土壤污染监测.ppt

第五章土壤质量监测 我国土壤分布图 全国第二次土壤普查代表20世纪80年代 全国土壤现状调查及污染防治项目 2005 2008 由国家环保总局和国土资源部共同承担 总经费约10亿元 三年半左右完成 土壤环境质量调查 必测项目22个 选测项目16个 土壤环境主剖面背景点对比调查 必测项目包括61个元素全量 13种元素的有效态 4类有机污染物和部分土壤理化性质指标 国家环保总局局长周生贤指出 土壤污染的总体形势相当严峻 1 土壤污染程度加剧 目前全国受污染的耕地约有1 5亿亩 污水灌溉污染耕地3250万亩 固体废弃物堆存占地和毁田200万亩 合计约占耕地总面积的十分之一以上 2 土壤污染危害巨大 据估算 全国每年因重金属污染的粮食达1200万吨 造成的直接经济损失超过200亿元 3 全国土壤污染的面积 分布和程度不清 土壤污染防治基础薄弱 土壤环境问题 土壤生态环境破坏 盐渍化 水土流失 沙化 荒漠化 贫瘠化 第五章土壤质量监测 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 基本要求 1 了解土壤基本知识及土壤污染的特点 2 熟悉土壤样品的采集 制备和测定 5 1 1土壤组成 土壤是地球表层的岩石经过生物圈 大气圈和水圈的综合影响演变而成的 土壤是由固 液 气三相物质构成的复杂体系 5 1土壤基本知识 一 土壤矿物质 土壤矿物质 定义 组成土壤的基本物质 约占土壤固体部分总重量的90 以上 有土壤骨骼之称 作用 植物营养元素的重要供给源 可分为原生矿物质和次生矿物质 瞧 颗粒大小多么不匀 土壤矿物质颗粒的分类 按照土壤中各粒级含量的相对比例进行分类 国际制 见表5 1 我国分类方法 见表5 2 表5 1国际制土壤质地分类 表5 2我国土粒分级标准 二 土壤有机质 土壤有机质 含量 大部分集中于土壤表层 0 20cm 来源 动 植物残骸以及施入土壤的有机肥料等 作用 以腐殖质为主 它作为土壤有机胶体具有吸收性能 土壤缓冲性能以及与土壤重金属的络合性能等 对土壤的结构 性质 质量有重大影响 我国土壤有机质分布图 全国第二次土壤普查代表20世纪80年代 土壤中生活的微生物及动物对有机污染物的降解及无机污染物 如重金属 的形态转化起着主导作用 是土壤净化功能的主要贡献者 三 土壤生物 细菌 放线菌 蚯蚓 线虫 土壤微生物和动物图 四 土壤溶液和空气 土壤溶液和空气 溶液 a 对土壤中物质的转化过程和土壤的形成过程有决定性作用 b 植物生长所需要的水分和养分的主要供给源 空气 a 是存在于土壤孔隙中的气体的总称 b 是土壤的重要组成之一 土壤水分 土壤水冻结时形成的冰 固态水 存在于土壤空气中的水汽 汽存水 毛管水 重力水 地下水 毛管水 吸湿水 膜状水 吸附水 土壤溶液的来源 来源主要有 大气降水 降雪 地表径流 灌溉 地下水 二 土壤的基本性质 2 酸碱性 3 氧化还原性 1 吸附性 吸附能力强 对有机污染物和无机污染物 如重金属离子 均具有很强的吸附能力 影响污染物在土壤中的迁移转化 变化范围宽 可分为九级 我国土壤东南酸 西北碱 多在pH4 5 8 5 活性酸度 潜性酸度 可交换H Al3 既具有氧化性 有具有还原性 组成复杂 全国第二次土壤普查代表20世纪80年代 5 1 3土壤背景值 定义 在未受人类社会行为干扰和破坏时 土壤成分的组成和各组分 元素 的含量 表5 3全国土壤 A层 背景值单位 g kg A层指土壤表层或耕层 我国土壤元素背景值的表达方法 95 置信度的范围值 如元素测定值符合 近似 正态分布 用算术平均值如元素测定值呈 近似 对数正态分布 用几何平均值 5 1 4土壤污染 当进入土壤的污染物质量和速度超过土壤能承受的容量和净化速度时 破坏了土壤环境的自然动态平衡 引起土壤的组成 结构 性状改变 功能失调 质量下降 导致土壤环境污染 农药 化肥 污灌 固体废物随意堆放或填埋等 污染源 天然污染源 矿物风化 火山爆发等 人为污染源 化学污染物 1 从轻度污染趋向严重污染 2 从单一污染趋向复合型污染 3 从局部污染趋向区域污染 土壤中的主要污染物 有机污染物和无机污染物 土壤污染的发展趋势是 1隐蔽性和潜伏性 2难恢复性和持久性 3判定的复杂性 土壤污染的特点 迄今为止 国内外尚未制定出 