農(nóng)田土壤環(huán)境質量監(jiān)測之

項目五農(nóng)田土壤環(huán)境質量監(jiān)測主要內容土壤基本知識

土壤樣品的采集與制備

土壤樣品的預處理土壤污染物的測定

土壤：是指陸地地表具有肥力并能生長植物的疏松表層（厚度約為2米左右）。

它介于大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈之間，是環(huán)境中特有的組成部分。

土壤的組成：是由礦物質、動植物殘體腐解產(chǎn)生的有機物質、土壤生物、水分和空氣等固、液、氣三相組成的。一、土壤組成土壤基本知識那么三相構成比例如何呢？土壤土壤固相(占容積的50％)空隙礦物質(質量占固相總質量的95％～98％)有機質和生物（質量占固相總質量的2％～5％）土壤溶液空氣

土壤溶液和空氣占土壤總體積的50％

土壤礦物質是由巖石經(jīng)風化而來的，一般占土壤固體部分質量的95％～98％。礦物質直接影響土壤性質，又是植物礦質養(yǎng)分的主要來源，故同土壤肥力有密切關系。

1、土壤礦物質的礦物組成（1）原生礦物質：巖石經(jīng)過物理風化后形成的碎屑，其原來的化學組成沒有改變。

（2）次生礦物質：原生礦物質經(jīng)過化學風化后形成的新礦物，其化學組成和晶體結構均有所改變。(一)土壤礦物質2.土壤礦物質的化學組成氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂八大元素含量約占96％以上，與巖石中各元素的含量相似。微量元素和常量元素3.土壤機械組成指不同大小顆粒（沙礫、粉粒、黏粒）的相對含量。不同粒徑的礦物質顆粒的成分和物理化學性質有很大差異，如對污染物的吸附、解吸和遷移、轉化能力，有效含水量及保水、保溫能力等。我國土壤質地分類參見表4.1；國際制土壤質地分類見表4.2。表4.1我國土粒分級標準顆粒名稱粒徑/mm石塊>10石礫粗礫10～3細礫3～1沙礫粗沙礫1～0.25細沙礫0.25～0.05粉粒粗粉粒0.05～0.01細粉粒0.01～0.005黏粒粗黏粒0.005～0.001細黏粒<0.001表4.2國際制土壤質地分類質地分類各級土粒質量分數(shù)/％質地名稱黏粒(<0.002mm)粉沙礫(0.002~0.02mm)沙礫(0.02~2mm)類別砂土類砂土及壤質砂土0~150~1585~100壤土類砂質壤土壤土粉砂質壤土0~150~150~150~4535~4545~10055~8540~550~55黏壤土類砂質黏壤土黏壤土粉砂質黏壤土15~2515~2515~250~3020~4545~8555~8530~550~40黏土類砂質黏土壤質黏土粉砂質黏土黏土重黏土25~4525~4525~4545~6565~1000~200~4545~750~350~3555~7510~550~300~550~35

是土壤中含碳有機化合物的總稱，由進入土壤的植物、動物、微生物殘體及施入土壤的有機肥料經(jīng)分解轉化逐漸形成，通?？煞譃榉歉澄镔|和腐殖物質兩類。（二）土壤有機質含量土壤有機質絕大部分集中于土壤表層(0~15或0~20cm),我國土壤有機質含量在1~5%之間來源植物的根茬、莖稈、落葉、土壤中的動物殘骸以及施入土壤的有機肥料等作用土壤有機質主要以腐殖質為主,它作為土壤有機膠體來說，具有吸收性能、土壤緩沖性能以及與土壤重金屬的絡合性能等,這些性能對土壤的結構、性質、質量都有重大影響土壤有機質

土壤中生活的微生物(細菌、真菌、放線菌、藻類等)及動物(原生動物、蚯蚓、線蟲類等)對進入土壤的有機污染物的降解及無機污染物(如重金屬)的形態(tài)轉化起著主導作用，是土壤凈化功能的主要貢獻者。（三）土壤生物細菌放線菌蚯蚓線蟲圖4.1土壤微生物和動物

土壤水分及其所含溶質的總稱，溶有土壤中可溶成分的稀溶液，來源主要有：大氣降水、降雪、地表徑流、灌溉、地下水。(四)土壤溶液淺層地下水農(nóng)田灌溉河流霧雨雪圖4.2土壤溶液的來源土壤空氣存在于未被水分占據(jù)的土壤孔隙中，來源于大氣、生物化學反應和化學反應產(chǎn)生的氣體(如甲烷、硫化氫、氫氣、氮氧化物、二氧化碳等)。積水的土壤通氣不良，導致對植物的危害，茶樹最忌積水，積水的土壤不應用于種茶樹。(五)土壤空氣二、土壤的基本性質吸附性與土壤中膠體物質密切相關酸堿性受生物、氣候、地質、水文條件綜合影響極酸性pH＜4.5極堿性pH＞9.5

