土壤质量监测方法研讨

本资料来源第五章土土壤壤质量监监测第一节土土壤壤基本知识第二节土土壤壤环境质质量监测测方案第三节土土壤壤样品的的采集与与加工管管理第四节土土壤壤样品的的预处理理第五节土土壤壤污染物物的测定定第一节土土壤基本本知识土壤是指指陆地地地表具有有肥力并并能生长长植物的的疏松表表层。它它介于大大气圈、、岩石圈圈、水圈圈和生物物圈之间间，是环环境中特特有的组组成部分分。一、土壤壤组成土壤是由由矿物质质、动植植物残体体腐解产产生的有有机物质质、土壤壤生物、、水分和和空气等等固、液液、气三三相组成成的。土壤矿物物质是由由岩石经经风化而而来的，，一般占占土壤固固体部分分质量的的90％％以上。。矿物质质直接影影响土壤壤性质，，又是植植物矿质质养分的的主要来来源，故故同土壤壤肥力有有密切关关系。1.土壤壤矿物质质的组成成（1）原原生矿物物质：岩岩石经过过物理风风化作用用被破碎形成成的碎屑屑，其原原来的化化学组成成没有改改变。（2）次次生矿物物质：原原生矿物物质经过过化学风风化后形成的的新矿物物，其化化学组成成和晶体体结构均均有所改变。(一)土土壤矿矿物质2.土壤壤化学组组成氧、硅、、铝、铁铁、钙、、钠、钾钾、镁八八大元素素含量约约占96％以上上，与岩岩石中各各元素的的含量相相似。3.土壤壤机械组组成指不同大大小颗粒粒（沙砾砾、粉粒粒、黏粒粒）的相相对含量量。不同同粒径的的矿物质质颗粒的的成分和和物理化化学性质质有很大大差异，，如对污污染物的的吸附、、解吸和和迁移、、转化能能力，有有效含水水量及保保水、保保温能力力等。我国土壤壤质地分分类参见见表5..1；国国际制土土壤质地地分类见见表5..2。表5.1我我国土粒粒分级标标准颗粒名称粒径/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（0.5）粉粒粗粉粒0.05～0.01（0.1）细粉粒0.01～0.005黏粒粗黏粒0.005～0.001细黏粒<0.001表5.2国国际制制土壤质质地分类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0~150~150~150~45（15）35~4545~10055~8540~550~55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25~4525~4525~4545~6565~1000~200~4545~750~35（55）0~3555~7510~550~300~550~35由进入土土壤的植植物、动动物、微微生物残残体及施施入土壤壤的有机机肥料经经分解转转化逐渐渐形成，，通常可可分为非非腐殖物物质和腐腐殖物质质两类；；是土壤壤形成成的重要要基础，，与土壤壤矿物质质共同构构成土壤壤的固相相部分。。土壤有机机质一般般占土壤壤固相物物质总质质量的5%左右，对对于土壤壤的物理理、化学学和生物物学性状状有较大大的影响响。（二）土土壤有机机质非腐殖物物质：包括糖类类化合物物(如淀淀粉、纤纤维素等等)、含含氮有机机合物及及有机磷磷和有机机硫化合合物。腐殖物质质：是植物物残体中中稳定性性较大的的木质素素及其类类似物在在微生物物作用下下，部分分被氧化化形成的的一类特特殊的高高分子聚聚合物，，具有芳芳环结构构，苯环环周围连连有多种种官能团团，如羧羧基、羟羟基、甲甲氧基及及氨基等等，使之之具有表表面吸附附、离子子交换、、络合、、缓冲、、氧化还还原作用用及生理理活性等等性能。。土壤中生生活的微微生物((细菌、、真菌、、放线菌菌、藻类类等)及及动物((原生动动物、蚯蚯蚓、线线虫类等等)对对进入土土壤的有有机污染染物的降降解及无无机污染染物(如如重金属属)的形形态转化化起着主主导作用用，是土土壤净化化功能的的主要贡贡献者。。