土壤中有害物质的最高容许浓度 的统一标准 因为地球表面上的每一特定区域都有它特有的地球化学性质 加之土壤中污染物质的含量与植物的生长发育之间的因果关系十分复杂 土壤污染是污染物在土壤中长期积累的过程 其后果要通过人和动物长期摄食由污染土壤生产的植物产品才能反映出来 土壤被污染后 其净化过程需相当长的时间 尤其是重金属污染是一个不可逆的过程 末端治理技术十分有限 许多农药在土壤中造成的污染具有持久性 5 1 5土壤质量标准 土壤环境质量标准 GBl5618 1995 分三级 无公害农产品蔬菜产地土壤环境质量指标 GB T18407 2001 无公害农产品茶叶产地土壤环境质量指标 NY5020 2001 表5 4土壤环境质量标准值 GB15618 1995 5 2土壤环境质量监测方案 监测目的资料的收集监测项目采样点的布设监测方法质量控制及评价 监测目的 土壤质量现状监测土壤污染事故监测污染物土地处理的动态监测土壤背景值调查 汉中 5 23 剧毒物品对土壤的渗漏污染现场照片 资料收集 自然环境方面的资料 土壤类型 植被 区域土壤元素背景值 土地利用 水土流失 自然灾害 水系 地下水 底质 地貌 气象等 社会环境方面的资料 工农业生产布局 工业污染种类及分布 污染物种类及其排放途径和排放量 农药化肥适用情况等 监测项目 土壤优先监测物我国土壤常规监测项目 土壤优先监测物 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 土壤优先监测物 了解 采样点的布设 一 布设原则 不同土壤类型都要布点 污染较重的地区布点要密些 常根据土壤污染发生原因来考虑布点多少 大气污染物引起 城市污水或被污染的河水灌溉农田引起 化肥 农药引起 要在非污染区的同类土壤中布设对照点 既应考虑土壤的全面情况 又要视污染情况和监测目的而定 二 采样点数量 单个采样单元内最少设3个采样点 其数目可估算 式中 n 每个采样单元布设的最少采样点数 s 样本相对标准偏差 即变异系数 t 置信因子 当置信水平为95 时 t值为1 96 d 允许偏差 当规定抽样精度不低于80 时 d取0 2 三 布设方法1 对角线布点法适用于面积较小 地势平坦的污水灌溉或污染河水灌溉的田块 2 梅花形布点法适用于面积较小 地势平坦 土壤物质和污染程度较均匀的地块 3 棋盘式布点法适用于中等面积 地势平坦 地形完整开阔的地块 一般设10个以上分点 对角线布点法 梅花形布点法 棋盘式布点法 4 蛇形布点法适用于面积较大 地势不很平坦 土壤不够均匀的田块 5 放射状布点法适用于大气污染型土壤 6 网格布点法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 对于综合污染型土壤 还可以采用两种以上布点方法相结合的方法 蛇形布点法 放射状布点法 网格布点法 常用方法 重量法 土壤水分 容量法 浸出物中含量较高的成分测定 如Ca2 Mg2 Cl SO42 光谱法 重金属如Cu Cd Cr Pb Hg等 气相色谱法 有机氯 有机磷及有机汞等农药 监测方法 表5 5农田土壤质量监测分析方法 必测元素部分 包括实验用分析仪器 量器 试剂 标准物质及监测人员基本素质的质量保证 实验室内部质量控制 实验室间质量控制 监测结果的数据处理要求等 质量控制 农田土壤环境质量评价 土壤单项污染指数 土壤综合污染指数 土壤污染物实测值 污染物质量标准值 平均单项污染指数 2 最大单项污染指数 2 1 2 表5 6土壤污染分极标准 5 3土壤样品的采集与加工管理 土壤样品的采集和处理是土壤分析工作的一个重要环节 采集有代表性的样品 是测定结果能如实反映土壤环境状况的先决条件 1 采样深度 一般了解土壤污染状况 采样深度视监测目的而定 只需取0 20cm表层 或耕层 土壤 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0 20cm处 对于根深的作物 也可取60cm深度处的土壤样品 了解污染物质在土壤中的垂直分布 沿土壤剖面层次分层取样 观察面 1 0m 1 5m 土壤剖面挖掘示意图 1 0m 堆土 C层 风化母岩层 母质层 每个剖面采集A B C三层土样 过渡层 AB BC 一般不采样 当地下水位较高时 挖至地下水出露时止 