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1、环境监测第五章土壤第1页，本讲稿共50页本章主要内容本章主要内容一、土壤的组成与作用二、土壤污染三、土壤样品采集四、土壤监测主要项目五、一般分析方法第2页，本讲稿共50页第3页，本讲稿共50页一、土壤的组成与作用一、土壤的组成与作用土壤由地壳中的岩石经长期风化形成，D2m。是环境的重要组成部分，是整个生物圈的基础。1 1、土壤的组成、土壤的组成第4页，本讲稿共50页土壤土壤固相(占容积的50)空隙矿物质(质量占固相总质量的9598)有机质和生物（质量占固相总质量的25）土壤溶液空气 土壤溶液和空气占土壤总体积的50，且二者之间经常处于彼此消长的状态。第5页，本讲稿共50页矿物质矿物质土土壤壤的
2、的“骨骨骼骼”、植植物物营营养养元元素素的的供供给给源源。碳碳酸酸盐、磷酸盐、铝硅酸盐、铁硅酸盐盐、磷酸盐、铝硅酸盐、铁硅酸盐土壤有土壤有机质机质土壤形成的基础。来源有动物和植物残体，有机土壤形成的基础。来源有动物和植物残体，有机肥料、微生物及经微生物作用形成的腐殖质等肥料、微生物及经微生物作用形成的腐殖质等 土壤水土壤水和空气和空气水来源于降水、雪、灌溉及地下水水来源于降水、雪、灌溉及地下水空气以氮气、氧气、二氧化碳为主空气以氮气、氧气、二氧化碳为主 第6页，本讲稿共50页2 2、土壤在环境中的作用（三大作用）、土壤在环境中的作用（三大作用）蓄积作蓄积作用用 土壤是以固相物质为主的多相复杂体
3、系，表面积土壤是以固相物质为主的多相复杂体系，表面积大，能吸附各种离子和某些分子大，能吸附各种离子和某些分子 输移作输移作用用 土土壤壤是是植植物物和和某某些些动动物物直直接接赖赖以以生生存存的的地地方方，是是营养物的主要供应地营养物的主要供应地净化作净化作用用 存在各种土壤微生物和土壤动物，数以亿万计，存在各种土壤微生物和土壤动物，数以亿万计，能使有机污染物降解、转化能使有机污染物降解、转化第7页，本讲稿共50页二、土壤污染二、土壤污染 土壤污染土壤污染：由于人类生活和生产活动所产生的对人体有害的污染物质，通过各种途径进入土壤，并不断积累，当其数量和速度超过了土壤的自净能力，引起土壤的组成、
4、结构和功能发生变化，从而影响农作物(或植物)的正常生长和发育，甚至某些污染物质在植物体内积累，降低产量和质量，最终影响人体健康。1 1、土壤污染及其特点、土壤污染及其特点、土壤污染及其特点、土壤污染及其特点第8页，本讲稿共50页与大气、水污染相比的土壤污染特点与大气、水污染相比的土壤污染特点水、气通过饮食、呼吸道直接进入人体，一旦受污染，直接影响人类健康，危害较明显，而土壤污染对人体的影响则往往是通过农作物慢慢反应的。土壤污染的判定比较复杂难以制定“土壤中有害物质最高允许浓度”之类的标准，与背景值对照土壤中污染物质的含量与农作物生长发育之间的关系复杂，是否抑制？是否人食用后有危害？土壤一旦被污
5、染，因波及范围广，难以期待自然净化。第9页，本讲稿共50页2 2、土壤环境质量标准、土壤环境质量标准、土壤环境质量标准、土壤环境质量标准GB 15618GB 1561819951995根据土壤应用功能和保护目标，划分为三类：类主要适用于国家规定的自然保护区(原有背景重金属含量高的除外)、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保护地区的土壤，土壤质量基本保持自然背景水平。类主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。类主要适用于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)。土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污
