第5章土壤监测

1、第一节第一节 土壤基本土壤基本知知识识 第二节第二节 土壤环境质量监测方案土壤环境质量监测方案 第三节第三节 土壤样品的采集与加工管理土壤样品的采集与加工管理 第四节第四节 土壤样品的预处理土壤样品的预处理 第五节第五节 土壤污染物的测定土壤污染物的测定 学 习 目的与要求目的与要求 1. 掌握土壤污染样品采集及样品的预处理； 2. 了解土壤污染评价方法 重点与难点重点与难点 土壤背景值、土壤样品采集、土壤样品的消解和提 取及预处理 课堂组织课堂组织 多媒体、讲述案例分析 土壤 土壤固相 (占容积的50) 空隙 矿物质矿物质(质量占固相质量占固相 总质量的总质量的9598) 有机质和生物有机质

2、和生物（质量（质量 占固相总质量的占固相总质量的2 5） 土壤溶液土壤溶液 空气空气 土壤溶液和空气占土壤总体积的50， 且二者之间经常处于彼此消长的状态。 土壤矿物质土壤矿物质是由岩石经风化而来的，一般占 土壤固体部分质量的9598。矿物质直接影响 土壤性质，又是植物矿质养分的主要来源，故同土 壤肥力有密切关系。 1.土壤矿物质的组成土壤矿物质的组成 （1）原生矿物质原生矿物质：岩石经过物理风化作用岩石经过物理风化作用 被破碎形成的碎屑，其原来的化学组成没有改被破碎形成的碎屑，其原来的化学组成没有改 变。变。 （2）次生矿物质次生矿物质：原生矿物质经过化学风：原生矿物质经过化学风 化后形成的

3、新矿物，其化学组成和晶体结构均化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构均 有所有所 改变。改变。 2.土壤化学组成 氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁八大元 素含量约占96以上，与岩石中各元素的含量相似。 3.土壤机械组成 指不同大小颗粒（沙砾、粉粒、黏粒）的相对 含量。不同粒径的矿物质颗粒的成分和物理化学性 质有很大差异，如对污染物的吸附、解吸和迁移、 转化能力，有效含水量及保水、保温能力等。 我国土壤质地分类参见表5.1；国际制土壤质地 分类见表5.2。 非腐殖物质非腐殖物质：包括糖类化合物包括糖类化合物(如淀粉、纤如淀粉、纤 维素等维素等)、含氮有机合物及有机磷和

4、有机硫、含氮有机合物及有机磷和有机硫 化合物。化合物。 腐殖物质腐殖物质：是植物残体中稳定性较大的木：是植物残体中稳定性较大的木 质素及其类似物在微生物作用下，部分被质素及其类似物在微生物作用下，部分被 氧化形成的一类特殊的高分子聚合物，具氧化形成的一类特殊的高分子聚合物，具 有芳环结构，苯环周围连有多种官能团，有芳环结构，苯环周围连有多种官能团， 如羧基、羟基、甲氧基及氨基等，如羧基、羟基、甲氧基及氨基等，使之具使之具 有表面吸附、离子交换、络合、缓冲、氧有表面吸附、离子交换、络合、缓冲、氧 化还原作用及生理活性等性能。化还原作用及生理活性等性能。 土壤中生活的土壤中生活的微生物微生物(细菌

5、、真菌、放线菌、细菌、真菌、放线菌、 藻类等藻类等)及及动物动物(原生动物、蚯蚓、线虫类等原生动物、蚯蚓、线虫类等) 对进对进 入土壤的有机污染物的降解及无机污染物入土壤的有机污染物的降解及无机污染物(如重金如重金 属属)的形态转化起着主导作用，是土壤净化功能的的形态转化起着主导作用，是土壤净化功能的 主要贡献者。主要贡献者。 细菌细菌 放线菌放线菌 蚯蚓蚯蚓 线虫线虫 图图5.1 土壤微生物和动物土壤微生物和动物 土壤空气存在于未被水分占据的土壤孔隙中，土壤空气存在于未被水分占据的土壤孔隙中， 来源于大气、生物化学反应和化学反应产生的来源于大气、生物化学反应和化学反应产生的 气体气体(如甲烷

6、、硫化氢、氢气、氮氧化物、二氧如甲烷、硫化氢、氢气、氮氧化物、二氧 化碳等化碳等)。 积水的土壤通气不良，导致对植物的危害，茶积水的土壤通气不良，导致对植物的危害，茶 树最忌积水，积水的土壤不应用于种茶树。树最忌积水，积水的土壤不应用于种茶树。 (二二) 酸碱性酸碱性 土壤的酸碱度可以划分为九级：土壤的酸碱度可以划分为九级： pH5.56.0为酸性土；为酸性土；pH6.06.5为弱酸性土；为弱酸性土； pH6.57.0为中性土；为中性土；pH7.07.5为弱碱性土；为弱碱性土； pH7.58.5为碱性土；为碱性土；pH8.59.5为强碱性土；为强碱性土； pH9.5为极强碱性土。为极强碱性土。

