第五章 土壤环境质量环境监测与评价ppt课件.ppt

第五章土壤环境质量监测与评价,一、土壤环境质量与土壤污染二、土壤环境质量的监测方案三、土壤环境质量的现状评价,一、土壤环境质量与土壤污染,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。,C层（风化母岩层、母质层）,1、土壤质量与土壤环境质量,土壤质量有两种不同的含义：在农业土壤学中，土壤质量是指土壤肥力，是用土壤肥力的指标表示的，在一定程度上反映出土壤生产力的大小。所以，在农业土壤学中，土壤质量称为土壤生产（肥力）质量为宜。在环境科学中，具体地说在环境土壤学中，土壤质量是指土壤环境对人类健康的适宜度，是用对人类健康有影响的有害、有毒物质的含量指标表示的。因此，在土壤环境学中，土壤质量称为土壤环境质量为宜。为此，土壤质量应包括土壤生产（肥力）质量和土壤环境质量两个同等重要的方面。,一、土壤环境质量与土壤污染,两者的择序问题：,在进行土壤质量评价时，既要有生产的观点，也要有生态的观点两者兼顾其中：在进行土壤生产（肥力）质量评价时，一切提高土壤肥力、增加作物生产量的措施，都应该以不降低土壤环境质量为原则。在进行土壤环境质量评价时，对土壤提出的一切有益于人类健康的措施，都应该以不降低土壤生产（肥力）质量为原则。当两者有矛盾时，应以土壤环境质量为主，统一协调.,一、土壤环境质量与土壤污染,（1）土壤污染的概念土壤污染，是指人类活动（生产和生活）产生的污染物质，通过各种途径输入土壤，其数量和速度超过了土壤净化作用的速度，使污染物的累积过程占优势，破坏了土壤的自然良性循环，从而导致土壤自然功能的失调，土壤环境质量降低（影响作物的生长发育、使产量和质量降低）。,2、土壤污染的概念和污染类型,一、土壤环境质量与土壤污染,（2）土壤污染的来源和类型,土壤污染，主要是由于污染的大气、水体、工业废弃物、施用的化肥、农药所造成。大气、地表水、土壤三者是相互密切联系的，在可能发生大气污染、地面水污染、及用地面水灌溉、或污泥施用、或堆放废弃物的地方，都可能发生土壤污染。,土壤污染的来源,一、土壤环境质量与土壤污染,土壤污染的类型,水体污染型：利用不经处理或处理不当的工业和城市污水进行灌溉，或用污染的地面水进行灌溉，使污染物在土壤中累积造成的土壤污染，称为水体污染型的土壤污染。大气污染型：大气中的尘粒（可能含有重金属）沉降到地面，大气中的二氧化硫、氮氧化物等在降水的淋洗下可能形成酸雨落到地面、核爆炸的放射性尘埃沉降到断面增加了土壤放射性物质。由上述原因造成的土壤污染，称为大气型的土壤污染。,从污染途径划分，土壤污染可分为以下几种类型：,一、土壤环境质量与土壤污染,农业污染型：在农业生产过程中，以增产为目的，施用化肥、农药、污泥，对土壤造成的污染，称为农业污染型土壤污染。固体废物污染型：土地历来是人类固体废物的堆放场。主要固体废弃物有生活垃圾、各种碎屑、各种尾矿渣、采矿废石、锅炉灰渣、粉煤灰、工业废弃物等。它们经大气风化、降水淋洗而污染土壤，称为固体废物型土壤污染。综合污染型：实际上，土壤污染往往是具有上述污染类型的几种类型的污染，即综合污染型。,一、土壤环境质量与土壤污染,环土壤境质量的监测与评价的目的，是为了把握一个地区土壤环境现时的污染水平。为保护土壤，为制定土壤保护规划、地方土壤保护法规提供科学依据。为拟建工程进行环境影响评价，提供土壤背景资料,为提出减少拟建工程对土壤环境污染的措施服务,使拟建工程对土壤的污染控制在评价准允的范围内。为研究土壤污染物的迁移、转化、累积与分布规律，以及对生物、生态、环境、人类健康的潜在效应与影响，提供科学依据。