土壤环境调查、监测与评估的方法

土壤环境调查评估与检测方法及案例环境保护部环境规划院2015.12目录•一、土壤资源环境、污染形势及对策•二、常规的土壤环境调查、检测方法•三、新型土壤、地下水环境调查检测手段•四、典型场地、农田、区域、流域土壤环境污染调查与检测案例前言土壤是地球陆地表面疏松体的表层，是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。土壤重金属污染是指比重大于5的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重，几乎威胁着每个国家。目前，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu340万吨，Pb500万吨，Mn1500万吨，Ni100万吨。土壤环境是一个开放系统，大量人类活动产生的污染物通过多途径进入土壤环境。当前我国土壤环境污染日趋严重，已对粮食及食物安全、饮水安全、区域生态安全、人居环境健康、全球气候变化、以及社会经济可持续发展构成了严重威胁。在今后相当长一段时间内，土壤环境安全将面临更加严峻的挑战。加强土壤环境监测与防治，健全我国土壤环境质量综合监管体系，是维护土壤资源永续利用，保障生态安全，保护国民健康和实现可持续发展的重大战略需求。土壤的基本物质组成土壤固体土壤（约占土壤总容积的50%）粒间孔隙（约占土壤总容积的50%）土壤生物体——土壤动物和土壤微生物等。矿物质—来自岩石的风化，包括原生矿物和次生矿物，约占固体重量的95%以上。有机质—动物残体及其转化产物，约占固体重量的5%以下。土壤空气—一部分由地上大气层进入，主要为O2、N2等，另一部分由土壤内部产生，主要为CO2、水汽等。土壤水分—主要由地上进入土中，其中含有溶质，包括离子、分子、胶体颗粒等，实际上是浓度不同的溶液（土壤溶液）。•土壤是四（或五）种物质组成的三相多孔体土壤中的生物化学反应与物质交换土壤的八大功能•1、土壤的生产功能；•2、土壤的环境功能；•3、土壤是生物基因库和种质资源库；•4、土壤是生物多样性的根基；•5、土壤是全球碳循环中重要的碳库；•6、土壤具有保存自然文化遗产的功能；•7、土壤是景观旅游资源；•8、土壤的材料和功能支撑。土纲:14亚纲:39土类:138亚类:588土壤类型多样性，污染场地变异性，污染类型复杂性，区域发展不均性耕地土壤污染形势严峻，严重威胁到国家“米袋子”和“菜篮子”民生工程，迫切需要修复受污染的耕地。耕地土壤污染占10%以上，约有1.8亿亩的耕地受到不同程度的重金属、农药和持久性有机污染物的污染，耕地丧失生产力，巨量的粮食及蔬菜超标。我国土壤污染现状土壤重金属污染来源土壤中重金属的浓度受自然成土条件和人为活动的双重影响。通常条件下，自然土壤中重金属的浓度较低，但近数十年来，人为活动大大加剧了土壤中重金属的积累。污染土壤农用物资的不合理使用固体废弃物污水灌溉土壤中重金属污染物的人为来源大气干湿沉降（粉尘、降水）土壤中重金属主要来源于以下几个方面：金属矿区开采的严重环境问题：硫(酸化)•金属矿山以硫化物赋存于矿物中的比例很大，约相当于各类矿物种类总量的3/4。•矿物中所含硫化物易被空气中的氧所氧化，遇降雨或水，形成强烈的酸性水，挟带大量的重金属离子进入农田，对农田造成了极大的污染。酸性废水金属矿区开采的严重环境问题：锌镉铜污染•湖南郴州、广西河池等地铅锌矿周边农田Pb、Zn、Cu和Cd的含量是背景值的几倍甚至数百倍；•浙江有万亩连片农田受镉、铅等多种重金属复合污染，致使10％土壤基本丧失生产力；•广东省茂名市茂南区因污灌使3300公顷耕地全部污染，其中91%属重度污染，镉、铅污染突出。在1982-1997年15年间灌区土壤中重金属镉和铅累积分别增加324%和141%，灌区糙米中镉和铅超出粮食卫生标准比例高达91%，每年有近4万吨稻谷不能食用。