第五章土壤质量监测课件

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章土壤质量监测,第五章土壤质量监测,1,第一节 土壤基本知识,第二节 土壤环境质量监测方案,第三节 土壤样品的采集与加工管理,第四节 土壤样品的预处理,第五节 土壤污染物的测定,第一节 土壤基本知识,2,第五章土壤质量监测课件,3,第五章土壤质量监测课件,4,（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,（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,5,1、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。,土壤中氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁八大元素含量约占96以上，其余诸元素含量甚微，低于十万分之几甚至百万分之几，统称为微量元素。,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,6,不同粒径的矿物质颗粒的成分和物理化学性质有很大差异，如对污染物的吸附、解吸和迁移、转化能力，有效含水量及保水、保温能力等。,我国土壤质地分类参见表5.1；国际制土壤质地分类见表5.2。,不同粒径的矿物质颗粒的成分和物理化学性质有很大,7,表5.1 我国土粒分级标准,颗粒名称,粒径/mm,石块,10,石砾,粗砾,103,细砾,31,沙砾,粗沙砾,10.25,细沙砾,0.250.05,粉粒,粗粉粒,0.050.01,细粉粒,0.010.005,黏粒,粗黏粒,0.0050.001,细黏粒,10石砾,8,表5.2 国际制土壤质地分类,质地分类,各级土粒质量分数/,质地名称,黏粒,(6.06.5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。,活性酸度和潜性酸度,(二) 酸碱性,14,(三) 氧化-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(,E,h,)来衡量。,E,h,300mV：氧化体系起主导作用，土壤处于氧化状态。,E,h,300mV：还原体系起主导作用，土壤处于还原状态。,(三) 氧化-还原性,15,5.1.3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：指在未受人类社会行为干扰（污染）和破坏时，土壤成分的组成和各组分（元素）的含量。,5.1.3土壤背景值 判断土壤是否受到污染或污染程度的标准。,16,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,土壤背景值的表达方法：算术平均值算术平均,17,人类活动产生的有害物质进入土壤，当其含量超过土壤本身的自净能力，并使土壤的成分、性质发生变异，降低农作物的产量和质量，并危害人体健康的现象。,按来源分：,1水体污染型,2大气污染型,3农业污染型,4固体废物污染型,5生物污染型,5.1.4 土壤污染,人类活动产生的有害物质进入土壤，当其含量超过土壤,18,按污染类型分：,1重金属污染（镉、铬、砷、铅等）,2农药和有机物污染,3放射性污染,4病原菌污染,土壤污染的危害：,1导致严重的直接经济损失,2导致食物品质下降,3危害人体健康,4导致其它环境问题,土壤污染的特点,a 隐蔽性和滞后性,b 累积性,c 不可逆转性,按污染类型分：,19,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 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。,5.1.5 土壤质量标准,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,20,第二节土壤环境质量监测方案,第二节土壤环境质量监测方案,21,1.