《06環(huán)境生物技術(shù) 第二章 第五節(jié) 土壤質(zhì)量監(jiān)測》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《06環(huán)境生物技術(shù) 第二章 第五節(jié) 土壤質(zhì)量監(jiān)測（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第二章 環(huán)境監(jiān)測技術(shù) 第五節(jié) 土壤質(zhì)量監(jiān)測 第二章 環(huán)境監(jiān)測技術(shù) 第五節(jié) 土壤質(zhì)量監(jiān)測 一 土壤基本知識 二 土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方案 三 土壤樣品的采集與加工管理 四 土壤樣品的預(yù)處理 五 土壤污染物的測定 一 土壤基本知識 1、土壤組成 土壤是指陸地地表具有肥力并能生長植物的疏松表層。它介于大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈之間，是環(huán)境中特有的組成部分。土壤是由礦物質(zhì)、動植物殘體腐解產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)、土壤生物、水分和空氣等固、液、氣三相組成的。 (一) 土壤礦物質(zhì) 土壤礦物質(zhì)是由巖石經(jīng)風(fēng)化而來的，一般占土壤固體部分質(zhì)量的95％～98％。

2、礦物質(zhì)直接影響土壤性質(zhì)，又是植物礦質(zhì)養(yǎng)分的主要來源，故同土壤肥力有密切關(guān)系。 1）土壤礦物質(zhì)的組成 （1）原生礦物質(zhì)：巖石經(jīng)過物理風(fēng)化作用被破碎形成的碎屑，其原來的化學(xué)組成沒有改變。 （2）次生礦物質(zhì)：原生礦物質(zhì)經(jīng)過化學(xué)風(fēng)化后形成的新礦物，其化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)均有所改變。 2）土壤化學(xué)組成 氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂八大元素含量約占96％以上，與巖石中各元素的含量相似。 3）土壤機(jī)械組成 指不同大小顆粒（沙礫、粉粒、黏粒）的相對含量。不同粒徑的礦物質(zhì)顆粒的成分和物理化學(xué)性質(zhì)有很大差異，如對污染物的吸附、解吸和遷移、轉(zhuǎn)化能力，有效含水量及保水、保溫能力等。

3、 我國土壤質(zhì)地分類參見表5.1；國際制土壤質(zhì)地分類見表5.2。 （二）土壤有機(jī)質(zhì) 由進(jìn)入土壤的植物、動物、微生物殘體及施入土壤的有機(jī)肥料經(jīng)分解轉(zhuǎn)化逐漸形成，通?？煞譃榉歉澄镔|(zhì)和腐殖物質(zhì)兩類；是土壤 形成的重要基礎(chǔ)，與土壤礦物質(zhì)共同構(gòu)成土壤的固相部分。 土壤有機(jī)質(zhì)中含有大量營養(yǎng)元素，分解后可提供植物生長發(fā)育的需要，是植物養(yǎng)分的重要來源。有機(jī)質(zhì)腐解后形成的腐殖質(zhì)，能把土粒粘結(jié)成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)保水、保肥能力強(qiáng)，類似儲存水肥的小倉庫，隨時供給植物吸收利用。有機(jī)質(zhì)是微生物的食物，土壤有機(jī)質(zhì)豐富而其他條件又適宜時，就能促進(jìn)微生物的旺盛活動。 非腐殖物質(zhì)：包括糖類化合物(如淀粉、纖維素等)、

4、含氮有機(jī)合物及有機(jī)磷和有機(jī)硫化合物。 腐殖物質(zhì)：是植物殘體中穩(wěn)定性較大的木質(zhì)素及其類似物在微生物作用下，部分被氧化形成的一類特殊的高分子聚合物，具有芳環(huán)結(jié)構(gòu)，苯環(huán)周圍連有多種官能團(tuán)，如羧基、羥基、甲氧基及氨基等，使之具有表面吸附、離子交換、絡(luò)合、緩沖、氧化還原作用及生理活性等性能。 （三）土壤生物 土壤中生活的微生物(細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類等)及動物(原生動物、蚯蚓、線蟲類等) 對進(jìn)入土壤的有機(jī)污染物的降解及無機(jī)污染物(如重金屬)的形態(tài)轉(zhuǎn)化起著主導(dǎo)作用，是土壤凈化功能的主要貢獻(xiàn)者。 (四) 土壤溶液 土壤水分及其所含溶質(zhì)的總稱，溶有土壤中可溶成分的稀溶液，來源主要有：大氣降水、降

