第四章土壤监测方法

土壤质量监测

一、土壤组成

土壤是地球表层的岩石经过生物圈、大气圈和水圈的综合影响演变而成的。因母岩、气候、生物、地形、时间等多种成土因素综合作用的不同，形成了各种类型的土壤。土壤质量监测土壤矿物质：原生矿物质；次生矿物质土壤有机质土壤生物土壤溶液土壤空气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、土壤的物质组成矿物质、有机质、水分、空气

3、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（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化学风化后形成的新矿物

土壤粒径的大小影响着土壤对污染物的吸附和解吸能力。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（0.02—2mm）、粉沙粒(0.002—0.02mm)和粘粒(<0.002mm)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。我国分类方法土壤机械组成（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(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（三）土壤微生物土壤中生活着微生物：细菌、真菌、放线菌、藻类等土壤中生活着动物：原生动物、蚯蚓、线虫类等降解有机污染物，促使无机污染物的形态转化。（四）土壤溶液和空气

土壤溶液和空气溶液土壤中各种形态水分,对土壤中物质的转化过程和土壤的形成过程起着决定性作用。土壤水是含有复杂溶质的稀溶液，因此常将土壤水及其所含溶质称为土壤溶液。土壤溶液是植物生长所需要的水分和养分的主要供给源空气土壤空气是存在于土壤孔隙中的气体的总称。是土壤的重要组成之一。二、土壤的基本性质（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，使其对有机污染物和无机污染物有极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

（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

三、土壤背景值

土壤背景值（土壤本底值）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。

四、土壤污染

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)一、监测目的1、土壤质量现状监测2、土壤污染事故监测3、污染物土地处理的动态监测4、土壤背景值调查第二节土壤环境质量监测方案二、资料的收集自然环境方面的资料社会环境方面的资料通过充分调查，选择监测区域，确定代表性地段、代表性面积，然后布置一定量的采样地点，进行采样收集包括监测区域的交通图、土壤图、地质图、大比例尺地形图等资料，供制作采样工作图和标注采样点位用收集包括监测区域土类、成土母质等土壤信息资料收集工程建设或生产过程对土壤造成影响的环境研究资料收集造成土壤污染事故的主要污染物的毒性、稳定性以及如何消除等资料收集土壤历史资料和相应的法律（法规）收集监测区域工农业生产及排污、污灌、化肥农药施用情况资料收集监测区域气候资料（温度、降水量和蒸发量）、水文资料收集监测区域遥感与土壤利用及其演变过程方面的资料等。三、监测项目土壤优先监测物我国土壤常规监测项目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，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、六六六等四、采样点的布设（一）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一般要求每个单元设3个采样点计算公式：N=(s*t/d)2（二）采样点数量（三）采样点布点方法

方法适用范围布点法对角线布点法图（a）适用于面积小，地势平坦的污水灌溉或受废水污染的地形端正的田块由田块的进水口向对角引一直线，将对角线划分为若干等分（一般3-5等分），在每等分的中点处采样梅花形布点法图（b）适用于面积较小，地势平坦，土壤较均匀的田块中心点设在两对角线相交处，一般设5-10个采样点棋盘式布点法图（c）适用于中等面积，地势平坦，地形完整开阔但土壤较不均匀的田块一般采样点在10个以上。也适用于受固体废物污染的土壤，设20个以上的采样点蛇形布点法图（d）适用于面积较大，地形不平坦，土壤不均匀的田块布设采样点数目较多。为全面客观评价土壤污染情况，在布点的同时要做到与土壤生长作物监测同步进行布点、采样、监测，以利于对比和分析(a)对角线布点法(d)蛇形布点法(c)棋盘式布点法(b)梅花形布点发土壤采样点布设图常用方法重量法测土壤水分容量法浸出物中含量较高的成分测定，如Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42－分光光度法、原子吸收分光光度法、原子萤光分光光度法、等离子体发射光谱法重金属如Cu、Cd、Cr、Pb、Hg、Zn等气相色谱法有机氯、有机磷及有机汞等农药五、监测方法第三节土壤样品的采集与加工管理一、土壤样品的采集（一）土壤样品的类型、采样深度及采样量（二）采样时间和品绿（三）采样注意事项二、土壤样品的加工与管理（一）样品加工处理（二）样品管理（一）土壤样品的类型、采样深度及采样量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0-20cm处，对于根深的作物，也可取60cm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C层（风化母岩层、母质层）A层（表层、淋溶层）B层（亚层、淀积层）底岩层土壤剖面土层示意图采样量及采样方法采样量由于测定所需的土样是多点混合而成的，取样量往往较大，而实际供分析的土样不需太多，一般只需1-2Kg。因此对所得混合样可反复按四分法弃取，最后留下所需的土量，装入塑料袋或布袋内，贴上标签备用采样方法①采样筒取样；②土钻取样；③挖坑取样。

