环境监测课程设计报告.docx
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环境监测课程设计报告
课程设计
课程名称
环境监测
题目名称
市大学城区土壤
环境质量监测与评价
专业班级
13级环境科学
学生
维东
学号
指导教师
朱兰保
二○一三年十二月五日
引言
土壤环境监测是指通过对影响土壤环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量〔或污染程度〕及其变化趋势。
通常所说的土壤监测是指土壤环境监测，其一般包括布点采样、样品制备、分析方法、结果表征、资料统计和质量评价等技术容。
中国关于土壤环境监测的标准有?
土壤环境监测技术规?
〔HJ/T166-2004〕，其属于中华人民国环境保护行业标准。
一般土壤监测可以分为全国区域土壤背景、农田土壤环境、建立工程土壤环境评价、土壤污染事故等类型的监测。
土壤污染的优先监测应是对人群安康和维持生态平衡有重要影响的物质。
如汞、镉、铅、砷、铜、铝、镍、锌、硒、铬、钒、锰、硫酸盐、硝酸盐、卤化物、碳酸盐等元素或无机污染物；石油、有机磷和有机氯农药、多环芳烃、多氯联苯、三氯乙醛及其他生物活性物质；由粪便、垃圾和生活污水引入的传染性细菌和病毒等。
土壤中的有机类和无机类污染物在实验室用重量法、容量法、化学法和仪器法进展测定；细菌和病毒用生物检测方法进展测定。
土壤污染监测结果对掌握土壤质量状况，实施土壤污染控制防治途径和质量管理有重要意义。
1研究区概况
1.1社会环境
本次监测点大学城位于市龙子湖区同时也属于经济开发区，在滨湖新区与高铁新区之间，全境位于龙子湖东岸北依滨湖高铁大学科技园区龙子湖国家4A级风景区境，三面环山，一面临水。
离市中心老商业区约10公里，离新城区广场约6公里，离市政府约2公里，比邻京沪京福高速铁路南站〔全国最大的地市高铁站，两站合一〕。
大学城共占地10000亩，共投资2000亿，建筑面积670万m2。
目前一期工程根本完工，已经有4所大学入住，分别为：
财经大学和电子信息职业技术学院。
医学院和学院。
公交115，117，122，207，217，126,128路公交以及沃尔玛免费6号线，家乐福01大学城周末专线，乐购全周大学城免费专线，华海3C周末免费专线分别经过大学城，到市中心乘公交约15-30分钟，大学城中央建龙湖春天西班牙风情商业街，美食休闲广场，大学城东建有鸟巢龙湖体育馆和在建的大明皇家旅游世界。
1.2地理环境
市地处北亚热带北缘,属亚热带季风湿润区,主要气候特征是冬夏长、春秋短、雨季降水集中,光照充足,热量丰富,无霜期长。
冬季受西北利亚高压控制，盛行西北风，气候干寒少雨；夏季受太平洋副热带高压影响，东南风盛行，气候炎热潮湿，雨量集中。
2土壤监测方案的制定
2.1监测的目的
1、监测的目的是判断土壤是否被污染以及污染状况，并预测开展趋势，根据国家对土壤质量的三个等级的划分和PH的围，知道大学城区的土壤执行哪一个标准。
2、通过分析测定土壤中重金属元素的背景值和变化，判断污染的来源。
3、掌握土壤样品的采集和配制方法，监测数据处理的方法。
2.2调查研究
污染土壤的重金属主要包括汞〔Hg〕、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）和类金属砷（As）等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌（Zn）、铜（Cu）、镍（Ni）等元素。
主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷那么被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。