（三）土土壤生物物细菌放线菌蚯蚓线虫图5.1土土壤壤微生物物和动物物土壤水分分及其所所含溶质质的总称称，溶有有土壤中中可溶成成分的稀稀溶液，，来源主主要有：：大气降降水、降降雪、地地表径流流、灌溉溉、地下下水。(四)土土壤溶溶液浅层地下下水农田灌溉溉河流雾雨雪图5.2土土壤壤溶液的的来源土壤空气气存在于于未被水水分占据据的土壤壤孔隙中中，来源源于大气气、生物物化学反反应和化化学反应应产生的的气体((如甲烷烷、硫化化氢、氢氢气、氮氮氧化物物、二氧氧化碳等等)。积水的土土壤通气气不良，，导致对对植物的的危害，，茶树最最忌积水水，积水水的土壤壤不应用用于种茶茶树。(五)土土壤空空气二、土壤壤的基本本性质(一)吸吸附性性与土壤中中存在的的胶体物物质密切切相关。。土壤胶体体：无机胶体体有机胶体体有机－无无机复合合胶体对有机污污染物（（如有机机磷和有有机氯农农药）和和无机污污染物（（如Hg2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+等重金属属离子））有较强强的吸附附能力或或离子交交换吸附附能力。。(二)酸酸碱性性土壤的酸酸碱度可可以划分分为九级级：pH<4.5为为极强酸酸性土；；pH==4.5～5..5为强强酸性土土；pH>5..5～6.0为为酸性土土；pH>6..0～6.5为为弱酸性性土；pH>6.5～～7.0为中性性土；pH>7.0～～7.5为弱碱碱性土；；pH>>7.5～8..5为碱碱性土；；pH>>8.5～9..5为强强碱性土土；pH>9..5为极极强碱性性土。中国土壤壤的pH大多在在4.5～8..5范围围内，并并呈东南南酸西北北碱的规规律。土土壤的酸酸碱性直直接或间间接地影影响污染染物在土土壤中的的迁移转转化。(三)氧氧化--还原性性因土壤中中含有氧氧化性和和还原性性无机物物质和有有机物质质，使其其具有氧氧化性和和还原性性，可以以用氧化化还原电电位(Eh)来衡量量。Eh>300mV：：氧化体体系起主主导作用用，土壤壤处于氧氧化状态态。Eh<300mV：：还原体体系起主主导作用用，土壤壤处于还还原状态态。判断土壤壤是否受受到污染染或污染染程度的的标准。。土壤背景景值又称称土壤本底底值，它代表表一定环环境单元元中的一一个统计计量的特特征值。。背景值（（地质学学）：指指在各区区域正常常地质地地理条件件和地球球化学条条件下元元素在各各类自然然体中的的正常含含量。环境科学学上：指指在未受受或少受受人类影影响的情情况下，，尚未受受或少受受污染和和破坏的的土壤中中元素的的含量。。※不同土壤壤的本底底值相差差很大（见下页页表5.3）三、土壤壤背景值值表5.3全全国国土壤((A层①)背景值值单位：μμg/kg①A层指指土壤表表层或耕耕层。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As11.27.869.21.912.5～33.5K1.860.4631.791.3420.94～2.97Cd0.0970.0790.0742.1180.017～0.333Ag0.1320.0980.1051.9730.027～0.409Co12.76.4011.21.674.0～31.2Be1.950.7311.821.4660.85～3.91Cr61.031.0753.91.6719.3～150.2Mg0.780.4330.632.0800.02～1.64Cu22.611.4120.01.667.3～55.1Ca1.541.6330.714.4090.01～4.8F478197.74401.50191～1012Ba469134.74501.30251～809Hg0.0650.0800.0402.6020.006～0.272B47.832.5538.71.989.9～151.3Mn583362.84821.90130～1786Al6.621.6266.411.3073.37～9.87Ni26.914.3623.41.747.7～71.0Ge1