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1、第五章 土壤质量监测,2019/1/31,第5章 主要内容,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,本节主要内容： 5.1.1 土壤的组成 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 土壤质量标准,5.1.1 土壤的组成,地球表层的岩石经过风化作用，逐渐破坏成疏松的、大小不等的矿物颗粒（称为母质）。 而土壤是在母质、气候、生物、地形、时间等多种成土因素综合作用下形成和演变而成的。 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
2、的有机质、水分和空气等固、液、气三相组成的。,一、 土壤矿物,一、土壤矿物,1.原生矿物：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、磷酸盐类矿物等。 2.次生矿物：它大多是由原生矿物质经风化后形成的新矿物。这类矿物包括简单盐类(如碳酸盐、硫酸盐、氯化物等)、三氧化物类、次生铝硅酸盐类。,角闪石,普通辉石,橄榄石,云母,黄铁矿,闪锌矿,高岭石,蛭石,3、土壤矿物的化学组成 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，约占96 4
3、、土壤的机械组成 土壤是由不同粒级的土壤颗粒组成。土壤粒径的大小影响着土壤对污染物的吸附和解吸能力。,土壤机械组成的分类是以土壤中各粒级含量的相对百分比作为标准。 国际制采用三级分类法，即根据沙粒（0.022mm）、粉沙粒(0.0020.02mm)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。 我国及国际土壤质地分类见书P263表51、52。,表 5-1 我国土粒分级标准,表5-2 国际制土壤质地分类,二、土壤有机质,三、土壤溶液、空气和生物,5.1.2 土壤的基本性质,一、吸附性 土壤的吸附性能与土壤中存在的胶体物质密切相关。土壤胶体包括无机胶
4、体(如粘土矿物，铁、铝、硅等水合氧化物)、有机胶体(主要是腐殖质及少量的生物活动产生的有机物)、有机无机复合胶体。 二、酸碱性 土壤的酸碱性直接或间接地影响者污染物在土壤中的迂移转化。根据氢离子存在的形式，土壤酸度分为活性酸度和潜性酸度两类。活性酸度又称有效酸度，是指土壤溶液中游离氢离子浓度反映的酸度，通常用pH值表示。潜性酸度是指土壤胶体吸附的可交换氢离子和铝离子经离子交换作用后所产生的酸度。土壤潜性酸度常用100g烘干土中氢离子的摩尔数表示。,三、氧化还原性 由于土壤中存在着多种氧化性和还原性物质，使其具有氧化件和还原性。土壤中的游离氧、高价金属离子、硝酸根等是主要的氧化剂；土壤有机质及其
5、在厌氧条件下形成的分解产物、低价金属离子，是主要的还原剂。土壤环境的氧化作用或还原作用通过发生氧化反应或还原反应反映出来，故可以用氧化还原电位(Eh)来衡量。主要用实测的氧化还原电位衡量。通常当Eh300mV时，氧化体系起主导作用，土壤处于氧化状态；当Eh300时，还原体系起主导作用，土壤处于还原状态。,5.1.3 土壤背景值,土壤背景值是指在未受或少受人类活动影响下，尚未受或少受污染和破坏的土壤中元素或其他组分的含量。 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。,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
6、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,表5-3 全国土壤(A层)背景值（g/kg）,5.1.4 土壤污染 一、污染源,二、污染特点,表5-4 土壤环境质量标准值（mg/kg ）,5.1.5 土壤质量标准,5.2 土壤环境质量监测方案,本节主要内容： 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 农田土壤质量评价,5.2.1 监测目的,目的： 1. 土壤质量现状监测 2. 土
