第五章土壤質(zhì)量監(jiān)測第一節(jié)土壤基本知識第二節(jié)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方案第三節(jié)土壤樣品的采集與加工管理第四節(jié)土壤樣品的預處理第五節(jié)土壤污染物的測定風化作用巖石母質(zhì)土壤成土過程第一節(jié)土壤基本知識一、土壤的形成二、土壤組成土壤是指陸地地表具有肥力并能生長植物的疏松表層。它介于大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈之間，是環(huán)境中特有的組成部分。土壤是由礦物質(zhì)、動植物殘體腐解產(chǎn)生的有機物質(zhì)、土壤生物、水分和空氣等固、液、氣三相組成的。土壤礦物質(zhì)是由巖石經(jīng)風化而來的，一般占土壤固體部份重量95％~98％。礦物質(zhì)直接影響土壤性質(zhì)，又是植物礦質(zhì)養(yǎng)分的主要來源，故同土壤肥力有密切關系。土壤礦物質(zhì)的礦物組成

（1）原生礦物質(zhì)

巖石經(jīng)過物理風化作用被破碎形成的碎屑，其原來的化學組成沒有改變。

（2）次生礦物質(zhì)

原生礦物質(zhì)經(jīng)過化學風化后形成的新礦物，其化學組成和晶體結構均有所改變。(一)土壤礦物質(zhì)土壤礦物質(zhì)的化學組成

氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂八大元素含量約占96％以上，與巖石中各元素的含量相似。土壤礦物質(zhì)的機械組成

指不同大小顆粒（砂粒、粉沙粒、粘粒）的相對含量

不同粒徑的礦物質(zhì)顆粒的成分和物理化學性質(zhì)有很大差異，如對污染物的吸附、解吸和遷移、轉(zhuǎn)化能力，有效含水量及保水保溫能力等。

我國土壤質(zhì)地分類參見表5.1（a）；國際制土壤質(zhì)地分類見表5.1（b）

。由進入土壤的植物、動物、微生物殘體及施入土壤的有機肥料經(jīng)分解轉(zhuǎn)化逐漸形成，通?？煞譃榉歉澄镔|(zhì)和腐殖物質(zhì)兩類。是土壤形成的重要基礎，與土壤礦物質(zhì)共同構成土壤的固相部分。土壤有機質(zhì)中含有大量營養(yǎng)元素。分解后，可供給植物生長發(fā)育的需要，是植物養(yǎng)分的重要來源。有機質(zhì)腐解后形成的腐殖質(zhì)，能把土粒粘結成團粒結構。這種結構，保水保肥能力強，類似儲蓄水肥的小倉庫，隨時候給植物吸收利用。有機質(zhì)是微生物的食物，土壤有機質(zhì)豐富而其它條件又適宜時，就能促進微生物的旺盛活動。（二）土壤有機質(zhì)非腐殖物質(zhì)：包括糖類化合物(如淀粉、纖維素等)，含氮有機合物及有機磷和有機硫化合物。腐殖物質(zhì)：是植物殘體中穩(wěn)定性較大的木質(zhì)素及其類似物，在微生物作用下，部分被氧化形成的一類特殊的高分子聚合物，具有芳環(huán)結構，苯環(huán)周圍連有多種官能團，如羧基、羥基、甲氧基及氨基等，使之具有表面吸附、離子交換、絡合、緩沖、氧化還原作用及生理活性等性能。土壤中生活的微生物(細菌、真菌、放線菌、藻類等)及動物(原生動物、蚯蚓、線蟲類等)，對進入土壤的有機污染物的降解及無機污染物(如重金屬)的形態(tài)轉(zhuǎn)化起著主導作用，是土壤凈化功能的主要貢獻者。（三）土壤生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、生物化學反應和化學反應產(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，導致對植物的危害，茶樹最忌積水，積水的土壤不應用于種茶。(五)土壤空氣對土壤環(huán)境的最基層單元——單個土體進行解剖可知，土壤不僅是由多相物質(zhì)、多土層組成的非均勻疏松多孔體系，而且在土壤環(huán)境內(nèi)部及其與其他環(huán)境要素之間都存在著復雜的物質(zhì)與能量的遷移和轉(zhuǎn)化。（圖5.3、圖5.4）三、土壤的基本性質(zhì)(一)吸附性與土壤中存在的膠體物質(zhì)密切相關。土壤膠體：