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。（二）采样时间和频率①、布点原则a、代表当地的主要土壤类型；b、确定采样单元：远离污染源；c、不在水土流失严重或表土被破坏处采样；d、尽量减少人为活动影响(远离公路铁路>300m)②、采样a、按不同剖面采样：在各层次中心自下而上采样，切忌混淆层次，混合采样；b、对不同地形处样品有不同规定；c、采样点按有关规定实行（一）土壤样品加工处理

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达半干状态压碎，除石块、残根等杂物铺成薄层，阴凉处风干2、磨碎与过筛

进行物理分析时，取风干样品100～200g，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)（二）样品管理土壤保存原则：1、一般土壤样品需保存半年至一年，以备必要时查核之用。2、储存样品应尽量避免日光、潮湿、高温和酸碱气体等的影响。3、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。4、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。第五节土壤污染物的测定土壤中污染项目的测定，属痕量分析和超痕量分析土壤分析结果以mg/kg(烘干土)表示。

土壤污染物的测定实例一、土壤水分

测定土壤含水量，以便计算土壤中各种成分按烘干土为基准时的测定结果。测定方法：用百分之一精度的天平称取土样20—30g，置于铝盒中，在105℃下烘（4—5h）至恒重。按下式计算水分重量占烘干土重的百分数：二、pH值

玻璃电极法测定要点：称取10g土样于烧杯中，加入无CO2蒸馏水25ml，轻摇后搅拌1分钟，放置20分钟，用pH计测量上部混浊液的pH值。土样密闭保存，防止空气中氨，二氧化碳等气体影响。注意控制水土比。三、可溶性盐分土壤中锂，钠，钾全量测定—AAS法消化原理：HF和H2SO4或HClO4相结合法；HF能分解含有全部三种金属的硅酸盐矿物。然而，硅酸盐矿物不会完全分解，从而导致对这类元素的一种或多种含量估计偏低。所以第二种酸必须是一种氧化剂，使它能分解样品中所有的有机质。且为了把元素释放到溶液中，混酸对于分解碳酸盐也是必要的。HF酸通过F与Si反应形成SiF4而分解硅酸盐，在强酸存在下加热时，SiF4挥发。有机质可被HClO4分解（HClO4在加热或浓缩时成为一种强氧化剂），且对AAS干扰较小。称取0.1G土样于聚四氟乙烯坩埚中，用少许水润湿，并加5mlHF和0.5mlHClO4。在电热板上加热消化至有HClO4烟雾出现为止，冷却，再加5mlHF，沙浴，坩埚顶部用铂盖盖住约十分之九－蒸干。冷却，加入2ml水和数滴HClO4→加热蒸干→冷却。加入5mlHCL和5ml水→电热板加热至土样完全溶解。样品转移至50ml容量瓶→过滤→稀释定容→AAS测定K,Na,li全量。土壤常规监测项目及分析方法监测项目监测仪器监测方法方法来源镉原子吸收光谱仪石墨炉原子吸收分光光度法GB/T17141-1997原子吸收光谱仪KI-MIBK萃取原子吸收分光光度法GB/T17140-1997汞测汞仪冷原子吸收法GB/T17136-1997砷分光光度计二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法GB/T17134-1997分光光度计硼氢化钾-硝酸银分光光度法GB/T17135-1997铜原子吸收光谱仪火焰原子吸收分光光度法GB/T17138-1997铅原子吸收光谱仪石墨炉原子吸收分光光度法GB/T17141-1997原子吸收光谱仪KI-MIBK萃取原子吸收分光光度法GB/T17140-1997铬原子吸收光谱仪火焰原子吸收分光光度法GB/T17137-1997锌原子吸收光谱仪火焰原子吸收分光光度法GB/T17138-1997镍原子吸收光谱仪火焰原子吸收分光光度法GB/T17139-1997六六六和滴滴涕气相色谱仪电子捕获气相色谱法GB/T14550-1993六种多环芳烃液相色谱仪高效液相色谱法GB13198-91稀土总量分光光度计对马尿酸偶氮氯膦分光光度法GB6262pHpH计森林土壤pH测定GB7859-87阳离子交换量滴定仪乙酸铵法①注：ICP-AES：等离子发射光谱；XRF：X-荧光光谱分析；AAS：火焰原子吸收；GF-AAS：石墨炉原子吸收；HG-AAS：氢化物发生原子吸收法；HG-AFS：氢化物发生原子荧光法；POL：催化极谱法；ISE：选择性离子电极；VOL：容量法；POT：电位法；INAA：中子活化分析法；GC：气相色谱法；LC：液相色谱法；GC-MS：气相色谱-质谱联用法；COL：分光比色法；LC-MS：液相色谱-质谱联用法；ICP-MS：等离子体质谱联用法土壤环境质量评价

土壤环境质量评价涉及评价因子、评价标准和评价模式