環(huán)境監(jiān)測課件：第5章 土壤污染監(jiān)測

1、 第五章 土壤監(jiān)測 了解土壤的組成、背景值等基本概念，掌握土壤樣品的采集和測定的原則及基本方法等土壤在地理環(huán)境中的作用氣候生物水文地貌土壤土壤在地理環(huán)境中的作用 5.1土壤組成和土壤背景值 5.1.1土壤組成 5.1.2土壤背景值5.1.1土壤組成 土壤的形成：地球表層的巖石經(jīng)過風(fēng)化作用，逐漸破壞成疏松的、大小不等的礦物顆粒（母質(zhì)）。土壤是在母質(zhì)、氣候、生物、地形、時(shí)間等多種成土因素綜合作用下形成和演變而成的。 土壤組成：由礦物質(zhì)、動(dòng)植物殘?bào)w腐解產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)、水分和空氣等固、液、氣三相組成的。(一) 土壤礦物質(zhì)土壤礦物質(zhì)定義組成土壤的基本物質(zhì)，約占土壤固體部分總重量的90%以上，有土壤骨骼之稱

2、作用土壤礦物質(zhì)的組成和性質(zhì)直接影響土壤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)。土壤礦物質(zhì)是植物營養(yǎng)元素的重要供給源，按其成因可分為原生礦物質(zhì)和次生礦物質(zhì) 土壤礦物質(zhì)的礦物組成 1、原生礦物質(zhì)：它是各種巖石經(jīng)受不同的物理風(fēng)化，仍遺留在土壤中的一類礦物，其原來的化學(xué)組成沒有改變。 2、 次生礦物質(zhì)：它大多是由原生礦物質(zhì)經(jīng)風(fēng)化后形成的新礦物。 土壤礦物質(zhì)的化學(xué)組成 土壤礦物質(zhì)元素的相對含量與地球表面巖石圈元素的平均含量及其化學(xué)組成相似。 土壤機(jī)械組成 土壤機(jī)械組成的分類是以土壤中各粒級含量的相對百分比作為標(biāo)準(zhǔn)。國際制采用三級分類法，即根據(jù)沙粒（0.022mm）、粉沙粒(0.0020.02mm)和粘粒(0.002mm)

3、在土壤中的相對含量，將土壤分成砂土、壤土、粘壤土、粘土四大類和十二級。/（二）土壤有機(jī)質(zhì) 土壤有機(jī)質(zhì)含量土壤有機(jī)質(zhì)絕大部分集中于土壤表層(015或020cm),我國土壤有機(jī)質(zhì)含量在15%之間來源植物的根茬、莖稈、落葉、土壤中的動(dòng)物殘骸以及施入土壤的有機(jī)肥料等作用土壤有機(jī)質(zhì)主要以腐殖質(zhì)為主,它作為土壤有機(jī)膠體來說，具有吸收性能、土壤緩沖性能以及與土壤重金屬的絡(luò)合性能等,這些性能對土壤的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、質(zhì)量都有重大影響 土壤中生活的微生物(細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類等)及動(dòng)物(原生動(dòng)物、蚯蚓、線蟲類等) 對進(jìn)入土壤的有機(jī)污染物的降解及無機(jī)污染物(如重金屬)的形態(tài)轉(zhuǎn)化起著主導(dǎo)作用，是土壤凈化功能的主要貢獻(xiàn)

4、者。（三）土壤生物細(xì)菌放線菌蚯蚓線蟲圖5.1 土壤微生物和動(dòng)物 土壤水分及其所含溶質(zhì)的總稱，溶有土壤中可溶成分的稀溶液，來源主要有：大氣降水、降雪、地表徑流、灌溉、地下水。(四) 土壤溶液淺層地下水農(nóng)田灌溉河流霧雨雪圖5.2 土壤溶液的來源土壤水分和土壤溶液 土壤含水量約占水圈水總量的0.01%。土壤水的實(shí)際含量稱為自然含水率： W1濕土重（克）； W2105110下烘干的干土重（克）土壤空氣存在于未被水分占據(jù)的土壤孔隙中，來源于大氣、生物化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體(如甲烷、硫化氫、氫氣、氮氧化物、二氧化碳等)。積水的土壤通氣不良，導(dǎo)致對植物的危害，茶樹最忌積水，積水的土壤不應(yīng)用于種茶樹。(