,3、土壤环境监测与评价的目的,一、土壤环境质量与土壤污染,二、土壤环境质量监测方案,土壤环境质量监测方案，一般包括如下基本环节,土壤环境质量监测方案,选择监测项目,确定监测范围,土壤布点设置,土壤样品的采集,样品制备与贮存,分析与测试方法,分析数据处理,现场调查和资料收集,二、土壤环境质量监测方案,1、现场调查和相关资料收集,现场调查和资料收集,区域自然环境特征,区域土壤类型利用特征,区域土壤污染源状况,二、土壤环境质量监测方案,区域自然环境特征,地质地貌：地质主要包括区域地层、岩性、地质构造等基本情况；地貌特征主要包括地貌类型(如山地/丘陵/平原/盆地等)和形态特征（如坡度/坡向/坡长等)。气候气象：主要包括区域内的风向/风速/气温/降水/蒸发等，以及干旱、湿润等气候类型和气象要素。水文状况：主要包括地面水和地下水两方面。对地面水调查主要应包括该区域的水系分布情况、河流湖泊水文及季节、年际和区内空间变化情况；对地下水的调查包括区域水文地质状况、地下水类型、水化学状况等。植被状况：包括区域植被类型、结构、分布及其特点，以及植被覆盖率等。,二、土壤环境质量监测方案,区域土壤类型特征及土地利用,土壤类型特征：主要包括区域土壤类型、剖面特征及分布、土壤物理、化学及其生物特征，成土母岩和母质、成土因素和成土过程等。土地利用情况：主要包括区域土地功能区划、区域农、林、牧用地、作物产量和质量、耕作制度、水利灌溉、以及使用农药化肥的种类及数量等。,二、土壤环境质量监测方案,区域土壤污染源状况,土壤污染源调查的目的：土壤污染源是造成土壤污染的根源。土壤污染源调查的目的：是通过查清土壤污染的自然的、工业和农业的主要污染源和主要污染物，作为确定土壤环境监测与土壤环境质量评价因子的依据；了解污染的原因、污染过程和特征，为防治土壤污染提供依据，为土壤环境规划提供依据。调查与资料收集内容：主要包括污染源的污染物分布、排放方式、排放量、排放规律、以及主要污染物及其污染物的物理、化学性质等。,二、土壤环境质量监测方案,土壤环境质量是以土壤中某些物质的含量来表征。大气和水体中的污染物都可能成为土壤污染物。对某一特定的监测方案而言，其监测项目（监测因子）的选择依监测目的而定。一般土壤污染物主要有如下几类：有机毒物：其中数量较大、毒性较大的是化学农药。化学农药种类很多，主要分为有机氯农药和有机磷农药两类。有机氯农药主要包括DDT、六六六、艾氏剂、狄氏剂等。有机磷农药主要包括马拉硫磷、对硫磷、敌敌畏等。此外，还有各种杀虫剂、酚、石油类、苯并芘和其它有机化合物。重金属及非重金属毒物：重金属如镉、汞、铬、铅、铜、锌、镍等。非重金属毒物有砷、氟等。,2、监测项目(监测因子的选择),二、土壤环境质量监测方案,土壤pH、全氮量、硝态氮量、全磷量等。有害微生物：如肠细菌、碳疽杆菌、破伤风菌、霍乱细菌、结核杆菌及肠寄生虫卵等。放射性元素：如铯、锶等。附加参数：对土壤中污染物累积、迁移、转化影响较大的土壤理化性质指标，也应选为附加参数。供分析研究土壤污染物累积、迁移、转化规律之用，但不一定参与评价。附加参数主要有：土壤有机质含量、质地、酸度、石灰反应、氧化还原电位、易溶性盐类、粘土矿物、重金属不同价态等。,二、土壤环境质量监测方案,监测范围，主要根据监测的目的或研究目的来确定。大者可以是一个国家范围（如“七、五”攻关项目全国各省的土壤环境背景值调查）、一个流域、一个地区、一个土地利用规划项目、一个灌区，一个区域开发或建设项目的环境影响评价，小至可以是一个特定污染源区、或一块受污染的田块等。对建设项目环境影响评价的土壤环境监测，应包括整个评价区范围。,3、确定监测范围,二、土壤环境质量监测方案,采样布点是关键。