过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，镉、汞等元素在作物籽实中富集系数较高，即使超过食品卫生标准，也不影响作物生长、发育和产量，此外汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供给。
重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，应特别注意防止重金属对土壤污染。
一些矿山在开采未建立石排场和尾矿库，废石和尾矿随意堆放，致使尾矿中富含难解的重金属进入土壤，加之矿石加工后余下的金属废渣随雨水进入地下水系统，造成严重的土壤重金属污染。
在实施监测方案时，首先必须对监测区域进展调查研究，收集相关资料，有利于优化采样点的布设和后续监测工作。
2.3监测工程和频率
1、土壤监测工程主要为pH、镉、铅、汞、砷，锌，铜和六六六、滴滴涕等有机氯农药。
监测分析方法根据国家调查方案采用国家标准或国家环保总局认可的行业技术规，局部工程分析方法参照美国EPA标准。
2、对于本次常规监测中的铜，锌，铅，铬这几个监测工程，采样时间为一天，采样频率为一次。
2.4大学城区土样的采样
2.4.1采样点的布设原那么
1、合理的划分采样单元。
在进展土壤监测时往往面积比拟大，需要划分成假设干个采样单元，同时在不受污染源影响的地方选择对照采样单元，同一单元的差异要尽量减少
2、对于土壤污染监测坚持哪里有污染就在哪布点，优先布置在污染严重、影响农业生产活动的地方。
3、采样点不应设在田边、沟边、路边、肥堆边、及水土流失严重和表层土被破坏的地方。
2.4.2采样点的布设方法
表一
采样方法
适用条件
布点数量
对角线布点法
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。
一般采样点不少于5个
梅花形布点法
适用于面积较小、地势平坦、土壤污染程度较均匀的地块。
一般设5-10个采样点
棋盘式布点法
适用于中等面积、地势平坦、地形完整开阔，但土壤污染程度较不均匀的地块，该法也适用于受固体废物污染的土壤
一般设10个以上采样点，因为固体废物分布不均匀，应设20个以上采样点
蛇形布点法
适用于面积较大、地势不很平坦、土壤污染程度不够均匀的田块。
布设采样点数目较多。
放射状布点法
大气污染型，主导风向明显
主导风向明显处
网格布点法
地形平缓的地块
网格两直线的交点处
图1
采样地图：
图2
说明：
采样点1设置在龙湖春天，采样点2设置在学院北门，采样点3设置在高铁南站，采样点4设置在医学院校园。
2.4.3土壤样品的采集1、土壤剖面样品的采集：
在研究土壤发生分类和剖面理化性状时，常按土壤剖面的发生层采样，先挖好1×1.5m〔或1×2m〕土壤剖面，然后根据土壤剖面颜色、构造、质地、松紧度、湿度、植物根系分布等自上而下划分层次进展观察记载，观察记载后，在发生层的典型部位采集样品。
为了防止上下层混杂，应自下而上逐层采集，分层装袋，每袋土重约1kg，填好标签，土袋外各挂一个，该土样备作常规分析用。
2、土壤物理性质样品的采集：
假设进展土壤物理性质的测定，须采集原状样品。
如测定土壤容重、孔隙度、其样品可直接用环刀在各层土层中取样。
对于研究土壤构造性的样品，采集时须注意土壤湿度不宜过干、过湿，最好在不粘铲的情况下采取。
在采集过程中必须保持土块不受挤压，不使样品变形，保存原状土样，然后携带回室进展处理。
3、土壤盐分动态样品的采集：
