第6章土壤质量监测课件.ppt

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1、Chapter 6 土壤质量监测（Soil Quality Monitoring）,1 土壤基本知识,一、土壤组成土壤：是指陆地地表具有肥力并能生长植物的疏松表层。,土壤,土壤固相,空隙,矿物质,生物,土壤溶液,空气,有机质,(一)土壤矿物质,土壤矿物质是由岩石经物理风化和化学风化作用形成的。1 土壤矿物质的组成（1）原生矿物质：岩石经过物理风化作用被破碎形成的碎屑，其原来的化学组成没有改变。（2）次生矿物质：原生矿物质经过化学风化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构均有所改变。2.土壤化学组成 氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁八大元素含量约占96以上，与岩石中各元素的含量相似。,3 土壤机械组

2、成,指不同大小颗粒（沙砾、粉粒、黏粒）的相对含量。,表 我国土粒分级标准,表 国际制土壤质地分类,（二）土壤有机质,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。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。,（三）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)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。,细菌,放线菌,

3、蚯蚓,线虫,图 土壤微生物和动物,(四)土壤溶液,土壤水分及其所含溶质的总称，土壤溶液中的水来源于：大气降水、降雪、地表径流、灌溉、地下水；溶质有：无机盐、可溶有机物、无机胶体、可溶性气体等。(五)土壤空气 土壤空气存在于未被水分占据的土壤孔隙中，来源于大气、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)。,二、土壤的基本性质,(一)吸附性 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,土壤酸度：活性酸度：

4、土壤溶液中游离氢离子浓度反映的酸度，用pH值表示。潜性酸度：土壤胶体吸附的可交换氢离子和铝离子经离子交换作用后所产生的酸度。,(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。,三、土壤背景值,土壤背景值：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。,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

5、态分布：如元素测定值呈对数正态分布：,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、固废堆放或填埋、大气沉降物等,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,五、土壤质量标准,我国颁布的这类标准有：1土壤环境质量标准(GB 156181995)2无公害农产品蔬菜产地土壤环境质量指标(GB/T184072001)3无公害农产品茶叶产地土壤环境质量指标(NY50202001),我国土壤环境质量标准将土壤分为3类：类土壤：国家规定的自然保护区、集中式生活饮用水水源地、茶园、牧场

6、和其他保护地区的土壤，其质量基本上保持自然背景水平。执行一级标准。类土壤：一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤，其质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。执行二级标准。类土壤：林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤（蔬菜地除外），其质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。执行三级标准。,土 地,土地地球特定的地域表面，是由气候、水文、地质、地貌、土壤和植被等要素所组成的自然综合体，有其发生和发展的过程。,黄土高原的水土流失,荒漠化,盐碱化,土地污染,中国土地总面积居于世界第三位，但人均土地面积仅为0.777 hm2，相当于世界人均土地的三分之一。其中耕地面积大约占世

7、界总耕地的7%。虽然我们用世界上7%的耕地养活了22%的人口，取得了举世瞩目的成就，但这种情况不可能无休止的维持下去。,关于“谁来养活中国”的讨论,观点1：未来中国难以主要依靠自己的资源供给所需食品 以美国世界观察研究所所长莱斯特布朗为代表的看法认为：“如果中国（指中国大陆，下同）现代化过程继续进行下去，就几乎肯定要走日本、韩国的模式进口越来越多的粮食。，在国际经济一体化的情况下，中国粮食价格上涨，将导致世界粮食涨价；中国的耕地不足，将变成全世界的耕地不足；中国的水荒也将影响到整个世界”。,依据如下：,1.耕地减少的趋势难以避免；2.复种指数已接近最高点，即将开始下降；3.水资源将出现更为严重

8、的短缺；4.化肥使用量大，已接近报酬递减阶段；5.单产接近世界高水平，难以大幅提高；6.几十年来大幅度增产的新品种没有产生。,结论：,2030年，因人口增长和粮食产量下降，中国将缺粮2.07亿吨，等于1994年世界粮食出口量总和；如果加上生活水平提高，粮食缺口高达3.69亿吨，远高于目前世界粮食出口量，到那时，即使中国有足够的外汇，也没有地方买到这么多粮食；中国的粮荒将冲击世界；谁来养活中国？谁也养活不了中国，只能寄希望于中国自己。,观点2：未来中国有能力主要依靠自己 的资源和力量解决食品供给问题,中国和世界多数人士对中国未来人口及粮食需求的预测与莱斯特布朗基本一致，但中国粮食供给能力的估计与

9、莱斯特布朗不同，他们认为，未来中国粮食供应形势虽然十分严峻，但存在着较大的粮食增产能力，经过自己的努力，基本可以满足16亿人口的粮食需求。,依据：,1.从现在起对现有耕地认真、坚决地保护，形势 还是乐观的；2.耕地复种指数有提高的潜力；3.中低产田提高单产的潜力还很大；4.提高水资源利用率的潜力还很大；5.可以大幅度提高化肥施用效果；6.依靠科技进步有潜力；7.节约粮食有潜力。,结论：,到21世纪20年代中期，在较高水平投入或丰产年的情况下，能生产粮食6.967.00亿吨，按人均450公斤计，能养活15.48亿人口；在中等投入或平产年，产量能够达到6.666.75亿吨，能供养14.8亿人口；在

