土壤污染的特性

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,*,土壤监测,1,本章教学目的及其要求,土壤的组成,土壤污染的特性,土壤背景值及环境容量,土壤样品的采集（采样点的布设及采样深度）,样品的预处理及各项指标测定方法,2,第一节、概述,本节内容,1）,土壤的组成,及特性；土壤的主要污染源及污染物；,土壤污染的特性,2）,土壤的背景值及环境容量,3,第一节、概述,土壤是指陆地地表具有肥力并能生长植物的疏松表层,。它介于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间，是环境中特有的组成部分。土壤是由矿物质、动植物残体腐解产生的有机物质、土壤生物、水分和空气等固、液、气三相组成。是动植物和人类赖以生存的物质基础。,4,一、土壤的组成,占土壤总体积的50，且二者之间经常处于彼此消长的状态。,土壤,土壤固相,(占容积的50),空隙,矿物质,(质量占固相总质量的9598),有机质和生物,（质量占固相总质量的25）,土壤溶液,空气,5,1、土壤矿物质,土壤矿物质,定义,由,岩石风化,而形成，是组成土壤的基本物质，约占土壤固体部分总重量的90%以上（,9598）,，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,6,土壤矿物质的矿物组成,原生矿物质：岩石经受,物理风化,而形成的碎屑，其原来的化学组成没有改变。主要：硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物及磷酸盐类矿物。,次生矿物质：由原生矿物质经,化学风化,后形成的新矿物。主要：碳酸盐、硫酸盐、氯化物、次生铝硅酸盐（高岭石、蒙脱石及伊利石）等,7,土壤矿物质的化学组成,与岩石中各元素的化学性质及含量相似。氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁八大元素含量约占,96,以上，,8,土壤矿物质的机械组成,指不同大小颗粒（,砂粒,、,粉砂粒,、,黏粒,）的相对含量。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、迁移和转化能力，有效含水量及保水、保温能力等。,以土壤中各粒级含量的相对百分比作为标准，将土壤分为砂土、壤土、黏壤土及黏土,4,大类,12,级（,国际标准,）,我国标准,分为,3,类,11,级,0.02-2mm,0.002mm,9,2、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), 土壤有机质含量在1-10%,来源,植物的根茬、茎秆、落叶、动物残骸以及施入土壤中的有机肥料等分解形成,作用,土壤有机质主要以腐殖质为主（85%-90%以上）, 具有吸附性能、缓冲性能以及与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,有机质中含有大量营养元素，分解后可提供植物生长发育的需要，是,植物养分的重要来源,有机质腐解后形成的腐殖质，能把土粒粘结成团粒结构。这种结构,保水、保肥能力强,10,3、土壤生物,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,),作用：降解进入土壤的有机污染物；转变无机污染物,(,如重金属,),的形态。,是土壤净化功能的主要贡献者,。,细菌,放线菌,蚯蚓,线虫,土壤微生物和动物,11,4、土壤水分,指,土壤中各种形态,的,水,，存在于土壤空隙中。,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。,作用：,对土壤中,物质的,迁移,转化,及,土壤的形成过程,起着决定性作用,，是土壤的“,血液,”；,土壤溶液是植物生长所需要的水分和养分的主要供给源,来源：,雨、雪、地表径流、农田灌溉及地下水,12,5、土壤空气,指存在于未被水分占据的土壤孔隙中气体的总称,。,来源：,来源于,大气,、,生物化学反应,和,化学反应,产生的气体,（,如,CH,4,、,H,2,S,、,H,2,、,NO,x,、,CO,2,等,）,。,影响因素：,土壤水分、生物活动、土壤深度、土壤湿度、土壤酸碱度、季节变化等。,13,二、土壤的特性,保持肥力（自然肥力及人工肥力）,缓冲性及净化能力（通过土壤的吸附性、酸碱性及氧化还原性实现）,14,三、土壤污染源及污染物,土壤污染：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，破坏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。,土壤污染源：,天然污染源：矿物风化后自然扩散、火山灰,人为污染源：农药、化肥、污水灌溉、污泥（垃圾、工业废渣）,15,三、土壤污染源及污染物,污染物,16,四、土壤污染的特点,隐蔽性和潜伏性,难恢复性和持久性,难判定性,17,五、土壤背景值（本底值）,定义：指未受或少受人类活动影响的情况下，构成土壤自身的化学元素的组成及含量。