由于土壤本身在空间上的不均匀性（水平的、垂直的），同时土壤不像水、气具有较好的连通性。这给土壤采样带来很大的困难性。污染物进入土体后，混合较难，污染土壤的不均匀性则更差。实践表明，土壤监测中采样误差往往超过分析误差对结果的影响。因而，土壤监测采样布点与采样过程，是土壤监测更为关键的步骤。,4、土壤监测的布点,二、土壤环境质量监测方案,因此，在土壤监测布点时，要考虑各方面因素和具体要求：要考虑调查监测区内的土壤类型及其分布，要考虑土地利用及地质地貌条件，要考虑污染类型等；并在操作时，要使样地样点的空间分布较为均匀、并有一定的密度。以保证调查监测结果的代表性和精度。,二、土壤环境质量监测方案,常用的布点方法,网 格 布 点 法,对角线布点法,棋盘式布点法,扇 形 布 点 法,梅花形布点法,蛇 形 布 点 法,二、土壤环境质量监测方案,放射状布点法,网格布点法,二、土壤环境质量监测方案,扇形布点法,风向,二、土壤环境质量监测方案,对角线布点法,棋盘式布点法,蛇 形 布 点 法,梅花形布点法,放射状布点法,二、土壤环境质量监测方案,对较大区域性的土壤监测，一般先按网格布点法。即在地形图上按一定面积，把整个监测区分成若干方格，每个方格至少有一个样点。具体取样的位置，考虑方格内的主要土壤类型和成土母质，尽可能有代表性。在土壤类型较复杂的地区，可以根据土壤类型布点；也可以根据不同的污染发生类型布点，如大气污染型可以污染源为中心，根据主导风向按不同距离布值样点；对污灌区，可以根据污水灌溉面积大小，污水灌溉年限长短，不同土壤类型和作物类型布点。对土壤环境背景值调查监测，一般同一类型土壤应有3-5个样点。对污染土样样品的采集，一般区域面积1000-1500m2，应布设5-10个样点，同时在未受污染的地区或地段布设对照样点。如果调查监测气污染型，至少每年采样一次；调查水型污染，可在灌溉后分别采样测定；观察化肥或农药的污染，可在施化肥或农药后采样测定。,二、土壤环境质量监测方案,在每个采样点，按照土壤发生层次分别取样，除表土外，一般对心土，特别是底层土壤也应进行取样。剖面取样一般在取样时,每一个采样点单点分层取样即可.在土壤发生层次不明显的土壤，视具体情况分别对待：在土层浅薄的山区，一般取05cm和5 20cm两层；土层较厚的平原区（平地)）则一般取三层，即05cm的表土、520cm的下表土和2040cm的心土 。采样的方法:有采样筒采样法、土钻采样法、挖坑采样法等。取样时均应避免污染，除去与铁器接触的土壤.,剖面取样:,5、土壤样品的采集,二、土壤环境质量监测方案,在每个采样点均需挖掘土壤剖面进行采样。我国环境背景值研究协作组推荐,剖面规格一般为长1.5m/宽0.8m/深1.0m，每个剖面采集A、B、C三层土样.,过渡层（AB、BC）一般不采样。当地下水位较高时，挖至地下水出露时止,现场记录实际采样深度，如020、5065、80100cm。在各层次典型中心部位自下而上采样，切忌混淆层次、混合采样,在山地土壤土层薄的地区，B层发育不完整时，只采A、C层样,干旱地区剖面发育不完整的土壤，采集表层(020cm)、中土层(50cm)和底土层(100cm)附近的样品,土壤背景值样品采集原则,二、土壤环境质量监测方案,二、土壤环境质量监测方案,土壤表层取样时，应多点取样均匀混合，使土壤具有代表性。要根据地块具体情况选择取样点，一般采用如下几种形式：网 格 取 样：适用于地形平缓地块。农用化学物质污染型土壤、土壤背景值调查常用方法。采样点应较多（后混合成混合样）。梅花形取样：适宜于面积较小、地势平坦、土壤较均匀的田块，一般采510个样点（后混合成混合样）。棋盘式取样：适宜于中等面积、地势平坦、地形较方正，但土壤不均匀的，如水型污染田块，一般采10个点以上样点（后混合成混合样）。