农田土壤环境质量监测之课件

项目五农田土壤环境质量监测项目五农田土壤环境质量监测主要内容土壤基本知识

土壤样品的采集与制备

土壤样品的预处理土壤污染物的测定主要内容土壤基本知识土壤样品的采集与制备土壤样品的预处理

土壤：是指陆地地表具有肥力并能生长植物的疏松表层（厚度约为2米左右）。

它介于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间，是环境中特有的组成部分。

土壤的组成：是由矿物质、动植物残体腐解产生的有机物质、土壤生物、水分和空气等固、液、气三相组成的。一、土壤组成土壤基本知识那么三相构成比例如何呢？土壤：是指陆地地表具有肥力并能生长植物的疏松表土壤土壤固相(占容积的50％)空隙矿物质(质量占固相总质量的95％～98％)有机质和生物（质量占固相总质量的2％～5％）土壤溶液空气

土壤溶液和空气占土壤总体积的50％土壤土壤固相空隙矿物质(质量占固相总质量的95％～98％)有

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95％～98％。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、土壤矿物质的矿物组成（1）原生矿物质：岩石经过物理风化后形成的碎屑，其原来的化学组成没有改变。

（2）次生矿物质：原生矿物质经过化学风化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构均有所改变。(一)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92.土壤矿物质的化学组成氧、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。微量元素和常量元素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4.1；国际制土壤质地分类见表4.2。2.土壤矿物质的化学组成表4.1我国土粒分级标准颗粒名称粒径/mm石块>10石砾粗砾10～3细砾3～1沙砾粗沙砾1～0.25细沙砾0.25～0.05粉粒粗粉粒0.05～0.01细粉粒0.01～0.005黏粒粗黏粒0.005～0.001细黏粒<0.001表4.1我国土粒分级标准颗粒名称粒径/mm石块>10石砾表4.2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(0.002~0.02mm)沙砾(0.02~2mm)类别砂土类砂土及壤质砂土0~150~1585~100壤土类砂质壤土壤土粉砂质壤土0~150~150~150~4535~4545~10055~8540~550~55黏壤土类砂质黏壤土黏壤土粉砂质黏壤土15~2515~2515~250~3020~4545~8555~8530~550~40黏土类砂质黏土壤质黏土粉砂质黏土黏土重黏土25~4525~4525~4545~6565~1000~200~4545~750~350~3555~7510~550~300~550~35表4.2国际制土壤质地分类质地分类各级土粒质量分数/％

是土壤中含碳有机化合物的总称，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，通常可分为非腐殖物质和腐殖物质两类。（二）土壤有机质含量土壤有机质绝大部分集中于土壤表层(0~15或0~20cm),我国土壤有机质含量在1~5%之间来源植物的根茬、茎秆、落叶、土壤中的动物残骸以及施入土壤的有机肥料等作用土壤有机质主要以腐殖质为主,它作为土壤有机胶体来说，具有吸收性能、土壤缓冲性能以及与土壤重金属的络合性能等,这些性能对土壤的结构、性质、质量都有重大影响土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总称，由进入土壤的植物、动物

土壤中生活的微生物(细菌、真菌、放线菌、藻类等)及动物(原生动物、蚯蚓、线虫类等)对进入土壤的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图4.1土壤微生物和动物土壤中生活的微生物(细菌、真菌、放线菌、藻类

土壤水分及其所含溶质的总称，溶有土壤中可溶成分的稀溶液，来源主要有：大气降水、降雪、地表径流、灌溉、地下水。(四)土壤溶液浅层地下水农田灌溉河流雾雨雪图4.2土壤溶液的来源土壤水分及其所含溶质的总称，溶有土壤中可溶成分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气体(如甲烷、硫化氢、氢气、氮氧化物、二氧化碳等)。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。(五)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、生物化学二、土壤的基本性质吸附性与土壤中胶体物质密切相关酸碱性受生物、气候、地质、水文条件综合影响极酸性pH＜4.5极碱性pH＞9.5

强酸性pH＞4.5~5.5强碱性pH＞8.5~9.5

酸性pH＞5.5~6.0碱性pH＞7.5~8.5

弱酸性pH＞6.0~6.5弱碱性pH＞7.0~7.5中性土pH6.5~7.0氧化-还原性土壤游离氧和高价金属离子是氧化剂；

土壤有机质分解产物是还原剂二、土壤的基本性质吸附性与土壤中胶体物质密切相关土壤的特性具有肥力具有缓冲和净化作用土壤的特性具有肥力具有缓冲和净化作用三、土壤背景值（土壤本底值）定义：指区域内很少受人类活动影响和不受或未明显受现代工业污染与破坏的情况下，土壤原来固有的化学组成和元素含量水平。土壤元素背景值是统计性的，是一个范围值而不是一个确定值。其表达方式目前还不统一，有几种方法，但我国用得较多的一种是用土壤样品平均值加减两个标准偏差表示。即：三、土壤背景值（土壤本底值）定义：指区域内四、土壤污染人为污染源：农药、化肥、污水灌溉、污泥（垃圾、工业废渣）施肥

