第五章土壤污染監(jiān)測

1、第五章 土壤污染監(jiān)測n第一節(jié) 土壤組成和土壤背景值n土壤的功能土壤的功能：n 1、從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)角度看，土壤具有高的天然肥力和生長植物的能力，同時不斷地供應(yīng)調(diào)節(jié)植物生長和發(fā)育所需要的水分、肥料、空氣、熱量等肥力要素和環(huán)境條件，所以土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)和生產(chǎn)手段，是人類生活的寶貴自然資源。n2、從環(huán)境科學(xué)角度看，土壤具有同化和代謝外界環(huán)境進入土體的物質(zhì)的能力，即土壤能將輸入的物質(zhì)，經(jīng)過在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化，變?yōu)橥寥赖慕M成部分或再向外界輸出的物質(zhì)。因此土壤是保護環(huán)境的主要凈化劑。n一、土壤組成n土壤是由礦物質(zhì)礦物質(zhì)、動植物殘體腐解產(chǎn)生的有機物質(zhì)有機物質(zhì)、水分或溶液、水分或溶液、空氣和土壤微生物空氣和

2、土壤微生物等五種成分。即固液氣三相組成的。 （一） 土壤礦物質(zhì)1 土壤礦物質(zhì)的礦物組成 土壤礦物質(zhì)是組成土壤的基本物質(zhì)，約占土壤固體部分總重量的90%以上，它還是植物營養(yǎng)元素的重要供給源，按其成因可分為原生礦物原生礦物和次生礦物次生礦物。（一） 土壤礦物質(zhì)（1）原生礦物:是指各種巖石經(jīng)受不同程度的物理風(fēng)化、仍遺留在土壤中的一類礦物，其原來的化學(xué)組成沒有改變。（2） 次生礦物質(zhì):大多是由原生物質(zhì)經(jīng)風(fēng)化后形成的新礦物質(zhì)。它包括各種簡單鹽類，如碳酸鹽、硫酸鹽、鹵化物等。次生礦物質(zhì)中的簡單鹽類呈水溶性，易被淋失。2 土壤礦物質(zhì)的化學(xué)組成 土壤礦物質(zhì)元素的相對含量與地球表面巖石圈元素的平均含量及其化學(xué)組

3、成相似。土壤中的氧、硅、鐵、鈣、鈉、氧、硅、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂鉀、鎂八大元素含量約占96%以上，其余元素含量甚微。3 土壤機械組成 土壤是由不同粒級的土壤顆粒組成的。土壤粒徑的大小影響著土壤對污染物的吸附和解吸能力。土壤機械組成的分類是以土壤中各粒級含量的相對百分比作為標(biāo)準(zhǔn)。國際制采用三級分類法，即根據(jù)砂粒（2-0.02mm）、粉砂粒（0.0020.02mm）和粘粒（0.002mm)在土壤中的相對含量，將土壤分為砂土、壤土、粘壤土、粘土四大類和十二級。（二） 土壤有機質(zhì) 土壤有機質(zhì)絕大部分集中于土壤表層。它主要來自各種植物的根、落葉、土壤中的動物殘骸以及施入土壤中的有機肥料等。這些有機物質(zhì)主要

4、來自在物理、化學(xué)、生物等因素的作用下，形成一種新的性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定而復(fù)雜的有機化合物，稱為土壤有機物質(zhì)，它主要以腐殖質(zhì)為主。腐殖質(zhì)可以認(rèn)為是由兩種主要類型的物質(zhì)（或基團）組成的。第一類屬于未完全分解的植物和動物殘骸，包括含氮和不含氮的有機物；第二類為腐殖質(zhì)。腐殖質(zhì)是具有多種功能團、芳香族結(jié)構(gòu)及酸性的高分子化合物，其呈黑色或暗棕色膠體狀，主要含有胡敏酸和富里酸胡敏酸和富里酸。（三）土壤生物1、種類 微生物：細菌，真菌，放線菌，藻類等 動物：原生動物，蚯蚓，線蟲類等2、作用 土壤有機質(zhì)的重要來源 有機污染物的降解及無機污染物的形態(tài)轉(zhuǎn)化起重要作用（四）土壤溶液n土壤溶液土壤溶液是土壤水及其所含溶質(zhì)的總稱

