土壤环境监测

第5章土壤环境监测SoilEnvironmentMonitor本章教学内容5.1土壤监测的意义5.2土壤的组成和基本性质5.3土壤污染物的监测控制•教学目的、要求：了解土壤组成和背景值；掌握土壤样品的采集和测定的原则；掌握土壤常见污染物的测定方法。•重点：土壤背景值、腐殖质、采样点布设、土壤样品采集、土壤样品测定；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。•难点根据具体情况选择土壤样品的采集方法，土壤样品的制备与保存5.1土壤环境监测的意义（1）土壤——人类文明之源（2）水土流失是中国最为严重的环境问题，面积达375多万km2（3）受重金属、农业化学品、酸沉降、放射性、矿物油、致病微生物等因素产生的污染面积达3亿亩，相当于耕地的1/5（4）食品安全问题（5）土壤的形成速率0.5-2cm/100年（6）土壤生态系统的稳定5.1.1土壤监测的意义5.1.2土壤在物质循环中的作用5.1.2土壤在物质循环中的作用5.2土壤的组成和基本性质5.2.1土壤的基本组成5.2.2土壤背景值（土壤本底值）（1）土壤背景值：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。（2）背景值表达方式：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。DifferentSoilForDifferentPlace5.2.3土壤的基本性质（1）土壤的吸附性土壤是多孔性介质，对气体、固体、液体均有吸附作用。扩散层内离子层胶核土壤胶体构造示意图（2）酸碱性水、碳酸、有机酸等解离和酸式盐的水解、酸雨等能土壤酸化，碱式盐的水解碱化土壤。用土壤pH值大小衡量。大多数土壤pH值在4-9之间。我国土壤的酸碱性反应，大多数在pH4.5-8.5之间。在地理分布上有“东南酸西北碱”的规律性。大致可以长江为界（北纬33），长江以南的土壤多为酸性或强酸性，长江以北的土壤多为中性或碱性。我国土壤的酸碱性南北差异很大.5.2.3土壤的基本性质土壤酸化过程土壤胶体Na+Mg2+K+Na+H+Ca2+H+H+H+增加，土壤酸化Ca2+K+Mg2+盐基离子淋溶离子交换Al3+Al3+（2）酸碱性5.2.3土壤的基本性质土壤酸碱状况、形成及其对植物的影响示意图（2）酸碱性5.2.3土壤的基本性质土壤pH值与微生物及营养元素有效性的相关图式（2）酸碱性5.2.3土壤的基本性质(3)氧化－还原性土壤是一个不均匀的多相氧化还原体系，虽属化学反应，但很大程度上是由生物参与的—如氮体系变化有硝化细菌参与。由土壤氧化还原电位（Eh）衡量。Eh越大，土壤处于氧化态，反之，处于还原态。土壤中的氧化还原性受土壤中易分解的有机质和易氧化或易还原的无机物质以及pH等因素的影响。5.2.3土壤的基本性质土壤环境氧化还原体系(3)氧化－还原性5.2.3土壤的基本性质水稻土(3)氧化－还原性5.2.3土壤的基本性质（4）土壤的缓冲性土壤的缓冲性：土壤是一个包含固、液、气三相组成的多组分开放的生物地球化学系统，包含了众多的、以多样方式进行相互作用的不同化合物，在固液界面、气液界面发生的各种化学、生物化学过程，通常均具有一定的自我调节能力，故土壤实际上是一个巨大的缓冲体系。对酸碱有缓冲作用，对氧化还原物有缓冲作用。狭义：对酸碱的缓冲广义：土壤是一个巨大的缓冲体系，对营养元素、污染物质、氧化还原等同样具有缓冲性，具有抗衡外界环境变化的能力。5.2.3土壤的基本性质土壤胶体的中和曲线氧化还原物质的Eh与其氧化或还原程度(%)的关系（4）土壤的缓冲性5.2.3土壤的基本性质(5)土壤的自净作用由于生物、化学、物理等方面的作用，土壤中不断发生着物质的分解与合成。土壤对其中的污染物有分解能力。土壤自净的部分机制5.2.3土壤的基本性质5.2.4土壤的污染源及土壤污染的特点污染源：施肥引起的污染、污水灌溉引起的污染、金属污染、农药污染其他原因造成的污染（工业固体废物、生活垃圾等堆积在土壤上）金昌市造纸厂的废水流到灌溉水渠，用于灌溉张掖市郊的农民说，“废水、废气对庄稼的影响越来越大”因土壤受到金属污染导致秧苗在不同时期的外在表象造纸厂排出的废水发出浓浓的丑味古浪县泗水造纸厂将黑液排向20公里外的树林，在这里留下了一层黑纸浆5.2.4土壤的污染源及土壤污染的特点土壤的污染的特点：隐蔽性和潜伏性、不可逆性和长期性5.2.4土壤的污染源及土壤污染的特点5.3土壤污染物的监测控制5.3.1监测目的(1)判断土壤环境质量是否符合国家标准(2)根据污染物的分布，追踪污染源(3)污染源在时间和空间上的分布的后果(4)研究污染物扩散模式和规律(5)为土壤资源的合理利用提供依据5.3.2监测项目及其监测方法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、硫化物等我国土壤常规监测项目有机化合物无机化合物苯并（a）芘、三氯乙醛、油类、挥发酚、DDT、六六六等5.3.3监测项目及其监测方法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)等土壤优先监测物5.3.4土壤样品的采集采集污染土样之前，先要进行污染调查，调查内容包括：自然条件：成土母质、地形、植被水文、气候等。