第5章土壤环境监测.docx

第5章土壤环境监测 教学目的、要求：了解土壤组成和背景值；掌握土壤样品的采集和测定的原则；掌握土壤常见污染物的测定方法。 重点内容：土壤背景值、腐殖质、采样点布设、土壤样品采集、土壤样品测定；土壤试样含水量，锌、镉、铜、汞等金属，农药、多环芳克等有机污染物的监测方法。 本章难点根据具体情况选择土壤样品的采集方法，土壤样品的制备与保存5.1 土壤环境监测的意义土壤是人类文明之源，土壤的污染破坏导致了部分地区文明的衰落，土壤也是食品安全问题的基础，污染的土壤不会生产出安全的食品。在我国，水土流失是中国最为严重的环境问题，面积达375多万km2；受重金属、农业化学品、酸沉降、放射性、矿物油、致病微生物等因素产生的污染面积达3亿亩，相当于耕地的1/5。土壤的形成速率是0.5-2cm1.00年，一旦污染破坏，在短时期内无法弥补；土壤生态系统的稳定是一切生态系统的基础。5.2 土壤的组成和基本性质5.2.1 土壤的组成1. 土壤矿物质(1)原生矿物：岩石经过物理风化而被破坏成碎屑，其原来的化学组成没有变化。(2)次生矿物：原生矿物经过化学风化形成的新矿物，矿物的化学组成和晶体结构均有所改变。蒙脱石、高岭石、伊利石等土壤的质地组成：沙砾、粉粒、粘粒2. 土壤有机质：3. 土壤生物4. 土壤溶液土壤空气矿物质:占固相重黄95%左右,总体积的38%左右雨相物质情机质:占固相富鱼5%左右油体积的12*左右伊相:部分由大气通人,主要戊分是QN豕另一邮分是由土±«J粒间嫄蒯部产生的,主要是CO2、水汽等扁相制麻分及溶解株中的多种瀚性物质“小各类昆虬线虬节欣魏I土壤微生物,1g土中可达效十亿个5.2.2 土壤的基本性质1. 土壤的吸附性土壤胶体、交换吸附、有机物和气体吸附2. 土壤酸碱性水、碳酸、有机酸等解离和酸式盐的水解、酸雨等能土壤酸化，碱式盐的水解碱化土壤。用土壤PH值大小衡量,大多数土壤PH值在4-9之间。我国土壤的酸碱性反应，大多数在pH4.5-8.5之间。在地理分布上有“东南酸西北碱”的规律性。大致可以长江为界（北纬33。），长江以南的土壤多为酸性或强酸性，长江以北的土壤多为中性或碱性。我国土壤的酸碱性南北差异很大.土壤之酸性的主要原因：H+,A1.3+,有机酸，酸雨污染3. 土壤的氧化还原性土壤是一个不均匀的多相氧化还原体系，虽属化学反应，但很大程度上是由生物参与的如氮体系变化有硝化细菌参与。由土壤氧化还原电位（Eh）衡量。Eh越大，土壤处于氧化态，反之，处于还原态。土壤中的氧化还原性受土壤中易分解的有机质和易氧化或易还原的无机物质以及PH等因素的影响。4. 土壤的缓冲性土壤是一个包含固、液、气三相组成的多组分开放的生物地球化学系统，包含了众多的、以多样方式进行相互作用的不同化合物，在固液界面、气液界面发生的各种化学、生物化学过程，通常均具有一定的自我调节能力，故土壤实际上是一个巨大的缓冲体系。对酸碱有缓冲作用，对氧化还原物有缓冲作用。狭义：对酸碱的缓冲广义：土壤是一个巨大的缓冲体系，对营养元素、污染物质、氧化还原等同样具有缓冲性，具有抗衡外界环境变化的能力。5. 土壤背景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。5.2.2土壤污染物的监测控制1 .监测目的（1）判断土壤环境质量是否符合国家标准（2） 根据污染物的分布，追踪污染源（3） 污染源在时间和空间上的分布的后果（4） 研究污染物扩散模式和规律（5） 为土壤资源的合理利用提供依据2.监测项目及其监测方法我国土堵常规监测项目：金属化合物：镉（Cd）、络（Cd）、铜（Cu）、汞（Hg）、铅（Pb）、锌（Zn）非金属无机化合物：碑（As）、氯化物、氟化物、硫化物等有机化合物无机化合物：苯并（a）诧、三氯乙醛、油类、挥发酚、DDT.六六六土壤优先监测物：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，种、锌、硒、铭、锲、锦、帆，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3. 土壤样品的采集(1)采集污染土样之前，先要进行污染调查，调查内容包括：自然条件：成土母质、地形、植被水文、气候等。农业生产情况：土地利用情况，作物生长与产量、耕作、水利、肥料、农药等。土壤性状：土壤类型、层次特征、分布及农业生产特性等。污染历史与现状：如水、气、农药、肥料等途径的影响，以及矿床的影响。(2)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(3)样品采集方法对角线布点法、梅花形布点法、棋盘式布点法、蛇形布点法、放射状布点法、网格布点法(4)样品采集深度一般了解土壤污染状况：只需取0-15cm或020Cm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15-30Cm处，对于根深的作物，也可取50Cm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(5)采样时间随测定项目而定。如果只了解土壤污染情况，并随时采集土壤测定。有时需要了解土壤上生长的植物受污染的情况，则可依季节变化或作物收获期采集土壤和植物样品,一年中在同一地点采集两次进行对照。(6)采样量及采样方法具体需要多少土壤数量视分析测定项目而定，一般只要1.-2kg即可。对多点均量混合的样品可反复按四分法弃取，最后留下所需的土量，装入塑料袋或布袋中。采样筒取样；土钻取样；挖坑取样。采样注意事项选取发育典型、代表性强的土壤采样。采样深度一般采集Im以内的表土和心土，对于发育完好的典型剖面，应按发生层分别采样，以研究各种元素在土体内的分配。(7) 土壤背景值样品采集采样点不能设在田边、沟边、路边或肥堆边。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。现场填写标鉴两张(地点、土壤深度、日期、采样人姓名)，一张放入样品袋内，一张扎在样品口袋上。4. 土壤样品的制备和保存(1) 土样的风干：忌阳光直接曝晒(2)磨碎与过筛：进行物理分析时，取风干样品IOO200g,放在木板上用圆木棍辗碎，经反免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。(3)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，±样必须全部通过100号筛(尼龙筛)。(4) 土壤样品的保存一般土壤样品需保存半年至一年，以备必要时查核之用。储存样品应尽量避免日光、潮湿、高温和酸碱气体等的影响。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。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。5. 土壤样品的预处理(1)碱熔法：常用的有碳酸钠碱熔法和偏硼酸锂(1.iBO2)熔融法。特点：分解样品完全，缺点：添加了大量可溶性盐，易引进污染物质；有些重金属损失；(2)酸溶法：测定土壤中重金属时常选用各种酸及混合酸进行土壤样品的消化。目的：破坏、除去土壤中的有机物；溶解固体物质；将各种形态的金属变为同一种可测态。为了加速土壤中被测物质的溶解，除使用混合酸外，还可在酸性溶液中加入其他氧化剂或还原剂。(3)溶剂萃取分离测定土壤中可溶性组分、有机物、农药时，避免用强酸、强碱处理样品，常用溶剂萃取分离法。6. 土壤样品的土壤监测常用方法(1) 重量法：测土壤水分(2) 容量法：浸出物中含量较高的成分测定，如Ca2+、Mg2+、C1.-、SO42-(3) 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(4)气相色谱法：有机氯、有机磷及有机汞等农药