7、 中国土壤的中国土壤的pH大多在大多在4.58.5范围内，并呈东范围内，并呈东 南酸西北碱的规律。土壤的酸碱性直接或间接地影南酸西北碱的规律。土壤的酸碱性直接或间接地影 响污染物在土壤中的迁移转化。响污染物在土壤中的迁移转化。 (三三) 氧化氧化-还原性还原性 因土壤中含有氧化性和还原性无机物质和有机物因土壤中含有氧化性和还原性无机物质和有机物 质，使其具有氧化性和还原性，可以用氧化还原电位质，使其具有氧化性和还原性，可以用氧化还原电位 (Eh)来衡量。来衡量。 Eh300mV：氧化体系起主导作用，土壤处于氧：氧化体系起主导作用，土壤处于氧 化状态。化状态。 Eh1表示土壤已经污染 土壤单项污

8、染指数= 土壤污染物实测值 污染物质量标准值 规定了土壤中污染物的最高允许浓度或范围，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。是判断土壤质量的依据。 我国颁布的这类标准有土壤环境质量标准我国颁布的这类标准有土壤环境质量标准(GB 156181995)、无公害农产品蔬菜产地土壤环境质、无公害农产品蔬菜产地土壤环境质 量指标量指标(GB/T184072001)、无公害农产品茶叶产、无公害农产品茶叶产 地土壤环境质量指标地土壤环境质量指标(NY50202001)；有的省；有的省(市市) 还制定了这类地方标准。还制定了这类地方标准。 3.污染物土地处理的动态监测污染物土地处理的

9、动态监测 在进行污水、污泥土地利用、固体废弃物的土地处理在进行污水、污泥土地利用、固体废弃物的土地处理 过程中，对残留的污染物进行定点长期动态监测，既能充过程中，对残留的污染物进行定点长期动态监测，既能充 分利用土地的净化能力，又可防止土壤污染。分利用土地的净化能力，又可防止土壤污染。 4.土壤背景值调查土壤背景值调查 通过分析测定土壤中某些元素的含量，确定这些元素通过分析测定土壤中某些元素的含量，确定这些元素 的背景值水平和变化。的背景值水平和变化。 二、资料的收集二、资料的收集 自然环境方面的资料：土壤类型、植被、区域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

10、流失、自然灾害、土壤元素背景值、土地利用、水土流失、自然灾害、 水系、地下水、地质、地形地貌、气象等。水系、地下水、地质、地形地貌、气象等。 社会环境方面的资料：工农业生产布局、工业社会环境方面的资料：工农业生产布局、工业 污染源种类及分布、污染物种类及排放途径和排放污染源种类及分布、污染物种类及排放途径和排放 量、农药和化肥使用状况、污水灌溉及污泥施用状量、农药和化肥使用状况、污水灌溉及污泥施用状 况、人口分布、地方病等。况、人口分布、地方病等。 三、监测项目三、监测项目 根据监测目的确定：背景值要求测定土壤中各根据监测目的确定：背景值要求测定土壤中各 种元素的含量；污染事故监测仅测定可能造

11、成土壤种元素的含量；污染事故监测仅测定可能造成土壤 污染的项目；土壤质量监测测定影响自然生态和植污染的项目；土壤质量监测测定影响自然生态和植 物正常生长及危害人体健康的项目。物正常生长及危害人体健康的项目。 (二二) 采样点数量采样点数量 根据监测目的、区域范围大小及其环境状况等因素确定。根据监测目的、区域范围大小及其环境状况等因素确定。 一般每个采样单元最少设一般每个采样单元最少设3个采样点。个采样点。 单个采样单元内采样点数可按下式估算：单个采样单元内采样点数可按下式估算： 式中：式中：n每个采样单元布设的最少采样点数；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；样本

12、相对标准偏差，即变异系数； t置信因子，当置信水平为置信因子，当置信水平为95%时，时，t值为值为1.96； d允许偏差，当规定抽样精度不低于允许偏差，当规定抽样精度不低于80%时，时，d取取 0.2。 2 )( d ts n (三三) 采样点布设方法采样点布设方法 1.对角线布点法对角线布点法 适用于面积较小、地势平坦的污水适用于面积较小、地势平坦的污水 灌溉或污染河水灌溉的田块。灌溉或污染河水灌溉的田块。 2. 梅花形布点法梅花形布点法 适用于面积较小、地势平坦、土壤适用于面积较小、地势平坦、土壤 物质和污染程度较均匀的地块。物质和污染程度较均匀的地块。 3. 棋盘式布点法棋盘式布点法 适