5、。土壤水土壤水是土壤中各種形態(tài)水分的總稱，為土壤的重要組成部分。n作用：是植物和土壤生物的營養(yǎng)來源，又是土壤中各種物理、化學(xué)反應(yīng)和微生物作用的介質(zhì)，是影響土壤性質(zhì)及污染物遷移、轉(zhuǎn)化的重要因素。n土壤水的來源有大氣降水、降雪和地表徑流，若地下水位接近地表面（約23m），則地下水亦是土壤水來源之一。（五） 土壤空氣土壤空氣是存在于土壤中氣體的總稱。它是土壤的重要組成之一。土壤空氣存在于未被土壤水分占據(jù)的土壤空隙中。土壤空氣主要來源于大氣、生物化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體（如甲烷、硫化氫、氫氣、氮氧化物、二氧化碳），其組分與大氣基本相同，以氮、氧和二氧化碳為主，而在排水不良的土壤中含氧量下降，二氧化

6、碳含量增加。土壤空氣含氧量比大氣少，而二氧化碳含量高于大氣。二、土壤的基本性質(zhì)n1、吸附性n2、酸堿性n3、氧化還原性三、土壤背景值土壤背景值又稱土壤本底值。它代表一定環(huán)境單元中的一個統(tǒng)計量的特征值。土壤元素背景值的常用表達方法有下列幾種：用土壤樣品平均值（ ）表示；用平均值加減一個或倆個標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）表示；用幾何平均值（M）加減一個標(biāo)準(zhǔn)偏差（D）表示。我國土壤背景值的表達方法是：1、對元素測定值呈正態(tài)分布或近似正態(tài)分布的元素，用算術(shù)平均值表示數(shù)據(jù)分布的集中趨勢，用算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）表示數(shù)據(jù)的分散度，用算術(shù)平均值加減兩個標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）表示95置信度數(shù)據(jù)的范圍值；2、元素測定值呈對數(shù)正態(tài)或近似對

7、數(shù)正態(tài)分布時，用幾何平均值（M）表示數(shù)據(jù)的集中趨勢，用幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差（D）表示數(shù)據(jù)的分散度，用 M/(D2-MD2)表示95置信度數(shù)據(jù)的范圍值。X四、土壤污染土壤污染源n天然污染源礦物質(zhì)風(fēng)化后自然擴散、火山爆發(fā)后的火山灰等n人為污染源不合理使用農(nóng)藥、化肥、污水灌溉、污泥、城市垃圾、工業(yè)廢渣、固體廢棄堆放或填埋、大氣沉降等土壤污染物n化學(xué)污染物重金屬、硫化物、氟化物、農(nóng)藥等n生物污染物病原微生物等n放射性污染90鍶、137銫等土壤污染的特點n土壤污染比較隱蔽n土壤被污染和破壞以后很難恢復(fù)n污染后果嚴(yán)重n土壤污染的判斷比較復(fù)雜土壤污染的類型n水體污染n大氣污染n農(nóng)業(yè)污染n生物污染n固體廢物污染土壤污

8、染對環(huán)境的危害n土壤污染會引起土壤酸堿度的變化n土壤中的有害物質(zhì)直接影響植物的生長n土壤污染危害人體健康五、土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)n土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）(表5-4)n無公害農(nóng)產(chǎn)品蔬菜產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T18407-2001）(表5-5)n無公害農(nóng)產(chǎn)品茶葉產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（NY5020-2001）(表5-6)n無公害農(nóng)產(chǎn)品糧食類產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（DB32/T343.1-1999）第二節(jié) 土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方案n一、監(jiān)測目的n二、資料的收集n三、監(jiān)測項目n四、采樣點的布設(shè)n五、監(jiān)測方法n六、土壤監(jiān)測環(huán)境質(zhì)控制n七、農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量評價一、監(jiān)測目的n1、土壤質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測n2

