《土壤组成和背景值》PPT课件.ppt

第一节 土壤组成和背景值,一、土壤的组成,土壤是覆盖于地球表面岩石圈上面的、由地球表面的岩石在自然条件下经过长期的风化作用形成的、具有天然肥力和植物生长能力的特殊物质。 土壤是由岩石风化后的矿物质、动植物残体腐烂分解产生的有机质、水分、空气和微生物五种成分组成。 1、土壤矿物质的化学组成：常量元素：氧、硅、铝、铁、钾、钠、钙、镁等，占全部元素的96以上，其余的含量较少（多在0.1%以下，有的甚至低于十亿分之几），称为微量或痕量元素。 土壤矿物质颗粒的形状和大小多种多样，不同粒径的矿物质颗粒的物理化学性质差异很大，对污染物的吸附、解析和迁移、转化能力、有效含水量及保水、保肥能力各不相同。,按照土壤粒径大小将土粒分为五级（见P263表51）。 按照土壤中各粒级土粒含量的相对比例或质量分数分类，将土壤分为四类（见P263表52），称为土壤质地分类。 2、土壤有机质：是土壤中含碳有机化合物的总称，是由进入土壤的植物、动物、微生物残体及施入土壤的有机肥料经分解转化逐渐形成的，绝大部分集中在土壤表层的020cm范围，占土壤干重的15。通常可分为非腐殖物质和腐殖物质两类，非腐殖物质包括糖类化合物（如淀粉、纤维素等）；另一类是腐殖物质，由植物残体中较稳定的木质素及其类似物在微生物的作用下，部分被氧化后形成的高分子聚合物，具有芳香环结构，环周围连有多种官能团，如羧基、羟基、甲氧基及氨基等，如胡敏酸和富里酸等。腐殖质是一种胶体物质，具有很强的吸附性能及与金属离子的络合性能，对调节土壤的结构、性质和质量都有很大作用。,3、土壤生物： 土壤中生活着微生物（细菌、真菌、放线菌、藻类等）及动物（原生动物、蚯蚓、线虫类等），它们不但是土壤有机质的重要来源，更重要的是土壤净化功能的主要贡献者。 4、土壤溶液： 土壤溶液是土壤水分及其所含溶质的总称，存在于土壤孔隙中，是植物和土壤生物的营养来源，也是土壤中物理、化学反应和微生物作用的介质。 5、土壤空气： 土壤空气存在于未被水分占据的土壤孔隙中，来源于大气、生物反应和化学反应产生的气体（如：氧气、二氧化碳、氢气、硫化氢、甲烷等）。,二、土壤的基本性质,1、吸附性： 土壤的吸附性与土壤中存在的胶体物质密切相关。 土壤胶体：无机胶体：黏土矿物、铁、铝、硅等水合氧化物等。 有机胶体：腐殖质（胡敏酸和富里酸）及少量其他有机物。 有机无机复合胶体。 2、酸碱性： 土壤的酸碱度可划分为九级： 9.5为极强碱性土； 3、氧化还原性：土壤中含有多种氧化性和还原性有机物和无机物，使其具有氧化性和还原性，用氧化还原电位（Eh）来衡量。 Eh 300mV，体系处于氧化状态， Eh 300mV，体系处于还原态。,土壤背景值是指土壤在少受人类活动影响或未受污染的土壤中元素的含量。 不同岩石类型和不同气候条件下形成的土壤中元素的含量差别很大。 我国土壤背景值调查工作始于70年代，研究范围包括30个省、市、自治区的41个土壤类型、分析元素达60多个。（见表53）,三、土壤背景值,土壤具有一定的自净能力，当外来污染物质超过土壤的自净能力时，就会影响土壤的正常功能和用途，引起农产品产量和质量的下降，最终影响人体健康。土壤的污染类型按照其污染源的不同可分为五大类： 1、水体污染型：污染源是受污染的地面水体。污染物质大多以废水灌溉的形式从地面进入土壤，一般集中于土壤表层，但随着废水灌溉时间的延长，某些污染物可能由土壤上部向下扩散，以至到达地下，污染地下水体。 截至到1999年，全国利用废水灌溉的面积已占总灌溉面积的7.3。 上海市郊7080年代，利用受污染的河水进行灌溉，致使郊区的一些菜地的土壤受到了重金属（Cu、Zn、Cr、Cd、Hg、As、Pb）的污染。