13、用于中等面积、地势平坦、地形适用于中等面积、地势平坦、地形 完整开阔的地块，一般设完整开阔的地块，一般设10个以上分点。个以上分点。 该法也适用于受固体废物污染的土壤，该法也适用于受固体废物污染的土壤， 应设应设20个以上分点。个以上分点。 对角线布点法对角线布点法 梅花形布点法梅花形布点法棋盘式布点法棋盘式布点法 4. 蛇形布点法蛇形布点法 适用于面积较大、地势不很平坦、适用于面积较大、地势不很平坦、 土壤不够均匀的田块。土壤不够均匀的田块。 5. 放射状布点法放射状布点法 适用于大气污染型土壤。适用于大气污染型土壤。 6. 网格布点法网格布点法 适用于地形平缓的地块。农用化适用于地形平缓的

14、地块。农用化 学物质污染型土壤、土壤背景值调学物质污染型土壤、土壤背景值调 查常用这种方法。查常用这种方法。 对于综合污染型土壤，还可以采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。用两种以上布点方法相结合的方法。 蛇形布点法蛇形布点法放射状布点法放射状布点法网格布点法网格布点法 包括土壤样品预处理方法和分析测定方法。包括土壤样品预处理方法和分析测定方法。 分析测定常用原子吸收分光光度法、分光光度分析测定常用原子吸收分光光度法、分光光度 法、原子荧光法、气相色谱法、电化学分析法及化法、原子荧光法、气相色谱法、电化学分析法及化 学分析法等。学分析法等。 选择分析方法的原则：选择

15、分析方法的原则： 第一，标准方法；第一，标准方法； 第二，权威部门规定或推荐的方法第二，权威部门规定或推荐的方法; 第三，自选等效方法。第三，自选等效方法。 表表 5.6 农田土壤质量监测分析方法（必测元素部分）农田土壤质量监测分析方法（必测元素部分） 六、土壤监测质量控制六、土壤监测质量控制 包括实验用分析仪器、量器、试剂、标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。测结果的数据处理要求等。 七、农田土壤环境质量评价七、

16、农田土壤环境质量评价 (一一) 评价参数评价参数 污染物背景值）污染物质量标准值 污染物实测值 土壤单项污染指数 ( 2 )()( 22 最大单项污染指数平均单项污染指数 土壤综合污染指数 标准值 标准值实测值 污染物超标倍数 100% 监测样本总数 超标样本总数 ）土壤污染样本超标率（ (二二) 评价方法评价方法 以单项污染指数为主。当区域内土壤质量作为以单项污染指数为主。当区域内土壤质量作为 一个整体与外区域土壤质量比较时，或一个区域内一个整体与外区域土壤质量比较时，或一个区域内 土壤质量在不同历史阶段比较时，应用综合污染指土壤质量在不同历史阶段比较时，应用综合污染指 数评价。数评价。 1

17、00% 监测总面积 超标点面积之和 ）土壤污染面积超标率（ 100% 各项污染指数之和 某项污染指数 ）土壤污染分担率（ 2. 剖面样品剖面样品 了解土壤污染深度时采集剖面样品：按土壤了解土壤污染深度时采集剖面样品：按土壤 剖面层次分层采样。剖面层次分层采样。 A层层(耕作层耕作层) B层层(亚层、淀积层亚层、淀积层) C层层(风化母岩风化母岩 层、母质层层、母质层) 底岩层底岩层 （二）采样时间和频率（二）采样时间和频率 一般土壤在一般土壤在农作物收获期农作物收获期采样测定，必测采样测定，必测 项目一年测定一次，其他项目项目一年测定一次，其他项目35年测定一年测定一 次。次。 （三）采样量及

18、注意事项（三）采样量及注意事项 （1）填写土壤样品标签、采样记录、样品登）填写土壤样品标签、采样记录、样品登 记表。记表。1份放入样品袋内，份放入样品袋内，1份扎在袋口。份扎在袋口。 （2）测定重金属的样品，尽量用）测定重金属的样品，尽量用竹铲、竹片竹铲、竹片 直接采集样品。直接采集样品。 二、样品加工与管理二、样品加工与管理 (一一) 样品加工处理样品加工处理 制成满足分析要求的土壤样品；制成满足分析要求的土壤样品； 测定不稳定的项目用测定不稳定的项目用新鲜土样新鲜土样（如游离挥发酚、（如游离挥发酚、 NH3-N、NO3 -N、 、Fe2+）; 测定多数稳定项目用测定多数稳定项目用风干土样风