在研究盐分动状态变化时应定位、定点、定期取样，上密下稀，但取样层次厚度不得超过50cm，通常为0－5，5－10，10－20，20－40，40－60，60－100，100－150cm。
在研究作物耐盐能力时，应紧靠作物根系钻取土样，其深度应考虑作物根系活动层及盐分在土体中的分布情况，一般应按0－2，2－5，5－10，10－20，20－40，40－60cm取土，在作物的各个生育期分次采样。
4、混合土样的采集：
为了解某地区或地块耕地土壤肥力状况需要采集混合土样。
采样时间在施肥前或收获后一星期，土壤养分变动比小，相对稳定时进展采土。
大约每30－50亩面积可采一个土样，每个土样至少九个以上样点〔一般采奇数点〕。
每个样点的取土深度、重量要尽量保持均匀一致，上下层的比例大致一样，采样器应垂直地面入土，深度一般为0－20，20－40cm。
每个土壤样品约取1kg装入布土袋中，用钢笔写标签，注明采集地点，日期、编号、土类名称、采样者等，土袋外各挂一个标签。
5、养分动态土样的采集：
可根据研究养分动态问题的要求进展布点取样，如研究条施磷肥的水平方向移动距离时，可以施肥沟为中心，在沟的一侧或两侧按水平方向每隔一定距离同一深度所取的相应同位土样进展多点混合。
同样在研究氮肥的垂直方向移动时，应以施肥层为起点，向下每隔一定距离深度取样，将不同样点一样深度采集的土样混合成混合土样。
6、其他特殊样品的采集：
测定土壤微量元素的土样采集，采样工具要用不锈钢土钻，土刀、塑料布、塑料袋等，忌用报纸包土样，以防污染。
剖面土壤：
图3
图4
7.采样深度：
一般的农作物耕地在0-20cm为耕作层土壤，种植果林类0-60CM为耕作层，所以大学城区土壤的采样深度在20cm。
8.采样考前须知
〔1〕不同土壤类型都要布点。
〔2〕在一定区域面积，要有一个采样点，污染较重的地区布点要密区。
〔3〕要在非污染区的同类土壤中布设一个或几个对照采样点。
2.5土壤样品的制备
2.5.1样品的风干
即将取回的土壤样品置于阴凉、通风且无直射的房间，并将样品平铺于晾土架、油布、牛皮纸或塑料布上，铺成薄薄的一层自然风干。
风干供微量元素分析用的土壤样品时，要特别注意不能用含铅的旧报纸或含铁的器皿衬垫。
枯燥过程也可以在低于40度并有空气流通的条件下进展〔如鼓风枯燥箱〕。
当土壤样品到达半干状态时，需将大土块〔尤其是黏性土壤〕捏碎，以免完全风干后结成硬块，不易压碎。
此外，土壤样品的风干场所要求能防止酸、碱等气体及灰尘污染。
2.5.2土样的保存
对于易分解或易挥发等不稳定组分的样品要采取低温保存的运输方法，并尽快送到实验室分析测试。
测试工程需要新鲜样品的土样，采集后用可密封的聚乙烯或玻璃容器在4℃以下避光保存，样品要充满容器。
防止用含有待测组分或对测试有干扰的材料制成的容器盛装保存样品，测定有机污染物用的土壤样品要选用玻璃容器保存。
3样品的预处理
3.1样品消解的方法
在分析土壤的组成和受污染的状况时，根据分析工程的不同，需要将样品进展溶解处理工作，即是将样品配制成溶液再进展分析测定，常用的溶解方法有分解和提取法。
其中，分解法包括酸分解法，碱熔分解法，密封容器消解法和微波炉消解法。
分解法的作用是破坏土壤中的矿物质晶格。
3.2样品消解的步骤
1、准确称取0.20g土壤样品〔100目以上〕于聚四氟乙烯消解罐中，参加5mLHNO3、2mLHCl，混匀并静置10分钟使之初步反响完毕，再参加2mLHF，混匀，加盖
密封。
2、将消解罐置于WX-4000微波快速消解系统中，功率设定为500W〔3个消解罐同时运行〕；温度设定为200℃；压力设定为25atm；时间设定为15分钟。
待冷却后取出消解罐，翻开并在其中参加12mL硼酸或少量高氯酸于加热器上继续加热至蒸干。
