环境管理_土壤污染监测概述

第五章土壤污染监测 第一节土壤组成和土壤背景值土壤的功能 1 从农业生产角度看 土壤具有高的天然肥力和生长植物的能力 同时不断地供应调节植物生长和发育所需要的水分 肥料 空气 热量等肥力要素和环境条件 所以土壤是农业生产的物质基础和生产手段 是人类生活的宝贵自然资源 2 从环境科学角度看 土壤具有同化和代谢外界环境进入土体的物质的能力 即土壤能将输入的物质 经过在土壤中的迁移转化 变为土壤的组成部分或再向外界输出的物质 因此土壤是保护环境的主要净化剂 一 土壤组成土壤是由矿物质 动植物残体腐解产生的有机物质 水分或溶液 空气和土壤微生物等五种成分 即固液气三相组成的 一 土壤矿物质 1 土壤矿物质的矿物组成土壤矿物质是组成土壤的基本物质 约占土壤固体部分总重量的90 以上 它还是植物营养元素的重要供给源 按其成因可分为原生矿物和次生矿物 一 土壤矿物质 1 原生矿物 是指各种岩石经受不同程度的物理风化 仍遗留在土壤中的一类矿物 其原来的化学组成没有改变 2 次生矿物质 大多是由原生物质经风化后形成的新矿物质 它包括各种简单盐类 如碳酸盐 硫酸盐 卤化物等 次生矿物质中的简单盐类呈水溶性 易被淋失 2 土壤矿物质的化学组成 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 土壤中的氧 硅 铁 钙 钠 钾 镁八大元素含量约占96 以上 其余元素含量甚微 3 土壤机械组成 土壤是由不同粒级的土壤颗粒组成的 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 即根据砂粒 2 0 02mm 粉砂粒 0 002 0 02mm 和粘粒 0 002mm 在土壤中的相对含量 将土壤分为砂土 壤土 粘壤土 粘土四大类和十二级 二 土壤有机质 土壤有机质绝大部分集中于土壤表层 它主要来自各种植物的根 落叶 土壤中的动物残骸以及施入土壤中的有机肥料等 这些有机物质主要来自在物理 化学 生物等因素的作用下 形成一种新的性质相当稳定而复杂的有机化合物 称为土壤有机物质 它主要以腐殖质为主 腐殖质可以认为是由两种主要类型的物质 或基团 组成的 第一类属于未完全分解的植物和动物残骸 包括含氮和不含氮的有机物 第二类为腐殖质 腐殖质是具有多种功能团 芳香族结构及酸性的高分子化合物 其呈黑色或暗棕色胶体状 主要含有胡敏酸和富里酸 三 土壤生物 1 种类微生物 细菌 真菌 放线菌 藻类等动物 原生动物 蚯蚓 线虫类等2 作用土壤有机质的重要来源有机污染物的降解及无机污染物的形态转化起重要作用 四 土壤溶液 土壤溶液是土壤水及其所含溶质的总称 土壤水是土壤中各种形态水分的总称 为土壤的重要组成部分 作用 是植物和土壤生物的营养来源 又是土壤中各种物理 化学反应和微生物作用的介质 是影响土壤性质及污染物迁移 转化的重要因素 土壤水的来源有大气降水 降雪和地表径流 若地下水位接近地表面 约2 3m 则地下水亦是土壤水来源之一 五 土壤空气 土壤空气是存在于土壤中气体的总称 它是土壤的重要组成之一 土壤空气存在于未被土壤水分占据的土壤空隙中 土壤空气主要来源于大气 生物化学反应和化学反应产生的气体 如甲烷 硫化氢 氢气 氮氧化物 二氧化碳 其组分与大气基本相同 以氮 氧和二氧化碳为主 而在排水不良的土壤中含氧量下降 二氧化碳含量增加 土壤空气含氧量比大气少 而二氧化碳含量高于大气 二 土壤的基本性质 1 吸附性2 酸碱性3 氧化 还原性 三 土壤背景值 土壤背景值又称土壤本底值 它代表一定环境单元中的一个统计量的特征值 土壤元素背景值的常用表达方法有下列几种 用土壤样品平均值 表示 用平均值加减一个或俩个标准偏差 S 表示 用几何平均值 M 加减一个标准偏差 D 表示 我国土壤背景值的表达方法是 1 对元素测定值呈正态分布或近似正态分布的元素 用算术平均值表示数据分布的集中趋势 用算术标准偏差 S 表示数据的分散度 用算术平均值加减两个标准偏差 S 表示95 置信度数据的范围值 2 元素测定值呈对数正态或近似对数正态分布时 用几何平均值 M 表示数据的集中趋势 用几何标准偏差 D 表示数据的分散度 用M D2 MD2 表示95 置信度数据的范围值 四 土壤污染 土壤污染源天然污染源 矿物质风化后自然扩散 火山爆发后的火山灰等人为污染源 不合理使用农药 化肥 污水灌溉 污泥 城市垃圾 工业废渣 固体废弃堆放或填埋 大气沉降等 土壤污染物 化学污染物 