.700.301.701.191.20～2.40Pb26.012.3723.61.5410.0～56.1Sn2.601.542.301.710.80～6.70Se0.2900.2550.2152.1460.047～0.933Sb1.210.6761.061.6760.38～2.98V82.432.6876.41.4834.8～168.2Bi0.370.2110.321.6740.12～0.88Zn74.232.7867.71.5428.4～161.1Mo2.02.541.202.860.10～9.6Li32.515.4829.11.6211.1～76.4I3.764.4432.382.4850.39～14.71Na1.020.6260.683.1860.01～2.27Fe2.940.9842.731.6021.05～4.84土壤背景景值的表表达方法法：算术平均均值算术平均均值±标标准偏差差几何平均均值±几几何标准准偏差我国土壤壤元素背背景值的的表达方方法：95%置置信度如元素测测定值符符合正态态分布：：用算术平平均值如元素测测定值呈呈对数正正态分布布：用几何平平均值四、土壤壤污染天然污染染源：矿矿物风化化后自然然扩散、、火山灰灰等人为污染染源：农农药、化化肥、污污水灌溉溉、污泥泥（垃圾圾、工业业废渣））施肥等等化学污染染物污染物种种类生物类污污染物：：病原微微生物放射性污污染物：：90锶、137铯重金属硫化物氟化物农药规定了土土壤中污污染物的的最高允允许浓度度或范围围，是判判断土壤壤质量的的依据。。我国颁布布的这类类标准有有土壤环环境质量量标准((GB15618——1995)、、无公害害农产品品蔬菜产产地土壤壤环境质质量指标标(GB/T18407—2001)、无无公害农农产品茶茶叶产地地土壤环环境质量量指标((NY5020—2001))；有的的省(市市)还制制定了这这类地方方标准。。五、土壤壤质量标标准表5.4土土壤壤环境质质量标准准值(GB15618—1995))单单位：mg/kg级别一级二级三级土壤pH自然背景<6.56.5～7.5>7.5>6.5项目镉≤汞≤砷水田≤旱田≤铜农田≤果园≤铅≤铬水田≤旱地≤0.200.151515353590900.300.303040501502502501500.300.5025301002003003002000.601.020251002003503502501.01.53040400400500400300六六六≤滴滴锑≤0.050.050.500.501.01.0表5.5无无公害害农产品品蔬菜地地土壤环环境质量量指标(GB//T18407.1——2001)单位：mg//kg项目指标pＨ<6.5pＨ=6.5～7.5pＨ>7.5总汞≤0.30.51.0总砷≤403025铅≤100150150镉≤0.30.30.6六价铬≤150200250六六六≤０.50.50.5第二节土土壤壤环境质质量监测测方案1.土壤壤质量现现状监测测监测土壤壤质量标标准要求求测定的的项目，，判断土土壤是否否被污染及污污染水平平，并预预测其发发展变化化趋势。。2.土壤壤污染事事故监测测调查分析析引起土土壤污染染的主要要污染物物，确定定污染的的来源、范围围和程度度，为行行政主管管部门采采取对策策提供科科学依据据。一、监测测目的图5.3汉汉中中“5··23””剧毒物物品对土土壤的渗渗漏污染染现场照照片3.污染染物土地地处理的的动态监监测在进行污污水、污污泥土地地利用、、固体废废弃物的的土地处处理过程中，，对残留留的污染染物进行行定点长长期动态态监测，，既能充充分利用土土地的净净化能力力，又可可防止土土壤污染染。4.土壤壤背景值值调查通过分析析测定土土壤中某某些元素素的含量量，确定定这些元元素的背景值值水平和和变化。。