無機膠體

有機膠體

有機－無機復合膠體對有機污染物（如有機磷和有機氯農(nóng)藥）和無機污染物（如Hg2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+等重金屬離子）有較強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：pH<4.5為極強酸性土，pH4.5～5.5為強酸性土，pH>5.5～6.0為酸性土，pH>6.0～6.5為弱酸性土，pH>6.5～7.0為中性土，pH>7.0～7.5為弱堿性土，pH>7.5～8.5為堿性土，pH>8.5～9.5為強堿性土，pH>9.5為極強堿性土。中國土壤的pH值大多在4.5～8.5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—還原性因土壤中氧化性和還原性無機物質(zhì)及有機物質(zhì)，使其具有氧化性和還原性?？梢杂醚趸€原電位(Eh)來衡量。Eh>300mV：氧化體系起主導作用，土壤處于氧化狀態(tài)；Eh<300mV：還原體系起主導作用，土壤處于還原狀態(tài)具有連續(xù)不斷地供應植物生長所需要的水分和營養(yǎng)元素；協(xié)調(diào)土壤空氣和溫度等環(huán)境條件的能力。具有同化和代謝外界輸入物質(zhì)的能力

（自凈作用）(四)其它性質(zhì)判斷土壤是否受到污染或污染程度的標準。土壤背景值又稱土壤本底值，它代表一定環(huán)境單元中的一個統(tǒng)計量的特征值。背景值（地質(zhì)學）：指在各區(qū)域正常地質(zhì)地理條件和地球化學條件下元素在各類自然體中的正常含量。環(huán)境科學上：指在未受或少受人類影響下，尚未受或少受污染和破壞的土壤中元素的含量。四、土壤背景值土壤背景值的表達方法：

算術平均值

算術平均值±標準偏差

幾何平均值±幾何標準偏差我國土壤元素背景值的表達方法：

95%置信度數(shù)據(jù)的范圍值：

元素測定值符合正態(tài)分布：算術平均值

元素測定值呈對數(shù)正態(tài)分布：幾何平均值五、土壤污染1.土壤污染特點隱蔽性、潛伏性、不可逆性、長期性

2.土壤污染類型天然污染源：礦物風化后自然擴散、火山灰人為污染源：農(nóng)藥、化肥、污水灌溉、污泥（垃圾、工業(yè)廢渣）施肥污染物種類：化學污染物:

生物類污染物:病源微生物

放射性污染物：90鍶、137銫重金屬硫化物氟化物農(nóng)藥⑴按污染源和污染途徑來分水質(zhì)污染型：主要是工業(yè)廢水、城市生活污水和受污染的地表水，經(jīng)由污灌而造成的土壤污染。此類污染約占總污染面積的

80％。其特點是污染物集中于土壤表層，隨著污灌時間的延長，某些可溶性污染物可由表層漸次向心土層、底土層擴散，甚至通過滲透到達地下潛水層。大氣污染型：大氣污染物通過干、濕沉降過程污染土壤其特點是受污土壤以大氣污染源位中心呈扇形、橢圓形或條帶狀分布。大氣型土壤污染物主要集中于土壤表層.固體廢物污染型：占用大量耕地、且通過大氣遷移、擴散、沉降或降水淋溶、地表徑流等污染周圍地區(qū)土壤，屬點源型污染，其污染物種類復雜農(nóng)業(yè)污染型：主要污染物為農(nóng)藥、重金屬以及N、P

富營養(yǎng)化污染物等，屬面源污染，污染物集中于耕作表面。綜合污染型：多種污染同時作用⑵按污染物的屬性來分化學型：包括有機和無機兩類，有機污染物主要指農(nóng)藥，無際污染物主要指重金屬。放射性污染型：指人類活動排放的放射性污染物生物污染型：外援性有害生物種群侵入土壤環(huán)境,

大量繁殖，破壞土壤生態(tài)平衡等。

3.土壤污染程度量化指標目前尚無統(tǒng)一標準。一般認為，當污染物累積總量達到背景值加2倍或3倍標準差時，屬輕度污染，是土壤污染的起始值。4.污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化物理過程：污染物質(zhì)在土壤中會產(chǎn)生揮發(fā)、擴散、稀釋和濃集等的反應降低其在土壤中的濃度.化學過程：溶解和沉淀、絡合-鰲合作用、中和作用（土壤的緩沖性能）物理化學過程：吸附與解吸、氧化-還原作用生物過程：綠色植物及土壤生物對污染物的吸收。b.