強酸性pH＞4.5~5.5強堿性pH＞8.5~9.5

酸性pH＞5.5~6.0堿性pH＞7.5~8.5

弱酸性pH＞6.0~6.5弱堿性pH＞7.0~7.5中性土pH6.5~7.0氧化-還原性土壤游離氧和高價金屬離子是氧化劑；

土壤有機質分解產(chǎn)物是還原劑土壤的特性具有肥力具有緩沖和凈化作用三、土壤背景值（土壤本底值）定義：指區(qū)域內很少受人類活動影響和不受或未明顯受現(xiàn)代工業(yè)污染與破壞的情況下，土壤原來固有的化學組成和元素含量水平。土壤元素背景值是統(tǒng)計性的，是一個范圍值而不是一個確定值。其表達方式目前還不統(tǒng)一，有幾種方法，但我國用得較多的一種是用土壤樣品平均值加減兩個標準偏差表示。即：四、土壤污染人為污染源：農(nóng)藥、化肥、污水灌溉、污泥（垃圾、工業(yè)廢渣）施肥

化學污染物污染物種類

生物類污染物：病原微生物

放射性污染物：90鍶、137銫重金屬硫化物氟化物農(nóng)藥天然污染源：礦物風化后自然擴散、火山灰

土壤中的污染物會通過土壤—植物體系進入生物相，并通過食物鏈富集到人體和動物體中，危害人畜健康，引發(fā)癌癥和其他疾病等。因此監(jiān)測土壤污染物的含量是十分必要的。土壤污染類型

水體污染型大氣污染型農(nóng)業(yè)污染型固體廢棄物污染型污水灌溉沉降化學農(nóng)藥、化肥廢渣、污泥、城市垃圾土壤污染的特點1、隱藏性或潛狀性2、不可逆和長期性3、間接危害性4、難于治理性

土壤污染一般要通過糧食、蔬菜、水果或牧草等農(nóng)作物的長狀況的改變以及攝食這些作物的人或動物的健康狀況變化才反映出來。

土壤一旦受到污染往往極難恢復，特別是重金屬元素對土壤的污染幾乎是一個不可逆過程，而許多有機物質的污染也需要一個比較長的降解時間。

土壤污染的后果是進入土壤的污染物，可以通過食物鏈危害動物和人體健康。

土壤污染的發(fā)生僅僅依賴切斷污染源的方法來恢復很難的，還要靠換土，淋濕土壤等方法才能解決問題，其他治理技術則可能見效較慢。

規(guī)定了土壤中污染物的最高允許濃度或范圍，是判斷土壤質量的依據(jù)。我國頒布的這類標準有：五、土壤質量標準土壤環(huán)境質量標準(GBl5618—1995)無公害農(nóng)產(chǎn)品蔬菜產(chǎn)地土壤環(huán)境質量指標(GB/T18407—2001)無公害農(nóng)產(chǎn)品茶葉產(chǎn)地土壤環(huán)境質量指標(NY5020—2001)我國土壤常規(guī)監(jiān)測項目金屬化合物鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鋅（Zn）非金屬無機化合物砷（As）、氰化物、氟化物、硫化物等我國土壤常規(guī)監(jiān)測項目有機化合物無機化合物苯并[a]芘、三氯乙醛、油類、揮發(fā)酚、DDT、六六六等土壤環(huán)境質量標準(GBl5618—1995)規(guī)定，土壤常規(guī)監(jiān)測項目主要包括：土壤優(yōu)先監(jiān)測物第一類汞、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(抗菌素、激素、致畸性物質、催畸性物質和誘變物質)等土壤優(yōu)先監(jiān)測物土壤樣品的采集與制備一、污染土壤樣品的采集(一)土壤采樣特點1、土壤是固、液、氣三相的混合物，主體是固體，污染物質進入土壤后不易得到混合，所以樣品往往有很大的局限性。

2、在一般的土壤監(jiān)測中，采樣誤差對結果的影響往往大于分析誤差。所以，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調查研究，選擇采樣單元，合理布設采樣點。(二)采樣點的布設布設原則不同土壤類型都要布點污染較重的地區(qū)布點要密些。常根據(jù)土壤污染發(fā)生原因來考慮布點多少大氣污染物引起：布點以污染源為中心，據(jù)當?shù)仫L向、風速及污染強度等因素來確定城市污水或被污染的河水灌溉農(nóng)田引起：采樣點應根據(jù)水流的路徑和距離來考慮化肥、農(nóng)藥引起：特點是分布比較均勻廣泛要在非污染區(qū)的同類土壤中布設一個或幾個對照采樣點總之，采樣點的布設既應盡量照顧到土壤的全面情況，又要視污染情況和監(jiān)測目的而定1、布設原則