10、低投入或欠收年，产量在6.396.48亿吨，只能供养14.2亿人口，粮食缺口可能达到 0.5亿吨；根据供需平衡分析及粮食品种调济需求，中国未来进口粮食量控制在30005000万吨，即不超过粮食产量的10%，是必要的也是可行的。,2 土壤环境质量监测方案,一、监测目的1 土壤质量现状监测 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。,图 汉中“523”剧毒物品对土壤的渗漏污染现场照片,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

11、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 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。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

12、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。,四、采样点的布设,(一)布设原则 1 合理地划分采样单元 对照采样单元：不受污染源影响的地方选择；采样单元：同一单元差别应尽可能小。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。,(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

13、规定抽样精度不低于80%时，d取0.2。,(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，但土壤较不均匀的田块；也适用于受固体废物污染的土壤。,对角线布点法,梅花形布点法,棋盘式布点法,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。,蛇形布点法,放射状布点法,网格布点法

14、,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。,六、农田土壤环境质量评价,评价方法：运用评价参数进行单项污染物污染状况、区域综合污染状况评价和划定土壤质量等级。（一）评价参数,（二）评价方法,表 土壤污染分级标准,3 土壤样品的采集与加工管理,一、土壤样品的采集(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

15、一般农作物的耕地，采集020cm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。,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。土壤剖面指地面向下垂直土体的切面。,剖面规格一般为长1.5m、宽0.8m、深1.0m，每个剖面采集A、B、C三层土样。过渡层（AB、BC）一般不采样。当地下水位较高时，挖至地下水出露时止。现场记录实际采样深度，如020、5065、80100cm。在各层次典型中心部位自下而上采样，切忌混淆层次、混合采样。,土壤剖面A、B、C层示意图,（二）采样时间和频率 为了解土壤污染状况，可随时采样测定；如需掌握作物受污染状况，可在农作物收获

16、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、土壤样品加工与管理,（一）样品加工处理,风干,磨细,过筛,混合,分装,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、NH3-N、NO3-N、Fe2+）;测定多数稳定项目用风干土样。,土壤颗粒分析及物理性质测定等物理分析：过10目筛；土壤pH值、土壤代换量等测定：过20目筛；农药、土壤有机质、土壤全氮量等测定：过60目筛；土壤元素分析：过100目筛。,盘式研磨筛分

17、器,土壤样品四分法示意图,(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。风干土样存于干燥、通风、无阳光直射、无污染的样品库内，保存期通常为半年或一年；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。,4 土壤样品的预处理,一、土壤样品分解方法 作用：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 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。,(三)高压釜密闭分解法 将用水润湿、加入混合酸

18、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。,二、土壤样品提取方法,作用：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。提取剂用有机溶剂。常用振荡提取法提取，对于含量低的污染物，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。,三、净化（分离）和浓缩,作用：通过净

19、化消除干扰，通过浓缩使达到分析方法测定要求的浓度。常用净化方法：层析法、蒸馏法等；常用浓缩方法有K-D浓缩器法、蒸发法等。,样品的代表性和采样误差的控制,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。,（1）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。（2）要保证有足够多的采样点，使之能充分代表采样单

20、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。,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：,5 土壤污染物的测定,一、土壤水分 风干土样或新鲜土样在105 2 烘干、称重、计算。,计算题,为测定某土壤水分含量，用天平称取适量通过1mm孔径筛的风干土样，置于已恒重的铝盒中，称得其质量为101.18g

21、，其中恒重的空铝盒质量为50.08g，接着放入烘箱内，于1052烘至恒重，称得质量为92.75g，求此土壤的水份含量。,二、土壤pH值,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。,三、可溶性盐分,土壤中可溶性盐分：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：重量法、比重计法、电导法、

22、阴阳离子总和计算法等。,盐碱地,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CO2水500mL,重量法测定要点：,土样1000g,四、金属化合物,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：,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,五、有机化合物,(一)六六六和滴滴涕 土样中有机物萃取 气相色谱法（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，

23、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。,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(N2)流速：4070mL/min。,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)

24、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。,图 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,(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

25、)芘含量5 g/kg，则用荧光分光光度法。,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,氧化铝层析柱分离两次,提取液,水浴蒸发近干,氯仿,环己烷,过滤,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,苯并(a)芘带,甲醇,溶出液,测定,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：,思考题,有一地势平坦的田块，由于用污水灌溉，土壤被铅、汞和苯并芘污染，试设计一个监测方案，包括布设监测点、采集土样、土样制备和预处理，以及选择分析测定方法。,未来可能毁灭人类四大灾难,毒气云团笼罩地球,堪比海啸的破坏性潮汐,新的冰川期寒流,超级火山喷发,