化学污染物污染物种类

生物类污染物：病原微生物

放射性污染物：90锶、137铯重金属硫化物氟化物农药天然污染源：矿物风化后自然扩散、火山灰

土壤中的污染物会通过土壤—植物体系进入生物相，并通过食物链富集到人体和动物体中，危害人畜健康，引发癌症和其他疾病等。因此监测土壤污染物的含量是十分必要的。四、土壤污染人为污染源：农药、化肥、污水灌溉、污泥（垃圾、工土壤污染类型

水体污染型大气污染型农业污染型固体废弃物污染型污水灌溉沉降化学农药、化肥废渣、污泥、城市垃圾土壤污染类型污水灌溉沉降化学农药、化肥废渣、污泥、城市垃圾土壤污染的特点1、隐藏性或潜状性2、不可逆和长期性3、间接危害性4、难于治理性

土壤污染一般要通过粮食、蔬菜、水果或牧草等农作物的长状况的改变以及摄食这些作物的人或动物的健康状况变化才反映出来。

土壤一旦受到污染往往极难恢复，特别是重金属元素对土壤的污染几乎是一个不可逆过程，而许多有机物质的污染也需要一个比较长的降解时间。

土壤污染的后果是进入土壤的污染物，可以通过食物链危害动物和人体健康。

土壤污染的发生仅仅依赖切断污染源的方法来恢复很难的，还要靠换土，淋湿土壤等方法才能解决问题，其他治理技术则可能见效较慢。土壤污染的特点1、隐藏性或潜状性2、不可逆和长期性3、间接危

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。我国颁布的这类标准有：五、土壤质量标准土壤环境质量标准(GBl5618—1995)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)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我国土壤常规监测项目金属化合物镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、汞（Hg）、铅（Pb）、锌（Zn）非金属无机化合物砷（As）、氰化物、氟化物、硫化物等我国土壤常规监测项目有机化合物无机化合物苯并[a]芘、三氯乙醛、油类、挥发酚、DDT、六六六等土壤环境质量标准(GBl5618—1995)规定，土壤常规监测项目主要包括：我国土壤常规监测项目金属化合物镉（Cd）、铬（Cr）、铜（C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土壤样品的采集与制备一、污染土壤样品的采集(一)土壤采样特点1、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。

2、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。所以，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调查研究，选择采样单元，合理布设采样点。土壤样品的采集与制备一、污染土壤样品的采集(一)土壤采样(二)采样点的布设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：布点以污染源为中心，据当地风向、风速及污染强度等因素来确定城市污水或被污染的河水灌溉农田引起：采样点应根据水流的路径和距离来考虑化肥、农药引起：特点是分布比较均匀广泛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1、布设原则(二)采样点的布设布设原则不同土壤类型都要布点污染较重的地

（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。布点方法：由田块进水口向对角线引一斜线，将此对角线进行等分，在各等分的中间设采样点。（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。该法也适用于受固体废物污染的土壤，应设20个以上分点。对角线布点法梅花形布点法棋盘式布点法2、布点方法（1）对角线布点法对角线布点法梅花形布点法棋盘式布点

（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（4）蛇形布点法蛇形布点法放射状布点法网格布点法3、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0~15cm或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15~30cm处，对于根深的作物，也可取50cm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A层(耕作层：表层、腐殖质淋溶层)B层(亚层、淀积层)C层(风化母岩层、母质层)底岩层土壤剖面土层示意图3、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4、采样方法（1）采样筒取样（2）土钻取样（3）挖坑取样

适合于表层土样的采集。将长10cm、直径8cm金属或塑料采样器的采样筒直接压入土层中，然后用铲子将其铲出，清除采样筒口多余的土壤，采样筒内的土壤即为所取样品。

用土钻钻至所需深度后，将其提出，用挖土勺挖出土样。

适用于采集分层的土样。先用铁铲挖一截面1.5m×1m，深1.0m的坑，平整一面坑壁，并用干净的取样小刀或小铲刮去坑壁表面1~5cm的土，然后在所需层次内采样0.5~1kg，装入容器内。4、采样方法（1）采样筒取样（2）土钻取样（3）挖5、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、采样时间为了解土壤污染状况，可随时采集样6、采样量7、采样注意事项采样量视测定项目而定，一般要求采样0.5~1Kg。对多点采集的土壤可反复按四分法弃取，留下所需土量，装入塑料袋或布袋内，贴上标签备用。四分法：将采集的土样弄碎混均铺开，划对角线分成四分，把相对的两分并为一分，留一分弃一分。土壤样品四分法示意图

（1）采样点不能设在田边、沟边、路边或堆肥旁；（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）采样同时，填写土壤样品标签、采样记录、样品登记表。土壤标签一式两份，一份放入样品袋内，一份扎在袋口，并于采样结束时在现场逐项逐个检查。

