环境监测课件：第5章 土壤污染监测

1、 第五章 土壤监测 了解土壤的组成、背景值等基本概念，掌握土壤样品的采集和测定的原则及基本方法等土壤在地理环境中的作用气候生物水文地貌土壤土壤在地理环境中的作用 5.1土壤组成和土壤背景值 5.1.1土壤组成 5.1.2土壤背景值5.1.1土壤组成 土壤的形成：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（母质）。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。 土壤组成：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、气三相组成的。(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

2、作用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次生矿物质 土壤矿物质的矿物组成 1、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，其原来的化学组成没有改变。 2、 次生矿物质：它大多是由原生矿物质经风化后形成的新矿物。 土壤矿物质的化学组成 土壤矿物质元素的相对含量与地球表面岩石圈元素的平均含量及其化学组成相似。 土壤机械组成 土壤机械组成的分类是以土壤中各粒级含量的相对百分比作为标准。国际制采用三级分类法，即根据沙粒（0.022mm）、粉沙粒(0.0020.02mm)和粘粒(0.002mm)

3、在土壤中的相对含量，将土壤分成砂土、壤土、粘壤土、粘土四大类和十二级。/（二）土壤有机质 土壤有机质含量土壤有机质绝大部分集中于土壤表层(015或020cm),我国土壤有机质含量在15%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

4、者。（三）土壤生物细菌放线菌蚯蚓线虫图5.1 土壤微生物和动物 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5.2 土壤溶液的来源土壤水分和土壤溶液 土壤含水量约占水圈水总量的0.01%。土壤水的实际含量称为自然含水率： W1湿土重（克）； W2105110下烘干的干土重（克）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。(

5、五) 土壤空气土壤含气量：以单位土容积中空气占容积的百分数表示。 特点 a 不连续，存在于土粒空隙之间。 b 温度高。 c O2含量较少（有机物腐烂）；CO2显著增加，比大气中大8300倍，但氧气与二氧化碳两者之和约为总量的21（体积）与大气相近。 d 少量还原性气体如：CH4、H2S、H2 、氨、甲烷、二氧化氮、乙烯、乙炔等二十余种气体。(六）土壤的肥力特性及其重要性1、土壤的本质属性肥力 指土壤能同时并不断地供应和调节植物在生长 过程中所需要的水分、养分、空气、热量的能力2、土壤与农业生产的关系 (1) 土壤是农业生产最基本的自然资源 (2) 土壤是一种永续性的可更新资源理想土壤成分的体积

6、分数土壤的形成 1、土壤形成的过程2、成土主导因素: 生物裸露岩石成土母质原始土壤成熟土壤耕作土壤风化作用微生物低等植物草本植物木本植物耕作培育生土 熟土 肥土 生物对土壤形成的作用1、有机质积累过程成土母质微生物作用岩石积累有机质腐殖质土粒团聚形成土壤风化 生物生长 凝结作用根系穿横2、养分元素的富集过程矿物质淋失分解、释放养分元素的富集 残体释放土壤表层形成有一定肥力的土壤层 气候影响 根系吸收3、人类活动的影响:形成高产稳产的耕作土壤 (1)改造方式：灌溉、施肥、翻耕等(2)合理耕作经营：土壤不断改良，保持和提高土壤肥力 (3)不合理耕作经营：土壤沙化、盐碱化和水土流失等二、土壤的基本性

7、质（一）吸附性（二）酸碱性（三）氧化还原性（一）吸附性土壤吸附性能与土壤中存在的胶体物质密切相关无机胶体 （黏土矿物， 铁， 铝， 硅等水合氧化物）有机胶体 （主要腐殖酸及少量的生物活动产生的有机物）有机无机复合胶体由于土壤胶体具有巨大的比表面积，胶粒表面带有电荷， 分散在水中时界面上产生双电层等性能，使其对有机污染物（如有机磷和有机氯农药）和无机污染物（如Hg2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+等重金属离子）有较强的吸附能力或离子交换吸附能力。（二）酸碱性 土壤的酸碱度可以划分为九级 土壤酸度活性酸度: 又称有效酸度，是指土壤溶 液中游离氢离子浓度反映的 酸度，通常用pH值表示 潜性酸度: 土

8、壤胶体吸附的可交换氢离子 和铝离子经离子交换作用后所 产生的酸度 土壤碱性主要来自土壤中钙、镁、钠、钾的重碳酸盐、碳酸盐及土壤胶体上交换性钠离子的水解作用 土壤的酸碱度可以划分为九级：pH5.56.0为酸性土；pH6.06.5为弱酸性土；pH6.57.0为中性土；pH7.07.5为弱碱性土；pH7.58.5为碱性土；pH8.59.5为强碱性土；pH9.5为极强碱性土。 中国土壤的pH大多在4.58.5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响污染物在土壤中的迁移转化。（三）氧化还原性 氧化剂 ： 游离氧， 高价金属离子， 硝酸根等还原剂： 土壤有机质， 厌氧条件下形成的分解产