7、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,土壤环境质量的分类 我国的土壤环境质标准中将土壤环境质量分为3类，分别规定了10污染物和pH值的最高允许浓度或范围。 I类土壤指国家规定的自然保护区、集中式生活饮用水水源地、茶园、牧场和其他保护地区的土壤，其质量基本上保持自然背景水平。 II类土壤指一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤，其质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。 III类土壤：指林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外)，其质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。 I、II、III类土壤分别执行一、一、三级标准。,5.2
8、.2 资料的收集,需要收集的资料： 1. 自然环境资料 土壤类型、植被、土壤元素背景值、土地利用、水系、地下水、地质、地形地貌、气象等。 2. 社会环境资料 工农业生产布局、工业污染源种类及分布、污染物种类、排放途径、排放量、人口分布、化肥农药使用情况等。,5.2.3 监测项目,5.2.3 监测项目,5.2.4 采样点布设,一、土壤采样特点 1.土壤是固、液、气三相的混合物，主体是固体，污染物质进入土壤后不易得到混合，所以样品往往有很大的局限性。 2. 在一般的土壤监测中，采样误差对结果的影响往往大于分析误差。所以，进行土壤样品采集时，要格外注意样品的合理代表性。,二、布设原则,二、布点方法,
9、土壤采样点布设图,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 一、评价参数,二、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。,表5-8 土壤污染分极标准,5.3 土壤样品的采集与加工 G,本节主要内容： 5.3.1 土壤样品的采集 5.3.2 土壤样品的加工与管理,5.3.1 土壤样品的采集,一、土壤样品的类型与采样深度 1. 混合样品 如果只是一般了解土壤污染状况，对种植一般农作物的耕地，只需采集020cm耕作层土壤；对于种植果林类农作物的耕地，采集
10、060cm耕作层土壤。将在一个采样单元内各采样分点采集的土样混合均匀制成混合样。组成混合样的分点数通常为520个。混合样量往往较大，需要用四分法弃取，最后留下12kg，装入样品袋。,2. 剖面样品 要了解土壤污染深度，则应按土壤剖面层次分层采样。,3.采样深度,二、采样时间和频率,了解土壤污染状况：随时采样测定。 了解作物污染状况：可依季节变化或作物收获期采集。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、采样方法,采样筒取样；土钻取样；挖坑取样。,四、采样注意事项,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
11、特征 等做详细记录； 3.现场填写两张标签，写上地点、土壤深度、日期、 采样人姓名等，一张放入样品袋内，一张扎在样 品口袋上。,5.3.2 土壤样品的加工,要求： 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,一、土样加工,1. 样品的风干,风干后的土壤含水率一般 5%,2.磨碎与过筛 取风干样品100200g，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，将土样混均储于广口瓶内，用于土壤颗粒分析及物理性质测定。 通过1mm或0.5mm孔径的土壤用作化学分析。,3.筛网规格
12、的表达方法 一种以筛网孔径尺寸表示，如孔径为2mm、1mm的筛网； 另一种是以每英寸长度上的孔数来表示，如每英寸长度上有80个孔即称为80目，100目的筛网则说明在每英寸长度上有100个孔。,二、样品保存,1. 保存时间：一般土壤样品半年至一年。 2. 贮器：玻璃材质和聚乙烯塑料容器。 3. 避免日光、潮湿、高温和酸碱气体等的影响。 4. 定期检查样品储存情况，防止霉变、标签脱落 等。 5. 测定挥发性和不稳定性组分的新鲜样品，将其放 在玻璃瓶中，置于4度的冰箱中存放，保存半个 月。,5.4 土壤样品的预处理,5.4.1 土壤样品分解方法 一、碱熔分解法 碱熔分解法是将土壤样品与碱混合，在高温