（1）對角線布點法適用于面積較小、地勢平坦的污水灌溉或污染河水灌溉的田塊。布點方法：由田塊進水口向對角線引一斜線，將此對角線進行等分，在各等分的中間設采樣點。（2）梅花形布點法適用于面積較小、地勢平坦、土壤物質和污染程度較均勻的地塊。（3）棋盤式布點法適用于中等面積、地勢平坦、地形完整開闊的地塊，一般設10個以上分點。該法也適用于受固體廢物污染的土壤，應設20個以上分點。對角線布點法梅花形布點法棋盤式布點法2、布點方法

（4）蛇形布點法適用于面積較大、地勢不很平坦、土壤不夠均勻的田塊。（5）放射狀布點法適用于大氣污染型土壤。（6）網(wǎng)格布點法適用于地形平緩的地塊。農(nóng)用化學物質污染型土壤、土壤背景值調查常用這種方法。

對于綜合污染型土壤，還可以采用兩種以上布點方法相結合的方法。蛇形布點法放射狀布點法網(wǎng)格布點法3、采樣深度一般了解土壤污染狀況采樣深度視監(jiān)測目的而定只需取0~15cm或0~20cm表層(或耕層)土壤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深度處的土壤樣品了解污染物質在土壤中的垂直分布沿土壤剖面層次分層取樣A層(耕作層：表層、腐殖質淋溶層)B層(亞層、淀積層)C層(風化母巖層、母質層)底巖層土壤剖面土層示意圖4、采樣方法（1）采樣筒取樣（2）土鉆取樣（3）挖坑取樣

適合于表層土樣的采集。將長10cm、直徑8cm金屬或塑料采樣器的采樣筒直接壓入土層中，然后用鏟子將其鏟出，清除采樣筒口多余的土壤，采樣筒內的土壤即為所取樣品。

用土鉆鉆至所需深度后，將其提出，用挖土勺挖出土樣。

適用于采集分層的土樣。先用鐵鏟挖一截面1.5m×1m，深1.0m的坑，平整一面坑壁，并用干凈的取樣小刀或小鏟刮去坑壁表面1~5cm的土，然后在所需層次內采樣0.5~1kg，裝入容器內。5、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進行對照。6、采樣量7、采樣注意事項采樣量視測定項目而定，一般要求采樣0.5~1Kg。對多點采集的土壤可反復按四分法棄取，留下所需土量，裝入塑料袋或布袋內，貼上標簽備用。四分法：將采集的土樣弄碎混均鋪開，劃對角線分成四分，把相對的兩分并為一分，留一分棄一分。土壤樣品四分法示意圖

（1）采樣點不能設在田邊、溝邊、路邊或堆肥旁；（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）采樣同時，填寫土壤樣品標簽、采樣記錄、樣品登記表。土壤標簽一式兩份，一份放入樣品袋內，一份扎在袋口，并于采樣結束時在現(xiàn)場逐項逐個檢查。

（4）測定重金屬的樣品，盡量用竹鏟、竹片直接采集樣品。二、土壤本底值樣品的采集

1、布點原則首先確定采樣單元。采樣單元的劃分應根據(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不在水土流失嚴重或表土被破壞處設置采樣點采樣點遠離鐵路、公路至少300m以上選擇土壤類型特征明顯的地點挖掘土壤剖面，要求剖面發(fā)育完整、層次較清楚且無侵入體在耕地上采樣，應了解作物種植及農(nóng)藥使用情況，選擇不施或少施農(nóng)藥、肥料的地塊作為采樣單元土壤背景值采樣布點原則2、樣品采集土壤剖面挖掘示意圖土壤剖面A、B、C層示意圖淋溶層（A層）淀積層（B層）母質層（C層）過渡層（AB層）過渡層（BC層）土壤分層在每個采樣點均需挖掘土壤剖面進行采樣。我國環(huán)境背景值研究協(xié)作組推薦，剖面規(guī)格一般為長1.5m、寬0.8m、深1.0m，每個剖面采集A、B、C三層土樣過渡層（AB、BC）一般不采樣。當?shù)叵滤惠^高時，挖至地下水出露時止現(xiàn)場記錄實際采樣深度，如0~20、50~65、80~00cm。在各層次典型中心部位自下而上采樣，切忌混淆層次、混合采樣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層樣干旱地區(qū)剖面發(fā)育不完整的土壤，采集表層（0~20cm）、中土層（50cm）和底土層（100cm）附近的樣品土壤背景值樣品采集原則3、采樣點數(shù)的確定