9、、土壤污染事故監(jiān)測n3、污染物土地處理的動態(tài)監(jiān)測n4、土壤背景值調(diào)查n二、資料的收集自然環(huán)境方面的資料社會環(huán)境方面的資料三、監(jiān)測項目n土壤優(yōu)先監(jiān)測物土壤優(yōu)先監(jiān)測物有以下兩類:n第一類:汞、鉛、鎘，DDT及其代謝產(chǎn)物與分解產(chǎn)物，多氯聯(lián)苯(PCB)；第二類:石油產(chǎn)品，DDT以外的長效性有機氯、四氯化碳醋酸衍生物、氯化脂肪族，砷、鋅、硒、鉻、鎳、錳、釩，有機磷化合物及其它活性物質(zhì)(抗菌素、激素、致畸性物質(zhì)、催畸性物質(zhì)和誘變物質(zhì)）等。n我國土壤常規(guī)監(jiān)測項目我國土壤常規(guī)監(jiān)測項目：金屬化合物有：鎘（Cd）、鉻（Cd）、銅（Cu）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鋅（Zn）;非金屬無機化合物有：砷（As）、氰化物、

10、氟化物、硫化物等；有機化合物有：苯并（a）芘、三氯乙醛、油類、揮發(fā)酚、DDT、六六六等。四、采樣點的布設(shè)n一、土壤樣品采集土壤樣品采集n（一）污染土壤樣品采集污染土壤樣品采集1、土壤采樣特點土壤采樣特點土壤是固、液、氣三相的混合物，主體是固體，污染物質(zhì)進入土壤后不易得到混合，所以樣品往往有很大的局限性。在一般的土壤監(jiān)測中，采樣誤差對結(jié)果的影響往往大于分析誤差，結(jié)果的分析值之間相差10-20%是不奇怪的，有時還會相差數(shù)倍。所以，在進行土壤樣品采集時，要格外注意樣品的合理代表性，最好能在采樣前通過一定的調(diào)查研究，選擇出一定量的采樣單元，合理布設(shè)采樣點。n2、采樣點布設(shè)采樣點布設(shè) 由于土壤本身在空間

11、分布上具有一定的不均勻性，所以應(yīng)多點采樣并均勻混合成為具有代表性的土壤樣品。n布設(shè)原則布設(shè)原則： 1）不同土壤類型都要布點；2）在一定區(qū)域面積內(nèi)，要有一個采樣點。污染較重的地區(qū)布點要密些。通常要根據(jù)土壤污染發(fā)生的原因來考慮布點的多少。對大氣污染物引起的土壤污染，采樣點布設(shè)應(yīng)以污染源為中心，并根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)向、風(fēng)速及污染強度等因素來確定；由城市污水或被污染的河水灌溉農(nóng)田引起的土壤污染，采樣點應(yīng)根據(jù)水流的路徑和距離來考慮；如果是由于化肥、農(nóng)藥引起的土壤污染，它的特點是分布比較均勻廣泛。3）要在非污染區(qū)的同類土壤中布設(shè)一個或幾個對照采樣點?？傊?，采樣點的布設(shè)既應(yīng)盡量照顧到土壤的全面情況，又要視污染情況和

12、監(jiān)測目的而定。布點方法布點方法根據(jù)土壤自然條件、類型及污染情況的不同，常用方法有：(1)對角線布點法：對角線布點法： 適用于面積小，地勢平坦的污水灌溉或受廢水污染的地形端正的田塊。由田塊的進水口向?qū)且恢本€，將對角線劃分為若干等分（一般3-5等分），在每等分的中點處采樣。 (2)梅花形布點法：梅花形布點法： 適用于面積較小，地勢平坦，土壤較均勻的田塊。中心點設(shè)在兩對角線相交處，一般設(shè)5-10個采樣點。 布點方法布點方法(3)棋盤式布點法棋盤式布點法： 適用于中等面積，地勢平坦，地形完整開闊但土壤較不均勻的田塊。一般采樣點在10個以上。也適用于受固體廢物污染的土壤，設(shè)20個以上的采樣點。(4)