图5.4用用于于农业灌灌溉的闸闸门内充充满了污污水二、资料料的收集集自然环境境方面的的资料：：土壤类类型、植植被、区区域土壤壤元素背背景值、、土地利利用、水水土流失失、自然然灾害、、水系、、地下水水、地质质、地形形地貌、、气象等等。社会环境境方面的的资料：：工农业业生产布布局、工工业污染染源种类类及分布布、污染染物种类类及排放放途径和和排放量量、农药药和化肥肥使用状状况、污污水灌溉溉及污泥泥施用状状况、人人口分布布、地方方病等及相应图图件(如如污染源源分布图图、行政政区划图图等)。三、监测测项目根据监测测目的确确定：背背景值要要求测定定土壤中中各种元元素的含含量；污污染事故故监测仅仅测定可可能造成成土壤污污染的项项目；土土壤质量量监测测测定影响响自然生生态和植植物正常常生长及及危害人人体健康康的项目目。四、采样样点的布布设(一)布布设原原则(1)合合理地地划分采采样单元元。(2)对对于土土壤污染染监测，，哪里有有污染就就在哪里里布点。(3)采采样点点不能设设在田边边、沟边边、路边边、肥堆堆边及水土流流失严重重或表层层土被破破坏处。。(二)采采样点点数量根据监测测目的、、区域范范围大小小及其环环境状况况等因素素确定。。一般每每个采样样单元最最少设3个采样样点。单个采样样单元内内采样点点数可按按下式估估算：式中：n——每个个采样单单元布设设的最少少采样点点数；s——样本本相对标标准偏差差，即变变异系数数；t——置信信因子，，当置信信水平为为95%%时，t值为1..96；；d——允许许偏差，，当规定定抽样精精度不低低于80%时，，d取0.2。(三)采采样点点布设方方法1.对角角线布点点法适用于面面积较小小、地势势平坦的的污水灌溉或污污染河水水灌溉的的田块。。2.梅梅花形布布点法适用于面面积较小小、地势势平坦、、土壤物质和污污染程度度较均匀匀的地块块。3.棋棋盘式布布点法适用于中中等面积积、地势势平坦、、地形完整开阔阔的地块块，一般般设10个以上上分点。。该法也适适用于受受固体废废物污染染的土壤壤，应设20个以上上分点。。对角线布布点法梅花形布布点法棋盘式布布点法4.蛇蛇形布点点法适用于面面积较大大、地势势不很平平坦、土壤不够够均匀的的田块。。5.放放射状布布点法适用于大大气污染染型土壤壤。6.网网格布点点法适用于地地形平缓缓的地块块。农用用化学物质污污染型土土壤、土土壤背景景值调查常用这这种方法法。对于综合合污染型型土壤，，还可以以采用两种以以上布点点方法相相结合的的方法。。蛇形布点点法放射状布布点法网格布点点法五、监测测方法包括土壤壤样品预预处理方方法和分分析测定定方法。。分析测定定常用原原子吸收收分光光光度法、、分光光光度法、、原子荧荧光法、、气相色色谱法、、电化学学分析法法及化学学分析法法等。选择分析析方法的的原则：：第一，标标准方法法；第二，权权威部门门规定或或推荐的的方法;;第三，自自选等效效方法。。表5..6农农田土壤壤质量监监测分析析方法（（必测元元素部分分）监测项目监测分析方法方法来源必测元素镉石墨炉原子吸收分光光度法GB/T17141－1997KI－MIBK萃取原子吸收分光光度法总汞冷原子荧光法冷原子吸收法GB/T17136－1997总砷二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法GB/T17134－1997硼氢化钾－硝酸银分光光度法GB/T17135－1997氢化物－原子荧光法铜火焰原子吸收分光光度法GB/T17138－1997铅石墨炉原子吸收分光光度法GB/T17141－1997KI－MIBK萃取原子吸收分光光度法GB/T17140－1997总铬火焰原子吸收分光光度法GB/T17137－1997二苯碳酰二肼分光光度法锌火焰原子吸收分光光度法GB/T17138－1997镍火焰原子吸收分光光度法GB/T17139－1997六六六气相色谱法GB/T14550－1997滴滴涕气相色谱法GB/T14550－1997pHpH玻璃电极法六、土壤壤监测质质量控制制包括实验验用分析析仪器、、量器、、试剂、、标准物物质及监监测人员员基本素素质的质质量保证证，实验验室内部部质量控控制，实实验室间间质量控控制，监监测结果果的数据据处理要要求等。。