6、染。第10页，本讲稿共50页三级土壤标准三级土壤标准 一级标准一级标准 为保护区域自然生态，维持自然背景的土壤环境质量的限制值。二级标准二级标准 为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值。三级标准三级标准 为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。类土壤环境质量执行一级标准；类执行二级标准；类土壤环境质量执行三级标准项目(11个)：pH值、镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍、六六六、DDT第11页，本讲稿共50页三级土壤标准三级土壤标准 一级标准一级标准 为保护区域自然生态，维持自然背景的土壤环境质量的限制值。二级标准二级标准 为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值。三级标准三级标准 为保障农
7、林业生产和植物正常生长的土壤临界值。类土壤环境质量执行一级标准；类执行二级标准；类土壤环境质量执行三级标准项目(11个)：pH值、镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍、六六六、DDT第12页，本讲稿共50页3 3、土壤污染源、土壤污染源、土壤污染源、土壤污染源生活污水和工业废水的任意排放，特别是灌溉农田城市及工矿废气中大量污染物沉降到土壤化肥、农药的使用，残留于土壤垃圾、废渣、污泥等各种废弃物的堆积土壤中重金属污染物移动第13页，本讲稿共50页4 4、土壤中的主要污染物、土壤中的主要污染物、土壤中的主要污染物、土壤中的主要污染物无机污染物重金属：汞、镉、铜、锌、铬等非金属：砷、硒放射性元素：Cs13
8、7,Sr90其他：酸、碱、盐等有机污染物有机农药、酚、石油、洗涤剂、PCBs有害微生物 第14页，本讲稿共50页5 5、土壤监测的目的、土壤监测的目的、土壤监测的目的、土壤监测的目的土壤环境质量的现状调查摸清土壤中污染物的种类、含量水平以及污染物的空间分布区域土壤环境背景值的调查掌握土壤的自然本底值土壤污染事故调查分析它的主要污染物的种类、污染的来源、污染程度和污染范围污染物土地处理的动态观测污水灌溉、污泥土地利用及固体废弃物的土地处理等的长期的监测。第15页，本讲稿共50页6 6、土壤监测一般步骤、土壤监测一般步骤、土壤监测一般步骤、土壤监测一般步骤准备布点采样制样分析测试评价以及质量保证第
9、16页，本讲稿共50页三、土壤样品采集三、土壤样品采集样品的代表性代表性问题水、气是流体，污染物进入后易混合，在一定范围内相对均匀；土壤是固、液、气三相的混合物，污染物不易混合，样品具有局限性。土壤监测的采样误差大于分析误差1、土壤采样的特点第17页，本讲稿共50页样品的代表性和采样误差的控制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。第18页，本讲稿共50页（1）
10、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。第19页，本讲稿共50页2 2、土壤采样的布点、土壤采样的布点、土壤采样的布点、土壤采样的布点b自然条件（气候、地形、地质）b土壤性状（类型、层次特征、污染历史等）b农业状况（土地利用、农作物
11、种类、化肥、农药等）b污染源（大气烟囱、污水、废水、垃圾废物等）1)1)污染调查污染调查第20页，本讲稿共50页2)2)布点原则布点原则(1)合理地划分采样单元。(2)对于土壤污染监测，哪里有污染就在哪里布点由大气污染造成的，以大气源为中心，呈椭圆状或带状，长轴沿主导风向延长由废水引起时，沿河流或干渠呈树枝或片状由化肥、农药引起时，分布较均匀，呈面状要在非污染区的同类土壤中布置一个对照点(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。第21页，本讲稿共50页3)3)布点方法布点方法对角线布点法对角线布点法梅花形布点法梅花形布点法棋盘式布点法棋盘式布点法第22页，本讲