德兴铜矿污染农田废气排放废水排放浙江某地小型铜冶炼过程及其污染研磨浮选含铜原料铜矿粉铜球制作铜冶炼城郊农田重金属污染形势更加严峻：矿业及工业固体废物的污染大连丹东本溪抚顺铁岭辽阳鞍山营口盘锦锦州朝阳葫芦岛121301020304071106081415161005煤炭冶金有色油气非金属黄金化工沈阳阜新沈阳冶炼厂铬渣堆放量达25万吨，经降水淋滤渗入地下，使地下水中六价铬含量达到87.1mg/L,超饮用水标准1140倍，锦州市由于铬废渣的堆放，使地下水严重污染，1800眼水井由于污染而报废葫芦岛锌厂附近土壤中镉的含量超过当地背景值的220倍,土壤污染起始值的84倍,土壤环境质量标准的10倍。H1H2H3H4H5H6H701020304050607080北京市重庆市行业类别搬迁企业数量/个H1机械与电子工业H2金属与非金属制造业H3医药、化纤、橡胶及塑料制品业H4石油/石油加工、农药及化学工业H5食品加工制造业H6采矿与矿物加工业H7其他典型地区搬迁工业企业的行业分布特征分析2001200220032004200520062007200820090510152025303540北京市重庆市搬迁时间/年搬迁企业数量/个典型地区工业企业搬迁的高峰时间分析有色金属冶炼区农田污染严重全国每年因重金属污染而减产粮食达1000多万吨湖南郴州重金属污染农田寸草不生湖南永州因重金属污染，千亩农田荒芜废水污染区农民仍种植和食用蔬菜某镀锌厂废水导致的农田重金属污染糙米Cd：0.06~3.73mgkg-1,超标率79.2%。农业污灌导致的土壤及地下水污染沈阳阜新沈抚灌区张士灌区宋三灌区小凌河灌区石油类污染严重，石油类含量均值在500mg/kg以上,超过清灌区6倍严重镉污染，土壤中镉达5.50-2.79mg/kg耕层土壤中镉（Cd）和汞（Hg）超标。城郊菜地、水田重金属超标严重！稻田：污灌、化肥、农药？菜地：施用集约化养殖场的粪肥！0204060801000.10.72Cd含量（mg/kg）深度（cm）全量Cd：0.27~0.91mgkg-1中值0.43mgkg-1目录•一、土壤资源环境、污染形势及对策•二、常规的土壤环境调查、检测方法•三、新型土壤、地下水环境调查检测手段•四、典型场地、农田、区域、流域土壤环境污染调查与检测案例土壤质量与土壤环境质量•土壤质量：土壤环境质量、土壤肥力质量和土壤健康质量的综合度量；•土壤环境质量：清洁——沾污——污染。•USEPA，水环境优先控制污染物，129种；•2009，《国家污染物环境健康风险名录》；•区域土壤环境调查方法；•农田土壤环境调查方法；•场地土壤环境调查方法；•土壤污染现场检测方法。土壤环境监测•对土壤中各种无机元素、有机物质及病原微生物的背景含量、外源污染、迁移途径、质量状况等进行监测的过程。•①土壤环境质量监测；•②土壤环境背景值监测；•③环境应急监测；•④研究性监测；•⑤特定项目监测2.1土壤环境监测类型农田建设项目城市污染事故2.2采样准备组织准备–专业采样组：具有野外调查经验&掌握土壤采样技术规程。资料收集–土壤信息资料：监测区域土类、成土母质等；–环境研究资料：工程建设或生产过程对土壤造成的影响；–监测区域排污资料：工农业生产及排污、污灌、化肥农药施用情况；–污染物特性资料：造成土壤污染事故主要污染物的毒性、稳定性以及如何消除等资料；–以及土壤历史资料和相应的法律法规；监测区域遥感与土壤利用及其演变过程方面的资料；监测区域气候资料（温度、降水量和蒸发量）、水文资料等。2.2采样准备现场调查–现场踏勘，丰富采样工作图的内容。器具准备–工具类：铁锹、铁铲、圆状取土钻、螺旋取土钻、竹片以及适合特殊采样要求的工具；器材类：GPS、罗盘、相机、卷尺、铝盒、样品袋、样品箱等；–文具类：样品标签、采样记录表、铅笔、资料夹等；–安全防护用品：工作服、工作鞋、安全帽、药品箱等；以及采样车辆等。