七、农田田土壤环环境质量量评价(一)评评价参参数(二)评评价方方法以单项污污染指数数为主。。当区域域内土壤壤质量作作为一个个整体与与外区域域土壤质质量比较较时，或或一个区区域内土土壤质量量在不同同历史阶阶段比较较时，应应用综合合污染指指数评价价。表5.7土土壤壤污染分分极标准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20.7<P综≤1.0警戒限尚清洁31.0<P综≤2.0轻污染土壤污染超过背景值，作物开始污染42.0<P综≤3.0中污染土壤、作物均受到中度污染5P综>3.0重污染土壤、作物受污染已相当严重第三节土土壤样品品的采集集与加工工管理土壤样品品的采集集和处理理是土壤壤分析工工作的一一个重要要环节，，采集有有代表性性的样品品，是测测定结果果能如实实反映土土壤环境境状况的的先决条条件。实实验室工工作者只只能对来来样的分分析结果果负责，，如果送送来的样样品不符符合要求求，那么么任何精精密仪器器和熟练练的分析析技术都都将毫无无意义。。因此，，分析结结果能否否说明问问题，关关键在于于样品的的采集和和处理。。(一)土土壤样样品的类类型、采采样深度度及采样样量1.混混合样品品一般了解解土壤污污染状况况时采集集混合样样品：将将一个采样样单元内内各采样样分点采采集的土土样混合合均匀制制成。对种植一一般农作作物的耕耕地，只只需采集集0～20cm耕作作层土壤壤；对于于种植果果林类农农作物的的耕地，，采集0～～60cm耕作作层土壤壤。一、土壤壤样品的的采集2.剖剖面样品品了解土壤壤污染深深度时采采集剖面面样品：：按土壤壤剖面层层次分层层采样。。A层(耕耕作层))B层(亚亚层、淀淀积层))C层(风风化母岩岩层、母母质层))底岩层图5.5土土壤壤剖面土土层示意意图图5.6土土壤壤剖面挖挖掘示意意图剖面规格格一般为为长1..5m、、宽0..8m、、深1..0m，，每个剖剖面采集集A、B、C三三层土样样。过渡渡层（AB、BC）一一般不采采样。当当地下水水位较高高时，挖挖至地下下水出露露时止。。现场记记录实际际采样深深度，如如0～20、50～65、80～100cm。在在各层次次典型中中心部位位自下而而上采样样，切忌忌混淆层层次、混混合采样样。图5.7土土壤剖剖面A、、B、C层示意意图在山地土土壤土层层薄的地地区，B层发育育不完整整时，只只采A、、C层样样。干旱地区区剖面发发育不完完整的土土壤，采采集表层层（0～～20cm）、、中土层层（50cm））和底土土层（100cm）附附近的样样品。（二）采采样时间间和频率率一般土壤壤在农作作物收获获期采样样测定，，必测项项目一年测测定一次次，其他他项目3～5年年测定一一次。（三）采采样注意意事项（1）填填写土壤壤样品标标签、采采样记录录、样品品登记表。1份放入入样品袋袋内，1份扎在在袋口。。（2）测测定重金金属的样样品，尽尽量用竹竹铲、竹竹片直接采集集样品。。二、土壤壤样品的的加工与与管理(一)样样品加加工处理理制成满足足分析要要求的土土壤样品品；测定不稳稳定的项项目用新新鲜土样样（如游游离挥发发酚、NH3-N、NO3－-N、Fe2+）;测定多数数稳定项项目用风风干土样样。程序是：：风干磨磨细细过过筛混混合分分装图5.9盘盘式式研磨筛筛分器图5.8土土壤样样品四分分法示意意图(二)样样品管管理建立严格格的管理理制度和和岗位责责任制，，按照规规定的方方法和程程序工作作，认真真按要求求做好各各项记录录。风干土样样存于阴阴凉、干干燥、的的样品库库内；新新鲜土壤壤样品，，放在玻玻璃瓶中中，置于于低于4℃的冰冰箱内存存放，保保存半个个月。第四节土土壤样品品的预处处理(一)酸酸分解解法称消解法法，是测测定土壤壤中重金金属常选选用的方方法。