福船院環(huán)境監(jiān)測(cè)課件第5章 土壤污染監(jiān)測(cè)

第五章

土壤污染監(jiān)測(cè)第一節(jié)

土壤組成和土壤背景值5.1

土壤組成和土壤背景值

土壤是指陸地地表具有肥力并能生長(zhǎng)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。其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響人類(lèi)的生產(chǎn)、生活和發(fā)展。

近年來(lái)，由于人們對(duì)化肥、農(nóng)藥、污水灌溉等的不合理的施用，使土壤污染加劇，質(zhì)量趨于惡化，并直接影響到人類(lèi)的生活和健康。如日本富山縣神通川流域的土壤污染事件就是如此。該地區(qū)引用含鎘廢水灌溉農(nóng)田，使土壤受到了嚴(yán)重的鎘污染，致使生產(chǎn)出的稻米也含有鎘，因而使數(shù)千人得了骨痛病。

5.1.1土壤組成

地球表層的巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化作用，逐漸破壞成疏松的、大小不等的礦物顆粒（稱(chēng)為母質(zhì)）。

而土壤是在母質(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。

土壤組成很復(fù)雜，總體來(lái)說(shuō)是由礦物質(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)

圖5.1-1土壤礦物質(zhì)

一、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(lèi)礦物，其原來(lái)的化學(xué)組成沒(méi)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。

二、土壤礦物質(zhì)的化學(xué)組成

土壤礦物質(zhì)元素的相對(duì)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。巖石圈和土壤的某些元素及其化合物含量見(jiàn)表。土壤中氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鎂、鉀八大元素約占96%以上，其余諸元素含量甚微，稱(chēng)微量元素。

三、土壤機(jī)械組成

土壤粒徑的大小影響著土壤對(duì)污染物的吸附和解吸能力。土壤機(jī)械組成的分類(lèi)是以土壤中各粒級(jí)含量的相對(duì)百分比作為標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際制采用三級(jí)分類(lèi)法，即根據(jù)沙粒（0.02—2mm）、粉沙粒(0.002—0.02mm)和粘粒(<0.002mm)在土壤中的相對(duì)含量，將土壤分成砂土、壤土、粘壤土、粘土四大類(lèi)和十二級(jí),而我國(guó)將土壤質(zhì)地分為三組十一種。（二）土壤有機(jī)質(zhì)

圖5.1-2土壤有機(jī)質(zhì)（三）土壤水和空氣

圖5.1-3土壤水和空氣5.1.2土壤背景值

土壤背景值是指在未受或少受人類(lèi)活動(dòng)影響下，尚未受或少受污染和破壞的土壤中元素的含量。

土壤元素背景值的表達(dá)方式目前還不統(tǒng)一，有幾種方法，但我國(guó)用得較多的一種是用土壤樣品平均值加減兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。即：

B=x±2S

第二節(jié)

土壤污染物的測(cè)定

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(cè)必須和大氣、水體和生物監(jiān)測(cè)相結(jié)合面、客觀地反映實(shí)際。

5.2.1土壤優(yōu)先監(jiān)測(cè)物5.2.2我國(guó)土壤常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

5.2.1土壤樣品采集（一）污染土壤樣品采集

一、土壤采樣特點(diǎn)

1、土壤是固、液、氣三相的混合物，主體是固體，污染物質(zhì)進(jìn)入土壤后不易得到混合，所以樣品往往有很大的局限性。

2、在一般的土壤監(jiān)測(cè)中，采樣誤差對(duì)結(jié)果的影響往往大于分析誤差，結(jié)果的分析值之間相差10-20%是不奇怪的，有時(shí)還會(huì)相差數(shù)倍。所以，進(jìn)行土壤樣品采集時(shí)，要格外注意樣品的合理代表性，最好能在采樣前通過(guò)調(diào)查研究，選擇采樣單元，合理布設(shè)采樣點(diǎn)。

二、采樣點(diǎn)布設(shè)

由于土壤本身在空間分布上具有一定的不均勻性，所以應(yīng)多點(diǎn)采樣并均勻混合成為具有代表性的土壤樣品。1、布設(shè)原則：

5.2-3土壤采樣點(diǎn)布設(shè)2、布點(diǎn)方法：根據(jù)土壤自然條件、類(lèi)型及污染情況的不同，常用方法有：

3、采樣深度

5.2-5采樣的深度

注：

(1)土壤剖面：指地面向下的垂直土體的切面，其采樣次序是由下而上逐層采集，然后集中混合均勻。

(2)用于重金屬項(xiàng)目分析的土樣，應(yīng)將和金屬采樣器接觸部分棄去。5.2-6土壤剖面土層示意圖4、采樣方法

①采樣筒取樣；②土鉆取樣；③挖坑取樣。

5、采樣時(shí)間

為了解土壤污染狀況，可隨時(shí)采集樣品進(jìn)行定。

如需同時(shí)掌握在土壤上生長(zhǎng)的作物受污染狀況，可依季節(jié)變化或作物收獲期采集。一年中在同一地點(diǎn)采樣兩次進(jìn)行對(duì)照。6、采樣量