9、物， 低价金属离子 由于土壤中存在着多种氧化性和还原性无机物质及有机物质，使其具有氧化性和还原性 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(Eh)来衡量。 Eh300mV：氧化体系起主导作用，土壤处于氧化状态。 Eh300mV：还原体系起主导作用，土壤处于还原状态。5.1.2 土壤背景值 判断土壤是否受到污染或污染程度的标准。土壤背景值又称土壤本底值，它代表一定环境单元中的一个统计量的特征值。背景值（地质学）：指在各区域正常地质地理条件和地球化学条件下元素在各类自然体中的正常含量。环境科学上：指在未受或少受人类影响的情况下，尚未受或少受污染和破坏

10、的土壤中元素的含量。不同土壤的本底值相差很大（见下页表5.3）表5.3 全国土壤(A层)背景值 单位：g/kgA层指土壤表层或耕层。元素算术几何95%置信度范围值元素算术几何95%置信度范围值均值标准差均值标准差均值标准差均值标准差As11.27.869.21.912.533.5K1.860.4631.791.3420.942.97Cd0.0970.0790.0742.1180.0170.333Ag0.1320.0980.1051.9730.0270.409Co12.76.4011.21.674.031.2Be1.950.7311.821.4660.853.91Cr61.031.0753.91

11、.6719.3150.2Mg0.780.4330.632.0800.021.64Cu22.611.4120.01.667.355.1Ca1.541.6330.714.4090.014.8F478197.74401.501911012Ba469134.74501.30251809Hg0.0650.0800.0402.6020.0060.272B47.832.5538.71.989.9151.3Mn583362.84821.901301786Al6.621.6266.411.3073.379.87Ni26.914.3623.41.747.771.0Ge1.700.301.701.191.202.4

12、0Pb26.012.3723.61.5410.056.1Sn2.601.542.301.710.806.70Se0.2900.2550.2152.1460.0470.933Sb1.210.6761.061.6760.382.98V82.432.6876.41.4834.8168.2Bi0.370.2110.321.6740.120.88Zn74.232.7867.71.5428.4161.1Mo2.02.541.202.860.109.6Li32.515.4829.11.6211.176.4I3.764.4432.382.4850.3914.71Na1.020.6260.683.1860.01

13、2.27Fe2.940.9842.731.6021.054.84 土壤背景值的表达方法：算术平均值算术平均值标准偏差几何平均值几何标准偏差 我国土壤元素背景值的表达方法： 95%置信度如元素测定值符合正态分布：用算术平均值 如元素测定值呈对数正态分布：用几何平均值土壤本底值的表示方法：国内外尚无统一规定 （1）几何平均值（对数正态分布）几何标准偏差表示95置信区间。平均值和标准偏差（2) 算术平均值（正态分布） 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，就破坏了土壤环境的自然动态平衡，使污染物的积累逐渐占据优势，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

14、境污染。不合理地使用农药、化肥，污水灌溉，使用不符合标准的污泥，城市垃圾及工业废渣等，固体废物随意堆放或填埋，以及大气沉降物等。污染源天然污源染矿物风化后自然扩散，火山爆发后降落的火山灰等。人为污染源化学污染物定义污染物种类病原微生物放射性污染物生物类污染物主要是*锶、”铯等重金属、硫化物、氟化物、农药等5.2 土壤污染 环境是一个整体,污染物质进入环境后，会在大气、水和土壤等各部分中进行迁移、转化运动，从而影响整个环境。因此，土壤监测必须和大气、水体和生物监测相结合面、客观地反映实际。 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土壤环境质量标准(GB

15、 156181995)、无公害农产品蔬菜产地土壤环境质量指标(GB/T184072001)、无公害农产品茶叶产地土壤环境质量指标(NY50202001)；有的省(市)还制定了这类地方标准。五、土壤质量标准 表5.4 土壤环境质量标准值(GB156181995) 单位：mg/kg 级别一级二级三级土壤pH自然背景7.56.5项 目镉 汞 砷水田旱田铜农田果园铅 铬水田旱地0.200.151515353590900.300.303040501502502501500.300.5025301002003003002000.601.020251002003503502501.01.5304040040

16、0500400300六六六 滴滴锑 0.050.050.500.501.01.0表5.5 无公害农产品蔬菜地土壤环境质量指标 (GB/T18407.12001) 单位： mg/kg项 目指 标p6.5p=6.57.5p5g/kg的土壤，如苯并(a)芘含量5 g/kg，则用荧光分光光度法。土样50水浴提取滤液测定氧化铝层析柱分离两次提取液水浴蒸发近干氯仿环己烷过滤紫外分光光度法测定苯并(a)芘程序：氯仿土样提取过滤水浴蒸发近干提取液氧化铝层析柱纸层析苯环己烷苯并(a)芘斑甲醇溶出液测定荧光分光光度法测定苯并(a)芘流程：土壤样品于索氏提器内用环己烷提取苯并(a)芘；提取液注入高效液相色谱仪测定。高效液相色谱法的测定要点是：污染指数和超标率等计算公式 六、 农田土壤环境质量评价内梅罗污染指数评价 式中：PI 均和PI 最大分别是平均单项污染指数和最大单项污染指数 内梅罗指数反映了各污染物对土壤的作用，同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，可按内梅罗污染指数，划定污染等级。内梅罗指数土壤污染评价标准见下表土壤内梅罗污染指数评价标准 等级内梅罗污染指数污染等级PN0.7清洁（安全）0.7PN1.0尚清洁（警戒