mm)沙砾(0.02~2mm)类别砂土类砂土及壤质砂土0~150~1585~100壤土类砂质壤土壤土粉砂质壤土0~150~150~150~4535~4545~10055~8540~550~55黏壤土类砂质黏壤土黏壤土粉砂质黏壤土15~2515~2515~250~3020~4545~8555~8530~550~40黏土类砂质黏土壤质黏土粉砂质黏土黏土重黏土25~4525~4525~4545~6565~1000~200~4545~750~350~3555~7510~550~300~550~3511二、土壤的基本性质吸附性酸碱性土壤的酸碱度可以划分为九级：中国土壤的pH大多在4.5～8.5范围内,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污染物在土壤中的迁移转化。氧化-还原性12三、土壤背景值土壤背景值又称土壤本底值，它代表一定环境单元中的一个统计量的特征值，是判断土壤是否受到污染或污染程度的标准。背景值（地质学）：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正常含量。环境科学上：指在未受或少受人类影响下，尚未受或少受污染和破坏的土壤中元素的含量。※不同土壤的本底值相差很大（表5-3）13土壤背景值的表达方法：算术平均值算术平均值±标准偏差几何平均值±几何标准偏差我国土壤元素背景值的表达方法：95%置信度如元素测定值符合正态分布：用算术平均值如元素测定值呈对数正态分布：用几何平均值xsx2DMsx222MDDM14四、土壤污染土壤污染物危害的表现形式：影响农作物生成、农产品的质量和品质、危害人居环境、威胁生态安全等。化学污染物污染物种类：生物类污染物放射性污染物：90锶、137铯病原微生物重金属硫化物氟化物农药15“痛痛病”初期症状已开始在我国南方部分地区出现，这将严重威胁人类健康和农业可持续发展，最终危害中华民族的子孙未来。浏阳镉污染五、土壤环境质量标准19土壤环境质量标准规定了土壤中污染物的最高允许浓度或范围，是判断土壤环境质量的依据。我国颁布的相关标准有《土壤环境质量标准》（GB15618-1995)、《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018)、《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB36600-2018)20《土壤环境质量标准》（GB15618-1995)中将土壤环境质量分三类，分别规定了10种污染物的最高允许浓度和pH值范围。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类土壤分别执行一、二、三级标准。相关规定见表5-4。《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018)中将土壤污染风险分为筛选值和管制值。农用地土壤污染风险筛选值基本项目（表5-5）为必测项目，其他项目（表5-6）由地方环境保护主管部门根据本地区土壤污染特点和环境管理需求进行选择。农用地土壤污染风险管制值见表5-7。21第二节土壤环境质量监测方案22中华人民共和国环境保护行业标准HJ/T166-2004《土壤环境监测技术规范》土壤监测可以分为区域土壤背景监测、农田土壤监测、建设项目土壤环境评价监测、土壤污染事故监测。1、区域土壤背景监测2、农田土壤监测3、建设项目土壤环境评价监测4、土壤污染事故监测23一、监测目的24二、资料收集收集的资料包括自然环境方面的资料和社会环境方面的资料。三、监测项目（根据监测目的确定）土壤监测项目分为常规项目、特定项目和选测项目，监测频率与其对应。例如：背景值要求测定土壤中各种元素的含量；污染事故监测仅测定可能造成土壤污染的项目；土壤质量监测测定影响自然生态和植物正常生长及危害人体健康的项目。25四、采样点的布设(一)布设原则(1)合理地划分采样单元。(2)对于土壤污染监测，在有污染的地方布点。(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。26(二)采样点数量根据监测目的、区域范围大小及其环境状况等因素确定。一般每个采样单元最少设3个采样点。单个采样单元内采样点数可按下式估算：2)(dtsnn——每个采样单元布设的最少采样点数；s——样本相对标准偏差，即变异系数；t——置信因子，当置信水平为95%时，t值为1.96；d——允许偏差，当规定抽样精度不低于80%时，d取0.2。27(三)采样点布设方法1、对角线法：面积小、平坦、污灌2、梅花形法：面积较小、平坦、土壤均匀3、棋盘式法：面积中等、平坦、地形完整、土壤不均匀4、蛇形法：面积大、不平坦、土壤不均匀5、放射状布点法：适用于大气污染型土壤。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、土壤背景值调查常用这种方法。