,背景值的表示方法（我国）：,测定值呈正态分布或接近正态分布的元素,测定值呈对数正态分布或接近对数正态分布的元素,18,相关知识,测定数据分别为X,1,，X,2,，X,n-1,，X,n,算数平均值,绝对偏差：,测定值与算数均值之差,相对偏差：,绝对偏差与算数均值之比,平均偏差：,绝对偏差绝对值之和的平均值,相对平均偏差：,平均偏差与算数均值之比,19,相关知识,测定数据分别为X,1,，X,2,，X,n-1,，X,n,几何平均值,差方和：,绝对偏差的平方和,算数标准偏差（样本标准偏差）：,差方和除以自由度开根号,几何标准偏差：,20,例题,在一片样地范围分别取五个样品进行分别测定，测得其中镉的浓度为,0.21ppm,、,0.19ppm,、,0.20ppm,、,0.23ppm,、,0.20ppm,，求算数平均值、几何平均值、绝对偏差、相对偏差、平均偏差、相对平均偏差、差方和、样本方差、样本标准偏差、几何标准偏差,21,定义：一定条件下，环境（土壤）对污染物的最大容纳量。可分为,土壤绝对容量,及,土壤年容量,土壤绝对容量（静容量）：土壤能容纳污染物的最大负荷量,W,Q,（,mg/kg,）,=W,S,-B,W,Q,（,g/,公顷）,=,（,W,S,-B,）,2250,六、土壤环境容量,土壤环境质量标准,规定的浓度限值,土壤环境背景值,将mg/kg转化为g/公顷的转化系数,22,土壤年容量（动容量）：某一土壤环境在污染物的积累浓度不超过环境标准规定的最大允许值得情况下，每年所能容纳污染物的最大负荷量,W,A,（,mg/kg,）,=K,（,W,S,-B,）,W,A,（,g/,公顷）,=K,（,W,S,-B,）,2250,六、土壤环境容量,土壤对某污染物的净化效率，以%表示,23,例题,对某地区林地重金属元素镉的环境容量进行分析，已知该地区镉背景值为,0.2ppm,，林地土壤对镉的年净化效率为,20%,，求该林地对镉的绝对容量及年容量,24,第二节、土壤污染监测,本节内容,1）,监测方案的制定,2）土壤样品的采集：布点原则；,布点方法；采样深度的确定（采样剖面）；,采样时间；采样量,3）土壤样品的制备与保存,4）,土壤样品的预处理,及测定方法,25,基础知识,农田土壤 ：,用于种植各种粮食作物、蔬菜、水果、纤维和糖料作物、油料作物及农区森林、花卉、药材、草料等作物的农业用地土壤。,监测单元 ：,按地形,成土母质,土壤类型,环境影响划分的监测区域范围。,土壤采样点 ：,监测单元内实施监测采样的地点。,土壤剖面 ：,按土壤特征，将表土竖直向下的土壤平面划分成的不同层面的取样区域，在各层中部位多点取样，等量混匀。或根据研究的目的采取不同层的土壤样品。,26,基础知识,土壤混合样 ：,在农田耕作层采集若干点的等量耕作层土壤并经混合均匀后的土壤样品，组成混合样的分点数要在,5,20,个。,监测类型 ：,根据土壤监测目的，土壤环境监测有,4,种主要类型：区域土壤环境背景监测、农田土壤环境质量监测、建设项目土壤环境评价监测和土壤污染事故监测。,27,一、监测方案的制定,明确监测目的,现场调查及资料的收集,确定监测项目,采样（布点、采样时间、采样方法的确定）,分析（样品前处理、预处理、测定）,数据处理,综合分析，书写报告,28,二、监测项目,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,有机化合物,苯并（a）芘、三氯乙醛、油类,挥发酚、DDT、六六六等,29,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,二、监测项目,30,三、土壤样品的采集,布设原则,合理地划分采样单元。,对于土壤污染监测，哪里有污染就在哪里布点。,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。,31,三、土壤样品的采集,（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,要在非污染区的同类土壤中布设一个或几个对照采样点,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,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,32,三、土壤样品的采集,采样点的布设,对角线布点方法：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,对角线布点法,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,33,三、土壤样品的采集,采样点的布设,梅花形布点法：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,梅花形布点法,34,三、土壤样品的采集,采样点的布设,棋盘式布点法：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,棋盘式布点法,35,三、土壤样品的采集,采样点的布设,蛇形布点法：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,蛇形布点法,36,三、土壤样品的采集,采样点的布设,放射状布点法：适用于大气污染型土壤。,以污染源为中心，作几条放射线，在污染源及周边布设采样点，并要求在主导风向下风向布设更多的采样点,放射状布点法,风向,37,三、土壤样品的采集,采样点的布设,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或背景值调查）,将监测区域土壤均匀划分为若干网状方格，采样点设在直线交点处或方格中心处，网格大小视监测区域大小而定,网格布点法,38,三、土壤样品的采集,采样深度,一般了解土壤污染状况,视监测目的而定,了解土壤污染对植物或农作物的影响,了解污染物质在土壤中的垂直分布,只需取015cm或020cm表层(或耕层)土壤及15-30cm的土样,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,沿土壤剖面层次分层取样,39,采样剖面,观察面,1m,1.5m,土壤剖面挖掘示意图,1m,堆土,土壤剖面A、B、C层示意图,A,AB,B,BC,C,0,25,50,70,100,125,表层，腐殖质淋溶层,亚层，淀积层,风化母岩层、母质层,40,采样剖面,在山地土壤土层薄的地区，,B,层发育不完整时，只采,A,、,C,层样。