重金属 硫化物 氟化物 农药等生物污染物 病原微生物等放射性污染 90锶 137铯等 土壤污染的特点 土壤污染比较隐蔽土壤被污染和破坏以后很难恢复污染后果严重土壤污染的判断比较复杂 土壤污染的类型 水体污染大气污染农业污染生物污染固体废物污染 土壤污染对环境的危害 土壤污染会引起土壤酸碱度的变化土壤中的有害物质直接影响植物的生长土壤污染危害人体健康 五 土壤质量标准 土壤环境质量标准 GB15618 1995 表5 4 无公害农产品蔬菜产地土壤环境质量标准 GB T18407 2001 表5 5 无公害农产品茶叶产地土壤环境质量标准 NY5020 2001 表5 6 无公害农产品粮食类产地环境质量标准 DB32 T343 1 1999 第二节土壤环境质量监测方案 一 监测目的二 资料的收集三 监测项目四 采样点的布设五 监测方法六 土壤监测环境质控制七 农田土壤环境质量评价 一 监测目的 1 土壤质量现状监测2 土壤污染事故监测3 污染物土地处理的动态监测4 土壤背景值调查 二 资料的收集自然环境方面的资料社会环境方面的资料 三 监测项目 土壤优先监测物有以下两类 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 我国土壤常规监测项目 金属化合物有 镉 Cd 铬 Cd 铜 Cu 汞 Hg 铅 Pb 锌 Zn 非金属无机化合物有 砷 As 氰化物 氟化物 硫化物等 有机化合物有 苯并 a 芘 三氯乙醛 油类 挥发酚 DDT 六六六等 四 采样点的布设 一 土壤样品采集 一 污染土壤样品采集1 土壤采样特点土壤是固 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 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 结果的分析值之间相差10 20 是不奇怪的 有时还会相差数倍 所以 在进行土壤样品采集时 要格外注意样品的合理代表性 最好能在采样前通过一定的调查研究 选择出一定量的采样单元 合理布设采样点 2 采样点布设由于土壤本身在空间分布上具有一定的不均匀性 所以应多点采样并均匀混合成为具有代表性的土壤样品 布设原则 1 不同土壤类型都要布点 2 在一定区域面积内 要有一个采样点 污染较重的地区布点要密些 通常要根据土壤污染发生的原因来考虑布点的多少 对大气污染物引起的土壤污染 采样点布设应以污染源为中心 并根据当地风向 风速及污染强度等因素来确定 由城市污水或被污染的河水灌溉农田引起的土壤污染 采样点应根据水流的路径和距离来考虑 如果是由于化肥 农药引起的土壤污染 它的特点是分布比较均匀广泛 3 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 布点方法 根据土壤自然条件 类型及污染情况的不同 常用方法有 1 对角线布点法 适用于面积小 地势平坦的污水灌溉或受废水污染的地形端正的田块 由田块的进水口向对角引一直线 将对角线划分为若干等分 一般3 5等分 在每等分的中点处采样 2 梅花形布点法 适用于面积较小 地势平坦 土壤较均匀的田块 中心点设在两对角线相交处 一般设5 10个采样点 布点方法 3 棋盘式布点法 适用于中等面积 地势平坦 地形完整开阔但土壤较不均匀的田块 一般采样点在10个以上 也适用于受固体废物污染的土壤 设20个以上的采样点 4 蛇形布点法 适用于面积较大 地形不平坦 土壤不均匀的田块 布设采样点数目较多 布点方法 5 放射状布点法适用于以大气污染型土壤 以大气污染源为中心 向周围画射线 在射线上布设采样分点 在主导风向适当增加分点之间的距离和分点数量 6 网格布点发适用于地形平缓的地块 农用化学物质污染型土壤 土壤背景值调查常用这种方法为全面客观评价土壤污染情况 在布点的同时要做到与土壤生长作物监测同步进行布点 采样 监测 以利于对比和分析 3 采样深度 采样深度视监测目的而定 1 如果只是一般了解土壤污染状况 只需取0 15cm或0 20cm表层 或耕层 土壤 2 如果是为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 3 若要了解污染物质在土壤中的垂直分布 则应沿土壤剖面层次分层取样 土壤剖面是指地面向下的垂直土体的切面 其采样次序是由下而上逐层采集 然后集中混合均匀 注意 用于重金属项目分析的土样 应将和金属采样器接触部分弃去 采样方法 