19、干土样。 程序是：风干程序是：风干 磨细磨细 过筛过筛 混合混合 分装分装 ( (一一) ) 酸分解法酸分解法 称消解法，是测定土壤中重金属常选用的方法。常称消解法，是测定土壤中重金属常选用的方法。常 用混合酸消解体系，必要时加入氧化剂或还原剂加速消用混合酸消解体系，必要时加入氧化剂或还原剂加速消 解反应。解反应。 ( (二二) ) 碱熔分解法碱熔分解法 将土壤样品与碱混合，在高温下熔融，使样品分解。将土壤样品与碱混合，在高温下熔融，使样品分解。 ( (三三) ) 高压釜密闭分解法高压釜密闭分解法 将用水润湿、加入混合酸并摇匀的土样放将用水润湿、加入混合酸并摇匀的土样放 入密封的聚四氟乙烯坩埚

20、内，置于耐压的不锈入密封的聚四氟乙烯坩埚内，置于耐压的不锈 钢套筒中，放在烘箱内加热（一般不超过钢套筒中，放在烘箱内加热（一般不超过 180）分解。）分解。 ( (四四) ) 微波炉加热分解法微波炉加热分解法 将土壤样品和混合酸放入聚四氟乙烯容器将土壤样品和混合酸放入聚四氟乙烯容器 中，置于微波炉内加热使试样分解的方法。中，置于微波炉内加热使试样分解的方法。 三、净化（分离）和浓缩三、净化（分离）和浓缩 消除干扰、浓缩待测成分常用净化方法有层析消除干扰、浓缩待测成分常用净化方法有层析 法、蒸馏法等；法、蒸馏法等； 浓缩方法有浓缩方法有K-D浓缩器法、蒸发法等。浓缩器法、蒸发法等。 土壤的土壤的

21、不均一性不均一性是造成采样误差的最主要原因。是造成采样误差的最主要原因。 土壤是固、气、液三相组成的分散体系，各种外来土壤是固、气、液三相组成的分散体系，各种外来 物进入土壤后流动、迁移、混合较难，所以采集的物进入土壤后流动、迁移、混合较难，所以采集的 样品往往具有局限性。一般情况下，采样误差要比样品往往具有局限性。一般情况下，采样误差要比 分析误差高得多。为保证样品的代表性，必须采取分析误差高得多。为保证样品的代表性，必须采取 以下两个技术措施控制采样误差。以下两个技术措施控制采样误差。 （1）采样前要进行现场勘察和有关资料的收集，）采样前要进行现场勘察和有关资料的收集， 根据土壤类型、肥力

22、等级和地形等因素将研究范围根据土壤类型、肥力等级和地形等因素将研究范围 划分为若干个采样单元，划分为若干个采样单元，每个采样单元的土壤要尽每个采样单元的土壤要尽 可能均匀一致。可能均匀一致。 （2）要保证有）要保证有足够多的采样点足够多的采样点，使之能充分代，使之能充分代 表采样单元的土壤特性。采样点的多少，取决于研表采样单元的土壤特性。采样点的多少，取决于研 究范围的大小，研究对象的复杂程度和试验研究所究范围的大小，研究对象的复杂程度和试验研究所 要求的精密度等因素。采样点设置过少，所采样品要求的精密度等因素。采样点设置过少，所采样品 的偶然性增加，缺乏足够的代表性；采样点设置过的偶然性增加

23、，缺乏足够的代表性；采样点设置过 多，则增大了采样的工作量，浪费了人力、物力和多，则增大了采样的工作量，浪费了人力、物力和 财力。财力。 监测项目：金属、非金属、有机物监测项目：金属、非金属、有机物 土壤监测的特点土壤监测的特点样品的代表性问题样品的代表性问题 测定方法：测定方法：与水、空气相同或相似与水、空气相同或相似 重量法重量法 容量法容量法 分光光度法分光光度法 原子吸收法原子吸收法 色谱法色谱法 结果表达结果表达：烘干土为基准：烘干土为基准 mg/kg(烘干土样烘干土样) 要重视采样前的调研工作要重视采样前的调研工作 样品在样品在105 烘干、称重、计算。烘干、称重、计算。 100% 风干土样 烘干土样风干土样 ）含水率（ 测定要点：称取通过测定要点：称取通过1 mm孔径筛的土样孔径筛的土样10 g于烧于烧 杯中，加无二氧化碳蒸馏水杯中，加无二氧化碳蒸馏水25 mL，轻轻摇动后，轻轻摇动后 用电磁搅拌器搅拌用电磁搅拌器搅拌1 min，使水和土充分混合均匀，使水和土充分混合均匀， 放置放置30 min，用，用pH计测量上部浑浊液的计测量上部浑浊液的pH值。值。 土粒的粗细及水、土比例均对土粒的粗细及水、土比例均对pH值有影响。一般值有影响。一般 酸性土壤的水土比保持酸性土壤的水土比保持5 11 1；碱性土壤水；碱性土壤水 土比以土比以1 1