土壤环境监测

1、第5章土壤环境监测 ? 教学目的、要求： 了解土壤组成和背景值； 掌握土壤样品的采集和测定的原则； 掌握土壤常见污染物的测定方法。 ? 重点内容： 土壤背景值、腐殖质、采样点布设、土壤样品采集、土壤样品测定；土壤试样含水量， 锌、镉、铜、汞等金属，农药、多环芳烃等有机污染物的监测方法。 ? 本章难点 根据具体情况选择土壤样品的采集方法，土壤样品的制备与保存 5. 1 土壤环境监测的意义 土壤是人类文明之源， 土壤的污染破坏导致了部分地区文明的衰落，土壤也是食品安全 问题的基础，污染的土壤不会生产出安全的食品。在我国，水土流失是中国最为严重的环境 问题，面积达375多万km2 ;受重金属、农业化

2、学品、酸沉降、放射性、矿物油、致病微生 物等因素产生的污染面积达 3亿亩，相当于耕地的1/5。 土壤的形成速率是 0.5-2cm/100年，一旦污染破坏，在短时期内无法弥补；土壤生态 系统的稳定是一切生态系统的基础。 5.2 土壤的组成和基本性质 5.2.1 土壤的组成 1. 土壤矿物质 （1）原生矿物：岩石经过物理风化而被破坏成碎屑，其原来的化学组成没有变化。 （2）次生矿物：原生矿物经过化学风化形成的新矿物，矿物的化学组成和晶体结构均有 所改变。 蒙脱石、高岭石、伊利石等 土壤的质地组成：沙砾、粉粒、粘粒 2. 土壤有机质： 3. 土壤生物 4. 土壤溶液土壤空气 S “ 般质:占砸鱷哄左

3、札总体郦聊左右 有机质洁飜鲫5%左札总体鮒12%左右 $相;部分由大气进儿投财是Q时鼠另F分帥土 土驭越间物脉壤内部产生曲按是COj M b相：删*分赠解在斛的多种舗繩质 ”亠絲昆蚊融帀肢动物 生物休 土躺生瓠讣土中可翊十倂 522 土壤的基本性质 1. 土壤的吸附性 土壤胶体、交换吸附、有机物和气体吸附 2. 土壤酸碱性 水、碳酸、有机酸等解离和酸式盐的水解、酸雨等能土壤酸化，碱式盐的水解碱化土壤。 用土壤pH值大小衡量。大多数土壤 pH值在4-9之间。 我国土壤的酸碱性反应，大多数在 PH4.5-8.5之间。在地理分布上有“东南酸西北碱” 的规律性。大致可以长江为界（北纬 33。），长江以

4、南的土壤多为酸性或强酸性，长江以北 的土壤多为中性或碱性。我国土壤的酸碱性南北差异很大 土壤之酸性的主要原因：H + , Al3+，有机酸，酸雨污染 3. 土壤的氧化还原性 土壤是一个不均匀的多相氧化还原体系，虽属化学反应，但很大程度上是由生物参与的 如氮体系变化有硝化细菌参与。由土壤氧化还原电位（Eh）衡量。Eh越大，土壤处于氧 化态，反之，处于还原态 。 土壤中的氧化还原性受土壤中易分解的有机质和易氧化或易还原的无机物质以及pH等 因素的影响。 4. 土壤的缓冲性 土壤是一个包含固、液、气三相组成的多组分开放的生物地球化学系统，包含了众多的、 以多样方式进行相互作用的不同化合物， 在固液界

5、面、气液界面发生的各种化学、生物化学 过程，通常均具有一定的自我调节能力， 故土壤实际上是一个巨大的缓冲体系。 对酸碱有缓 冲作用，对氧化还原物有缓冲作用。 狭义：对酸碱的缓冲 广义：土壤是一个巨大的缓冲体系，对营养元素、污染物质、氧化还原等同样具有缓冲性， 具有抗衡外界环境变化的能力。 5. 土壤背景值 是指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。 土壤元素背景值的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。 5.2.2 土壤污染物的监测控制 1.监测目的 (1) 判断土壤环境质量是否符合国家标准 (2) 根据