蛇 形 取 样：适宜于面积较大、地势不平坦、土壤不够均匀的田块，采样点应较多（后混合成混合样）。扇形取样、放射状取样：适宜于在工厂周围的大气型污染的田块，多点取样（后混合成混合样）。对角线取样：适宜于适用于面积较小、地势平坦的污水灌溉或污染河水灌溉的田块。如污水灌溉的田块，由田块的进水口向对角引一斜线，在对角线上取35个样点 （后混合成混合样）。,表层取样:,二、土壤环境质量监测方案,采集样品量:,土壤样品的采样量，视分析测定项目而定，一般要求1 Kg。当采样点较多而混合土样太重时，可把全部土样中的土块用手捏碎，去除根茬、落叶、砾石等杂物，然后土样充分混合均匀，用 “对角线四分法” 取上下两份土样，直到土样重为1 Kg左右。把土样装入样品袋中，写好标签并做好记录。,二、土壤环境质量监测方案,土壤样品四分法示意图,野外采集样品运到实验室,在塑料薄膜上或瓷盘内风干,达半干状态,压碎，除石块、残根等杂物,铺成薄层，阴凉处风干,6、土壤样品的制备和保存,对采回的土样，首先应进一步剔除土壤以外的入侵体（如植物残根、昆虫尸体和碎石块等）和新生体（铁、锰结核和石灰核等），并及时土样风干，以抑制微生物的活动和化学变化，以便长期保存。对在风干过程易发生变化的分析项目（如土壤现状、pH值、亚铁、还原性硫、以及速效性成分，特别是NO3-、NH4+），应尽快用鲜土样进行测定。由于鲜土样难于压碎混合均匀，应进行多项平行测定，以得到较为可靠的平均值。,二、土壤环境质量监测方案,土样风干风干应在通风的室内将土样平铺在晾土架上自然风干，干燥过程也可以在低于40oC并有空气环流的条件下进行（如鼓风干燥箱）。当土样达半干状态时，须将大土块捏碎。在整个风干过程中，严禁曝晒，防止酸、碱气体及灰尘等污染。,土壤样品的处理和贮存，在完成上述工作后，还应做好以下三项工作：,二、土壤环境质量监测方案,研磨过筛风干后的土样平铺在木板或塑料板上，用木棍或塑料棍压碎，同时进一步剔除入侵体和新生体。然后用1 mm孔径的筛子过筛，将未通过筛子的土粒重新压碎，直至全部过筛。筛后的土样，进一步混匀，用四分法分成两等份，分别供物理状况分析和化学分析使用。供化学分析的土样，又因分析项目的不同而对土样颗粒大小有不同的要求。,二、土壤环境质量监测方案,土样贮存筛后的土样充分混匀，装入玻璃瓶或塑料瓶，内外各具一标签，并按编号专册登记。制备好的土样应妥善贮存，避免日光、高温、潮湿。一般土样需保存至全部分析工作结束，分析数据核实无误后，才能将土样弃去。,二、土壤环境质量监测方案,7、土壤样品分析方法的选择,在确定分析方法时，应首先选用土壤环境质量标准中规定的标准分析方法，在标准中没有给出的污染物项目和分析方法，应根据本单位的具体条件，尽可能选用精度高的分析方法，成熟的方法，以便得出正确的分析结果。,二、土壤环境质量监测方案,8、土壤样品测定,三、土壤环境质量现状评价,由于土壤污染物不像大气和水污染物那样，可以直接进入人体，危害健康，土壤中的污染物是通过食物链，主要通过粮食、蔬菜、水果、奶、蛋、肉等进入人体。土壤和人体之间的物质平衡关系比较复杂，制定土壤污染物的环境质量标准难度较大，限制了土壤环境质量标准的制定工作的开展。因此，目前国外只有少数国家（德国、英国、芬兰、瑞典、丹麦、挪威、日本、美国）分别给出了几项重金属、非重金属毒物和放射性元素的土壤污染标准。重金属有汞、镉、铅、锌、铜、镍、钴、钼、钒；非重金属毒物有砷、硒、硼；放射性元素有铯、铀。,评价标准选择,国家标准,其它标准,1、土壤环境质量评价标准的选择,三、土壤环境质量现状评价,国家标准:,我国1995年颁布，1996年实施的GB15618-1995土壤环境质量标准，可作为土壤环境质量评价的评价标准。