51土壤组成和土壤背景值

1、第五章第五章 土壤质量监测土壤质量监测第一节第一节 土壤基本知识土壤基本知识第二节第二节 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 第一节第一节 土壤基本知识土壤基本知识 5.1.1 5.1.1 土壤组成土壤组成 5.1.2 5.1.2 土壤的基本性质土壤的基本性质 5.1.3 5.1.3 土壤背景值土壤背景值 5.1.4 5.1.4 土壤污染土壤污染 5.1.5 5.1.5 土壤质量标准土壤质量标准 地球表层的岩石经过风化作用，逐渐破

2、坏成疏松的、地球表层的岩石经过风化作用，逐渐破坏成疏松的、大小不等的矿物颗粒（称为母质）。大小不等的矿物颗粒（称为母质）。 而土壤是在母质、气候、生物、地形、时间等多种而土壤是在母质、气候、生物、地形、时间等多种成土因素综合作用下形成和演变而成的。成土因素综合作用下形成和演变而成的。 土壤组成很复杂，总体来说是由矿物质、动植物土壤组成很复杂，总体来说是由矿物质、动植物残体腐解产生的有机质、水分和空气等固、液、气残体腐解产生的有机质、水分和空气等固、液、气三相组成的。三相组成的。土壤矿物质土壤矿物质定义定义组成土壤的基本物质，约占土壤固组成土壤的基本物质，约占土壤固体部分总重量的体部分总重量的9

3、0%90%以上，有土壤骨以上，有土壤骨骼之称骼之称作用作用土壤矿物质的组成和性质直接影响土壤矿物质的组成和性质直接影响土壤的物理性质、化学性质。土壤土壤的物理性质、化学性质。土壤矿物质是植物营养元素的重要供给矿物质是植物营养元素的重要供给源，按其成因可分为原生矿物质和源，按其成因可分为原生矿物质和次生矿物质次生矿物质 1 1、原生矿物质：它是各种岩石经受不同、原生矿物质：它是各种岩石经受不同的物理风化，仍遗留在土壤中的一类矿物，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。其原来的化学组成没有改变。 2 2、 次生矿物质：它大多是由原生矿物质次生矿物质：它大多是由原生矿物质经

4、风化后形成的新矿物。经风化后形成的新矿物。 土壤中氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁土壤中氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁八大元素含量约占八大元素含量约占9696以上，其余诸元素含以上，其余诸元素含量甚微，低于十万分之几甚至百万分之几，量甚微，低于十万分之几甚至百万分之几，统称为微量元素。统称为微量元素。 不同粒径的矿物质颗粒的成分和物理化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、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，有效含水量及保解吸和迁移、转化能力，有效含水量及保水、保温能力等。水、保温能力等。 我国土壤质地分类参见表我国土壤质地分类参见表5.1；

5、国际制；国际制土壤质地分类见表土壤质地分类见表5.2。表表5.1 我国土粒分级标准我国土粒分级标准颗粒名称颗粒名称粒径粒径/mm石块石块10石砾石砾粗砾粗砾103细砾细砾31沙砾沙砾粗沙砾粗沙砾10.25细沙砾细沙砾0.250.05粉粒粉粒粗粉粒粗粉粒0.050.01细粉粒细粉粒0.010.005黏粒黏粒粗黏粒粗黏粒0.0050.001细黏粒细黏粒0.001表表5.2 国际制土壤质地分类国际制土壤质地分类质地分类各级土粒质量分数/质地名称黏粒(0.002mm)粉沙砾(0.0020.02mm)沙砾(0.022mm)类别砂土类砂土及壤质砂土01501585100壤土类砂质壤土壤土粉砂质壤土0150