根據(jù)監(jiān)測目的、區(qū)域范圍大小及其環(huán)境狀況等因素確定。一般每個采樣單元最少設3個采樣點。單個采樣單元內采樣點數(shù)可按下式估算：式中：n——每個采樣單元布設的最少采樣點數(shù)；

s——樣本相對標準偏差，即變異系數(shù)；

t——置信因子（當置信水平為95%時，t值為1.96）；

d——允許偏差（當規(guī)定抽樣精度不低于80%時，d取0.2）。三、土壤樣品的制備測定樣品中的不穩(wěn)定組分（如游離揮發(fā)酚、胺態(tài)氮、硝態(tài)氮、低價鐵、揮發(fā)性有機物）：要用新鮮土樣，若不能立即分析，應深度冷凍保存。測定多數(shù)穩(wěn)定項目用風干土樣。程序是：風干磨細過篩混合分裝制樣1、土樣的風干大多土樣需要風干，風干的土樣比較容易混合均勻。重復性準確性都比較好。野外采集樣品運到實驗室在塑料薄膜上或瓷盤內風干達半干狀態(tài)壓碎，除石塊、殘根等雜物鋪成薄層，陰涼處風干（在室溫下經(jīng)常翻動，充分風干）土樣風干過程土樣的風干：忌陽光直接曝曬、塵埃落入、酸堿等氣體的污染2、磨細與過篩（2）過篩后的土樣全部置于聚乙烯薄膜上，充分混勻，用四分法分成兩份，一份交樣品庫存放，可用于土壤pH值、土壤代換量等項目測定用；另一份繼續(xù)用四分法縮分成兩份，一份備用，一份用有機玻璃或瑪瑙研缽研磨至全部通過60目或100目孔徑尼龍篩，充分混合均勻后備用。（3）通過60目孔徑篩的土壤樣品，用于農(nóng)藥、土壤有機質、土壤全氮量等項目的測定。通過100目孔徑篩的土壤樣品用于元素分析(如：用原子吸收分光光度法測Cd、Cu、Ni等重金屬)。（4）樣品裝入樣品瓶或樣品袋后，及時填寫標簽，一式兩份，瓶內或袋內1份，外貼1份。（1）將風干樣在有機玻璃板或木板上用錘、滾、棒壓碎，并除去碎石、砂礫及植物殘體后，用四分法分取所需土樣量，使其全部通過2mm尼龍篩。一般處理方法(取風干樣品100～200g)：篩的目數(shù)與孔徑的關系在分析工作中所用的篩子有兩種：一種以篩孔直徑大小表示，如孔徑為2mm、1mm、0.5mm等；另一種以每英寸（1英寸=2.54cm）長度上的孔數(shù)表示。如每英寸長度上有40孔，為40目篩子（或稱40號篩子）?？讛?shù)愈多，孔徑愈小。篩目與孔徑之間的關系可用下列簡式表示：篩孔直徑（mm）＝16/每英寸孔數(shù)

1927年國際土壤學會規(guī)定通過2mm孔徑的土壤用作物理分析，通過1mm或0.5mm孔徑的土壤用作化學分析。例：60目篩=0.25mm篩土樣保存將風干土樣、沉積物或標準土樣等貯存于清潔的玻璃或聚乙烯容器之內。在常溫、陰涼、干燥、避陽光、密封（石蠟涂封）條件下保存。土壤樣品的預處理

目的：需要將土壤樣品處理成液體狀態(tài)和將欲測組分轉變?yōu)檫m合測定方法要求的形態(tài)、濃度，以及消除共存組分的干擾。土壤樣品的預處理方法：

堿熔法：用于元素的測定。酸熔法

提取法：用于有機污染物和不穩(wěn)定組分的測定。根據(jù)測定項目不同，選擇不同的預處理方法。

土壤污染監(jiān)測方法與水、大氣的監(jiān)測方法基本一樣，不同之處在于樣品的制備和預處理。(一)酸分解法稱消解法，是測定土壤中重金屬常選用的方法。常用混合酸消解體系，必要時加入氧化劑或還原劑加速消解反應。

分解法的作用：破壞土壤的礦物晶格和有機質，使待測元素進入試樣溶液中。一、土壤樣品分解(三)高溫分解法又稱為燃燒法或干法灰化，將樣品置于坩堝內，放在高溫電爐中加熱（溫度控制在450～550℃）分解。(二)堿熔分解法將土壤樣品與堿混合，在高溫下熔融，使樣品分解。