本标准规定的项目有：镉、汞、砷、铜、铅铬、锌、镍、六六六、滴滴涕（共10项）。,三、土壤环境质量现状评价,其他几种常见的评价依据:,由于我国土壤环境质量标准中规定标准值的污染物项目少，给土壤环境质量评价带来了困难。目前，除土壤环境质量标准规定的标准值外，对其它指标多选用具有不同含意的土壤环境背景值，作为评价标准。,以区域土壤环境背景值为评价标准,以土壤本底值为评价标准,以区域性土壤自然含量为评价标准,以对照点含量为评价标准,以土壤和植物相关含量为评价标准,其它常見评价依据,三、土壤环境质量现状评价,以区域土壤环境背景值为评价标准,区域土壤环境背景值是指一定区域内、一定时间,远离工矿、城镇和道路（公路和铁路），无明显受污染和破坏的土壤中有毒物质，在一定的保证率下的平均含量。我国“七五”期间，“全国土壤背景值调查研究”课题组，调查了除台湾省外的29个省、市、自治区和5个开放城市，提出了全国主要土类中Cu、Pb、Zn、Hg、Cd、Cr、N、Mn、F、Se、V等13种元素的土壤环境背景值,以及其中主要剖面的Li、Rb、Cs、Be、Sr、Ba、Se 等40多种元素的土壤环境背景值。为各省的土壤环境质量评价提供评价依据。,三、土壤环境质量现状评价,以土壤本底值为评价依据,土壤本底值是指未受人为污染的土壤中某一物质的平均含量。在到处开发的今天，土壤本底值是很难找到的。,三、土壤环境质量现状评价,以区域性土壤自然含量为评价标准,区域土壤自然含量是指清水灌区内，选用与污灌区的自然条件、耕作栽培措施大致相同、土壤类型相同，土壤中有毒物质在一定保证率下的含量。作为评价标准。,三、土壤环境质量现状评价,以土壤对照点含量为评价标准,土壤对照点一般选在与污染区的自然条件、土壤类型和利用方式大致相同，而又未受污染的地区内。对照点可选一个或几个。对照点的有毒物质的平均含量作为评价标准。,三、土壤环境质量现状评价,以土壤和植物（或作物）中污染物质的相关含量为评价标准,土壤中某种污染物质的含量和植物 (作物)中该种污染物质累积量之间有一定的相关关系。农牧业产品和食品的卫生标准和污染分级是可以制定的。以这种卫生标准和污染分级，推断土壤中该污染物的相关含量和污染分级，把这种相关含量作为评价标准。这种方法，是通过食物链把土壤中的污染物与人体健康联系起来，制定评价标准。它反映了土壤污染危害人体健康的实际途径，是一种好方法。但目前此项研究还有待今后发展。,三、土壤环境质量现状评价,2、土壤环境质量现状评价方法,土壤环境质量现状评价的方法，与大气和水质的现状评价方法相类似，是通过计算污染指数进行的。,土壤环境质量评价方法,单因子评价法,多因子评价法,三、土壤环境质量现状评价,（1）单因子评价法,土壤环境质量单因子评价，是逐一计算土壤污染物的污染指数，以确定污染程度。土壤污染指数公式为： Pi = Ci / Coi 式中： Pi 土壤中 i 污染物的污染指数，为无量纲单位； Ci 土壤中 i 污染物的实测值； Coi i 污染物 的评价标准。上述模式计算简单，物理意义清楚，得到了广泛应用.当Pi 1 时，表示受到不同程度的污染， Pi 越大，污染越严重。,三、土壤环境质量现状评价,（2）多因子评价法,为确定土壤环境总体质量，一般采用污染综合指数进行评价。用评价模式计算出的综合污染指数，必须进行土壤环境质量的分级。