,干旱地区剖面发育不完整的土壤，采集表层（,0,20cm,）、中土层（,50cm,）和底土层（,100cm,）附近的样品。,41,三、土壤样品的采集,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：采样筒取样；土钻取样；挖坑取样,42,三、土壤样品的采集,采样时间及频率,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,43,采样注意事项,采样点不能设在田边、沟边、路边,将现场采样点的具体情况，如土壤剖面形态特征等做详细记录,现场填写两张标签，写上地点、土壤深度、日期、采样人姓名等，一张放入样品袋内，一张扎在样品口袋上,44,取少量样品作物理特性分析：机械组成，质地，孔隙度等,取少量样品作PH、阳离子交换量及速效养分的测定（过16目，保证粒径在1mm以下）,过60目筛,过100目筛,农药、有机质、土壤全氮量及CaCO,3,元素分析：原子吸收,四、土壤样品的制备,45,五、土壤样品的保存,研磨混匀后的样品，分别装于样品袋或样品瓶，填写土壤标签一式两份，瓶内或袋内一份，瓶外或袋外贴一份。,分析取用后的剩余样品一般保留半年,预留样品一般保留,2,年。特殊、珍稀、仲裁、有争议样品一般要永久保存。,46,五、土壤样品的保存,对于易分解或易挥发等不稳定组分的样品要采取低温保存的运输方法，并尽快送到实验室分析测试。测试项目需要新鲜样品的土样，采集后用可密封的聚乙烯或玻璃容器在,4,以下避光保存，样品要充满容器。避免用含有待测组分或对测试有干扰的材料制成的容器盛装保存样品，测定有机污染物用的土壤样品要选用玻璃容器保存。,47,六、土壤样品的预处理,根据测定项目不同，选择不同的预处理方法。,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。,常用组合：王水、,HNO,3,/H,2,SO,4,、,HNO,3,/HClO,4,、,H,2,SO,4,/H,3,PO,4,、,HNO,3,/HF/HClO,4,、,HCl/HNO,3,/HClO,4,48,六、土壤样品的预处理,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（,180,）分解。,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。,49,六、土壤样品的预处理,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,。,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。,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。,50,六、土壤样品的预处理,土壤样品净化（分离）与浓缩,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,51,七、样品的代表性及采样误差的控制,土壤的不均一性是造成采样误差的最主要原因。,土壤是固、气、液三相组成的分散体系，各种外来物进入土壤后流动、迁移、混合较难，所以采集的样品往往具有局限性。一般情况下，采样误差要比分析误差高得多。为保证样品的代表性，必须采取以下两个技术措施控制采样误差。,52,七、样品的代表性及采样误差的控制,采样前要进行现场勘察和有关资料的收集，根据土壤类型、肥力等级和地形等因素将研究范围划分为若干个采样单元，每个,采样单元的土壤要尽可能均匀一致,。,要,保证有足够多的采样点,，使之能充分代表采样单元的土壤特性。采样点的多少，取决于研究范围的大小，研究对象的复杂程度和试验研究所要求的精密度等因素。,采样点设置过少,，所采样品的偶然性增加，缺乏足够的代表性；,采样点设置过多,，则增大了采样的工作量，浪费了人力、物力和财力。,53,八、土壤污染物的测定与表示,土壤分析结果以,mg/kg,（,烘干土,）表示。,烘干土质量及含水量的测定,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：,54,八、土壤污染物的测定与表示,PH,值测定：玻璃电极法,测定要点：称取通过,1 mm,孔径筛（,16,目或,20,目）的土样,10g,于烧杯中，加无二氧化碳蒸馏水,25mL,，轻轻摇动后用电磁搅拌器搅拌,1min,，使水和土充分混合均匀，静置,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,51,11,；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。,55,56,课后习题,土壤的基本组成及功能,土壤污染的几大特性,土壤背景值及土壤环境容量,在一个采样单元里布设采样点的常用方法,土壤样品的基本制备步骤,57,返回,58,质地组,质地名称,颗粒组成（%）,砂粒,（0.05-1mm）,粗粉粒,（0.01-0.05),粘粒,（70,60-70,50-60,-,20,40,30,粉壤土,粘壤土,20,20,50,-,粘土,粉粘土壤粘土粘土,-,-,30-35,35-40,40,我国土壤质地分类,返回,59,