由于測(cè)定所需的土樣是多點(diǎn)混合而成的，取樣量往往較大，而實(shí)際供分析的土樣不需太多，一般只需1-2Kg。因

此對(duì)所得混合樣可反復(fù)按四分法棄取，最后留下所需的土量，裝入塑料袋或布袋內(nèi)，貼上標(biāo)簽備用。7、采樣注意事項(xiàng)

（1）采樣點(diǎn)不能設(shè)在田邊、溝邊、路邊或肥堆邊；

（2）將現(xiàn)場(chǎng)采樣點(diǎn)的具體情況，如土壤剖面形態(tài)特征等做詳細(xì)記錄；

（3）現(xiàn)場(chǎng)填寫(xiě)兩張標(biāo)簽，寫(xiě)上地點(diǎn)、土壤深度、日期、采樣人姓名等，一張放入樣品袋內(nèi)，一張?jiān)跇悠房诖?/p>

上。（二）土壤背景值樣品采集

一、布點(diǎn)原則

5.2-7土壤背景值采樣布點(diǎn)原則二、樣品采集

5.2-8土壤剖面挖掘示意圖5.2-9土壤剖面A、B、C層示意圖

5.2-10土壤背景值樣品采集原則三、采樣點(diǎn)數(shù)的確定

采樣點(diǎn)數(shù)與所研究地區(qū)范圍的大小、研究任務(wù)所設(shè)定的精密度等因素有關(guān)。每個(gè)采樣單元采樣點(diǎn)位數(shù)可按下式估算（沒(méi)找到）：

式中：

n—每個(gè)采樣單元中所設(shè)最少采樣點(diǎn)位數(shù)；

t—置信因子（當(dāng)置信水平95％時(shí)，t取值1.96）；

s—樣本相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差；

d—允許偏差（若抽樣精度不低于80％時(shí)，d取值0.2）。5.2.2土壤樣品制備與保存（一）土樣的風(fēng)干

1、除測(cè)定游離揮發(fā)酚、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、低價(jià)鐵等不穩(wěn)定項(xiàng)目需要新鮮土樣外，多數(shù)項(xiàng)目需用風(fēng)干土樣。忌陽(yáng)光直接曝曬。樣品風(fēng)干處應(yīng)防止酸、堿等氣體及灰塵的污染。（二）磨碎與過(guò)篩

一、物理分析

取風(fēng)干樣品100—200g，放在木板上用圓木棍輾碎，經(jīng)反復(fù)處理使土樣全部通過(guò)2mm孔徑的篩子，將土樣混均儲(chǔ)于廣口瓶?jī)?nèi)，作為土壤顆粒分析及物理性質(zhì)測(cè)定。1927年國(guó)際土壤學(xué)會(huì)規(guī)定通過(guò)2mm孔徑的土壤用作物理分析，通過(guò)1mm或0.5mm孔徑的土壤用作化學(xué)分析。二、化學(xué)分析

根據(jù)分析項(xiàng)目不同而對(duì)土壤顆粒細(xì)度有不同要求。土壤監(jiān)測(cè)中，稱(chēng)樣量會(huì)對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確與否產(chǎn)生較大影響。一般常根據(jù)所測(cè)組分及稱(chēng)樣量決定樣品細(xì)度。

1、分析有機(jī)質(zhì)、全氮項(xiàng)目，應(yīng)取一部分已過(guò)2mm篩的土樣，用瑪瑙研缽繼續(xù)研細(xì)，使其全部通過(guò)60號(hào)篩（0.25mm）。

2、用原子吸收光度法（AAS法）測(cè)Cd、Cu、Ni等重金屬時(shí)，土樣必須全部通過(guò)100號(hào)篩（尼龍篩）。

3、研磨過(guò)篩后的樣品混勻、裝瓶、貼標(biāo)簽、編號(hào)、儲(chǔ)存。

注：網(wǎng)篩規(guī)格有兩種表達(dá)方法，一種以篩孔直徑的大小表示；另一種以每英寸長(zhǎng)度上的孔數(shù)來(lái)表示，孔數(shù)愈多，孔徑愈小。（三）土樣保存土壤保存原則：

1、一般土壤樣品需保存半年至一年，以備必要時(shí)查核之用。

2、儲(chǔ)存樣品應(yīng)盡量避免日光、潮濕、高溫和酸堿氣體等的影響。

3、玻璃材質(zhì)容器是常用的優(yōu)質(zhì)貯器，聚乙烯塑料容器也屬美國(guó)環(huán)保局推薦容器之一，該類(lèi)貯器性能良好、價(jià)格便宜且不易破損。