受污染最严重的为彭浦、江湾、五角场、杨浦等工业区和浦东的三林、张江、孙桥等区。,四、土壤污染的类型及特点,2、大气污染型：土壤污染物质来自被污染的大气。其特点是以大气污染源为中心呈椭圆或条状分布，长轴沿主风向延长。污染物质主要集中于土壤表层的05cm。如燃煤产生的SO2和CO2等酸性物质的污染、重金属和放射性元素的污染等。 3、农业污染型：污染物质主要来自城市垃圾堆肥、污泥（污水处理厂污泥、工业污泥、河道疏浚污泥等）、化肥、农药等。 4、生物污染型：由于污水灌溉（尤其是医院污水）、施用垃圾和厩肥等，使土壤成为某些病菌的发源地。 5、固体废物污染型：土壤表面堆放或处理固体废物和废渣，通过大气扩散或降雨淋滤，使周围地区的土壤受到污染。,土壤污染的特点 1、土壤污染比较隐蔽。 土壤的污染往往是通过农作物以及家畜、家禽等食物污染，再通过人食用后身体的健康情况来反映。从开始污染到导致后果，有一段很长的间接、逐步、积累的隐蔽过程。 2、土壤被污染和破坏以后很难恢复。 3、土壤污染的后果比较严重。 4、土壤污染的判定比较复杂。,五、土壤环境质量分类,根据土壤的应用功能和保护目标，划分为三类： I类：主要适用于国家自然保护区、集中式饮用水源地、茶园、牧场和其他保护地区的土壤。土壤中的重金属基本上保持自然背景水平，不致使植物发生过多的积累，并使植物中的重金属含量保持自然水平。 类：主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等，土壤中的有害物质对植物生长不会有不良影响，植物体的可食用部分符合食品卫生要求。 类：主要适用于林地土壤及高背景值土壤和矿产附近的农田土壤（蔬菜地除外）。林地土壤中污染物不进入食物链，树木耐污染能力较强；原生高背景值土壤，矿产附近的土壤中有害物质虽含量较高，但这些土壤中有害物质的活性较低，一般不会对农作物造成污染。,六、土壤环境质量标准,GB15618-1995 土壤环境质量标准（见P267） 土壤质量标准规定了土壤中污染物的最高允许浓度或范围，是判断土壤质量的依据。 不同的土壤环境质量类别执行不同的土壤标准： I类：执行一级标准 类：执行二级标准 类：执行三级标准,第二节 土壤环境质量监测方案,一、土壤环境的监测类型,1、区域土壤环境背景监测 2、农田土壤环境质量监测 3、建设项目土壤环境评价监测 4、土壤污染事故监测,一、必测项目（11项）,土壤环境质量监测中必须监测的项目 1、重金属类： Cd 、Hg、 As、 Pb 、 Cr、 Cu 、 Zn 、 Ni 2、农药：六六六、DDT 3、pH值（有效酸度）和 阳离子交换量,二、选测项目,农田土壤环境质量监测中除上述必测项目外，还加选测项目，如： 铁、锰、总钾、有机质、总氮、有效磷、总磷、水分、总硒、有效硼、总硼、总钼、氟化物、氯化物、矿物油、苯并芘、全盐量等。,（一）、采样点布设原则 、合理划分采样单元：土壤质量监测或土壤污染监测，参考土壤类型、农作物种类、耕作制度等因素，并考虑接纳污染物的途径划分采样单元；采集土壤背景值样品时，应以土壤类型或成土母质类型划分采样单元。 、对于土壤污染监测，优先布设在污染严重、影响农业生产的地方。 、采样点不能设在田边、沟边、路边、肥堆边及水土流失严重或表土被破坏处。 、在耕地上采样，尽量选用不施或少施农药、化肥的地块作为采样单元，尽量减少人为活动的影响。,二、土壤样品的采集,（二）、采样点数量 选择一定数量的有代表性的地块（0.130.2公顷）作为采样单元，在同一单元内，布设一定数量的采样点进行多点采样，然后将各点所采的样品充分混合均匀，成为一个具有代表性的混合样品。 