2.2采样准备监控项目与频次项目类别监测项目监测频次常规项目基本项目pH、阳离子交换量每3年一次农田在夏收或秋收后采样重点项目镉、铬、汞、砷、铅、铜、锌、镍、六六六、滴滴涕特定项目（污染事故）特征项目及时采样，根据污染物变化趋势决定监测频次选测项目影响产量项目全盐量、硼、氟、氮、磷、钾等每3年监测一次农田在夏收或秋收后采样污水灌溉项目氰化物、六价铬、挥发酚、烷基汞、苯并[a]芘、有机质、硫化物、石油类等POPs与高毒类农药苯、挥发性卤代烃、有机磷农药、PCB、PAH等其他项目结合态铝（酸雨区）、硒、钒、氧化稀土总量、钼、铁、锰、镁、钙、钠、铝、硅、放射性比活度等2.3布点与样品数容量布点原则“随机”原则“等量”原则–使组成总体的个体有同样的机会被选入样品。–相互之间进行比较的样品应当有同样的个体组成。2.3布点与样品数容量布点方法简单随机分块随机将监测单元分成网格，每个网格编上号码，决定采样点样品数后，随机抽取规定的样品数的样品，其样本号码对应的网格号，即为采样点。如果监测区域内的土壤有明显几种类型，则可将区域分成几块，每块内污染物均匀，块间的差异较明显，将每块作为一个监测单元，在每个监测单元内再随机布点。系统随机将监测区域分成面积相等的几部分（网格划分），每网格内布设一采样点。2.3布点与样品数容量基础样品数量（样品数的下限数值）–由均方差和绝对偏差计算样品数：N=𝑡2𝑠2𝐷2式中：N为样品数；t为选定置信水平（土壤环境监测一般选定为95%）一定自由度下的t值；s2为均方差，可从先前的其它研究或者从极差R（S2=（R/4）2）估计；D为可接受的绝对偏差。–由变异系数和相对偏差计算样品数：N=𝑡2𝐶𝑣2𝑚2式中：N为样品数；t为选定置信水平（土壤环境监测一般选定为95%）一定自由度下的t值；Cv为变异系数（%），可从先前的其它研究资料估计；m为可接受的相对偏差（%），土壤环境监测一般限定为20%-30%。2.4样品采集•初步验证污染物空间分异性和判断污染程度；•可与现场调查同时进行。按监测方案，实施现场采样。正式采样后，为满足总体设计需要，增设样点补充采样。2.4样品采集区域土壤环境调查–按照精度不同，可从2.5km、5km、10km、20km、40km中选择网距网格布点，网格结点数即采样点数量。–网格布点公式计算：L=(𝐴/𝑁)1/2。»L为网格间距：A为采样单元面积；N为采样点数;»根据实际情况可适当减小网格间距，适当调整网格起始经纬度，避开过多网格落在道路或河流上，使样品更具代表性。2.4样品采集区域土壤环境调查–采样点可采表层样或土壤剖面，一般监测采集表层土，采样深度0-20cm，必要时选择部分采样点采集剖面样品。2.4样品采集农田土壤–一般农田土壤：采集耕作层土样，种植一般农作物采0-20cm，种植果林类农作物采0-60cm；–大气污染型土壤监测单元和固体废物堆污染型土壤监测单元以污染源为中心放射状布点，在主导风向和地表水的径流方向适当增加采样点；–农用固体废物污染型土壤监测单元和农用化学物质污染型土壤监测单元采用均匀布点法；–灌溉水污染监测单元采用按水流方向带状布点，采样点自纳污口起由密渐疏；–综合污染型土壤监测单元布点采用综合放射状、均匀、带状布点法。2.4样品采集建设项目土壤环境评价监测–布点数量：»每100公顷占地不少于5个且总数不少于5个样点；»小型建设项目设1个柱状样采样点；»大中型建设项目不少于3个柱状样采样点；»特大型建设项目或对土壤环境影响敏感的建设项目不少于5个柱状样采样点。2.4样品采集建设项目土壤环境评价监测–样品采集：»非机械干扰土：表层土壤采集深度为0-20cm；每个柱状样取样深度都为100cm，分取三个土样：表层样（0-20cm）中层样（20-60cm）深层样（60-100cm）2.4样品采集建设项目土壤环境评价监测–样品采集：»机械干扰土：随机深度采样；分层随机深度采样；规定深度采样。2.4样品采集城市土壤–以网距2000m的网格布设为主，功能区布点为辅，每个网格设一个采样点；专项研究和调查可适当加密。–分两层采样，上层（0-30cm）可能是回填土或受人为影响大的部分，另一层（30-60cm）为人为影响相对较小的部分。