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1、土壤环境监测,主讲：赵云,1,教学内容,土壤环境土壤污染土壤环境容量及土壤背景值土壤样品的采集、制备与预处理,2,一、土壤环境,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。,3,（一）土壤与土壤圈,（二）土壤环境,土壤环境是由植物和土壤生物及其生存环境要素，包括土壤矿物质和有机质额土壤水构成的一个有机统一整体。包括土壤物理、化学、生物学环境。,（三）土壤在陆地生态系统中的地位,在陆地生态系统中，土壤参与生物
2、群落之间的能量与物质的循环和转化，是全球性物质和能量循环与转化的主体。土壤具有高度的自然肥力，是植物养分的主要来源和植物生长的介质，具有供应和协调植物生长发育所需养分、水分、空气和热量的能力。,二、土壤污染,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）,5,土壤污染源及污染物,污染物,6,1、土壤污染的主要特途径,（1）水体污染；（2）固体
3、废弃物污染；（3）大气污染；（4）农业污染。,2、土壤污染的特点,（1）污染的蓄积性；（2）污染的不可恢复性；（3）污染的隐蔽性；（4）污染的传递性；（5）污染的持久性。,9,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WQ（mg/kg）=WS-BWQ（g/公顷）=（WS-B）2250,三、土壤环境容量与土壤背景值（本底值）（一）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,10,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
4、最大允许值的情况下，每年所能容纳污染物的最大负荷量WA（mg/kg）=K（WS-B）WA（g/公顷）=K（WS-B）2250,（一）土壤环境容量,土壤对某污染物的年净化效率，以%表示,11,（二）土壤环境背景值,1.定义：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含量。又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。2.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,四、土壤环境质量标准,（一）土壤环境质量分类I 类II 类III类（二）土壤环境质量标准分为三级。,任务一土壤样品的采集、制备
5、与预处理,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 方法,14,一、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,15,（一）土壤污染调查,（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
6、,16,（二）监测项目,17,二、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。,18,三、土壤样品的采集,19,三、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,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,20,三、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,21,三、土
7、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,22,三、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,23,三、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
8、射状布点法,风向,24,三、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,25,三、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,26,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,0255070100,125,表层，腐殖质淋溶层,亚层，淀积层,风化母岩层、母质层,27,采样剖
9、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（020cm）、中土层（50cm）和底土层（100cm）附近的样品。,28,三、土壤样品的采集,4.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,29,三、土壤样品的采集,5.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
10、备用采样方法：采样筒取样；土钻取样；挖坑取样,30,31,6、土壤背景纸样品采集采样点选择应包括主要类型土壤，并远离污染源，同一类型土壤应有3-5个以上的采样点，主要采集发育完好，具代表性的土壤样品，深度为1米以内表土和心土，分层取样。7.采样工具土钻 竹刀 花铲 环刀 布袋 十字镐 铁锹 直尺等工具,三、土壤样品的采集,过60目筛,过100目筛,农药、有机质、土壤全氮量及CaCO3,元素分析：原子吸收,四、土壤样品的制备,32,五、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
11、保留2 年。特殊、珍稀、仲裁、有争议样品一般要永久保存。,33,五、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。,34,六、土壤样品预处理方法（一）样品预处理的目的 将待测成分转化成便于测定的形式，排除样品中对测定产生干扰的成分，将浓度较低的待测成分进行浓缩富集十或将含量较高的待测成分进行稀释，以便进行测定，将待测成分进行提纯。,（二）
12、样品预处理的方法1.有机质破坏法（干灰法 湿灰法 紫外光解法 微波消解法2.蒸馏法3.溶剂提取法3.1溶剂浸泡法：以适当的溶剂浸泡样品，将样品中待测成分溶解在提取剂中。3.2萃取法4.化学分离法5.色层分离法6.浓缩法,任务二 土壤污染物的监测,一、土壤环境监测项目的确定1、物理指标：土壤质地、土壤水分、土壤孔隙度、土壤密度、土壤容重、田间持水量、土壤温度等。2、化学指标：酸碱性、缓冲性、氧化还原性、阳离子交换量、氮磷钾等全量和速效养分含量等。3、生物指标：土壤动物如蚯蚓数量、微生物种群、土壤酶等。,二、土壤中金属污染物的检测,（一）重金属元素的总量测定1.铅和镉的测定：KI-MIBK萃取火焰
13、原子吸收分光光度法和石墨炉原子吸收分光光度法。2.总汞的测定：冷原子吸收分光光度法。3.总铬的测定火焰原子吸收分光光度法,（一）重金属元素的总量测定,4.铜和锌的测定火焰原子吸收分光光度法5.镍的测定火焰原子吸收分光光度法（二）土壤中重金属形态分析1.可交换态2.碳酸盐结合态3.铁锰氧化结合态4.有机结合态5.残渣态,毒性,三、土壤中铅、镉、铬、汞含量的测定,（一）铅、镉的测定1.原理火焰原子吸收分光光度法朗伯-比尔定律 A=lg I0 /I=KLN A=KC2.仪器3.试剂4.操作步骤：（1）样品预处理（2）仪器调整和使用,三、土壤中铅、镉、铬、汞含量的测定,（3）标准曲线的绘制（4）测定5
14、.结果计算6.注意事项（二）铬的测定1.原理：高锰酸钾氧化法和过硫酸盐氧化法。2.仪器3.试剂4.分析步骤5.结果计算,三、土壤中铅、镉、铬、汞含量的测定,（三）汞的测定1.原理2.仪器3.试剂4.分析步骤5.结果计算6.注意事项,四、土壤中非金属无机污染物的检测,（一）二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法（二）硼氢化钾-硝酸银分光光度法,五、土壤中有机物污染物的检测,（一）样品预处理方法1.溶剂萃取法：直接萃取法、索氏萃取法、超声波萃取法2.水浸提-蒸馏萃取法3.顶空法4.吹扫捕集法,五、土壤中有机物污染物的检测,（二）土壤中六六六和滴滴涕的测定气象色谱法：采用石油醚浸泡土壤样品12h，75-9
15、5水浴，索氏萃取4h，分离石油醚和丙酮，保留石油醚层，用浓硫酸净化法货柱层析净化法净化，GC-ECD测定。（三）土壤中有机磷农药残留的测定气相色谱法：采用丙酮浸泡提取，二氯甲烷萃取，柱层析净化，GC-NPA测定。,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
16、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。,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,我国土壤质地分类,返回,59,