有毒重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化以化學過程為主。五種毒性最大的重金屬分別是：

Pb、Hg、Cd、Cr、As汞的甲基化會大大加強其毒性和遷移能力鎘的土壤環(huán)境容量很小，因而控制其標準較其他嚴格砷是植物強烈吸收累積的元素，主要危害是阻礙植物體內(nèi)水分和養(yǎng)分的疏松鉻主要累積于植物莖葉中鉛主要富集于植物的根部和莖葉，并主要影響植物的光合作用和蒸騰作用。⑵化學農(nóng)藥污染目前世界上生產(chǎn)的農(nóng)藥品種達1300余種，農(nóng)業(yè)上常用的由250種以上。按化學成分可分為：有機氯、有機磷、氨基甲酸酯類、擬除蟲菊酯、有機汞、有機砷等。農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化途徑主要有：a.通過揮發(fā)隨空氣遷移；b.經(jīng)淋溶隨水擴散遷移；c.被土壤中微生物降解、光化學降解、化學降解；d.

被土壤吸附而殘留于土壤中（表5.3）。六、土壤退化自二次世界大戰(zhàn)以來40多年里，全球1/10的耕地退化。受其影響的土地總面積約12×108hm2。我國受水土流失危害的耕地占耕地總面積的1/3；荒漠化土地面積占總面積的8％。土壤退化成因：⑴自然原因：全球環(huán)境變化⑵人為因素：過度放牧和耕種、大量砍伐森林、破壞植被、大量排放污染物等。土壤退化類型：荒漠化和沙化、土壤侵蝕（或水土流失）、土壤鹽漬化和鹽堿化、土壤沼澤化或潛育化、土壤酸化。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)。我國頒布的這類標準有：土壤環(huán)境質(zhì)量標準(GB15618-1995)、無公害農(nóng)產(chǎn)品蔬菜產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量指標(GB/T18407-2001)、無公害農(nóng)產(chǎn)品茶葉產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量指標(NY5020-2001)；還有的省(市)也制定了這類地方標準。七、土壤質(zhì)量標準第二節(jié)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方案明確監(jiān)測目的調(diào)查研究收集資料合理布設采樣點確定監(jiān)測項目和采樣方法選擇監(jiān)測方法建立質(zhì)量保證程序和措施提出監(jiān)測數(shù)據(jù)處理要求安排實施計劃

1、土壤質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測：監(jiān)測土壤質(zhì)量標準要求測定的項目，判斷土壤是否被污染及污染水平，并預測發(fā)展變化趨勢。2、土壤污染事故監(jiān)測：調(diào)查分析引起土壤污染的主要污染物，確定污染的來源、范圍和程度，為行政主管部門采取對策提供科學依據(jù)。一、監(jiān)測目的圖5.5漢中“5·23”劇毒物品滲漏污染3、污染物土地處理的動態(tài)監(jiān)測：在進行污水、污泥土地利用、固體廢棄物的土地處理過程中，對殘留的污染物進行定點長期動態(tài)監(jiān)測，既能充分利用土地的凈化能力，又防止土壤污染。4、土壤背景值調(diào)查：通過分析測定土壤中某些元素的含量，確定這些元素的背景值水平和變化。圖5.6污水灌溉農(nóng)田二、資料的收集自然環(huán)境方面的資料：土壤類型、植被、區(qū)域土壤元素背景值、土地利用、水土流失、自然災害、水系、地下水、地質(zhì)、地形地貌、氣象等。社會環(huán)境方面的資料包括：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局、工業(yè)污染源種類及分布、污染物種類及排放途徑和排放量、農(nóng)藥和化肥使用狀況、污水灌溉及污泥施用狀況、人口分布、地方病等。三、監(jiān)測項目根據(jù)監(jiān)測目的確定：背景值要求測定土壤中各種元素的含量；污染事故監(jiān)測僅測定可能造成土壤污染的項目；土壤質(zhì)量監(jiān)測測定影響自然生態(tài)和植物正常生長及危害人體健康的項目。四、采樣點的布設(一)布設原則：(1)合理地劃分采樣單元。(2)對于土壤污染監(jiān)測，哪里有污染就在哪里布點。(3)采樣點不能設在田邊、溝邊、路邊、肥堆邊及水土流失嚴重或表層土被破壞處。(二)采樣點數(shù)量：根據(jù)監(jiān)測目的、區(qū)域范圍大小及其環(huán)境狀況等因素確定。一般每個采樣單元最少設3個采樣點。單個采樣單元內(nèi)采樣點數(shù)可按下式估算：式中：n—每個采樣單元布設的最少采樣點數(shù)；