5、五) 土壤空氣土壤含氣量：以單位土容積中空氣占容積的百分?jǐn)?shù)表示。 特點(diǎn) a 不連續(xù)，存在于土?？障吨g。 b 溫度高。 c O2含量較少（有機(jī)物腐爛）；CO2顯著增加，比大氣中大8300倍，但氧氣與二氧化碳兩者之和約為總量的21（體積）與大氣相近。 d 少量還原性氣體如：CH4、H2S、H2 、氨、甲烷、二氧化氮、乙烯、乙炔等二十余種氣體。(六）土壤的肥力特性及其重要性1、土壤的本質(zhì)屬性肥力 指土壤能同時(shí)并不斷地供應(yīng)和調(diào)節(jié)植物在生長 過程中所需要的水分、養(yǎng)分、空氣、熱量的能力2、土壤與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系 (1) 土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的自然資源 (2) 土壤是一種永續(xù)性的可更新資源理想土壤成分的體積

6、分?jǐn)?shù)土壤的形成 1、土壤形成的過程2、成土主導(dǎo)因素: 生物裸露巖石成土母質(zhì)原始土壤成熟土壤耕作土壤風(fēng)化作用微生物低等植物草本植物木本植物耕作培育生土 熟土 肥土 生物對土壤形成的作用1、有機(jī)質(zhì)積累過程成土母質(zhì)微生物作用巖石積累有機(jī)質(zhì)腐殖質(zhì)土粒團(tuán)聚形成土壤風(fēng)化 生物生長 凝結(jié)作用根系穿橫2、養(yǎng)分元素的富集過程礦物質(zhì)淋失分解、釋放養(yǎng)分元素的富集 殘?bào)w釋放土壤表層形成有一定肥力的土壤層 氣候影響 根系吸收3、人類活動(dòng)的影響:形成高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的耕作土壤 (1)改造方式：灌溉、施肥、翻耕等(2)合理耕作經(jīng)營：土壤不斷改良，保持和提高土壤肥力 (3)不合理耕作經(jīng)營：土壤沙化、鹽堿化和水土流失等二、土壤的基本性

7、質(zhì)（一）吸附性（二）酸堿性（三）氧化還原性（一）吸附性土壤吸附性能與土壤中存在的膠體物質(zhì)密切相關(guān)無機(jī)膠體 （黏土礦物， 鐵， 鋁， 硅等水合氧化物）有機(jī)膠體 （主要腐殖酸及少量的生物活動(dòng)產(chǎn)生的有機(jī)物）有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體由于土壤膠體具有巨大的比表面積，膠粒表面帶有電荷， 分散在水中時(shí)界面上產(chǎn)生雙電層等性能，使其對有機(jī)污染物（如有機(jī)磷和有機(jī)氯農(nóng)藥）和無機(jī)污染物（如Hg2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+等重金屬離子）有較強(qiáng)的吸附能力或離子交換吸附能力。（二）酸堿性 土壤的酸堿度可以劃分為九級 土壤酸度活性酸度: 又稱有效酸度，是指土壤溶 液中游離氫離子濃度反映的 酸度，通常用pH值表示 潛性酸度: 土