土壤质量现状监测,监测土壤质量标准要求测定的项目，判断土壤是否被,污染及污染水平，并预测其发展变化趋势。,2.土壤污染事故监测,调查分析引起土壤污染的主要污染物，确定污染的来,源、范围和程度，为行政主管部门采取对策提供科学依据。,3.污染物土地处理的动态监测,在进行污水、污泥土地利用、固体废弃物的土地处理,过程中，对残留的污染物进行定点长期动态监测，既能充,分利用土地的净化能力，又可防止土壤污染。,4.土壤背景值调查,一、监测目的,1.土壤质量现状监测一、监测目的,22,二、资料的收集,自然环境方面的资料：土壤类型、植被、区域土壤元素背景值、土地利用、水土流失、自然灾害、水系、地下水、地质、地形地貌、气象等。,社会环境方面的资料：工农业生产布局、工业污染源种类及分布、污染物种类及排放途径和排放量、农药和化肥使用状况、污水灌溉及污泥施用状况、人口分布、地方病等。,三、监测项目,根据监测目的确定：背景值要求测定土壤中各种元素的含量；污染事故监测仅测定可能造成土壤污染的项目；土壤质量监测测定影响自然生态和植物正常生长及危害人体健康的项目。,二、资料的收集,23,四、采样点的布设,(一) 布设原则,(1) 合理地划分采样单元。,(2) 对于土壤污染监测，哪里有污染就在哪里布,点。,(3) 采样点不能设在田边、沟边、路边、肥堆边,及水土流失严重或表层土被破坏处。,四、采样点的布设,24,(二) 采样点数量,根据监测目的、区域范围大小及其环境状况等因素确定。一般每个采样单元最少设3个采样点。,单个采样单元内采样点数可按下式估算：,式中：,n,每个采样单元布设的最少采样点数；,s,样本相对标准偏差，即变异系数；,t,置信因子，当置信水平为95%时，,t,值为1.96；,d,允许偏差，当规定抽样精度不低于80%时，,d,取0.2。,(二) 采样点数量,25,(三) 采样点布设方法,1.对角线布点法,适用于面积较小、地势平坦的污水,灌溉或污染河水灌溉的田块。,2. 梅花形布点法,适用于面积较小、地势平坦、土壤,物质和污染程度较均匀的地块。,3. 棋盘式布点法,适用于中等面积、地势平坦、地形,完整开阔的地块，一般设10个以上分点。,该法也适用于受固体废物污染的土壤，,应设20个以上分点。,对角线布点法,梅花形布点法,棋盘式布点法,(三) 采样点布设方法对角线布点法梅花形布点法,26,4. 蛇形布点法,适用于面积较大、地势不很平坦、,土壤不够均匀的田块。,5. 放射状布点法,适用于大气污染型土壤。,6. 网格布点法,适用于地形平缓的地块。农用化,学物质污染型土壤、土壤背景值调,查常用这种方法。,对于综合污染型土壤，还可以采,用两种以上布点方法相结合的方法。,蛇形布点法,放射状布点法,网格布点法,4. 蛇形布点法蛇形布点法放射状布点法网格布点,27,五、监测方法,包括土壤样品预处理方法和分析测定方法。,分析测定常用原子吸收分光光度法、分光光度法、原子荧光法、气相色谱法、电化学分析法及化学分析法等。,选择分析方法的原则： 第一，标准方法； 第二，权威部门规定或推荐的方法; 第三，自选等效方法。,五、监测方法包括土壤样品预处理方法和分析测定方法。,28,六、土壤监测质量控制,包括实验用分析仪器、量器、试剂、标准物质及监测人员基本素质的质量保证，实验室内部质量控制，实验室间质量控制，监测结果的数据处理要求等。,六、土壤监测质量控制,29,七、农田土壤环境质量评价,(一) 评价参数,七、农田土壤环境质量评价(一) 评价参数,30,(二) 评价方法,以单项污染指数为主。当区域内土壤质量作为一个整体与外区域土壤质量比较时，或一个区域内土壤质量在不同历史阶段比较时，应用综合污染指数评价。,(二) 评价方法,31,表5.8 土壤污染分极标准,土壤级别,综合污染指数,（,P,综,）,污染等级,污染水平,1,P,综,0.7,安全,清洁,2,0.7,P,综,1.0,警戒限,尚清洁,3,1.0,P,综,2.0,轻污染,土壤污染超过背景值，作物开始污染,4,2.03.0,重污染,土壤、作物受污染已相当严重,表5.8 土壤污染分极标准 土壤级别综合污染指数污染等,32,第三节 土壤样品的采集与加工管理,第三节 土壤样品的采集与加工管理,33,(一) 土壤样品的类型、采样深度及采样量,1. 