06环境生物技术 第二章 第五节 土壤质量监测

第二章环境监测技术

第五节土壤质量监测

一土壤基本知识

二土壤环境质量监测方案

三土壤样品的采集与加工管理

四土壤样品的预处理

五土壤污染物的测定

一土壤基本知识

1、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。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、气三相组成的。

(一) 土壤矿物质

土壤矿物质是由岩石经风化而来的，一般占土壤固体部分质量的95％～98％。矿物质直接影响土壤性质，又是植物矿质养分的主要来源，故同土壤肥力有密切关系。

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）土壤机械组成

指不同大小颗粒（沙砾、粉粒、黏粒）的相对含量。不同粒径的矿物质颗粒的成分和物理化学性质有很大差异，如对污染物的吸附、解吸和迁移、转化能力，有效含水量及保水、保温能力等。

我国土壤质地分类参见表5.1；国际制土壤质地分类见表5.2。

（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，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。

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。

（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。

(四) 土壤溶液

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。

(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)。

积水的土壤通气不良，导致对植物的危害，茶树最忌积水，积水的土壤不应用于种茶树。

2、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：

pH<4.5为极强酸性土；pH=4.5～5.5为强酸性土；pH>5.5～6.0为酸性土；pH>6.0～6.5为弱酸性土；pH>6.5～7.0为中性土；pH>7.0～7.5为弱碱性土；pH>7.5～8.5为碱性土；pH>8.5～9.5为强碱性土；pH>9.5为极强碱性土。

中国土壤的pH大多在4.5～8.5范围内，并呈东南酸西北碱的规律。土壤的酸碱性直接或间接地影响污染物在土壤中的迁移转化。

(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(E h)来衡量。

E h>300mV：氧化体系起主导作用，土壤处于氧化状态。

E h<300mV：还原体系起主导作用，土壤处于还原状态。

3、土壤背景值

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差很大（见下页表5.3）

4、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

污染物种类

化学污染物重金属硫化物氟化物农药

生物类污染物：病原微生物

放射性污染物：90锶、137铯

5、土壤质量标准

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 15618—1995)、无公害农产品蔬菜产地土壤环境质量指标(GB/T18407—2001)、无公害农产品茶叶产地土壤环境质量指标(NY5020—2001)；有的省(市)还制定了这类地方标准。

二土壤环境质量监测方案

1、监测目的

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。

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。

2、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。3、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。

4、采样点的布设

(一) 布设原则

(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。

(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：