4、將風(fēng)干土樣、沉積物或標(biāo)準(zhǔn)土樣等貯存于潔凈的玻璃或聚乙烯容器之內(nèi)。在常溫、陰涼、干燥、避陽(yáng)光、密封（石臘涂封）條件下保存30個(gè)月是可行的。5.2.3土壤樣品測(cè)定（一）測(cè)定方法土壤污染監(jiān)測(cè)所用方法與水質(zhì)、大氣監(jiān)測(cè)方法類(lèi)同。

5.2-12土壤監(jiān)測(cè)常用方法（二）土壤樣品溶解

溶解土壤樣品有兩類(lèi)方法：一、堿熔法：常用的有碳酸鈉堿熔法和偏硼酸鋰（LiBO2）熔融法。

特點(diǎn)：分解樣品完全，

缺點(diǎn)是：添加了大量可溶性鹽，易引進(jìn)污染物質(zhì)；有些重金屬如Cd、Cr等在高溫熔融易損失（如＞450℃Cd易揮發(fā)

損失）；在原子吸收和等離子發(fā)射光譜儀的噴燃器上，有時(shí)會(huì)有鹽結(jié)晶析出并導(dǎo)致火焰的分子吸收，使結(jié)果偏高；

二、酸溶法，測(cè)定土壤中重金屬時(shí)常選用各種酸及混合酸進(jìn)行土壤樣品的消化。

消化作用：①破壞、除去土壤中的有機(jī)物；②溶解固體物質(zhì)；③將各種形態(tài)的金屬變?yōu)橥环N可測(cè)態(tài)。為了加速土壤中被測(cè)物質(zhì)的溶解，除使用混合酸外，還可在酸性溶液中加入其他氧化劑或還原劑。下面介紹幾種常用酸（見(jiàn)表5－5），混合酸及土壤消化方法。

（三）土壤監(jiān)測(cè)實(shí)例

土壤監(jiān)測(cè)結(jié)果規(guī)定用mg/kg（烘干土）表示。

一、土壤含水量測(cè)定

測(cè)定土壤含水量，以便計(jì)算土壤中各種成分按烘干土為基準(zhǔn)時(shí)的測(cè)定結(jié)果。

測(cè)定方法：用百分之一精度的天平稱(chēng)取土樣20—30g，置于鋁盒中，在105℃下烘（4—5h）至恒重。按下式計(jì)算：

水分重量占烘干土重的百分?jǐn)?shù)：二、土壤中鋅、銅、鎘的測(cè)定——AAS法

1、標(biāo)準(zhǔn)溶液制備：制備各種重金屬標(biāo)準(zhǔn)溶液推薦使用光譜純?cè)噭挥糜谌芙馔翗拥母鞣N酸皆選用高純或光譜純級(jí)；稀釋用水為蒸餾去離子水。

使用濃度低于0.1mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，應(yīng)于臨用前配制或稀釋。標(biāo)準(zhǔn)溶液在保存期間，若有混濁或沉淀生成時(shí)須重新配制。某些主要元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法見(jiàn)表5-9。

2、土樣預(yù)處理：取土樣于聚四氟乙烯坩堝中，用少許水潤(rùn)濕，加HCl消化（＜450℃，防止Cd揮發(fā)），加HNO3繼續(xù)加熱，再加入HF加熱分解SiO2及膠態(tài)硅酸鹽。最后加入HClO4加熱（＜200℃）蒸至近干。冷卻、用稀HNO3浸取、定容。作空白。

3、Cu、Zn、Cd標(biāo)準(zhǔn)系列混合溶液的配制：各元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液是通過(guò)逐次稀釋其標(biāo)準(zhǔn)貯備液而得。Cu、Zn、Cd三元素適宜測(cè)定的濃度范圍見(jiàn)表5-10。標(biāo)準(zhǔn)系列混合液各元素的濃度范圍應(yīng)在表5-10中所列出的濃度范圍內(nèi)。注意：配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液時(shí)，所用酸和試劑的量應(yīng)與待測(cè)液中所含酸和試劑的數(shù)量相等，以減少背景吸收所產(chǎn)生的影響。4、采用AAS法測(cè)定Cu、Zn、Cd：測(cè)定工作參數(shù)見(jiàn)表5-10。

5、結(jié)果計(jì)算：

式中：M——自標(biāo)準(zhǔn)曲線中查得鎘（銅、鋅）含量（μg）；

W——稱(chēng)量土樣干重量。三、土壤中鉻的測(cè)定——二苯碳酰二肼分光光度法

（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：用鉻標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制標(biāo)準(zhǔn)系列，測(cè)吸光值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

（2）土樣消化：稱(chēng)取土樣

0.5—2g于聚四氟乙烯坩堝中，加水潤(rùn)濕，加HNO3及H2SO4，待劇烈反應(yīng)停止后，置于電熱板上加熱至冒白煙。冷卻、加