12、稿共50页3)3)布点方法布点方法蛇形布点法蛇形布点法放射状布点法放射状布点法网格布点法网格布点法第23页，本讲稿共50页对角线法污水灌溉及废水污染造成的土地污染梅花形法田块面积小、地形平坦、土壤均匀棋盘形法地形较平坦、地形完整、土壤不均匀蛇形法田块面积大、地形不平坦、土壤不均匀放射状布点法大气型污染土壤网格布点法地形平缓的地块第24页，本讲稿共50页3、土壤样品采集深度和采样量、土壤样品采集深度和采样量混合样品混合样品混合样品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。对种植一般农作物的耕地，只需采集020 cm耕作层土壤；对于种植果林类农作
13、物的耕地，采集060cm耕作层土壤。第25页，本讲稿共50页剖面样品剖面样品剖面样品剖面样品了解土壤污染深度时采集剖面样品：沿土壤剖面层次分层采样。预先开挖一个1.51m的方坑，然后按要求分层取样A层层(耕作层耕作层)图图5.5 土壤剖面土层示意图土壤剖面土层示意图图图图图5.6 5.6 土壤剖面挖掘示意图土壤剖面挖掘示意图土壤剖面挖掘示意图土壤剖面挖掘示意图B层层(亚层、淀积层亚层、淀积层)C层层(风化母岩层、风化母岩层、母质层母质层)底岩层底岩层第26页，本讲稿共50页2)采样量采样量先取12kg，混匀分点混合样：每点采用四分法，均匀后再逐步按四分法舍取土壤样品四土壤样品四土壤样品四土壤样
14、品四分法示意图分法示意图分法示意图分法示意图第27页，本讲稿共50页4.样品制备与保存样品制备与保存样品经风干、压碎、去石块和残根杂物粉碎过筛，收集于聚乙烯或硬质瓶中图图图图5.9 5.9 盘式研磨筛分器盘式研磨筛分器盘式研磨筛分器盘式研磨筛分器第28页，本讲稿共50页四、土壤污染监测主要项目四、土壤污染监测主要项目1、重金属和有毒非金属 Cd,Cr,Cu,Hg,Zn,Pb,As,F,CN等2、有机污染物DDT、六六六、酚、苯并(a)芘、三氯乙醛等3、石油及其产品第29页，本讲稿共50页五、一般分析方法五、一般分析方法 根据测定项目不同，选择不同的预处理方法和测定方法。根据测定项目不同，选择不
15、同的预处理方法和测定方法。根据测定项目不同，选择不同的预处理方法和测定方法。根据测定项目不同，选择不同的预处理方法和测定方法。结果：mg/kg(干土)第30页，本讲稿共50页（一）、土壤样品分解（一）、土壤样品分解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。1.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。2.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。第31页，本讲稿共50页3.高压釜密闭分解法将用水润湿、加入混合酸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18
16、0）分解。4.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。第32页，本讲稿共50页（二）、土壤样品提取方法（二）、土壤样品提取方法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。1.有机污染物的提取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。称取适量土样放入锥形瓶中，放在振荡器上，用振荡提取法提取。对于农药、苯并（a）芘等含量低的污染物，常用索氏提取器提取法。2.无机污染物的提取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。第33页，本讲稿共50页（三）
17、、净化（分离）和浓缩（三）、净化（分离）和浓缩消除干扰、浓缩待测成分常用净化方法有层析法、蒸馏法等；浓缩方法有K-D浓缩器法、蒸发法等。图图图图5.10 5.10 样品蒸发浓缩器实物照片样品蒸发浓缩器实物照片样品蒸发浓缩器实物照片样品蒸发浓缩器实物照片第34页，本讲稿共50页（四）、土壤污染物的测定（四）、土壤污染物的测定1.含水量含水量样品在105 烘干、称重、计算。第35页，本讲稿共50页测定要点：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