5、雪、地表徑流、灌溉、地下水。 (五) 土壤空氣 土壤空氣存在于未被水分占據(jù)的土壤孔隙中，來源于大氣、生物化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體(如甲烷、硫化氫、氫氣、氮氧化物、二氧化碳等)。 積水的土壤通氣不良，導(dǎo)致對植物的危害，茶樹最忌積水，積水的土壤不應(yīng)用于種茶樹。 2、土壤的基本性質(zhì) (一) 吸附性 與土壤中存在的膠體物質(zhì)密切相關(guān)。 土壤膠體： 無機(jī)膠體 有機(jī)膠體 有機(jī)－無機(jī)復(fù)合膠體 對有機(jī)污染物（如有機(jī)磷和有機(jī)氯農(nóng)藥）和無機(jī)污染物（如Hg2+、Pb2+、Cu2+、Cd2

6、+等重金屬離子）有較強(qiáng)的吸附能力或離子交換吸附能力。 (二) 酸堿性 土壤的酸堿度可以劃分為九級： pH<4.5為極強(qiáng)酸性土；pH=4.5～5.5為強(qiáng)酸性土；pH>5.5～6.0為酸性土；pH>6.0～6.5為弱酸性土；pH>6.5～7.0為中性土；pH>7.0～7.5為弱堿性土；pH>7.5～8.5為堿性土；pH>8.5～9.5為強(qiáng)堿性土；pH>9.5為極強(qiáng)堿性土。 中國土壤的pH大多在4.5～8.5范圍內(nèi)，并呈東南酸西北堿的規(guī)律。土壤的酸堿性直接或間接地影響污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化。 (三) 氧化-還原性 因土壤中含有氧化性和還原性無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)

7、，使其具有氧化性和還原性，可以用氧化還原電位(Eh)來衡量。 Eh>300mV：氧化體系起主導(dǎo)作用，土壤處于氧化狀態(tài)。 Eh<300mV：還原體系起主導(dǎo)作用，土壤處于還原狀態(tài)。 3、土壤背景值 判斷土壤是否受到污染或污染程度的標(biāo)準(zhǔn)。 土壤背景值又稱土壤本底值，它代表一定環(huán)境單元中的一個統(tǒng)計量的特征值。 背景值（地質(zhì)學(xué)）：指在各區(qū)域正常地質(zhì)地理條件和地球化學(xué)條件下元素在各類自然體中的正常含量。 環(huán)境科學(xué)上：指在未受或少受人類影響的情況下，尚未受或少受污染和破壞的土壤中元素的含量。 ※不同土壤的本底值相差很大（見下頁表5.3） 4、土壤污染

8、 天然污染源：礦物風(fēng)化后自然擴(kuò)散、火山灰 人為污染源：農(nóng)藥、化肥、污水灌溉、污泥（垃圾、工業(yè)廢渣）施肥 污染物種類 化學(xué)污染物 重金屬 硫化物 氟化物 農(nóng)藥 生物類污染物：病原微生物 放射性污染物：90鍶、137銫 5、土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定了土壤中污染物的最高允許濃度或范圍，是判斷土壤質(zhì)量的依據(jù)。 我國頒布的這類標(biāo)準(zhǔn)有土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618—1995)、無公害農(nóng)產(chǎn)品蔬菜產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)(GB/T18407—2001)、無公害農(nóng)產(chǎn)品茶葉產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)(NY5020—2001)；有的省(市)還制定了這類地方標(biāo)準(zhǔn)。 二 土壤環(huán)境

9、質(zhì)量監(jiān)測方案 1、監(jiān)測目的 1）土壤質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測 監(jiān)測土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求測定的項目，判斷土壤是否被污染及污染水平，并預(yù)測其發(fā)展變化趨勢。 2）土壤污染事故監(jiān)測 調(diào)查分析引起土壤污染的主要污染物，確定污染的來源、范圍和程度，為行政主管部門采取對策提供科學(xué)依據(jù)。 3）污染物土地處理的動態(tài)監(jiān)測 在進(jìn)行污水、污泥土地利用、固體廢棄物的土地處理過程中，對殘留的污染物進(jìn)行定點長期動態(tài)監(jiān)測，既能充分利用土地的凈化能力，又可防止土壤污染。 4）土壤背景值調(diào)查 通過分析測定土壤中某些元素的含量，確定這些元素的背景值水平和變化。 2、資料的收集