农业生产情况：土地利用情况，作物生长与产量、耕作、水利、肥料、农药等。土壤性状：土壤类型、层次特征、分布及农业生产特性等。污染历史与现状：如水、气、农药、肥料等途径的影响，以及矿床的影响。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5.3.4土壤样品的采集(a)对角线布点法(d)蛇形布点法(c)棋盘式布点法(b)梅花形布点发土壤采样点布设图5.3.4土壤样品的采集一般了解土壤污染状况采样深度视监测目的而定只需取0—15cm或0—20cm表层(或耕层)土壤了解土壤污染对植物或农作物的影响采样深度通常在耕层地表以下15-30cm处，对于根深的作物，也可取50cm深度处的土壤样品了解污染物质在土壤中的垂直分布沿土壤剖面层次分层取样采样的深度5.3.4土壤样品的采集采样时间随测定项目而定。如果只了解土壤污染情况，并随时采集土壤测定。有时需要了解土壤上生长的植物受污染的情况，则可依季节变化或作物收获期采集土壤和植物样品。一年中在同一地点采集两次进行对照。5.3.4土壤样品的采集采样量及采样方法具体需要多少土壤数量视分析测定项目而定，一般只要1～2kg即可。对多点均量混合的样品可反复按四分法弃取，最后留下所需的土量，装入塑料袋或布袋中。①采样筒取样；②土钻取样；③挖坑取样。5.3.4土壤样品的采集采样注意事项选取发育典型、代表性强的土壤采样。采样深度一般采集1m以内的表土和心土，对于发育完好的典型剖面，应按发生层分别采样，以研究各种元素在土体内的分配。5.3.4土壤样品的采集土壤背景值样品采集(1)采样点不能设在田边、沟边、路边或肥堆边。(2)将现场采样点的具体情况，如土壤剖面形态特征等做详细记录。(3)现场填写标鉴两张(地点、土壤深度、日期、采样人姓名)，一张放入样品袋内，一张扎在样品口袋上。5.3.4土壤样品的采集5.3.5土壤样品的制备和保存（1）土样的风干：忌阳光直接曝晒（2）磨碎与过筛：进行物理分析时，取风干样品100～200g，放在木板上用圆木棍辗碎，经反复处理使土样全部通过2mm孔径的筛子，作为土壤颗粒分析及物理性质测定。作化学分析时，一般常根据所测组分及称样量决定样品细度。（3）分析有机质、全氮项目，应取一部分已过2mm筛的土，用玛瑙或有机玻璃研钵继续研细，使其全部通过60号筛(0.25mm)。用原子吸收光度法测Cd、Cu、Ni等重金属时，土样必须全部通过100号筛(尼龙筛)。土壤样品的保存一般土壤样品需保存半年至一年，以备必要时查核之用。储存样品应尽量避免日光、潮湿、高温和酸碱气体等的影响。玻璃材质容器是常用的优质贮器，聚乙烯塑料容器也属美国环保局推荐容器之一，该类贮器性能良好、价格便宜且不易破损。将风干土样、沉积物或标准土样等贮存于洁净的玻璃或聚乙烯容器之内。在常温、阴凉、干燥、避阳光、密封（石腊涂封）条件下保存30个月是可行的。5.3.5土壤样品的制备和保存5.3.6土壤样品的预处理（1）碱熔法：常用的有碳酸钠碱熔法和偏硼酸锂（LiBO2）熔融法。特点：分解样品完全，缺点：添加了大量可溶性盐，易引进污染物质；有些重金属损失；（2）酸溶法:测定土壤中重金属时常选用各种酸及混合酸进行土壤样品的消化。目的：①破坏、除去土壤中的有机物；②溶解固体物质；③将各种形态的金属变为同一种可测态。为了加速土壤中被测物质的溶解，除使用混合酸外，还可在酸性溶液中加入其他氧化剂或还原剂。（3）溶剂萃取分离测定土壤中可溶性组分、有机物、农药时，避免用强酸、强碱处理样品，常用溶剂萃取分离法。5.3.7土壤样品的测定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、原子萤光分光光度法、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土壤监测常用方法思考题1.土壤环境监测有几种布点方法。各适用于什么情况？2.不同监测项目对土壤的粒径有什么要求？3.怎样根据监测项目的要求选择预处理方法？4.设计一个监测西安南郊蔬菜基地土壤环境质量的方法。