6、1501504535454510055854055055黏壤土类砂质黏壤土黏壤土粉砂质黏壤土1525152515250302045458555853055040黏土类砂质黏土壤质黏土粉砂质黏土黏土重黏土254525452545456565100020045457503503555751055030055035土壤有机质土壤有机质含量含量土壤有机质绝大部分集中于土壤表层土壤有机质绝大部分集中于土壤表层(0(01515或或0 020cm),20cm),我国土壤有机质含量我国土壤有机质含量在在1 15%5%之间之间来源来源植物的根茬、茎秆、落叶、土壤中的植物的根茬、茎秆、落叶、土壤中的动物残骸以及施

7、入土壤的有机肥料等动物残骸以及施入土壤的有机肥料等作用作用土壤有机质主要以腐殖质为主土壤有机质主要以腐殖质为主, ,它作为它作为土壤有机胶体来说，具有吸收性能、土壤有机胶体来说，具有吸收性能、土壤缓冲性能以及与土壤重金属的络土壤缓冲性能以及与土壤重金属的络合性能等合性能等, ,这些性能对土壤的结构、性这些性能对土壤的结构、性质、质量都有重大影响质、质量都有重大影响 土壤中生活的微生物土壤中生活的微生物(细菌、真菌、放线菌、细菌、真菌、放线菌、藻类等藻类等)及动物及动物(原生动物、蚯蚓、线虫类等原生动物、蚯蚓、线虫类等) 对进入对进入土壤的有机污染物的降解及无机污染物土壤的有机污染物的降解及无机

8、污染物(如重金属如重金属)的形态转化起着主导作用，是土壤净化功能的主要的形态转化起着主导作用，是土壤净化功能的主要贡献者。贡献者。细菌细菌放线菌放线菌蚯蚓蚯蚓线虫线虫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、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)。 (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

9、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。 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。 活性酸度和潜性酸度活性酸度和潜性酸度 (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

10、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。 eh300mv：还原体系起主导作用，土壤处于还：还原体系起主导作用，土壤处于还原状态。原状态。 土壤背景值的表达方法：土壤背景值的表达方法：算术平均值算术平均值算术平均值算术平均值标准偏差标准偏差几何平均值几何平均值几何标准偏差几何标准偏差 我国土壤元素背景值的表达方法：我国土壤元素背景值的表达方法： 95%置信度置信度如元素测定值符合正态分布：如元素测定值符合正态分布：用算术平均值用算术平均值

11、如元素测定值呈对数正态分布：如元素测定值呈对数正态分布：用几何平均值用几何平均值22mddmxsx2dm sx2 人类活动产生的有害物质进入土壤，当其含人类活动产生的有害物质进入土壤，当其含量超过土壤本身的自净能力，并使土壤的成分、量超过土壤本身的自净能力，并使土壤的成分、性质发生变异，降低农作物的产量和质量，并危性质发生变异，降低农作物的产量和质量，并危害人体健康的现象。害人体健康的现象。v 按来源分：按来源分： 1 1水体污染型水体污染型 2 2大气污染型大气污染型 3 3农业污染型农业污染型 4 4固体废物污染型固体废物污染型 5 5生物污染型生物污染型按污染类型分：按污染类型分： 1

12、1重金属污染（镉、铬、砷、铅等）重金属污染（镉、铬、砷、铅等） 2 2农药和有机物污染农药和有机物污染 3 3放射性污染放射性污染 4 4病原菌污染病原菌污染土壤污染的危害：土壤污染的危害： 1 1导致严重的直接经济损失导致严重的直接经济损失 2 2导致食物品质下降导致食物品质下降 3 3危害人体健康危害人体健康 4 4导致其它环境问题导致其它环境问题土壤污染的特点土壤污染的特点 a a 隐蔽性和滞后性隐蔽性和滞后性 b b 累积性累积性 c c 不可逆转性不可逆转性 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。

13、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。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

14、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

15、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因素确定。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

16、； 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)(dtsn (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

17、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

18、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五、监测方法五、监测方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

19、效方法。第三，自选等效方法。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、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