10、 自然環(huán)境方面的資料：土壤類型、植被、區(qū)域土壤元素背景值、土地利用、水土流失、自然災(zāi)害、水系、地下水、地質(zhì)、地形地貌、氣象等。 社會環(huán)境方面的資料：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局、工業(yè)污染源種類及分布、污染物種類及排放途徑和排放量、農(nóng)藥和化肥使用狀況、污水灌溉及污泥施用狀況、人口分布、地方病等。 3、監(jiān)測項目 根據(jù)監(jiān)測目的確定：背景值要求測定土壤中各種元素的含量；污染事故監(jiān)測僅測定可能造成土壤污染的項目；土壤質(zhì)量監(jiān)測測定影響自然生態(tài)和植物正常生長及危害人體健康的項目。 4、采樣點的布設(shè) (一) 布設(shè)原則 (1) 合理地劃分采樣單元。

11、 (2) 對于土壤污染監(jiān)測，哪里有污染就在哪里布點。 (3) 采樣點不能設(shè)在田邊、溝邊、路邊、肥堆邊及水土流失嚴(yán)重或表層土被破壞處。 (二) 采樣點數(shù)量 根據(jù)監(jiān)測目的、區(qū)域范圍大小及其環(huán)境狀況等因素確定。一般每個采樣單元最少設(shè)3個采樣點。 單個采樣單元內(nèi)采樣點數(shù)可按下式估算： 式中：n——每個采樣單元布設(shè)的最少采樣點數(shù)； s——樣本相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，即變異系數(shù)； t——置信因子，當(dāng)置信水平為95%時，t值為1.96； d——允許偏差，當(dāng)規(guī)定抽樣精度不低于80%時，d取0

12、.2。 (三) 采樣點布設(shè)方法 1）對角線布點法 適用于面積較小、地勢平坦的污水灌溉或污染河水灌溉的田塊。 2）梅花形布點法 適用于面積較小、地勢平坦、土壤物質(zhì)和污染程度較均勻的地塊。 3）棋盤式布點法 適用于中等面積、地勢平坦、地形完整開闊的地塊，一般設(shè)10個以上分點。 該法也適用于受固體廢物污染的土壤，應(yīng)設(shè)20個以上分點。 4） 蛇形布點法 適用于面積較大、地勢不很平坦、土壤不夠均勻的田塊。 5）放射狀布點法 適用于大氣污染型土壤。

13、 6）網(wǎng)格布點法 適用于地形平緩的地塊。農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)污染型土壤、土壤背景值調(diào)查常用這種方法。 對于綜合污染型土壤，還可以采用兩種以上布點方法相結(jié)合的方法。 5、監(jiān)測方法 包括土壤樣品預(yù)處理方法和分析測定方法。 分析測定常用原子吸收分光光度法、分光光度法、原子熒光法、氣相色譜法、電化學(xué)分析法及化學(xué)分析法等。 選擇分析方法的原則： 第一，標(biāo)準(zhǔn)方法； 第二，權(quán)威部門規(guī)定或推薦的方法; 第三，自選等效方法。 6、土壤監(jiān)測質(zhì)量控制 包括實驗用分析儀器、量器、試劑、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及監(jiān)測人

14、員基本素質(zhì)的質(zhì)量保證，實驗室內(nèi)部質(zhì)量控制，實驗室間質(zhì)量控制，監(jiān)測結(jié)果的數(shù)據(jù)處理要求等。 7、農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量評價 (一) 評價參數(shù) (二) 評價方法 以單項污染指數(shù)為主。當(dāng)區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)量作為一個整體與外區(qū)域土壤質(zhì)量比較時，或一個區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)量在不同歷史階段比較時，應(yīng)用綜合污染指數(shù)評價。 三 土壤樣品的采集與加工管理 土壤樣品的采集和處理是土壤分析工作的一個重要環(huán)節(jié)，采集有代表性的樣品，是測定結(jié)果能如實反映土壤環(huán)境狀況的先決條件。實驗室工作者只能對來樣的分析結(jié)果負(fù)責(zé)，如果送來的樣品不符合要求，那么任何精密儀器和熟練的分析技術(shù)都將毫無意義。

15、因此，分析結(jié)果能否說明問題，關(guān)鍵在于樣品的采集和處理。 1、土壤樣品的采集 (一) 土壤樣品的類型、采樣深度及采樣量 1） 混合樣品 一般了解土壤污染狀況時采集混合樣品：將一個采樣單元內(nèi)各采樣分點采集的土樣混合均勻制成。 對種植一般農(nóng)作物的耕地，只需采集0～20 cm耕作層土壤；對于種植果林類農(nóng)作物的耕地，采集0～60cm耕作層土壤。 2） 剖面樣品 了解土壤污染深度時采集剖面樣品：按土壤剖面層次分層采樣。 n 剖面規(guī)格一般為長1.5m、寬0.8m、深1.0m，每個剖面采集A、B、C三層土樣。過渡層（AB、BC）一般不采樣。當(dāng)