s—樣本相對標準偏差，即變異系數(shù)；

t—置信因子，當置信水平為95%時，t時值1.96；

d—允許偏差，當規(guī)定抽樣精度不低于80%時，d取值0.2。(三)采樣點布設方法1.對角線布點法：適用于面積較小、地勢平坦的污水灌溉或污染河水灌溉的田塊。2.梅花形布點法：適用于面積較小，地勢平坦，土壤物質(zhì)和污染程度較均勻的地塊。3.棋盤式布點法：適用于中等面積、地勢平坦、地形完整開闊，一般設10個以上分點。該法也適用于受固體廢物污染的土壤，應設20個以上分點。4.蛇形布點法:適用于面積較大，地勢不很平坦，土壤不夠均勻的田塊。5.放射狀布點法：適用于大氣污染型土壤。6.網(wǎng)格布點法：適用于地形平緩的地塊。農(nóng)用化學物質(zhì)污染型土壤、土壤背景值調(diào)查常用這種方法。

對于綜合污染型土壤，還可以采用兩種以上布點方法相結合的方法。五、監(jiān)測方法包括土壤樣品預處理和分析測定方法兩部分。分析測定方法常用原子吸收分光光度法、分光光度法、原子熒光法、氣相色譜法、電化學分析法及化學分析法等。選擇分析方法的原則：

第一：標準方法

第二：權威部門規(guī)定或推薦的方法：

第三：自選等效方法。六、土壤監(jiān)測質(zhì)量控制包括實驗用分析儀器、量器、試劑、標準物質(zhì)及監(jiān)測人員基本素質(zhì)的質(zhì)量保證，實驗室內(nèi)部質(zhì)量控制，實驗室間質(zhì)量控制，監(jiān)測結果的數(shù)據(jù)處理要求等。七、土壤環(huán)境質(zhì)量評價、規(guī)劃與管理由于土壤環(huán)境質(zhì)量的綜合性和復雜性，應用層次分析法建立土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價多層次評價指標體系是十分必要的（圖5.7）。該指標體系包含四個層次。土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價的程序參照圖5.8進行。八、農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量評價(一)評價參數(shù)(二)評價方法以單項污染指數(shù)為主。當區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)量作為一個整體與外區(qū)域土壤質(zhì)量比較時，或一個區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)量在不同歷史階段比較時，應用綜合污染指數(shù)評價。

第三節(jié)土壤樣品的采集與加工管理(一)土壤樣品的類型、采樣深度及采樣量

1.混合樣品一般了解土壤污染狀況時采集混合樣品：將一個采樣單元內(nèi)各采樣分點采集的土樣混合均勻制成。對種植一般農(nóng)作物的耕地，只需采集0～20cm耕作層土壤；對于種植果林類農(nóng)作物的耕地，采集0～60cm耕作層土壤。一、土壤樣品的采集二、樣品加工與管理(一)樣品加工處理制成滿足分析要求的土壤樣品：測定不穩(wěn)定的項目（游離揮發(fā)酚、NH3-N、NO3-N、Fe2+）用新鮮土樣;測定多數(shù)穩(wěn)定項目用風干土樣。