采样筒取样 土钻取样 挖坑取样 4 采样时间 为了解土壤污染状况 可随时采集样品进行测定 如需同时掌握在土壤上生长的作物受污染状况 可依季节变化或作物收获期采集 一年中在同一地点采样两次进行对照 5 采样量 由于测定所需的土样是多点混合而成的 取样量往往较大 而实际供分析的土样不需太多 一般只需1 2Kg 因此对所得混合样可反复按四分法弃取 最后留下所需的土量 装入塑料袋或布袋内 贴上标签备用 6 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 五 监测方法见表5 7农田土壤质量监测分析方法 六 土壤监测环境质控制七 农田土壤环境质量评价 第三节土壤样品采集与加工管理 一 土壤样品的采集土壤样品的类型 1 混合样品 了解土壤的污染状况农作物 0 20cm 果林 0 60cm 采样5 20个 四分法弃取至1 2Kg2 剖面样品 了解土壤的污染深度 土壤样品采集 2 采样深度采样深度视监测目的而定 如果只是一般了解土壤污染状况 只需取0 15cm或0 20cm表层 如果只是了解土壤污染深度 则应按土壤剖面层次采样 用于重金属分析的样品 应将和金属采样器接触部分的土样弃去 土壤样品采集 3 采样时间为了解土壤污染状况 可随时采集样品进行测定 如需同时掌握在土壤生长的作物受污染状况 可依季节或作物收获期采集 一年时间在同一地点采样两次进行对照 土壤样品采集 4 采集量对所得混合物需反复按四分法弃取 最后留下所需的土量 装入塑料袋或布袋内 土壤样品采集 5 采集注意事项采样点不能设在田边 路边或肥堆边 将现场采样点的具体情况 如土壤面形态特征等做详细记录 现场写标签两张 地点 土壤深度 日期 采样人姓名 一张放在样品袋内 一张扎在样口袋上 二 土壤背景值样品采集 1 布点原则 1 首先确定采样单元 采样单元的划分应根据研究目的 研究范围及实际工作所具有的条件等综合因素确定 2 不在水土流失严重或表土被破坏设置采样点 3 采样远离铁路 公路至少300m以上 4 选择土壤类型特征明显的地点挖掘土壤剖面发育完整且无侵入体 5 在耕地上采样 应了解作物种植及农药使用情况 选择不施或少施农药 肥料的地块作为采样单元 以尽量减少人为活动影响 二 土壤背景值样品采集 2 样品采集 1 在每个采样点均需挖掘土壤剖面进行采样 2 在山地土壤土层薄的地区 B层发育不完整时 只采A C层样 3 干旱地区剖面发育不完整的土壤 采集表层 0 20cm 中土层 50cm 和底土层 100cm 附近的样品 3 采样点数的确定采样点的数目与所研究地区范围大小 研究任务所设定的精密度等因素有关 在所侧项目测量值的标准差 要求达到的精度相关 二 土壤样品制备与保存 一 土样的风干除测定游离挥发酚 铵态氮 硝态氮 低价铁等不稳定项目需要新鲜土样外 多数项目需要风干土样 因为风干土样较易混合均匀 重复性 准确性都比较好 从野外采集的土壤样品运到实验室后 为避免受微生物的作用引发霉变质 应立即将全部样品倒在塑料薄膜上或瓷盘内进行风干 当达半干状态时把土块压碎 除去石块 残根等杂物后铺成薄层 经常翻动 在阴凉处使其慢慢风干 切忌阳光直接暴晒 样品风干处应防止酸和碱等气体及灰尘的污染 二 土壤样品制备与保存 二 磨碎与过筛作化学分析时 根据分析项目不同而对土壤颗粒细度有不同的要求 土壤监测中 称样误差主要取决于样品混合的均匀程度和样品颗粒的粗细程度 即使对于一个混合均匀的土样 由于土粒的大小不同 其化学成分有不同 因此 称样量会对分析结果的准确与否产生较大的影响 一般常根据组分及称样量决定样品的细度 分析有机质 全氮项目 应取一部分已过2mm的土样 用玛瑙研钵继续研细 网筛规格有两种表示方法 一种以直径 另一种以每英寸长度上的孔数来表示 三 土样保存一般土样样品需要保存半年至一年 以备必要时查核用 土样要妥善保存 储存样品应尽量避免日光 潮湿 高温和酸碱气体等的影响 三土壤样品的预处理 二 土壤样品溶解溶解有两类方法 一类为碱熔法 另一类为酸溶法 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 四土壤样品的测定 测定方法土壤污染监测所用的方法与水质 大气监测方法类同 常用的方法有 重量法适用于测土壤的水分 容量法适用于浸出物较高的成分的测定 如Ca2 Mg2 Cl SO42 等 还有分光光度法 原子吸收分光光度法 原子荧光分光光度法等适用于Cu Cd Cr Pb Hg等重金属组分的