16、地下水位較高時，挖至地下水出露時止。現(xiàn)場記錄實際采樣深度，如0～20、50～65、80～100cm。在各層次典型中心部位自下而上采樣，切忌混淆層次、混合采樣。 n 在山地土壤土層薄的地區(qū)，B層發(fā)育不完整時，只采A、C層樣。 n 干旱地區(qū)剖面發(fā)育不完整的土壤，采集表層（0～20cm）、中土層（50cm）和底土層（100cm）附近的樣品。 （二）采樣時間和頻率 一般土壤在農(nóng)作物收獲期采樣測定，必測項目一年測定一次，其他項目3～5年測定一次。 （三）采樣量及注意事項 （1）填寫土壤樣品標(biāo)簽、采樣記錄、樣品登記表。1份放入樣品袋內(nèi)，1份扎在袋口。 （2）測定重金屬的樣品

17、，盡量用竹鏟、竹片直接采集樣品。 2、樣品加工與管理 (一) 樣品加工處理 n 制成滿足分析要求的土壤樣品； n 測定不穩(wěn)定的項目用新鮮土樣（如游離揮發(fā)酚、NH3-N、NO3－-N、Fe2+）; n 測定多數(shù)穩(wěn)定項目用風(fēng)干土樣。 程序是：風(fēng)干 磨細(xì) 過篩 混合 分裝 (二) 樣品管理 n 建立嚴(yán)格的管理制度和崗位責(zé)任制，按照規(guī)定的方法和程序工作，認(rèn)真按要求做好各項記錄。 n 風(fēng)干土樣存于陰涼、干燥、的樣品庫內(nèi)；新鮮土壤樣品，放在玻璃瓶中，置于低于4℃的冰箱內(nèi)存放，保存半個月。 四 土壤樣品的預(yù)處理 根據(jù)測定項目不同，選擇不同的預(yù)處理方

18、法。 1、土壤樣品分解 破壞土壤的礦物晶格和有機(jī)質(zhì)，使待測元素進(jìn)入試樣溶液中。 (一) 酸分解法 稱消解法，是測定土壤中重金屬常選用的方法。常用混合酸消解體系，必要時加入氧化劑或還原劑加速消解反應(yīng)。 (二) 堿熔分解法 將土壤樣品與堿混合，在高溫下熔融，使樣品分解。 (三) 高壓釜密閉分解法 將用水潤濕、加入混合酸并搖勻的土樣放入密封的聚四氟乙烯坩堝內(nèi)，置于耐壓的不銹鋼套筒中，放在烘箱內(nèi)加熱（一般不超過180℃）分解。 (四) 微波爐加熱分解法 將土壤樣品和混合酸放入聚四氟乙烯容器中，置于微波爐內(nèi)加熱使試樣分解的方法。 2、土壤樣品提取方法 測定土壤中的

19、有機(jī)污染物、受熱后不穩(wěn)定的組分以及進(jìn)行組分形態(tài)分析時，需要采用提取方法。 提取溶劑常用有機(jī)溶劑、水和酸。 (一)有機(jī)污染物的提取 測定土壤中的有機(jī)污染物，一般用新鮮土樣。稱取適量土樣放入錐形瓶中，放在振蕩器上，用振蕩提取法提取。對于農(nóng)藥、苯并（a）芘等含量低的污染物，常用索氏提取器提取法。 (二)無機(jī)污染物的提取 土壤中易溶無機(jī)物組分、有效態(tài)組分可用酸或水浸取。 3、凈化（分離）和濃縮 消除干擾、濃縮待測成分常用凈化方法有層析法、蒸餾法等；濃縮方法有K-D濃縮器法、蒸發(fā)法等。 樣品的代表性和采樣誤差的控制 n 土壤的不均一性是造成采樣誤

20、差的最主要原因。 n 土壤是固、氣、液三相組成的分散體系，各種外來物進(jìn)入土壤后流動、遷移、混合較難，所以采集的樣品往往具有局限性。一般情況下，采樣誤差要比分析誤差高得多。為保證樣品的代表性，必須采取以下兩個技術(shù)措施控制采樣誤差。 （1）采樣前要進(jìn)行現(xiàn)場勘察和有關(guān)資料的收集，根據(jù)土壤類型、肥力等級和地形等因素將研究范圍劃分為若干個采樣單元，每個采樣單元的土壤要盡可能均勻一致。 （2）要保證有足夠多的采樣點，使之能充分代表采樣單元的土壤特性。采樣點的多少，取決于研究范圍的大小，研究對象的復(fù)雜程度和試驗研究所要求的精密度等因素。采樣點設(shè)置過少，所采樣品的偶然性增加，缺乏足夠的代表性；采樣

