Chapter5 土壤质量监测
第一节 土壤基本 知 识
第二节 土壤环境质量监测方案
第三节 土壤样品的采集与加工管理
第四节 土壤样品的预处理
第五节 土壤污染物的测定
第一节 土壤基本知识
5.1.1土壤组成
5.1.1.1土壤 固、液、气三相组成
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。
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 95%~ 98% )
有机质和生物(质量
占固相总质量的 2%~
5%)
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。
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。
5.1.1.2土壤矿物质
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。
表 5.1 我国土粒分级标准
颗粒名称 粒径 /mm
石块 >10
石砾 粗砾 10~ 3 细砾 3~ 1
沙砾 粗沙砾 1~ 0.25 细沙砾 0.25~ 0.05
粉粒 粗粉粒 0.05~ 0.01 细粉粒 0.01~ 0.005
黏粒 粗黏粒 0.005~ 0.001 细黏粒 <0.001
表 5.2 国际制土壤质地分类
质地分类
各级土粒质量分数 /%
质地名称 黏粒 (<0.002mm) 粉沙砾 (0.002~0.02mm) 沙砾 (0.02~2mm)


砂土类 砂土及壤质砂土 0~15 0~15 85~100
壤土类
砂质壤土
壤土
粉砂质壤土
0~15
0~15
0~15
0~45
35~45
45~100
55~85
40~55
0~55
黏壤土

砂质黏壤土
黏壤土
粉砂质黏壤土
15~25
15~25
15~25
0~30
20~45
45~85
55~85
30~55
0~40
黏土类
砂质黏土
壤质黏土
粉砂质黏土
黏土
重黏土
25~45
25~45
25~45
45~65
65~100
0~20
0~45
45~75
0~35
0~35
55~75
10~55
0~30
0~55
0~35
? 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。
5.1.1.3土壤有机质
? 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。
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。
5.1.1.4土壤生物
细菌
放线菌
蚯蚓
线虫
图 5.1 土壤微生物和动物
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。
5.1.1.5土壤溶液
浅层地下水
农田灌溉 河流 雾 雨

图 5.2 土壤溶液的来源
? 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。
5.1.1.6土壤空气
5.1.2土壤的基本性质
5.1.2.1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。
5.1.2.2 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。
5.1.2.3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 (Eh)来衡量。
Eh>300mV:氧化体系起主导作用,土壤处于
氧化状态。
Eh<300mV:还原体系起主导作用,土壤处
于还原状态。
? 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)
5.1.3土壤背景值
表 5.3 全国土壤 (A层 ① )背景值 单位,μg/kg
① A层指土壤表层或耕层。


算术 几何 95%置信度
范围值 元素
算术 几何 95%置信度
范围值 均值 标准差 均值 标准差 均值 标准差 均值 标准差
As 11.2 7.86 9.2 1.91 2.5~ 33.5 K 1.86 0.463 1.79 1.342 0.94~ 2.97
Cd 0.097 0.079 0.074 2.118 0.017~ 0.333 Ag 0.132 0.098 0.105 1.973 0.027~ 0.409
Co 12.7 6.40 11.2 1.67 4.0~ 31.2 Be 1.95 0.731 1.82 1.466 0.85~ 3.91
Cr 61.0 31.07 53.9 1.67 19.3~ 150.2 Mg 0.78 0.433 0.63 2.080 0.02~ 1.64
Cu 22.6 11.41 20.0 1.66 7.3~ 55.1 Ca 1.54 1.633 0.71 4.409 0.01~ 4.8
F 478 197.7 440 1.50 191~ 1012 Ba 469 134.7 450 1.30 251~ 809
Hg 0.065 0.080 0.040 2.602 0.006~ 0.272 B 47.8 32.55 38.7 1.98 9.9~ 151.3
Mn 583 362.8 482 1.90 130~ 1786 Al 6.62 1.626 6.41 1.307 3.37~ 9.87
Ni 26.9 14.36 23.4 1.74 7.7~ 71.0 Ge 1.70 0.30 1.70 1.19 1.20~ 2.40
Pb 26.0 12.37 23.6 1.54 10.0~ 56.1 Sn 2.60 1.54 2.30 1.71 0.80~ 6.70
Se 0.290 0.255 0.215 2.146 0.047~ 0.933 Sb 1.21 0.676 1.06 1.676 0.38~ 2.98
V 82.4 32.68 76.4 1.48 34.8~ 168.2 Bi 0.37 0.211 0.32 1.674 0.12~ 0.88
Zn 74.2 32.78 67.7 1.54 28.4~ 161.1 Mo 2.0 2.54 1.20 2.86 0.10~ 9.6
Li 32.5 15.48 29.1 1.62 11.1~ 76.4 I 3.76 4.443 2.38 2.485 0.39~ 14.71
Na 1.02 0.626 0.68 3.186 0.01~ 2.27 Fe 2.94 0.984 2.73 1.602 1.05~ 4.84
土壤背景值的表达方法,
算术平均值
算术平均值 ± 标准偏差
几何平均值 ± 几何标准偏差
我国土壤元素背景值的表达方法,
95%置信度
如元素测定值符合正态分布,
用算术平均值
如元素测定值呈对数正态分布,
用几何平均值
22 MDD
M
?
x
sx 2?
DM ?
sx 2?
5.1.4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
化学污染物
污染物种类
生物类污染物:病原微生物
放射性污染物,90锶,137铯
重金属
硫化物
氟化物
农药
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。
5.1.5土壤质量标准
表 5.4 土壤环境质量标准值 (GB15618— 1995) 单位,mg/kg
级别 一级 二级 三级
土壤 pH 自然背景 <6.5 6.5~ 7.5 >7.5 >6.5


镉 ≤
汞 ≤
砷 水田 ≤
旱田 ≤
铜 农田 ≤
果园 ≤
铅 ≤
铬 水田 ≤
旱地 ≤
0.20
0.15
15
15
35
35
90
90
0.30
0.30
30
40
50
150
250
250
150
0.30
0.50
25
30
100
200
300
300
200
0.60
1.0
20
25
100
200
350
350
250
1.0
1.5
30
40
400
400
500
400
300
六六六 ≤
滴滴锑 ≤
0.05
0.05
0.50
0.50
1.0
1.0
表 5.5 无公害农产品蔬菜地土壤环境质量指标
(GB/T18407.1— 2001)
单位,mg/kg
项 目
指 标
pH <6.5 pH =6.5~ 7.5 pH <6.5
总 汞 ≤ 0.3 0.5 1.0
总 砷 ≤ 40 30 25
铅 ≤ 100 150 150
镉 ≤ 0.3 0.3 0.6
六价铬 ≤ 150 200 250
六六六 ≤ 0,5 0.5 0.5
第二节 土壤环境质量监测方案
5.2.1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。
5.2.1监测目的
图 5.3 汉中,5·23”剧毒物品对土
壤的渗漏污染现场照片
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

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

的背景值水平和变化 。
5.2.1监测目的
图 5.4 用于农业灌溉的闸门内充满了污水
5.2.2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