（4）测定重金属的样品，尽量用竹铲、竹片直接采集样品。6、采样量7、采样注意事项采样量视测定项目而二、土壤本底值样品的采集

1、布点原则首先确定采样单元。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不在水土流失严重或表土被破坏处设置采样点采样点远离铁路、公路至少300m以上选择土壤类型特征明显的地点挖掘土壤剖面，要求剖面发育完整、层次较清楚且无侵入体在耕地上采样，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土壤背景值采样布点原则二、土壤本底值样品的采集1、布点原则首先确定采2、样品采集土壤剖面挖掘示意图土壤剖面A、B、C层示意图淋溶层（A层）淀积层（B层）母质层（C层）过渡层（AB层）过渡层（BC层）土壤分层2、样品采集土壤剖面挖掘示意图土壤剖面A、B、C层示意图淋在每个采样点均需挖掘土壤剖面进行采样。我国环境背景值研究协作组推荐，剖面规格一般为长1.5m、宽0.8m、深1.0m，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现场记录实际采样深度，如0~20、50~65、80~00cm。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）附近的样品土壤背景值样品采集原则在每个采样点均需挖掘土壤剖面进行采样。我国环境背景值研究协作3、采样点数的确定

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3个采样点。单个采样单元内采样点数可按下式估算：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）。3、采样点数的确定根据监测目的、区域范围大三、土壤样品的制备测定样品中的不稳定组分（如游离挥发酚、胺态氮、硝态氮、低价铁、挥发性有机物）：要用新鲜土样，若不能立即分析，应深度冷冻保存。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制样三、土壤样品的制备测定样品中的不稳定组分（如游离挥发酚1、土样的风干大多土样需要风干，风干的土样比较容易混合均匀。重复性准确性都比较好。野外采集样品运到实验室在塑料薄膜上或瓷盘内风干达半干状态压碎，除石块、残根等杂物铺成薄层，阴凉处风干（在室温下经常翻动，充分风干）土样风干过程土样的风干：忌阳光直接曝晒、尘埃落入、酸碱等气体的污染1、土样的风干野外采集样品运到实验室在塑料薄膜上或瓷盘内风干2、磨细与过筛（2）过筛后的土样全部置于聚乙烯薄膜上，充分混匀，用四分法分成两份，一份交样品库存放，可用于土壤pH值、土壤代换量等项目测定用；另一份继续用四分法缩分成两份，一份备用，一份用有机玻璃或玛瑙研钵研磨至全部通过60目或100目孔径尼龙筛，充分混合均匀后备用。（3）通过60目孔径筛的土壤样品，用于农药、土壤有机质、土壤全氮量等项目的测定。通过100目孔径筛的土壤样品用于元素分析(如：用原子吸收分光光度法测Cd、Cu、Ni等重金属)。（4）样品装入样品瓶或样品袋后，及时填写标签，一式两份，瓶内或袋内1份，外贴1份。（1）将风干样在有机玻璃板或木板上用锤、滚、棒压碎，并除去碎石、砂砾及植物残体后，用四分法分取所需土样量，使其全部通过2mm尼龙筛。一般处理方法(取风干样品100～200g)：2、磨细与过筛（2）过筛后的土样全部置于聚乙烯薄筛的目数与孔径的关系在分析工作中所用的筛子有两种：一种以筛孔直径大小表示，如孔径为2mm、1mm、0.5mm等；另一种以每英寸（1英寸=2.54cm）长度上的孔数表示。如每英寸长度上有40孔，为40目筛子（或称40号筛子）。孔数愈多，孔径愈小。筛目与孔径之间的关系可用下列简式表示：筛孔直径（mm）＝16/每英寸孔数

1927年国际土壤学会规定通过2mm孔径的土壤用作物理分析，通过1mm或0.5mm孔径的土壤用作化学分析。例：60目筛=0.25mm筛筛的目数与孔径的关系在分析工作中所用的筛子有两种土样保存将风干土样、沉积物或标准土样等贮存于清洁的玻璃或聚乙烯容器之内。在常温、阴凉、干燥、避阳光、密封（石蜡涂封）条件下保存。土样保存将风干土样、沉积物或标准土样等贮存于清洁的玻璃或聚乙土壤样品的预处理

目的：需要将土壤样品处理成液体状态和将欲测组分转变为适合测定方法要求的形态、浓度，以及消除共存组分的干扰。土壤样品的预处理方法：

碱熔法：用于元素的测定。酸熔法

提取法：用于有机污染物和不稳定组分的测定。根据测定项目不同，选择不同的预处理方法。

土壤污染监测方法与水、大气的监测方法基本一样，不同之处在于样品的制备和预处理。土壤样品的预处理目的：需要将土壤样品处理成液体状态(一)酸分解法称消解法，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速消解反应。

分解法的作用：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。一、土壤样品分解(一)酸分解法分解法的作用：破坏土壤的矿农田土壤环境质量监测之ppt课件(三)高温分解法又称为燃烧法或干法灰化，将样品置于坩埚内，放在高温电炉中加热（温度控制在450～550℃）分解。(二)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。磨口瓶塞包有样品的滤纸吸收液铂丝(三)高温分解法(二)碱熔分解法磨口瓶塞包有二、土壤样品提取方