13、蛇形布點法蛇形布點法： 適用于面積較大，地形不平坦，土壤不均勻的田塊。布設(shè)采樣點數(shù)目較多。布點方法布點方法：n(5)放射狀布點法放射狀布點法 適用于以大氣污染型土壤適用于以大氣污染型土壤。以大氣污染源為中心，向周圍畫射線，在射線上布設(shè)采樣分點。在主導(dǎo)風(fēng)向適當(dāng)增加分點之間的距離和分點數(shù)量。（6）網(wǎng)格布點發(fā)網(wǎng)格布點發(fā) 適用于地形平緩的地塊。農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)污染型土壤、土壤背景值調(diào)查常用這種方法為全面客觀評價土壤污染情況，在布點的同時要做到與土壤生長作物監(jiān)測同步進行布點、采樣、監(jiān)測，以利于對比和分析。 3、采樣深度采樣深度采樣深度視監(jiān)測目的而定：1)如果只是一般了解土壤污染狀況，只需取015cm或020

14、cm表層(或耕層)土壤。2)如果是為了解土壤污染對植物或農(nóng)作物的影響，采樣深度通常在耕層地表以下15-30cm處，對于根深的作物，也可取50cm深度處的土壤樣品。3)若要了解污染物質(zhì)在土壤中的垂直分布，則應(yīng)沿土壤剖面層次分層取樣。土壤剖面土壤剖面是指地面向下的垂直土體的切面，其采樣次序是由下而上逐層采集，然后集中混合均勻。 注意：用于重金屬項目分析的土樣，應(yīng)將和金屬采樣器接觸部分棄去。采樣方法采樣方法：采樣筒取樣；土鉆取樣；挖坑取樣。4、采樣時間采樣時間 為了解土壤污染狀況，可隨時采集樣品進行測定。如需同時掌握在土壤上生長的作物受污染狀況，可依季節(jié)變化或作物收獲期采集。一年中在同一地點采樣兩次

15、進行對照。5、采樣量采樣量由于測定所需的土樣是多點混合而成的，取樣量往往較大，而實際供分析的土樣不需太多，一般只需1-2Kg。因此對所得混合樣可反復(fù)按四分法棄取，最后留下所需的土量，裝入塑料袋或布袋內(nèi)，貼上標(biāo)簽備用。6、采樣注意事項采樣注意事項1）采樣點不能設(shè)在田邊、溝邊、路邊或肥堆邊；2）將現(xiàn)場采樣點的具體情況，如土壤剖面形態(tài)特征等做詳細記錄；3）現(xiàn)場填寫兩張標(biāo)簽，寫上地點、土壤深度、日期、采樣人姓名等，一張放入樣品袋內(nèi)，一張扎在樣品口袋上。n五、監(jiān)測方法 見表5-7 農(nóng)田土壤質(zhì)量監(jiān)測分析方法n六、土壤監(jiān)測環(huán)境質(zhì)控制n七、農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量評價第三節(jié) 土壤樣品采集與加工管理（一） 土壤樣品的采

16、集n土壤樣品的類型：n1、混合樣品了解土壤的污染狀況 農(nóng)作物（020cm），果林（ 060cm ）。采樣520個，四分法棄取至12Kg2、剖面樣品了解土壤的污染深度土壤樣品采集2、采樣深度 采樣深度視監(jiān)測目的而定。如果只是一般了解土壤污染狀況，只需取015cm或020cm表層。如果只是了解土壤污染深度，則應(yīng)按土壤剖面層次采樣。用于重金屬分析的樣品，應(yīng)將和金屬采樣器接觸部分的土樣棄去。土壤樣品采集3、采樣時間 為了解土壤污染狀況，可隨時采集樣品進行測定。如需同時掌握在土壤生長的作物受污染狀況，可依季節(jié)或作物收獲期采集。一年時間在同一地點采樣兩次進行對照。土壤樣品采集4、采集量 對所得混合物需反復(fù)