20、）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。 100%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（表表5.8 土壤污染分极标准土壤污染分极标准 土壤级别综合污染指数（p综）污染等级污染水平1p综0.7安全清洁20.7p综1.0 警戒限 尚清洁31.0p综2.0 轻

21、污染土壤污染超过背景值，作物开始污染42.03.0重污染土壤、作物受污染已相当严重第三节第三节 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（表层、层（表层、淋溶层）淋溶层）b层（亚层、层（亚层、淀积层）淀积层）底岩层底岩层c层（风化母岩层（风化母岩层、母质层）层、母质层）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新鲜土样（如游离挥发酚、测定不稳定的项

22、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。测定多数稳定项目用风干土样。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 (二二) 样品管理样品管理n建立严格的管理制度和岗位责任制，按照规定建立严格的管理制度和岗位责任制，按照规定的方法和程序工作，认真按要求做好各项记录。的方法和程序工作，认真按要求做好各项记录。n风干土样存于阴凉、干燥的样品库内；新鲜土风干土样存于阴凉、干燥的样品库内；新鲜土壤样品，放在玻璃瓶中，置于低于壤样品，放在玻璃瓶中，置于低于4的冰箱的冰箱内存放，保存半个月。内存放，保存半个月。第四节第四节 土壤样品的预

23、处理土壤样品的预处理(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。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常用混合酸消解体系，必要时加入氧化剂或还原剂加速消解反应。速消解反应。(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，使样品分将土壤样品与碱混合，在高温下熔融，使样品分解。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入密将用水润湿、加入混合酸并摇匀的土样放入密封的聚四氟乙烯坩埚内，置于耐压的不锈钢套筒中，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

24、般不超过放在烘箱内加热（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中，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。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。第五节第五节 土壤污染物的测定土壤污染物的测定n监测项目：金属、非金属、有机物监测项目：金属、非金属、有机物n土壤监测的特点土壤监测

25、的特点样品的代表性问题样品的代表性问题土壤污染物测定中应注意的几个问题：土壤污染物测定中应注意的几个问题：n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n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一、土壤水分（一、土壤水分（n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于烧杯于烧杯中，加无二氧化碳蒸馏水中，加无二氧化碳蒸馏水25 ml，轻轻摇动后用电磁，轻轻摇动后用电磁搅拌器搅拌搅拌器

26、搅拌1 min，使水和土充分混合均匀，放置，使水和土充分混合均匀，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。n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。一般酸值有影响。一般酸性土壤的水土比保持性土壤的水土比保持5 11 1；碱性土壤水土比；碱性土壤水土比以以1 1或或2.5 1为宜，水土比增加，测得为宜，水土比增加，测得ph值偏高。值偏高。二、二、ph值：玻璃电极法值：玻璃电极法三、可溶性盐分三、可溶性盐分n用一定量的水从一定量土壤中经一定时间浸提出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；来的水溶性盐分； n测定方法有

27、重量法、比重计法、电导法、阴阳离测定方法有重量法、比重计法、电导法、阴阳离子总和计算法等。子总和计算法等。注意：水土比例大小和振荡提取时间影响土壤注意：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。减少空气中二氧化碳的影响。 n土壤中金属化合物的测定方法与土壤中金属化合物的测定方法与水和废水监测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：法和测量条件方面有差异。测定程序一般为： (一一) 六六六和滴滴涕六六六和滴滴涕 广泛使用气相色谱法。广泛使用气相色谱法。土样中有机物萃取土样中有机物萃取 色谱法测定（色谱法测定（ecd检测器）检测器） 1. 方法原理方法原理n用丙酮用丙酮-石油醚提取土壤样品中的六六六和滴滴涕，经硫酸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，用带电子捕获检测器的气相色谱仪测定。根净化处理后，用带电子捕获检测器的气相色谱仪测定。根据色谱峰进行两种物质异构体的定性分析；根据峰高据色谱峰进行两种物质异构体