混合样品,一般了解土壤污染状况时采集混合样品：将,一个采样单元内各采样分点采集的土样混合均匀制,成。,对种植一般农作物的耕地，只需采集020,cm耕作层土壤；对于种植果林类农作物的耕地，,采集060cm耕作层土壤。,一、土壤样品的采集,(一) 土壤样品的类型、采样深度及采样量,34,2. 剖面样品,了解土壤污染深度时采集剖面样品：按土壤剖面层次分层采样。,土壤剖面土层示意图,土壤剖面挖掘示意图,A层（表层、淋溶层）,B层（亚层、淀积层）,底岩层,C层（风化母岩层、母质层）,2. 剖面样品土壤剖面土层示意图土壤剖面挖掘示意图A层（表层,35,（二）采样时间和频率 一般土壤在农作物收获期采样测定，必测项,目一年测定一次，其他项目35年测定一次。,（三）采样量及注意事项 （1）填写土壤样品标签、采样记录、样品登,记表。1份放入样品袋内，1份扎在袋口。,（2）测定重金属的样品，尽量用竹铲、竹片,直接采集样品。,（二）采样时间和频率 一般土壤,36,二、样品加工与管理,(一) 样品加工处理,制成满足分析要求的土壤样品；,测定不稳定的项目用新鲜土样（如游离挥发酚、NH,3,-N、NO,3,-N、Fe,2+,）;,测定多数稳定项目用风干土样。程序是：风干 磨细 过筛 混合 分装,土壤样品四分法示意图,二、样品加工与管理 (一) 样品加工处理,37,(二) 样品管理,建立严格的管理制度和岗位责任制，按照规定的方法和程序工作，认真按要求做好各项记录。,风干土样存于阴凉、干燥的样品库内；新鲜土壤样品，放在玻璃瓶中，置于低于4的冰箱内存放，保存半个月。,(二) 样品管理,38,第四节 土壤样品的预处理,第四节 土壤样品的预处理,39,(一) 酸分解法,称消解法，是测定土壤中重金属常选用的方法。常用混合酸消解体系，必要时加入氧化剂或还原剂加速消解反应。,(二) 碱熔分解法,将土壤样品与碱混合，在高温下熔融，使样品分解。,根据测定项目不同，选择不同的预处理方法。,一、土壤样品分解,破坏土壤的矿物晶格和有机质，使待测元素进入试样溶液中。,(一) 酸分解法根据测定项目不同，选择不同的预处理方法。一、,40,(三) 高压釜密闭分解法,将用水润湿、加入混合酸并摇匀的土样放入密封的聚四氟乙烯坩埚内，置于耐压的不锈钢套筒中，放在烘箱内加热（一般不超过180）分解。,(四) 微波炉加热分解法,将土壤样品和混合酸放入聚四氟乙烯容器中，置于微波炉内加热使试样分解的方法。,(三) 高压釜密闭分解法,41,二、土壤样品提取方法,测定土壤中的有机污染物、受热后不稳定的组,分以及进行组分形态分析时，需要采用提取方法。,提取溶剂常用有机溶剂、水和酸。,(一)有机污染物的提取,测定土壤中的有机污染物，一般用新鲜土样。称取适,量土样放入锥形瓶中，放在振荡器上，用振荡提取法提取。,对于农药、苯并（,a,）芘等含量低的污染物，常用索氏提取,器提取法。,(二)无机污染物的提取,土壤中易溶无机物组分、有效态组分可用酸或水浸取。,二、土壤样品提取方法测定土壤中的有机污染物、受热后不稳定的,42,三、净化（分离）和浓缩,消除干扰、浓缩待测成分常用净化方法有层析法、蒸馏法等； 浓缩方法有K-D浓缩器法、蒸发法等。,三、净化（分离）和浓缩 消除干扰、浓缩待测成,43,第五节 土壤污染物的测定,第五节 土壤污染物的测定,44,监测项目：金属、非金属、有机物,土壤监测的特点样品的代表性问题,如果土壤均匀性差,不易采集到具有代表性的样品,采样误差分析误差,造成,导致,土壤污染物测定中应注意的几个问题：,监测项目：金属、非金属、有机物如果土壤均匀性差不易采集到具有,45,测定方法：,与水、空气相同或相似,重量法 容量法 分光光度法 原子吸收法 色谱法,结果表达,：烘干土为基准 mg/kg(烘干土样),采样前应调研当地的：,自然条件、农业情况、土壤性状、污染历史及现状,要重视采样前的调研工作,测定方法：与水、空气相同或相似采样前应调研当地的：要重视采样,46,一、土壤水分（,105,2,）,测定要点：称取通过1 mm孔径筛的土样10 g于烧杯中，加无二氧化碳蒸馏水25 mL，轻轻摇动后用电磁搅拌器搅拌1 min，使水和土充分混合均匀，放置30 min，用pH计测量上部浑浊液的pH值。