在各层次典型中心部位自下而上采样 切忌混淆层次 混合采样 土壤剖面A B C层示意图 采样工具 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 2 采样时间及频率 采样点不能设在田边 沟边 路边或肥堆边 测定重金属的样品 尽量用竹铲 竹片直接采集样品 现场填写两张标签 一张放入样品袋内 一张扎在样品口袋上 3 采样注意事项 2 土壤样品的加工与管理 样品加工处理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 盘式研磨筛分器 土壤样品四分法示意图 2 样品管理建立严格的管理制度和岗位责任制 风干土样存于阴凉 干燥的样品库内 新鲜土壤样品 放在玻璃瓶中 置于低于4 的冰箱内存放 保存半个月 一 酸分解法 二 碱熔分解法 三 高压釜密闭分解法 四 微波炉加热分解法 一 土壤样品的分解破坏土壤的矿物晶格和有机质 使待测元素进入试样溶液中 第四节土壤样品的预处理 二 土壤样品提取方法提取溶剂常用 有机溶剂 水和酸 三 净化 分离 和浓缩净化方法有层析法 蒸馏法等 浓缩方法有K D浓缩器法 蒸发法等 样品蒸发浓缩器实物照片 第五节土壤污染物的测定 监测项目 金属 非金属 有机物土壤监测的特点 样品的代表性问题 如果土壤均匀性差 不易采集到具有代表性的样品 采样误差 分析误差 造成 导致 土壤污染物测定中应注意的几个问题 一 含水量 样品在105 烘干 称重 计算 二 pH值 玻璃电极法 三 可溶性盐分 重量法 比重计法 电导法等 四 金属化合物 五 有机化合物测定 土壤相对湿度分布图 测定要点 称取通过1mm孔径筛的土样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1min 使水和土充分混合均匀 放置30min 用pH计测量上部浑浊液的pH值 土粒的粗细及水 土比例均对pH值有影响 一般酸性土壤的水土比保持5 1 1 1 碱性土壤水土比以1 1或2 5 1为宜 水土比增加 测得pH值偏高 二 pH值 玻璃电极法 三 可溶性盐分 用一定量的水从一定量土壤中经一定时间浸提出来的水溶性盐分 测定方法有重量法 比重计法 电导法 阴阳离子总和计算法等 15 过氧化氢 可溶性盐分总量 水浴蒸干恒重 残渣烘至恒重 105 烘箱 已恒重蒸发皿蒸干 50 100mL滤液 抽滤 振荡 无CO2水500mL 注意 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 此外 抽滤时尽可能快速 以减少空气中二氧化碳的影响 重量法测定要点 土样1000g 配标液 土样预处理 消解 标液及样品测定 结果计算 分光光度法原子吸收法原子荧光法 土壤中金属化合物的测定方法与 水和废水监测 中金属化合物的测定方法基本相同 仅在预处理方法和测量条件方面有差异 测定程序一般为 四 金属化合物 表5 6部分金属元素原子吸收测定条件 全国第二次土壤普查代表20世纪80年代 一 六六六和滴滴涕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GC ECD测定 五 有机化合物测定 2 仪器及条件主要仪器 GC ECD 全玻璃进样器 长1 8 2 0m 内径2 3mm螺旋状硬质玻璃填充柱 色谱条件 固定液 1 5 OV 17 甲基硅酮 1 95 QF 1 氟代烷基硅氧烷聚合物 80 100目ChromosorbWAW DMCS担体 气化室温度 220 柱温 195 载气 N2 流速 40 70mL min 3 测定要点 1 样品预处理 准确称取20g土样 先用石油醚 丙酮 1 1 于索氏提取器中提取 再用浓硫酸和无水硫酸钠净化 2 定性和定量分析 用色谱纯 六六六 六六六 六六六 六六六 p p DDE o p DDT p p DDD p p DDT和异辛烷 石油醚配制标准工作溶液 分别吸取标液和样品试液进样 根据保留时间定性 用外标法定量 六六六 滴滴涕气相色谱图 1 六六六 2 六六六 3 六六六 4 六六六 5 p p DDE 6 o p DDT 7 p p DDD 8 p p DDT 二 苯并 a 芘的测定测定方法有 紫外分光光度法 荧光分光光度法 高效液相色谱法等 紫外分光光度法适