6、污染物的分布，追踪污染源 (3) 污染源在时间和空间上的分布的后果 (4) 研究污染物扩散模式和规律 (5) 为土壤资源的合理利用提供依据 2.监测项目及其监测方法 我国土壤常规监测项目： 金属化合物：镉（Cd）、铬（Cd）、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 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 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、

7、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 3. 土壤样品的采集 （1）采集污染土样之前，先要进行污染调查，调查内容包括： 自然条件：成土母质、地形、植被水文、气候等。 农业生产情况：土地利用情况，作物生长与产量、耕作、水利、肥料、农药等。 土壤性状：土壤类型、层次特征、分布及农业生产特性等。 污染历史与现状：如水、气、农药、肥料等途径的影响，以及矿床的影响。 （2）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；要在非污染区的同类土壤中布设一个或几个对照采样点 大气污染物引起：布点

8、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 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 （3）样品采集方法 对角线布点法、梅花形布点法、棋盘式布点法、蛇形布点法、放射状布点法、网格布点 法 （4）样品采集深度 一般了解土壤污染状况：只需取015cm 或 020cm 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

9、壤中的垂直分布：沿土壤剖面层次分层取样 （5）采样时间 随测定项目而定。如果只了解土壤污染情况，并随时采集土壤测定。 有时需要了解土壤上生长的植物受污染的情况，则可依季节变化或作物收获期采集土 壤和植物样品。一年中在同一地点采集两次进行对照。 （6）采样量及采样方法 具体需要多少土壤数量视分析测定项目而定，一般只要12kg即可。对多点均量 混合的样品可反复按四分法弃取，最后留下所需的土量，装入塑料袋或布袋中。 采样筒取样；土钻取样；挖坑取样。 采样注意事项 选取发育典型、代表性强的土壤采样。 采样深度一般采集 1m 以内的表土和心土，对于发育完好的典型剖面，应按发生层分 别采样，以研究各种元素

10、在土体内的分配。 （7）土壤背景值样品采集 采样点不能设在田边、沟边、路边或肥堆边。 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。 现场填写标鉴两张 (地点、土壤深度、日期、采样人姓名 )，一张放入样品袋内， 一张扎在样品口袋上。 4. 土壤样品的制备和保存 (1)土样的风干：忌阳光直接曝晒 (2) 磨碎与过筛：进行物理分析时，取风干样品100200g，放在木板上用圆木棍辗碎， 经反复处理使土样全部通过 2mm 孔径的筛子，作为土壤颗粒分析及物理性质测定。作化学 分析时，一般常根据所测组分及称样量决定样品细度。 (3) 分析有机质、全氮项目，应取一部分已过2mm 筛的土，用玛瑙或有

11、机玻璃研钵继续 研细，使其全部通过 60 号筛 (0.25mm) 。用原子吸收光度法测 Cd、Cu、Ni 等重金属时，土 样必须全部通过 100号筛(尼龙筛 )。 (4) 土壤样品的保存 一般土壤样品需保存半年至一年，以备必要时查核之用。 储存样品应尽量避免日光、潮湿、高温和酸碱气体等的影响。 玻璃材质容器是常用的优质贮器， 聚乙烯塑料容器也属美国环保局推荐容器之一，该类贮器 性能良好、价格便宜且不易破损。 将风干土样、沉积物或标准土样等贮存于洁净的玻璃或聚乙烯容器之内。在常温、阴凉、干 燥、避阳光、密封(石腊涂封)条件下保存 30 个月是可行的。 5. 土壤样品的预处理 ( 1 )碱熔法： 常用的有碳酸钠碱熔法和偏硼酸锂( LiBO2 )熔融法。 特点：分解样品完全， 缺点：添加了大量可溶性盐，易引进污染物质；有些重金属损失； ( 2)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。 目的：破坏、除去土壤中的有机物；溶解固体物质；将各种形态的金属变为同一 种可测态。 为了加速土壤中被测物质的溶解， 除使用混合酸外， 还可在酸性溶液中加入其他氧化剂 或还原剂。 ( 3)溶剂萃取分离 测定土壤中可溶性组分、有机物、农药时，避免用强酸、强碱处理样品，常用溶