4重金属元素的测定
4.1测定原理
土壤样品经过HCl-HNO3-HClO4混酸体系消解后，将消解液喷入空气-乙炔火焰。
在火焰中形成的金属（Pb、Zn、Cu、Cd）基态原子蒸汽对光源发射的特征电磁辐射产生吸收。
测得试液吸光度扣除全程序空白吸光度，从标准曲线查得金属含量，计算土壤中重金属的含量。
金属（Pb、Cu、Cd）含量低时可用碘化钾-甲基异丁酮萃取富集别离后测定，方法简便、灵敏、准确、选择性好，可以消除背景和基体效应干扰。
铅、铜含量较低时，可用石墨炉无火焰法测定，含量较高时，可用石墨炉无火焰法测定，含量较高时，可不经萃取，直接将消解液喷入空气-乙炔火焰中进展测定〔土壤受污染的成分复杂时，最好萃取别离〕。
4.2使用仪器
原子吸收分光光度计
镉、铜、铅、锌单元素空心阴极灯。
4.3使用试剂
硝酸（特级纯）
盐酸（特级纯）
高氯酸（优级纯）
2mol/L碘化钾溶液：
称取333.4g碘化钾溶于1L去离子水中。
抗坏血酸
甲基异丁酮（MIBK）
.铅标准储藏液：
称取0.5000g金属铅（99.9%），用适量硝酸（1+1）溶解后，移入500mL容量瓶中，用去离子水稀释至标线。
此溶液每毫升含1.00mg铅。
锌标准储藏液：
称取1.0000g金属锌（99.9%），用20mL盐酸（1+1）溶解后，用去离子水稀释至标线。
此溶液每毫升含1.00mg锌。
铜标准储藏液：
称取1.0000g金属铜（99.9%），溶于15mL硝酸（1+1）中，转移至1000mL容量瓶中，用去离子水稀释至标线。
此溶液每毫升含1.00mg铜。
镉标准储藏液：
称取0.5000g金属镉粉（99.9%），溶于10mL盐酸（1+1）中，转移至500mL容量瓶中，用去离子水稀释至标线。
此溶液每毫升含1.00mg镉。
测定时将此溶液逐级稀释为1mL含5μg的镉标准使用液。
4.4分析步骤
4.4.1标准溶液的配制
配制每毫升含镉5μg，铅、锌、铜各为50μg的混合标准溶液。
分别向6个
50mL容量瓶中，按顺序参加0.00mL、0.50mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL和2.50mL
的混合标准溶液，用0.1mol/L盐酸或0.1mol/L硝酸溶液稀释至标线，摇匀。
表2铅、锌、铜、隔混合标准溶液（μg/L）
铅
0.00
0.05
1.00
1.50
2.00
2.50
锌
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
铜
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
隔
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
4.4.2标准曲线的绘制
分别准确吸取上述标准系列混合液20mL于6个50mL具塞试管中，加2mL
浓盐酸、2mL2mol/L碘化钾溶液及0.2g抗坏血酸，摇匀，准确参加10mL甲基异丙酮，萃取1～2min，静置分层后，将有机相吹入空气－乙炔火焰进展测定，用减去空白的吸光度与相对应的金属浓度（mg/L）绘制标准曲线。
剩余的混合标准溶液直接喷入空气－乙炔火焰测定铜和锌，用减去空白的
吸光度与相对应的金属浓度（mg/L）绘制标准曲线。
仪器测定条件见表3。
表3测定条件
项目
铅
锌
铜
隔
测定波长/nm
283.3
213.8
324.7
228.8
燃气
乙炔
乙炔
乙炔
乙炔
助燃器
空气
空气
空气
空气
测定相
有机相
水相
水相（或有机相）
有机相
火焰类型
氧化型
氧化型
氧化型
氧化型
曲线围（μg/L）
0.5～10.0