8、壤膠體吸附的可交換氫離子 和鋁離子經(jīng)離子交換作用后所 產(chǎn)生的酸度 土壤堿性主要來自土壤中鈣、鎂、鈉、鉀的重碳酸鹽、碳酸鹽及土壤膠體上交換性鈉離子的水解作用 土壤的酸堿度可以劃分為九級：pH5.56.0為酸性土；pH6.06.5為弱酸性土；pH6.57.0為中性土；pH7.07.5為弱堿性土；pH7.58.5為堿性土；pH8.59.5為強(qiáng)堿性土；pH9.5為極強(qiáng)堿性土。 中國土壤的pH大多在4.58.5范圍內(nèi)，并呈東南酸西北堿的規(guī)律。土壤的酸堿性直接或間接地影響污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化。（三）氧化還原性 氧化劑 ： 游離氧， 高價(jià)金屬離子， 硝酸根等還原劑： 土壤有機(jī)質(zhì)， 厭氧條件下形成的分解產(chǎn)

9、物， 低價(jià)金屬離子 由于土壤中存在著多種氧化性和還原性無機(jī)物質(zhì)及有機(jī)物質(zhì)，使其具有氧化性和還原性 因土壤中含有氧化性和還原性無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)，使其具有氧化性和還原性，可以用氧化還原電位(Eh)來衡量。 Eh300mV：氧化體系起主導(dǎo)作用，土壤處于氧化狀態(tài)。 Eh300mV：還原體系起主導(dǎo)作用，土壤處于還原狀態(tài)。5.1.2 土壤背景值 判斷土壤是否受到污染或污染程度的標(biāo)準(zhǔn)。土壤背景值又稱土壤本底值，它代表一定環(huán)境單元中的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量的特征值。背景值（地質(zhì)學(xué)）：指在各區(qū)域正常地質(zhì)地理?xiàng)l件和地球化學(xué)條件下元素在各類自然體中的正常含量。環(huán)境科學(xué)上：指在未受或少受人類影響的情況下，尚未受或少受污染和破壞

10、的土壤中元素的含量。不同土壤的本底值相差很大（見下頁表5.3）表5.3 全國土壤(A層)背景值 單位：g/kgA層指土壤表層或耕層。元素算術(shù)幾何95%置信度范圍值元素算術(shù)幾何95%置信度范圍值均值標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)差A(yù)s11.27.869.21.912.533.5K1.860.4631.791.3420.942.97Cd0.0970.0790.0742.1180.0170.333Ag0.1320.0980.1051.9730.0270.409Co12.76.4011.21.674.031.2Be1.950.7311.821.4660.853.91Cr61.031.0753.91

11、.6719.3150.2Mg0.780.4330.632.0800.021.64Cu22.611.4120.01.667.355.1Ca1.541.6330.714.4090.014.8F478197.74401.501911012Ba469134.74501.30251809Hg0.0650.0800.0402.6020.0060.272B47.832.5538.71.989.9151.3Mn583362.84821.901301786Al6.621.6266.411.3073.379.87Ni26.914.3623.41.747.771.0Ge1.700.301.701.191.202.4

12、0Pb26.012.3723.61.5410.056.1Sn2.601.542.301.710.806.70Se0.2900.2550.2152.1460.0470.933Sb1.210.6761.061.6760.382.98V82.432.6876.41.4834.8168.2Bi0.370.2110.321.6740.120.88Zn74.232.7867.71.5428.4161.1Mo2.02.541.202.860.109.6Li32.515.4829.11.6211.176.4I3.764.4432.382.4850.3914.71Na1.020.6260.683.1860.01

13、2.27Fe2.940.9842.731.6021.054.84 土壤背景值的表達(dá)方法：算術(shù)平均值算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差幾何平均值幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差 我國土壤元素背景值的表達(dá)方法： 95%置信度如元素測定值符合正態(tài)分布：用算術(shù)平均值 如元素測定值呈對數(shù)正態(tài)分布：用幾何平均值土壤本底值的表示方法：國內(nèi)外尚無統(tǒng)一規(guī)定 （1）幾何平均值（對數(shù)正態(tài)分布）幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差表示95置信區(qū)間。平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差（2) 算術(shù)平均值（正態(tài)分布） 當(dāng)進(jìn)入土壤的污染物質(zhì)量和速度超過土壤能承受的容量和凈化速度時(shí)，就破壞了土壤環(huán)境的自然動(dòng)態(tài)平衡，使污染物的積累逐漸占據(jù)優(yōu)勢，引起土壤的組成、結(jié)構(gòu)、性狀改變，功能失調(diào)，質(zhì)量下降，導(dǎo)致土壤環(huán)

