第五章 土壤质量监测ppt课件.ppt
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1、环境监测,Environment Monitoring,第五章 土壤质量监测,古人说:“皮之不存,毛将焉附?”我们也可以说:“土之不存,树将焉附?”,Chapter 5. Soil Quality Monitoring,本章内容提要,1 土壤基本知识2 土壤环境质量监测方案3 土壤样品的采集与加工管理4 土壤样品的预处理5 土壤污染物的测定,土壤圈概念:,土壤圈是覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的土壤所构成的一种连续体或覆盖层,犹如地球的地膜,通过它与其他圈层之间进行物质能量交换。 大气圈、水圈、生物圈、岩石圈相互作用的产物。土壤物质来源于这些圈层,以三种状态-固态、液态和气态存在着,固体部分包
2、括有机物(来源于生物圈)和无机矿物(来源于岩石圈),液体部分即土壤溶液(水圈的组成部分),气体既包括大气中的气体,还包括土壤生物化学反应释放出的气体(最终进入大气圈)。同时,土壤携带了其形成时的环境信息。,土壤三基础,土壤是一种“类生命体”:能自动调节水、热、气、肥的存在状态;有抵抗酸-碱化的缓冲作用。 土壤的本质和生命力所在是肥力。它是土壤在外界环境条件影响下,主动协调植物生理和生态要求的能力。 土壤肥力与土壤的组成成分,土体结构和土壤物理、化学性质密切相关,一、土壤的组成,土壤的组成示意图,土壤中的主要矿物,地球中的化学元素,氢77.2%,氦20.9%,氢70%,氦27%,铁34.6%,氧
3、29.5%,硅15%,镁12.7%,氧29.5%,硅27.2%,铝8%,氧84.6%,氢10.8%,氧52.4%,碳39.4%,氦78.08%,氧20.94%,克拉克值丰度,根据大陆地壳中的5159个岩石、矿物、土壤和天然水的样品分析数据,于1889年第一次算出元素在地壳中的平均含量数值(平均重量百分比),后人为了纪念这个创举,将它命名为克拉克值。化学元素在任何宇宙或地球化学系统中(如地球、大气圈、水圈、岩石圈)的平均含量,称为丰度。,地壳中各元素的丰度,Scientific American 1970,地壳中其它重要元素,10-5 数量级: Cu 5.5, Pb 1.25, Zn 7, Co
4、 2.5, Ni 7.510-6 数量级: W 1.5, Sn 2, U 2.7, Mo 1.5, As 1.810-7 数量级: Sb 2 10-8 数量级: Ag 7, Au 410-9 数量级: Pt 5,整个地球的物质中各元素的丰度,整个地球的物质中各元素的丰度铁近34.6%,氧为29.5%,硅为15.2%,镁为12.7%,镍为2.4%,硫为1.9%,钙和铝为2.2%,其它所有元素共占1.5% 按圈层来看地核:大部分以金属状态存在的铁和镍地壳和地幔:大部分是氧和硅,铝也较多水圈:以氧和氢为主生物圈:主要为碳、氢、氧和氮大气圈:主要为氮、氧,现代检测技术发现,哺乳动物、人的血液与海洋中各
5、种元素的含量虽然不同,但元素间的比例和趋势十分接近。由于陆地上元素的丰度与海洋不同,需要额外的补充。,成土矿物,土是岩石风化的产物,土粒的矿物成分取决于成土母岩的矿物成分风化后的风化作用,一般可分为两类:原生矿物:石英、长石、云母;岩石物理风化生成的土粒,土粒较粗,多呈浑圆状、块状或板状,吸附水的能力较弱,性质稳定,无塑性次生矿物 :化学风化的产物,性质与母岩完全不同,一般为粘土矿物,原生矿物,原生矿物是指在土壤形成过程中未改变化学组成和晶体结构的原始成岩矿物。是土壤中矿物的粗质部分和各种化学元素的最初来源。只有通过化学风化分解后,才能释放并供给植物生长所需的养分。土壤中原生矿物存在的数量和类
6、型,取决于土壤发生环境和和发育程度。,次生矿物,岩石经化学风化后新生成的矿物;包括简单盐类,铁、铝氧化物和次生铝硅酸盐。其中铁、铝氧化物和次生铝硅酸盐是土壤矿物质中最细小的部分,常称为粘土矿物;粘土矿物形成的粘粒具有吸附、保存呈离子态养分的能力,使土壤具有保肥性。,表5.1 我国土粒分级标准,机械组成,表5.2 国际制土壤质地分类,土壤质地,质地表示土壤颗粒的粗细程度,也即砂、粉砂和粘粒的相对比例。 (粒组的概念),砂土,指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。分类:砂土按粒组含量分类如下表,粉土,定义:粉土是指粒径大于0.075 mm的颗
7、粒含量不超过总质量的50,且塑性指数 Ip10的土。粉土是介于砂土和粘性土之间的过渡性土类,它具有砂土和粘性土的某些特征,根据粘粒含量可以将粉土再划分为砂质粉土和粘质粉土。,粘性土,定义:粘性土是指塑性指数10的土。根据塑性指数大小,粘性土可再划分为粉质粘土和粘土两个亚类: 当 1017 时为粘土,粘性土的稠度,界限含水量:粘性土由一种状态转到另一种状态时的分界含水量。液限wL:流动状态与可塑状态间的分界含水量称液限;塑限wp:可塑状态与半固体状态间分界含水量称塑限;缩限ws: 半固体状态与固体状态间的分界含水量称缩限。,由进入土壤的植物、动物、微生物残体及施入土壤的有机肥料经分解转化逐渐形成