采样单元内采样点数计算公式,n - 每个单元的采样点数 s变异系数 t置信因子 d允许偏差,土壤调查经验公式,（三）、采样点布设方法P271272 、对角线布点法：该法适用于面积小、地势平坦的污水灌溉的田块。 、梅花形布点法：该法适用于面积小、地势平坦、土壤较均匀的田块，中心点设在两对角线交叉处，一般设510个点。 、棋盘式布点法：该法适用于中等面积、地势平坦、地形完整、土壤不够均匀的田块，一般设10个采样点。该法也适用于固废污染的土壤采样，但要求采样点应大于20个。 、蛇形布点法：该法适用于面积较大、地势不平坦、土壤不够均匀的田块，采样点数目较多。 、放射状布点法：适用于大气污染类型的地块。 、网格布点法：适用于地形平缓的地块。,对角线布点法,梅花形布点法,棋盘式布点法,蛇形布点法,网格布点法,（四）、采样深度 采样深度视监测目的而定。如果只是了解土壤污染状况，一般农作物只需采020cm的表层土壤；果园需采060cm的耕作层土壤；如果要了解土壤污染的深度，则应按土壤剖面层次分层采样。P276图 （五）、土壤样品类型 1、剖面样品了解土壤污染深度或进行背景监测 2、混合样品了解土壤一般的污染状况,（六）、采样时间和频率 如果只是了解土壤的污染状况，可随时采样；如果要同时了解作物受污染的状况，则在作物收获季节采样；一般土壤环境质量监测，则在夏收或秋收后采样。 采样频率：每三年一次。 （七）、采样量 采用多点均量法进行采样混合，对所得混合样反复按四分法取舍，最终的土样量按照测定所需量留12kg即可。,三、土壤样品的制备与保存,1、样品的风干 从野外采集的土样应立即放置在阴凉、通风处自然风干，防止微生物的作用，引起发霉变质。 除测定游离挥发酚、氨氮、硝态氮、硫化物、低价铁时需用新鲜土样外，多数项目均需利用风干后的样品进行测定。 2、磨碎与过筛 风干后的样品放在木板上用木棒碾碎后，全部用2mm孔径的尼龙筛进行过筛，除去砂砾和植物残体，过筛后的样品反复按四分法缩分，留下足够供分析用的数量，然后，再将样品用玛瑙研钵磨细，全部通过100目尼龙筛后装入磨口玻璃瓶备用。 一般测定常量元素时需要过筛的目数可以放低，如5060目，测定微量元素时，要求过筛的目数要高。,3、土样保存 常用的容器有玻璃瓶和聚乙烯塑料瓶。一般在常温、阴凉、干燥的条件下，可密封保存半年以上。,四、土壤样品的预处理方法,在土壤样品监测分析中，根据分析项目的不同，首先要对被分析的土壤样品进行预处理，预处理的方法概括起来主要有：酸分解法、碱熔分解法、高压釜密闭分解法、微波炉加热分解法和溶剂提取法。 1、酸分解法（湿法消化法） 将土壤样品与一种或两种以上的强酸（如H2SO4、HNO3、HClO4等）共同加热浓缩至一定体积，使有机物分解成二氧化碳和水，为了加快氧化速率，可加入一定量的H2O2、KMnO4、K2S2O8等强氧化剂进行消解。,2、碱熔分解法： 常用的有碳酸钠碱熔法和碳酸锂硼酸（LiCO3H3BO3)熔融法。 碳酸钠碱熔法适用于：氟、钼、钨的测定。 碳酸锂硼酸碱熔法适用于：铝、硅、钛、钙、镁、钾、钠。 碱熔法的优点：分解样品完全。 缺点：增加了大量的可溶性盐，易引进污染物质。 3、高压釜密闭分解法 将土壤样品放在密闭的聚四氟乙烯坩埚内，加入混合酸摇匀，密闭后置于耐压的不锈钢套筒中，放在烘箱内加热（不超过180）。 对于易挥发的元素，如汞、砷等，用该法较好。 4、微波炉加热分解法 有敞开法和密闭法（用专用聚四氟乙烯容器）两种。,5、溶剂提取法 分析土壤样品中的石油类、有机氯、有机磷农药和其它有机污染物时，由于这些污染物的浓度都比较低，必须对分析样品进行浓缩、富集和分离，常用的方法为溶剂提取法。 常用的溶剂提取方法有振荡浸取法和索氏提取法两种。