14、境污染。不合理地使用農(nóng)藥、化肥，污水灌溉，使用不符合標(biāo)準(zhǔn)的污泥，城市垃圾及工業(yè)廢渣等，固體廢物隨意堆放或填埋，以及大氣沉降物等。污染源天然污源染礦物風(fēng)化后自然擴(kuò)散，火山爆發(fā)后降落的火山灰等。人為污染源化學(xué)污染物定義污染物種類病原微生物放射性污染物生物類污染物主要是*鍶、”銫等重金屬、硫化物、氟化物、農(nóng)藥等5.2 土壤污染 環(huán)境是一個(gè)整體,污染物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境后，會(huì)在大氣、水和土壤等各部分中進(jìn)行遷移、轉(zhuǎn)化運(yùn)動(dòng)，從而影響整個(gè)環(huán)境。因此，土壤監(jiān)測必須和大氣、水體和生物監(jiān)測相結(jié)合面、客觀地反映實(shí)際。 規(guī)定了土壤中污染物的最高允許濃度或范圍，是判斷土壤質(zhì)量的依據(jù)。 我國頒布的這類標(biāo)準(zhǔn)有土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB

15、 156181995)、無公害農(nóng)產(chǎn)品蔬菜產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)(GB/T184072001)、無公害農(nóng)產(chǎn)品茶葉產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)(NY50202001)；有的省(市)還制定了這類地方標(biāo)準(zhǔn)。五、土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 表5.4 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值(GB156181995) 單位：mg/kg 級別一級二級三級土壤pH自然背景7.56.5項(xiàng) 目鎘 汞 砷水田旱田銅農(nóng)田果園鉛 鉻水田旱地0.200.151515353590900.300.303040501502502501500.300.5025301002003003002000.601.020251002003503502501.01.5304040040

16、0500400300六六六 滴滴銻 0.050.050.500.501.01.0表5.5 無公害農(nóng)產(chǎn)品蔬菜地土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo) (GB/T18407.12001) 單位： mg/kg項(xiàng) 目指 標(biāo)p6.5p=6.57.5p5g/kg的土壤，如苯并(a)芘含量5 g/kg，則用熒光分光光度法。土樣50水浴提取濾液測定氧化鋁層析柱分離兩次提取液水浴蒸發(fā)近干氯仿環(huán)己烷過濾紫外分光光度法測定苯并(a)芘程序：氯仿土樣提取過濾水浴蒸發(fā)近干提取液氧化鋁層析柱紙層析苯環(huán)己烷苯并(a)芘斑甲醇溶出液測定熒光分光光度法測定苯并(a)芘流程：土壤樣品于索氏提器內(nèi)用環(huán)己烷提取苯并(a)芘；提取液注入高效液相色譜儀測定。高效液相色譜法的測定要點(diǎn)是：污染指數(shù)和超標(biāo)率等計(jì)算公式 六、 農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià) 式中：PI 均和PI 最大分別是平均單項(xiàng)污染指數(shù)和最大單項(xiàng)污染指數(shù) 內(nèi)梅羅指數(shù)反映了各污染物對土壤的作用，同時(shí)突出了高濃度污染物對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，可按內(nèi)梅羅污染指數(shù)，劃定污染等級。內(nèi)梅羅指數(shù)土壤污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見下表土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 等級內(nèi)梅羅污染指數(shù)污染等級PN0.7清潔（安全）0.7PN1.0尚清潔（警戒