18、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。2.pH值：玻璃电极法值：玻璃电极法第36页，本讲稿共50页3.可溶性盐分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；测定方法有重量法、比重计法、电导法、阴阳离子总和计算法等。第37页，本讲稿共50页15%过氧化氢过氧化氢可溶性可溶性盐分总量盐分总量 水浴蒸水浴蒸干恒重干恒重 残渣烘残渣烘至恒重至恒重 105烘箱烘箱已恒重蒸已恒重蒸发皿蒸干发皿蒸干50 100mL滤液滤液抽滤抽滤振荡振荡无无CO2水水500mL注意：水土比例大小和振荡提取时间
19、影响土壤可溶性盐分的提取。此外，抽滤时尽可能快速，以减少空气中二氧化碳的影响。重量法测定要点：重量法测定要点：重量法测定要点：重量法测定要点：土样土样1000g第38页，本讲稿共50页配标液配标液土样预处理土样预处理(消解消解消解消解)标液及样品测定标液及样品测定结果计算结果计算分光光度法分光光度法原子吸收法原子吸收法原子荧光法原子荧光法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：4.金属化合物金属化合物第39页，本讲稿共50页表表 5.8 部分金属元素原子吸收测定条件部分金属元素原子吸收测定条件方法方法火焰原子吸
20、收法火焰原子吸收法石墨炉原子吸收法石墨炉原子吸收法元素元素铜铜锌锌铬铬镍镍铅铅镉镉测定波长测定波长/nm324.8213.8357.9232.0283.3228.8通带宽度通带宽度/nm1.31.30.70.21.31.3灯电流灯电流/mA7.57.512.57.57.5火焰性质火焰性质氧化性氧化性氧化性氧化性还原性还原性中性中性其他可测定波长其他可测定波长/nm327.4，225.8307.6359.0，360.5，425.4干燥干燥/(s-1)80100/2080100/20灰化灰化/(s-1)700/20500/20原子化原子化/(s-1)2000/51500/20消除消除/(s-1)2
21、700/33600/3氩气流量氩气流量/(mLmin-1)200200原子化阶段是否停气原子化阶段是否停气是是否否进样量进样量/L1010第40页，本讲稿共50页 (一一)六六六和滴滴涕六六六和滴滴涕 广泛使用气相色谱法。广泛使用气相色谱法。土样中有机物萃取土样中有机物萃取 色谱法测定（色谱法测定（ECD检测器）检测器）1.方法原理方法原理用丙酮-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，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。5.5.有机化合物测定有机化合物测定第41页，本讲稿共50页 2.仪器及条件
22、仪器及条件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。第42页，本讲稿共50页3.测定要点测定要点(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)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-D
23、DD、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。第43页，本讲稿共50页图图图图5.11 5.11 六六六、滴滴涕气相色谱图六六六、滴滴涕气相色谱图六六六、滴滴涕气相色谱图六六六、滴滴涕气相色谱图1.1.-六六六；六六六；六六六；六六六；2.2.-六六六；六六六；六六六；六六六；3.3.-六六六；六六六；六六六；六六六；4.4.-六六六；六六六；六六六；六六六；5.5.p p,p p-DDE-DDE、6.6.o o,p p-DDT-DDT；7.7.p p,p p-DD