8、,通常可分为非腐殖物质和腐殖物质两类;是土壤 形成的重要基础,与土壤矿物质共同构成土壤的固相部分。土壤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,类似储存水肥的小仓库,随时供给植物吸收利用。有机质是微生物的食物,土壤有机质丰富而其他条件又适宜时,就能促进微生物的旺盛活动。,(二)土壤有机质,非腐殖物质:包括糖类化合物(如淀粉、纤维素等)、含氮有机合物及有机磷和有机硫化合物。腐殖物质:是植物残体中稳定性较大的木质素及其类似物在微生物作用下,部分被氧化形成的一类特殊的高分子聚合物,具有芳
9、环结构,苯环周围连有多种官能团,如羧基、羟基、甲氧基及氨基等,使之具有表面吸附、离子交换、络合、缓冲、氧化还原作用及生理活性等性能。,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) 对进入土壤的有机污染物的降解及无机污染物(如重金属)的形态转化起着主导作用,是土壤净化功能的主要贡献者。,(三)土壤生物,细菌,放线菌,蚯蚓,线虫,图5.1 土壤微生物和动物,土壤水分及其所含溶质的总称,溶有土壤中可溶成分的稀溶液,来源主要有:大气降水、降雪、地表径流、灌溉、地下水。,(四) 土壤溶液,图5.2 土壤溶液的来源,土壤空气存在于未被水分占据的土壤孔隙中,来源于大气、
10、生物化学反应和化学反应产生的气体(如甲烷、硫化氢、氢气、氮氧化物、二氧化碳等)。,(五) 土壤空气,二、土壤的基本性质,(一) 吸附性,与土壤中存在的胶体物质密切相关。 土壤胶体: 无机胶体 有机胶体 有机无机复合胶体 对有机污染物(如有机磷和有机氯农药)和无机污染物(如Hg2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+等重金属离子)有较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:pH5.56.0为酸性土;pH6.06.5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
11、壤的pH大多在4.58.5范围内,并呈东南酸西北碱的规律。,(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(Eh)来衡量。 Eh300mV:氧化体系起主导作用,土壤处于氧化状态。 Eh300mV:还原体系起主导作用,土壤处于还原状态。,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:指在未受或少受人类影响的情况下,尚未受或少受污染和破坏的土壤中元素的含量。不同土壤的本底值相
12、差很大(见下页表5.3),三、土壤背景值,表5.3 全国土壤(A层)背景值 单位:g/kg,A层指土壤表层或耕层。,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,土壤剖面的分层方案,枯枝落叶层,腐殖质层,淋溶层,淀积层,母质层,四、土壤污染,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)施肥,化学污染物污染物种类 生物类污染物:病原微生物 放射性污染物:90锶、137铯,重金属硫化物氟化物农药,
13、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)还制定了同类地方标准。,五、土壤质量标准,表5.4 土壤环境质量标准值(GB156181995) 单位:mg/kg,表5.5 无公害农产品蔬菜地土壤环境质量指标 (GB/T18407.12001) 单位: mg/kg,第二节 土壤环境质量监测方案,制订土壤环境质量监测方案和制订水环境监测质量及空气监测质量方案一样,首先要根据监
14、测目的进行调查研究,收集相关资料,在综合分析的基础上,合理布设采样点,确定监测项目和采样方法,选择监测方法,建立质量保证程序和措施,提出监测数据处理要求,并安排实施计划。下面结合土壤环境质量标准(GB15618-1995)和农田土壤环境保护质量监测技术规范(NY/T-2000)有关内容加以解释。,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。,一、监测目的,图5.3 2004年汉中“523”剧毒物品对土壤的渗漏污染
15、现场照片,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 通过分析测定土壤中某些元素的含量,确定这些元素的背景值水平和变化。,图5.4 用于农业灌溉的闸门内充满了污水,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
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