13、下熔融，使样品分解的方法。 常用熔剂：碳酸钠、氢氧化钠、过氧化钠、偏硼酸锂（LiBO2）等。 器皿：铝坩埚、瓷坩埚、镍坩埚、铂金坩埚等。 特点：分解样品完全，操作简便、快速。 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；,二、酸分解法 1.消解体系：盐酸硝酸氢氟酸高氯酸、硝酸氢氟酸高氯酸、硝酸硫酸高氯酸、硝酸硫酸磷酸等。 2.消解作用：破坏、除去土壤中的有机物； 溶解固体物质； 将各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。,5.4.2 土壤样品提取和浓缩方法,索氏萃取法 振荡提取法 酸或水浸取 超声萃取
14、法 层析法 蒸馏法,5.5 土壤污染物的测定,一、土壤水分 无论采用新鲜或风干样品，都需测定土壤含水量，以便计算土壤中各种成分按烘干土为基准时的测定结果。 测定要点：对于风干样，用感量0.001g的天平称取适量过1mm孔径筛的土样，置于已恒重的铝盒中；对于新鲜土样，用感量0.01g的天平称取适量土样，放于巳恒重的铝盒中；将称量好的土样放入烘箱内，于105烘至恒重，按以下两式计算水分含量：,水分含量（分析基）% 水分含量（烘干基）%,式中：m0 烘至恒重的空铝盒重量，g； m1铝盒及土样烘干前的重量， g； m2 铝盒及土样烘至恒重时的重量，g。,二、pH值 1.测定要点：称取通过1mm孔径筛的
15、土样10g于烧杯中，加无二氧化碳蒸馏水25mL，轻轻摇动后用电磁搅拌器搅拌1分钟，使水和土充分混合均勾，放置30 min，用pH计测量上部浑浊液的pH值。 2.注意事项：测定pH值的土样应存放在密闭玻璃瓶中，防止空气中的氨、二氧化碳及酸碱性气体的影响。土粒的粗细及水土比例均对pH值有影响。,三、可溶性盐分 1.定义 土壤中可溶性盐分是用一定量的水从一定量土壤经定时间浸提出来的水溶性盐分。 2.测定方法 测定土壤中可溶性盐分的方法有重量法、比重计法、电导法等，重量法应用最为广泛。 重量法原理：称取通过1mm筛孔的风干土壤样品1000g，放入1000mL大口塑料瓶中，加入500 mL无二氧化碳蒸馏
16、水，在振荡器上振荡提取后，立即抽气过滤，滤液供分析测定。吸取50100 mL滤液于,已恒重的蒸发皿中，置于水浴上蒸干，再在100105烘箱中烘至恒重，将所得烘干残渣用15过氧 化氢溶液在水浴中继续加热去除有机质，再蒸干至恒重，剩余残渣量即为可溶性盐分总量。 3.注意事项 水土比例大小和振荡提取时间影响土壤可溶性盐分的提取，不能随便更改，以使测定结果具行可比性。,四、金属化合物 土壤中金属元素的测定方法与“水和废水监测”中的有关方法基本相同，仅在预处理方法和测量条件方面有差异，故在此作简要介绍。 一）铅、镉 测定它们的方法多用原子吸收分光光度法和原子荧光光谱法。 1.石墨炉原子吸收分光光度法 测
17、定要点：采用盐酸硝酸氢氟酸高氯酸消解方法，在聚四氟乙烯坩埚中消解0.10.3g通过100目孔径筛的风干土样。,2.氢化物原子荧光光谱法 测定要点：采用盐酸硝酸氢氟酸高氯酸消解方法后，在酸性介质中，样品中的铅或镉与硼氢化钾(KBH4)反应，生成PbH4或CdH4。以氩气为载气，将产生的氢化物导入原子荧光光谱仪的石英原子化器进行原子化。在空心阴极灯发射特征光的照射下被激发，发射出特征波长的荧光。 二）铜、锌 测定土壤中的铜、锌，广泛采用火焰原子吸收分光光度法。也采用上述方法（盐酸硝酸氢氟酸高氯酸）消解样品。,三）总铬、镍 测定土壤中铬、镍的方法主要有火焰原子吸收分光光度法、分光光度法、等离子发射光
18、谱法等。 四）总汞 测定土壤中的汞广泛采用冷原子吸收法和冷原子荧光法。 测定要点：称取适量通过100目孔筛的土样，用硫酸硝酸高锰酸钾，或者硝酸硫酸五氧化二钒消解体系消解，使土样中各种形态的汞转化为Hg2+。,五、有机化合物 （一）六六六和滴滴涕 六六六和滴滴涕的测定广泛使用气相色谱法。 1.方法原理 用丙酮石油醚提取土壤样品中的六六六和滴滴涕，经硫酸净化处理后，用带电子捕获检测器的气相色谱仪测定。根据色谱峰进行两种物质异构体的定性 分析；根据峰高(或峰面积)进行各组分的定量分析。 2.分析仪器 OV-1701中级性石英毛细管色谱柱。,3.测定要点 (1)样品预处理：准确称取20g土样，置于索氏提取器中，用石油醚-丙酮（1/1）提取，则六六六和滴滴涕被提取进入石油醚层，分离后用浓硫酸和无水硫酸钠净化，弃去水相，石油醚提取液定容后供测定。 (2)定性和定量分析：-六六六、-六六六、-六六六、-六六六、P,P-DDE、O,P-DDT、P,PDDD、P,PDDT等各4种异构体配置混合标准溶液。,（二）苯并(a)芘 苯并(a)芘在土壤中的天然本底值很低。当土壤受到污染后，便会产生严重危害作用。 测定方法有紫外分光光度法、荧光分光光度法、高效液相色谱法等。 高效液相色谱法是将土壤样品于索氏提取器内用环已烷提取。提取液注入高效液相色谱仪测定。,