17、按四分法棄取，最后留下所需的土量，裝入塑料袋或布袋內(nèi)。土壤樣品采集5、采集注意事項 采樣點不能設(shè)在田邊、路邊或肥堆邊； 將現(xiàn)場采樣點的具體情況，如土壤面形態(tài)特征等做詳細記錄； 現(xiàn)場寫標(biāo)簽兩張（地點、土壤深度、日期、采樣人姓名），一張放在樣品袋內(nèi)，一張扎在樣口袋上。 （二）土壤背景值樣品采集1布點原則 （1）首先確定采樣單元。采樣單元的劃分應(yīng)根據(jù)研究目的，研究范圍及實際工作所具有的條件等綜合因素確定。（2）不在水土流失嚴(yán)重或表土被破壞設(shè)置采樣點。（3）采樣遠離鐵路、公路至少300m以上。（4）選擇土壤類型特征明顯的地點挖掘土壤剖面發(fā)育完整且無侵入體。（5）在 耕地上采樣，應(yīng)了解作物種植及農(nóng)藥使用

18、情況，選擇不施或少施農(nóng)藥，肥料的 地塊作為采樣單元，以盡量減少人為活動影響。（二）土壤背景值樣品采集2樣品采集（1）在每個采樣點均需挖掘土壤剖面進行采樣。（2）在山地土壤土層薄的地區(qū)，B層發(fā)育不完整時，只采A、C層樣。（3）干旱地區(qū)剖面發(fā)育不完整的土壤，采集表層（020cm）、中土層（50cm）和 底土層（100cm）附近的樣品。3采樣點數(shù)的確定 采樣點的數(shù)目與所研究地區(qū)范圍大小、研究任務(wù)所設(shè)定的精密度等因素有關(guān)。在所側(cè)項目測量值的標(biāo)準(zhǔn)差、要求達到的精度相關(guān)。二、土壤樣品制備與保存（一）土樣的風(fēng)干 除測定游離揮發(fā)酚，銨態(tài)氮，硝態(tài)氮，低價鐵等不穩(wěn)定項目需要新鮮土樣外，多數(shù)項目需要風(fēng)干土樣。因為風(fēng)

19、干土樣較易混合均勻，重復(fù)性，準(zhǔn)確性都比較好。 從野外采集的土壤樣品運到實驗室后，為避免受微生物的作用引發(fā)霉變質(zhì)，應(yīng)立即將全部樣品倒在塑料薄膜上或瓷盤內(nèi)進行風(fēng)干。當(dāng)達半干狀態(tài)時把土塊壓碎，除去石塊，殘根等雜物后鋪成薄層，經(jīng)常翻動，在陰涼處使其慢慢風(fēng)干，切忌陽光直接暴曬。樣品風(fēng)干處應(yīng)防止酸和堿等氣體及灰塵的污染。二、土壤樣品制備與保存（二）磨碎與過篩 作化學(xué)分析時，根據(jù)分析項目不同而對土壤顆粒細度有不同的要求。土壤監(jiān)測中，稱樣誤差主要取決于樣品混合的均勻程度和樣品顆粒的粗細程度，即使對于一個混合均勻的土樣，由于土粒的大小不同，其化學(xué)成分有不同，因此，稱樣量會對分析結(jié)果的準(zhǔn)確與否產(chǎn)生較大的影響。一般

20、常根據(jù)組分及稱樣量決定樣品的細度。分析有機質(zhì)，全氮項目，應(yīng)取一部分已過2mm的土樣，用瑪瑙研缽繼續(xù)研細。 網(wǎng)篩規(guī)格有兩種表示方法，一種以直徑。另一種以每英寸長度上的孔數(shù)來表示。（三）土樣保存 一般土樣樣品需要保存半年至一年，以備必要時查核用。土樣要妥善保存。儲存樣品應(yīng)盡量避免 日光，潮濕，高溫和酸堿氣體等的影響。三 土壤樣品的預(yù)處理 （二）土壤樣品溶解 溶解有兩類方法：一類為堿熔法，另一類為酸溶法。測定土壤中重金屬時常選用各種酸及混合酸進行土壤樣品的消化。四 土壤樣品的測定測定方法 土壤污染監(jiān)測所用的方法與水質(zhì)，大氣監(jiān)測方法類同。常用的方法有： 重量重量法適用于測土壤的水分水分，容量法適用于浸出物較高的成分的測定，如Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、等。還有分光光度法，原子吸收分光光度法，原子熒光分光光度法等適用于Cu、Cd、Cr、Pb