21、點設(shè)置過多，則增大了采樣的工作量，浪費了人力、物力和財力。 五 土壤污染物的測定 土壤污染物測定中應(yīng)注意的幾個問題： n 監(jiān)測項目：金屬、非金屬、有機(jī)物 n 土壤監(jiān)測的特點——樣品的代表性問題 n 要重視采樣前的調(diào)研工作 采樣前應(yīng)調(diào)研當(dāng)?shù)氐模? 自然條件、農(nóng)業(yè)情況、土壤性狀、污染歷史及現(xiàn)狀 n 測定方法：與水、空氣相同或相似 重量法 容量法 分光光度法 原子吸收法

22、 色譜法 n 結(jié)果表達(dá)：烘干土為基準(zhǔn)—— mg/kg(烘干土樣) 1、含水量 樣品在105 ℃烘干、稱重、計算。 2、pH值：玻璃電極法 n 測定要點：稱取通過1 mm孔徑篩的土樣10 g于燒杯中，加無二氧化碳蒸餾水25 mL，輕輕搖動后用電磁攪拌器攪拌1 min，使水和土充分混合均勻，放置30 min，用pH計測量上部渾濁液的pH值。 n 土粒的粗細(xì)及水、土比例均對pH值有影響。一般酸性土壤的水土比保持5∶1～1∶1；堿性土壤水土比以1∶1或2.5∶1為宜，水土比增加，測得pH值偏高。 3、可溶性鹽分 n 用一定量的水從一定量土壤中經(jīng)一定時間浸提出來的水溶性鹽分；

23、 n 測定方法有重量法、比重計法、電導(dǎo)法、陰陽離子總和計算法等。 重量法測定要點： 注意：水土比例大小和振蕩提取時間影響土壤可溶性鹽分的提取。此外，抽濾時盡可能快速，以減少空氣中二氧化碳的影響。 4、金屬化合物 土壤中金屬化合物的測定方法與《水和廢水監(jiān)測》中金屬化合物的測定方法基本相同，僅在預(yù)處理方法和測量條件方面有差異。測定程序一般為： 5、有機(jī)化合物測定 (一) 六六六和滴滴涕 廣泛使用氣相色譜法。 土樣中有機(jī)物萃取 色譜法測定（ECD檢測器） 1） 方法原理 n 用丙酮-石油醚提取土壤

24、樣品中的六六六和滴滴涕，經(jīng)硫酸凈化處理后，用帶電子捕獲檢測器的氣相色譜儀測定。根據(jù)色譜峰進(jìn)行兩種物質(zhì)異構(gòu)體的定性分析；根據(jù)峰高(或峰面積)進(jìn)行各組分的定量分析。 2） 儀器及條件 n 主要儀器是:帶電子捕獲檢測器的氣相色譜儀；全玻璃進(jìn)樣器；長1.8～2.0m，內(nèi)徑2～3mm螺旋狀硬質(zhì)玻璃填充柱。 n 色譜條件：固定液：1.5%OV-17(甲基硅酮) +1.95%QF-1(氟代烷基硅氧烷聚合物)；80～100目Chromosorb W AW-DMCS擔(dān)體；氣化室溫度：220℃；柱溫：195℃；載氣(N2)流速：40～70mL/min。 3） 測定要點 (1) 樣品預(yù)處理：準(zhǔn)確稱取20

25、g土樣，先用石油醚-丙酮(1:1)于索氏提取器中提取，再用濃硫酸和無水硫酸鈉凈化。 (2) 定性和定量分析：用色譜純α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、p,p′-DDE、o,p′-DDT、 p,p′- DDD、 p,p′- DDT和異辛烷、石油醚配制標(biāo)準(zhǔn)工作溶液；分別吸取標(biāo)液和樣品試液近樣，記錄標(biāo)液和樣品色譜圖，根據(jù)保留時間定性、峰高(或峰面積)定量。用外標(biāo)法計算土壤樣品中農(nóng)藥含量。 (二) 苯并(a)芘的測定 測定方法有： 紫外分光光度法、熒光分光光度法、高效液相色譜法等。 紫外分光光度法適于苯并(a)芘含量>5μg/kg的土壤，如苯并(a)芘含量<5 μg/kg，則用熒光分光光度法。 高效液相色譜法的測定要點是： n 土壤樣品于索氏提器內(nèi)用環(huán)己烷提取苯并(a)芘； n 提取液注入高效液相色譜儀測定。 7