,土粒的粗细及水、土比例均对pH值有影响。一般酸性土壤的水土比保持5111；碱性土壤水土比以11或2.51为宜，水土比增加，测得pH值偏高。,二、pH值：玻璃电极法,一、土壤水分（1052 ）测定要点：称取通过1 mm孔径,47,三、可溶性盐分,用一定量的水从一定量土壤中经一定时间浸提出来的水溶性盐分；,测定方法有重量法、比重计法、电导法、阴阳离子总和计算法等。,三、可溶性盐分用一定量的水从一定量土壤中经一定时间浸提出来的,48,15%过氧化氢,可溶性,盐分总量,水浴蒸,干恒重,残渣烘,至恒重,105,烘箱,已恒重蒸,发皿蒸干,50 100mL滤液,抽滤,振荡,无CO,2,水500mL,注意：水土比例大小和振荡提取时间影响土壤可溶性盐分的提取。此外，抽滤时尽可能快速，以减少空气中二氧化碳的影响。,重量法测定要点：,土样1000g,15%过氧化氢可溶性水浴蒸残渣烘105已恒重蒸50 10,49,配标液,土样预处理(消解),标液及样品测定,结果计算,分光光度法,原子吸收法,原子荧光法,土壤中金属化合物的测定方法与水和废水监测中金属化合物的测定方法基本相同，仅在预处理方法和测量条件方面有差异。测定程序一般为：,四、金属化合物,配标液土样预处理(消解)标液及样品测定结果计算分光光度法土壤,50,(一) 六六六和滴滴涕 广泛使用气相色谱法。,土样中有机物萃取 色谱法测定（ECD检测器）,1. 方法原理,用丙酮-石油醚提取土壤样品中的六六六和滴滴涕，经硫酸净化处理后，用带电子捕获检测器的气相色谱仪测定。根据色谱峰进行两种物质异构体的定性分析；根据峰高(或峰面积)进行各组分的定量分析。,五、有机化合物测定,(一) 六六六和滴滴涕 广泛使,51,2. 仪器及条件,主要仪器是:带电子捕获检测器的气相色谱仪；全玻璃进样器；长1.82.0m，内径23mm螺旋状硬质玻璃填充柱。,色谱条件：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)；80100目Chromosorb W AW-DMCS担体；气化室温度：220；柱温：195；载气(N,2,)流速：4070mL/min。,2. 仪器及条件,52,3. 测定要点,(1) 样品预处理：准确称取20g土样，先用石油醚-丙酮(1:1)于索氏提取器中提取，再用浓硫酸和无水硫酸钠净化。,(2) 定性和定量分析：用色谱纯,-六六六、,-六六六、,-六六六、,-六六六、,p,p,-DDE、,o,p,-DDT、,p,p,- DDD、,p,p,- DDT和异辛烷、石油醚配制标准工作溶液；分别吸取标液和样品试液近样，记录标液和样品色谱图，根据保留时间定性、峰高(或峰面积)定量。用外标法计算土壤样品中农药含量。,3. 测定要点,53,六六六、滴滴涕气相色谱图,1.,-六六六； 2.,-六六六； 3.,-六六六；4.,-六六六；5.,p,p,-DDE、6.,o,p,-DDT；7.,p,p,- DDD；8.,p,p,- DDT,六六六、滴滴涕气相色谱图1.-六六六； 2.-六六六；,54,(二) 苯并(,a,)芘的测定,测定方法有：,紫外分光光度法、荧光分光光度法、高效液相色谱法等。,紫外分光光度法适于苯并(,a,)芘含量5g/kg的土壤，如苯并(,a,)芘含量5 g/kg，则用荧光分光光度法。,(二) 苯并(a)芘的测定,55,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：,土样50水浴提取滤液测定氧化铝层析提取液水浴蒸发近干氯仿环,56,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：,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,57,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：,土壤样品于索氏提器内用环己烷提取苯并(a)芘；高效液相色谱法,58,