0.5～10.0
0.5～10.0
0.05～1.0
4.4.3样品的测定
取20mL滤液于50mL具塞试管中，按照标准曲线的萃取及测定步骤测定
各元素吸光度。
或直接将消解后的溶液直接喷入空气－乙炔火焰测定吸光度。
然后在标准曲线上查得金属含量。
每测定约10个样品要进展一次仪器零点校正，并吸入1.00mg/L的标准溶液检查灵敏度是否发生了变化。
4.4.4空白试验
用去离子水代替试样，采用和样品一样的步骤和试剂，制备全程序空白溶液，在一样的条件下进展测定。
每批样品至少制备2个以上的空白溶液。
4.5结果计算
土壤样品中金属的含量c（mg/kg）按以下两个公式计算：
（1）萃取
式中：
c－试液的吸光度减去空白溶液的吸光度，然后在校准曲线上查得（Pb、Zn、Cu、Cd）的浓度（mg/L）；
V‘－萃取测定的样品体积；
V－试液定容的体积，ml；
m－称取试样的重量，g；
f－试样中水份的含量，%。
（2）不萃取
式中：
c－试液的吸光度减去空白溶液的吸光度，然后在校准曲线上查得（Pb、Zn、Cu、Cd）的浓度（mg/L）;
V－试液定容的体积，ml；
m－称取试样的重量，g；
f－试样中水份的含量，%。
4.6实验考前须知
1、在进展萃取测定时，有机物分层后，应立即测定，因为样品中的某些元素分解较快，有的元素那么可保持1.5h以上不分解，可根据情况，在稳定的时间，完成测定。
2、假设试样中镉、铅含量超出标准曲线围时，可用甲基异丁酮稀释后测定。
3、在消解过程中，黑色底质、泥炭质土壤或其它含有机物过多的土壤，应多加王水并反复加几次，使大局部有机物消解完毕，方能加高氯酸，以免有机物过多引起强烈反响，致使瓶中有机物溅出甚至爆炸。
消解时必须在通风良好的通风橱中进展。
4、土壤用高氯酸消解近干后，土渣仍未深灰色，说明有机物还未消解完全，应再加少量（1~3mL）高氯酸或数滴双氧水，重新消解至白色或灰白色，呈糊状为止。
5、用高氯酸消解有机物，应尽可能将过量高氯酸白烟驱尽，否那么参加碘化钾时会产生大量高氯酸沉淀而影响测定。
少量沉淀并不影响测定。
6、高氯酸的纯度对空白值影响很大，直接关系到结果的准确度，因此在消解时，应注意参加高氯酸的量和试样保持一致，并尽可能的少加，以便降低空白值。
5实验结果及数据处理
5.1实验结果
实验结果如下：
表4市大学城区土壤重金属含量〔mg/kg〕
采样点
Pb
Zn
Cu
Cr
样点1
254.0
181.8
45.4
72.1
样点2
279.4
331.9
66.3
87.7
样点3
248.3
180.8
48.9
69.5
样点4
148.7
80.1
18.2
29.3
市土壤环境质量标准值如下表：
表5市土壤环境质量标准值〔mg/kg〕
Cu
Zn
Pb
Cr
50
200
250
150
5.2数据处理
数据处理如下：
采样点1:
PPb=254/250=1.016PZn=181.8/200=0.909
PCu＝45.4/50=0.908PCr=72.1/150=0.481
采样点2：
PPb=279.4/250=1.118PZn=331.9/200=1.660
PCu＝66.3/50=1.326PCr=87.7/150=0.585
采样点3：
PPb=248.3/250=0.993PZn=180.8/200=0.904
PCu＝48.9/50=0.978PCr=69.5/150=0.463
采样点3：
PPb=148.7/250=0.595PZn=80.1/200=0.401
PCu＝18.2/50=0.364PCr=29.3/150=0.195
6大学城区土壤环境质量评价
6.1评价的方法与标准
土壤环境质量标准是为贯彻?
中华人民国环境保护?