程序是：風干磨細過篩混合分裝(二)樣品管理建立嚴格的管理制度和崗位責任制，按照規(guī)定的方法和程序工作，認真按要求作好各項記錄。風干土樣存于陰涼、干燥、的樣品庫內(nèi)；新鮮土壤樣品，放在玻璃瓶中，置于低于4℃的冰箱內(nèi)存放，保存半個月。第四節(jié)土壤樣品的預處理(一)酸分解法:稱消解法，是測定土壤中重金屬常選用的方法。常用混合酸消解體系，必要時加入氧化劑或還原劑加速消解反應。(二)堿熔分解法:將土壤樣品與堿混合，在高溫下熔融，使樣品分解。根據(jù)測定項目不同，選擇不同的預處理方法。土壤樣品分解

破壞土壤的礦物晶格和有機質(zhì)，使待測元素進入試樣溶液中。(三)高壓釜密閉分解法:將用水潤濕、加入混合酸并搖勻的土樣放入密封的聚四氟乙烯坩堝內(nèi)，置于耐壓的不銹鋼套筒中，放在烘箱內(nèi)加熱（一般不超過180℃）分解。(四)微波爐加熱分解法:將土壤樣品和混合酸放入聚四氟乙烯容器中，置于微波爐內(nèi)加熱使試樣分解的方法。土壤樣品提取方法

測定土壤中的有機污染物、受熱后不穩(wěn)定的組分、以及進行組分形態(tài)分析時，需要采用提取方法。提取溶劑常用有機溶劑、水和酸。(一)有機污染物的提取測定土壤中的有機污染物，一般用新鮮土樣。稱取適量土樣放入錐形瓶中，放在振蕩器上，用振蕩提取法提取。對于農(nóng)藥、苯并（a）芘等含量低的污染物，常用索氏提取器提取法。(二)無機污染物的提取土壤中易溶無機物組分、有效態(tài)組分，可用酸或水浸取。凈化（分離）和濃縮

消除干擾、濃縮待測成分

常用凈化方法有層析法、蒸餾法等；

濃縮方法有K-D濃縮器法、蒸發(fā)法等。樣品的代表性和采樣誤差的控制土壤的不均一性是造成采樣誤差的最主要原因。土壤是固、氣、液三相組成的分散體系，各種外來物進入土壤后流動、遷移、混合較難，所以采集的樣品往往具有局限性．一般情況下，采樣誤差要比分析誤差高得多．為保證樣品的代表性，必須采取以下兩點技術措施控制采樣誤差：采樣前要進行現(xiàn)場勘察和有關資料的收集，根據(jù)土壤類型、肥力等級和地形等因素將研究范圍劃分為若干個采樣單元，每個采樣單元的土壤要盡可能均勻一致。要保證有足夠多的采樣點，使之能充分代表采樣單元的土壤特性。采樣點的多少，取決于研究范圍的大小，研究對象的復雜程度和試驗研究所要求的精密度等因素。采樣點設置過少，所采樣品的偶然性增加，缺乏足夠的代表性；采樣點設置過多，則增大了采樣的工作量，浪費了人力、物力和財力。第五節(jié)土壤污染物的測定監(jiān)測項目：金屬、非金屬、有機物

土壤監(jiān)測的特點——樣品的代表性問題

土壤均勻性差不易采集到具有代表性的樣品

采樣誤差>分析誤差

監(jiān)測值相差10%~20%合理

采樣前應調(diào)研：自然條件農(nóng)業(yè)情況土壤性狀污染歷史及現(xiàn)狀測定方法：與水、空氣相同或相似重量法：適用于測土壤水份、可溶性鹽分容量法：適用于浸出物中含量較高的成份測定，如Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等分光光度法、原子吸收法：適用于重金屬的測定色譜法：適用于有機氯、磷和有機汞等農(nóng)藥的測定

結果表達：烘干土為基準——mg/kg(烘干土樣)一、含水量樣品在105℃烘干稱重計算測定要點：稱取通過1mm孔徑篩的土樣10g于燒杯中，加無二氧化碳蒸餾