综合污染指数的计算模式，主要有如下几种：,综合污染指数计算模式,各污染物指数叠加的综合污染指数模式,内梅罗(N.L. Nemerow)综合污染指数模式,均方根综合污染指数模式,加权综合污染指数模式,三、土壤环境质量现状评价,以土壤中各污染物指数叠加作为土壤污染综合指数,以土壤中各污染物污染指数的叠加，作为土壤污染综合指数，其计算模式： 式中： P 土壤污染 综合指数，为无量纲单位； Pi 土壤中 i 污染物的污染指数； n 土壤中参与评价的污染物种类数。这种模式计算简便，但是它对各种污染物的作用是等量齐观，没有强调严重超标的污染物在土壤总体中的作用。根据综合污染指数的大小，可把土壤环境质量进行分级，以表示污染程度。,三、土壤环境质量现状评价,按内梅罗(N.L. Nemerow)污染指数式计算土壤污染综合指数,内梅罗（N.L. Nemerow）污染指数式计算式： 式中： P 内梅罗污染 综合指数，为无量纲单位； (Ci /Coi )2 土壤中 各污染物污染指数的平均值的平方； (Ci /Coi ) 2max土壤中各污染物污染指数的最大值的平方。这种方法强调了严重污染了的土壤污染物，在土壤环境质量评价中的作用。,三、土壤环境质量现状评价,以均 方根的方法求土壤污染综合指数,均方根土壤综合污染指数计算式： 式中： P 土壤污染 综合指数，为无量纲单位； Pi 土壤中 i 污染物的污染指数； n 土壤中参与评价的污染物种类数。,三、土壤环境质量现状评价,加权综合污染指数,加权综合污染指数计算式： 式中： Wi =土壤中 i 污染物的权重； 其他符号同前。权重的确定方法有几种，如选评价区污染最高值、超标点数、植物/土壤系数等，作为指标来判别各土壤污染物影响的权重对比因子。,三、土壤环境质量现状评价,用评价模式计算出的综合污染指数，必须进行土壤环境质量分级，才能更加清楚地反映土壤环境质量。一般P1，为未受污染；P1，为已受污染；P值越大,受污染的程度越大。以下介绍两种质量分级方法：根据综合污染指数P值大小划分：根据各地（评价区）具体的P值变幅，结合植物或作物受害程度和污染物累积状况，再划分如未污染、微污染、轻污染、重污染等土壤环境质量级别。根据系统分级法划分：首先对土壤中各污染物的浓度进行分级，然后将土壤污染物浓度分级标准转换为污染指数，将各污染指数加权综合为土壤质量指数分级标准，据此而划分土壤环境质量级别。,（3）土壤环境质量分级,三、土壤环境质量现状评价,（4）土壤环境质量评价图的编制,土壤环境质量评价图，能够非常直观形象地反映区域土壤环境质量状况。评价图的编制一般有两种方法，可按具体需要选择：,土壤评价图编制方法,符号法,网格法,三、土壤环境质量现状评价,符 号 法,在地形图上，根据不同污染物及污染等级，制定不同颜色或不同形态大小的图例。标在各取样点的位置上（图例在内部或右下角），可用数字标注具体的P值。,三、土壤环境质量现状评价,网 格 法,在地形图上，按一定面积划分若干方格，网格内的土样质量等级代表整个网格的土壤质量等级；如网格内无样点，则将其附近土样点的污染物浓度指数绘成等值线，用内插法求得空白方格的浓度值，再依次求出污染指数和质量。不同质量等级网格，用不同颜表示，绘制成图.,三、土壤环境质量现状评价,福建省九龙江流域土壤元素背景值站位土壤类型及钴、镍、铜、锌、氟、钒、铬、锰、硒元素分布图,福建省闽江流域土壤元素背景值站位土壤类型及氟、钒、铬、锰、硒元素分布图,第五章 土壤环境质量监测与评价,本章的主要思考题：什么是土壤质量与土壤环境质量？土壤污染物的主要来源？土壤污染的主要类型？土壤环境质量监测包括哪些基本环节？土壤污染物主要有哪几类？为什么要选择附加参数？土壤监测布点应考虑哪些方面因素？土壤样品采集常用的布点方法主要有哪几种？如何采样土壤剖面样品？如何采样土壤表层样品？如何进行土壤样品的制备与保存？土壤环境质量评价依据主要有哪几方面？什么是土壤环境背景值？土壤环境质量单因子评价？,