常常用混合合酸消解解体系，，必要时时加入氧氧化剂或或还原剂剂加速消消解反应应。(二)碱碱熔分分解法将土壤样样品与碱碱混合，，在高温温下熔融融，使样样品分解解。根据测定定项目不不同，选选择不同同的预处处理方法法。一、土壤壤样品分分解破坏土壤壤的矿物物晶格和和有机质质，使待待测元素素进入试试样溶液液中。(三)高高压釜釜密闭分分解法将用水润润湿、加加入混合合酸并摇摇匀的土土样放入入密封的的聚四氟氟乙烯坩坩埚内，，置于耐耐压的不不锈钢套套筒中，，放在烘烘箱内加加热（一一般不超超过180℃））分解。。(四)微微波炉炉加热分分解法将土壤样样品和混混合酸放放入聚四四氟乙烯烯容器中中，置于于微波炉炉内加热热使试样样分解的的方法。。二、土壤壤样品提提取方法法测定土壤壤中的有有机污染染物、受受热后不不稳定的的组分以及进进行组分分形态分分析时，，需要采采用提取取方法。。提取溶剂剂常用有有机溶剂剂、水和和酸。(一)有有机污染染物的提提取测定土壤壤中的有有机污染染物，一一般用新新鲜土样样。称取取适量土样放放入锥形形瓶中，，放在振振荡器上上，用振振荡提取取法提取取。对于农药药、苯并并（a）芘等含含量低的的污染物物，常用用索氏提提取器提取法法。(二)无无机污染染物的提提取土壤中易易溶无机机物组分分、有效效态组分分可用酸酸或水浸浸取。三、净化化和浓缩缩消除干扰扰、浓缩缩待测成成分常用用净化方方法有层层析法、、蒸馏法法等；浓缩方法法有K--D浓缩缩器法、、蒸发法法等。图5.10样样品蒸发发浓缩器器实物照照片第五节土土壤污污染物的的测定一、土壤壤水分样品在105±2℃烘干、、称重、、计算按以下两两式计算算水分含含量:式中：m0——烘烘至恒重重的空铝铝盒重量量，g；；m1——铝铝盒及土土样烘干干前的重重量，g；m2——铝铝盒及土土样烘至至恒重时时的重量量，g。测定要点点：称取取通过1mm孔径筛筛的土样样10g于烧烧杯中，，加无二二氧化碳碳蒸馏水水25mL，，轻轻摇摇动后用用电磁搅搅拌器搅搅拌1min，使水水和土充充分混合合均匀，，放置30min，，用pH计测量量上部浑浑浊液的的pH值值。土粒的粗粗细及水水、土比比例均对对pH值值有影响响。一般般酸性土土壤的水水土比保保持5∶∶1～1∶1；；碱性土土壤水土土比以1∶1或或2.5∶1为为宜，水水土比增增加，测测得pH值偏高高。二、pH值：玻玻璃电极极法三、可溶溶性盐分分用一定量量的水从从一定量量土壤中中经一定定时间浸浸提出来来的水溶溶性盐分分；测定方法法有重量量法、比比重计法法、电导导法、阴阴阳离子子总和计计算法等等。15%过过氧化氢氢可溶性盐分总量量水浴蒸干恒重残渣烘至恒重100--105℃烘箱已恒重蒸蒸发皿蒸干干50~~100mL滤滤液抽滤振荡无CO2水500mL注意：水水土比例例大小和和振荡提提取时间间影响土土壤可溶溶性盐分分的提取取。此外外，抽滤滤时尽可可能快速速，以减减少空气气中二氧氧化碳的的影响。。重量法测测定要点点：土样1000g配标液土样预处处理(消消解)标液及样样品测定定结果计算算分光光度度法原子吸收收法原子荧光光法土壤中金金属化合合物的测测定方法法与《水水和废水水监测》》中金属属化合物物的测定定方法基基本相同同，仅在在预处理理方法和和测量条条件方面面有差异异。测定定程序一一般为：：四、金属属化合物物表5..8部部分金属属元素原原子吸收收测定条条件方法火焰原子吸收法石墨炉原子吸收法元素铜锌铬镍铅镉测定波长/nm324.8213.8357.9232.0283.3228.8通带宽度/nm1.31.30.70.21.31.3灯电流/mA7.57.512.57.57.5火焰性质氧化性氧化性还原性中性其他可测定波长/nm327.4，225.8307.6359.0，360.5，425.4干燥/(℃·s-1)80~100/2080~100/20灰化/(℃·s-1)700/20500/20原子化/(℃·s-1)2000/