防止土壤污染，保护生态环境，保障农林生产，维护人体安康，制定本标准。
本标准按土壤应用功能、保护目标和土壤主要性质，规定了土壤中污染物的最高允许浓度指标值及相应的监测方法。
本标准适用于农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地、自然保护区等地的土壤。
土壤环境质量评价一般以单项污染指数为主。
单因子指数法
单因子指数法的计算方法如下：
P＝C／S〔1〕
式中，P为重金属元素的单因子评价指数；C为采样点重金属的实测浓度；S为市的土壤环境背景值。
表6污染等级划分标准
分级
污染指数
污染等级
1级
P＜0.7
清洁
2级
0.7≤P＜1.0
尚清洁
3级
P≥1.0
污染超标
单因子指数法可以判断出环境中的主要污染因子，但环境是一个复杂的体系，环境污染往往是有多个环境因子复合污染导致的，因此这种方法仅适用于单一因子污染特定区域的评价；单因子指数法是其他环境质量指数、环境质量分级和综合评价的根底。
尼梅罗综合指数法
当评定区域土壤质量作为一个整体与外区域土壤质量比拟，或土壤同时被多种重金属元素污染时，需将单因子污染指数按一定方法综合起来进展评价，即应用综合污染指数法进展评价。
计算公式如下：
〔2〕
式中，
为尼梅罗综合指数，
为土壤中元素单因子指数，
为所有重金属元素污染指数中的最大值。
尼梅罗综合指数的计算公式中含有评价参数中最大的单项污染分布指数突出了污染指数最大的重金属元素对土壤环境质量的影响和作用。
表7土壤污染分级标准
土壤级别
污染指数
污染等级
污染水平
1
I≤0.7
清洁
清洁
2
0.7＜I≤1.0
戒备限
尚清洁
3
1.0≤I≤2.0
轻污染
土壤污染超过背景值，作物开场受到污染
4
2.0＜I≤3.0
中污染
土壤、作物均受到中度污染
5
I＞3.0
重污染
土壤、作物受污染已相当严重
表8土壤环境质量标准值mg/kg
级别
一级
二级
三级
土壤pH值
自然背景
<6.5
6.5～7.5
>7.5
>6.5
工程
镉≤
0.20
0.30
0.60
1.0
汞≤
0.15
0.30
0.50
1.0
1.5
砷水田≤
15
30
25
20
30
旱地≤
15
40
30
25
40
铜农田等≤
35
50
100
100
400
果园≤
—
150
200
200
400
铅≤
35
250
300
350
500
铬水田≤
90
250
300
350
400
旱地≤
90
150
200
250
300
锌≤
100
200
250
300
500
镍≤
40
40
50
60
200
六六六≤
0.05
0.50
1.0
滴滴娣≤
0.05
0.50
1.0
土壤环境质量分类：
根据土壤应用功能和保护目标，划分为三类：
Ⅰ类主要适用于国家规定的自然保护区（原有背景重金属含量高的除外）、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保护地区的土壤，土壤质量根本保持自然背景水平。
Ⅱ类主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤，土壤质量根本上对植物和环境不造成危害和污染。
Ⅲ类主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤（蔬菜地除外）。
土壤质量根本上对植物和环境不造成危害和污染。
标准分级
一级标准为保护区域自然生态，维持自然背景的土壤环境质量的限制值。
二级标准为保障农业生产，维护人体安康的土壤限制值。
三级标准为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。
各类土壤环境质量执行标准的级别规定如下：
Ⅰ类土壤环境质量执行一级标准；
Ⅱ类土壤环境质量执行二级标准；Ⅲ类土壤环境质量执行三级标准；
6.2大学城区土壤的评价
单因子指数法比拟个样品点污染物的污染指数，表9
Pb
Zn
Cu
Cr
平均值
样点1
1.016
0.909
0.908
0.481
0.825
样点2
1.118
1.660
1.326
0.585
1.172
样点3
0.993
0.904
0.978
0.463
0.834
样点4
0.595
0.408
0.364
0.159
0.382
由实验数据比照可以看出，采样点1中，铬的单因子指数小于0.7，属于清洁。
铜，锌的单因子指数在0.7和1.0之间，污染等级属于尚清洁，而铅的单因子指数超过1.0，属于污染超标。
采样点2中，铬的单因子指数小于0.7，属于清洁。
而铜，锌，铅的单因子指数都超过1.0，属于污染超标。
采样点3中，铬的单因子指数小于0.7，属于清洁。
而铜，锌，铅的单因子指数都超过1.0，属于污染超标。
在采样点4中，所有的重金属的单因子指数都小于0
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