2829图5-1土壤采样点布设方法30五、样品采集六、样品保存样品采集一般分为前期采样、正式采样和补充采样三个阶段。测定不稳定的项目（游离挥发酚、氨氮、硝态氮、二价铁）用新鲜土样测定多数稳定项目用风干土样七、监测方法监测方法包括土壤样品预处理方法和分析测定方法。分析测定方法常用原子吸收分光光度法、分光光度法、原子荧光法、气相色谱法、电化学分析法及化学分析法等。选择分析方法的原则：第一，标准方法；第二，权威部门规定或推荐的方法;第三，自选等效方法。31八、土壤监测质量控制包括实验用分析仪器、量器、试剂、标准物质及监测人员基本素质的质量保证，实验室内部质量控制，实验室间质量控制，监测结果的数据处理要求等。32污染物背景值）污染物质量标准值污染物实测值土壤单项污染指数(2)()(22最大单项污染指数平均单项污染指数土壤综合污染指数标准值标准值实测值污染物超标倍数100%监测样本总数超标样本总数）土壤污染样本超标率（33九、土壤环境质量评价1、评价参数2、评价方法以单项污染指数为主。当区域内土壤质量作为一个整体与外区域土壤质量比较时，或一个区域内土壤质量在不同历史阶段比较时，应用综合污染指数评价。100%监测总面积超标点面积之和）土壤污染面积超标率（100%各项污染指数之和某项污染指数）土壤污染分担率（34表5.7土壤污染分极标准土壤级别综合污染指数（P综）污染等级污染水平1P综≤0.7安全清洁20.7P综≤1.0警戒限尚清洁31.0P综≤2.0轻污染土壤污染超过背景值，作物开始污染42.0P综≤3.0中污染土壤、作物均受到中度污染5P综3.0重污染土壤、作物受污染已相当严重3536第三节土壤样品的采集、加工与管理土壤样品的采集和处理是土壤分析工作的一个重要环节，采集有代表性的样品，是测定结果能如实反映土壤环境状况的先决条件。实验室工作者只能对来样的分析结果负责，如果送来的样品不符合要求，那么任何精密仪器和熟练的分析技术都将毫无意义。因此，分析结果能否说明问题，关键在于样品的采集和处理。37一、土壤样品的采集(一)土壤样品的类型、采样深度及采样量1.混合样品一般了解土壤污染状况时采集混合样品：将一个采样单元内各采样分点采集的土样混合均匀制成。对种植一般农作物的耕地，只需采集0～20cm耕作层土壤；对于种植果林类农作物的耕地，采集0～60cm耕作层土壤。382.剖面样品了解土壤污染深度时采集剖面样品：按土壤剖面层次分层采样。A层(耕作层)B层(亚层、淀积层)C层(风化母岩层、母质层)底岩层图5.5土壤剖面土层示意图图5.6土壤剖面挖掘示意图39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。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。图5.7土壤剖面A、B、C层示意图40（二）采样时间和频率一般土壤在农作物收获期采样测定，必测项目一年测定一次，其他项目3～5年测定一次。（三）采样量及注意事项（1）填写土壤样品标签、采样记录、样品登记表。1份放入样品袋内，1份扎在袋口。（2）测定重金属的样品，尽量用竹铲、竹片直接采集样品。41二、样品加工与管理(一)样品加工处理制成满足分析要求的土壤样品；测定不稳定的项目用新鲜土样（如游离挥发酚、NH3-N、NO3－-N、Fe2+）;测定多数稳定项目用风干土样。程序是：风干磨细过筛混合分装42图5.8土壤样品四分法示意图43(二)样品管理建立严格的管理制度和岗位责任制，按照规定的方法和程序工作，认真按要求做好各项记录。风干土样存于阴凉、干燥的样品库内；新鲜土壤样品，放在玻璃瓶中，置于低于4℃的冰箱内存放，保存半个月。44样品的代表性和采样误差的控制土壤的不均一性是造成采样误差的最主要原因。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。45（1）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。（2）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，研究对象的复杂程度和试验研究所要求的精密度等因素。采样点设置过少，所采样品的偶然性增加，缺乏足够的代表性；采样点设置过多，则增大了采样的工作量，浪费了人力、物力和财力。4647第四节土壤样品的预处理根据测定项目不同，选择不同的预处理方法。一、土壤样品分解破坏土壤的矿物晶格和有机质，使待测元素进入试样溶液中。(一)酸分解法：称消解法，是测定土壤中重金属常选用的方法。常用混合酸消解体系，必要时加入氧化剂或还原剂加速消解反应。(二)碱熔分解法：将土壤样品与碱混合，在高温下熔融，使样品分解。（测定某些金属）48(三)高压釜密闭分解法将用水润湿、加入混合酸并摇匀的土样放入密封的聚四氟乙烯坩埚内，置于耐压的不锈钢套筒中，放在烘箱内加热（一般不超过180℃）分解。(四)微波炉加热分解法将土壤样品和混合酸放入聚四氟乙烯容器中，置于微波炉内加热使试样分解的方法。49测定土壤中的有机污染物、受热后不稳定的组分以及进行组分形态分析时，需