24、D-DDD；8.8.p p,p p-DDT-DDT第44页，本讲稿共50页(二二)苯并苯并(a)芘的测定芘的测定测定方法有：测定方法有：紫紫外外分分光光光光度度法法、荧荧光光分分光光光光度度法法、高高效效液液相相色色谱谱法法等。等。紫外分光光度法适于苯并紫外分光光度法适于苯并(a)芘含量芘含量5g/kg的土壤，如的土壤，如苯并苯并(a)芘含量芘含量5 g/kg，则用荧光分光光度法。，则用荧光分光光度法。第45页，本讲稿共50页土样土样土样土样5050水浴提取水浴提取水浴提取水浴提取滤液滤液滤液滤液测定测定测定测定氧化铝层析氧化铝层析氧化铝层析氧化铝层析柱分离两次柱分离两次柱分离两次柱分离两次提
25、取液提取液提取液提取液水浴蒸发近干水浴蒸发近干水浴蒸发近干水浴蒸发近干氯仿氯仿氯仿氯仿环己烷环己烷环己烷环己烷过滤过滤过滤过滤紫外分光光度法测定苯并紫外分光光度法测定苯并紫外分光光度法测定苯并紫外分光光度法测定苯并(a a)芘程序：芘程序：芘程序：芘程序：第46页，本讲稿共50页氯仿氯仿氯仿氯仿土样土样土样土样提取提取提取提取过滤过滤过滤过滤水浴蒸发近干水浴蒸发近干水浴蒸发近干水浴蒸发近干提取液提取液提取液提取液氧化铝层析柱氧化铝层析柱氧化铝层析柱氧化铝层析柱纸层析纸层析纸层析纸层析苯苯苯苯环己烷环己烷环己烷环己烷苯并苯并苯并苯并(a)(a)芘斑芘斑芘斑芘斑甲醇甲醇甲醇甲醇溶出液溶出液溶出液溶
26、出液测定测定测定测定荧光分光光度法测定苯并荧光分光光度法测定苯并荧光分光光度法测定苯并荧光分光光度法测定苯并(a a)芘流程：芘流程：芘流程：芘流程：第47页，本讲稿共50页土壤样品于索氏提器内用环己烷提取苯并土壤样品于索氏提器内用环己烷提取苯并(a)芘；芘；提取液注入高效液相色谱仪测定。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：高效液相色谱法的测定要点是：高效液相色谱法的测定要点是：高效液相色谱法的测定要点是：第48页，本讲稿共50页表表 5.6 农田土壤质量监测分析方法（必测项目部分）农田土壤质量监测分析方法（必测项目部分）监测项目监测项目监测分析方法监测分析方法方法来源方
27、法来源必必测测项项目目镉镉石墨炉原子吸收分光光度法石墨炉原子吸收分光光度法GB/T 171411997KIMIBK萃取原子吸收分光光度法萃取原子吸收分光光度法总汞总汞冷原子荧光法冷原子荧光法冷原子吸收法冷原子吸收法GB/T 171361997总砷总砷二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法GB/T 171341997硼氢化钾硝酸银分光光度法硼氢化钾硝酸银分光光度法GB/T 171351997氢化物原子荧光法氢化物原子荧光法铜铜火焰原子吸收分光光度法火焰原子吸收分光光度法GB/T 171381997铅铅石墨炉原子吸收分光光度法石墨炉原子吸收分光光度法GB/T 171411
28、997KIMIBK萃取原子吸收分光光度法萃取原子吸收分光光度法GB/T 171401997总铬总铬火焰原子吸收分光光度法火焰原子吸收分光光度法GB/T 171371997二苯碳酰二肼分光光度法二苯碳酰二肼分光光度法锌锌火焰原子吸收分光光度法火焰原子吸收分光光度法GB/T 171381997镍镍火焰原子吸收分光光度法火焰原子吸收分光光度法GB/T 171391997六六六六六六气相色谱法气相色谱法GB/T 145501997滴滴涕滴滴涕气相色谱法气相色谱法GB/T 145501997pHpH玻璃电极法玻璃电极法第49页，本讲稿共50页土壤土壤土壤土壤滤液滤液滤液滤液沉渣沉渣沉渣沉渣滤液滤液滤液滤液沉渣沉渣沉渣沉渣水溶态水溶态水溶态水溶态交换态交换态交换态交换态滤液滤液滤液滤液 沉渣沉渣沉渣沉渣 滤液滤液滤液滤液 沉淀态沉淀态沉淀态沉淀态 HH2 2OO1mol/lNH1mol/lNH4 4ACAC2mol/lHCl 2mol/lHCl 5%H2O2-2mol/lHCl 沉渣沉渣沉渣沉渣 残渣态残渣态残渣态残渣态 有机结合态有机结合态有机结合态有机结合态 土壤中铬存在形态的测定土壤中铬存在形态的测定第50页，本讲稿共50页