土壤污染监测.docx

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土壤污染监测

《环境监测》课程教案

Chater5土壤质量监测

 教学目的

①土壤的概念；

②土壤组成和土壤背景值；

③土壤环境质量管理监测方案规范；样品的采集、加工与预处理标准分析方法；

土壤污染物的测定分析方法；

教学重点

①理解土壤组成和土壤背景值；

教学方法

课内安排2个学时。

必读教材和参考书页码

教材：

262-289；多媒体课件：

讲授提纲

5.1土壤基本知识

5.1.1土壤的组成

地球表层的岩石经过风化作用，逐渐破坏成疏松的、大小不等的矿物颗粒（称为母质）。

而土壤是在母质、气候、生物、地形、时间等多种成土因素综合作用下形成和演变而成的。

土壤组成很复杂，总体来说是由矿物质、动植物残体腐解产生的有机质、水分和空气等固、液、气三相组成的。

5.1.1.1土壤矿物质

（1）土壤矿物质的矿物组成

（2）土壤机械组成土壤是由不同粒级的土壤颗粒组成。

土壤粒径的大小影响着土壤对污染物的吸附和解吸能力。

土壤机械组成的分类是以土壤中各粒级含量的相对百分比作为标准。

国际制采用三级分类法，即根据沙粒（0.02—2mm）、粉沙粒（0.002—0.02mm）和粘粒（<0.002mm）在土壤中的相对含量，将土壤分成砂土、壤土、粘壤土、粘土四大类和十二级。

我国土壤地质分类表见P263表5-2

5.1.1.2土壤有机质

土壤有机质也是土壤形成的重要基础，它与土壤矿物质共同构成土壤的固相部分。

土壤有机质绝大部分集中于土壤表层。

在表层（0—15或0--20cm）土壤有机质一般只占土壤干重量的0.5--3％，我国大多数土壤中有机质含量在1--5％之间。

土壤有机质主要来源：

来自各种植物的茎秆、根茬、落叶、土壤中的动物残骸以及施入土壤的有机肥料等。

这些有机物质在物理、化学、生物等目素的作用下，形成一种新的性质相当稳定而复杂的有机化合物，称为土壤有机质，它主要以腐殖质为主。

腐殖质可以认为是由两种主要类型的物质（或基团）组成的。

第一类属于未完全分解的植物和动物残骸，包括含氮和不含氮的有机物；第二类为腐殖质。

腐殖质是具有多种功能团、芳香族结构及酸性的高分子化合物，其呈黑色或暗棕色胶体状，主要含有胡敏醒和富里酸。

胡敏酸是两性有机胶体，通常情况带负电荷，在土壤中可吸附重金属如Mn2+、Cd2+、Hg2+、Fe3+、A13+等离子。

   土壤有机质能改善土壤的物理、化学和生物学性状。

腐殖质作为土壤有机胶体来说，具有吸收性能、土壤缓冲性能以及与土壤重金属的络合性能等，这些性能对土壤结构、土壤性质和土壤质量都有重大影响。

腐殖质的相关作用：

*对重金属的吸附、络合、离子交换等作用，可使土壤中某些重金属沉积。

据报导，腐殖质熊强烈地吸附土壤中H82+、Cu2+、Pb2+、Sa2+等离于。

*腐殖质对有机磷和有机氯等农药有极强的吸附作用。

剖析土壤对农药的吸附作用得知，它可降低农药的蒸发量，减少农药被水淋洗渗入地下量，从而减少了对大气和水源的污染。

在一定条件下，土壤还具有净化解毒作用。

但这种净化作用是极不稳定的。

5.1.1.3土壤水和空气

土壤水的概念：

是土壤中各种形态水分的总称，为土壤的重要组成部分。

它对土壤中物质的转化过程和土壤形成过程起着决定作用。

土壤水非指纯水而言，而实际是含有复杂溶质的稀溶液，因此，通常将士壤水及其所含溶质称为土壤溶液。

土壤溶液是植物生长所需水分和养分的主要供给源。

土壤水的来源有大气降水、降雪和地表径流，若地下水位接近地表面（约2-3m），则地下水亦是上壤水来源之一。

土壤空气是存在于土壤中气体的总称。

它是土壤的重要组成之一。

土壤空气存在于未被土壤水分占据的土壤空隙中。

土壤空气组成与土壤本身特性相关，也与季节、土壤水分、土壤深度条件相关，如在排水良好的土壤中，土壤空气主要来源于大气，其组分与大气基本相同，以氮、氧和二氧化碳为主，而在排水不良的土壤中氧含量下降，二氧化碳含量增加。

土壤空气含氧量比大气少，而二氧化碳含量高于大气。

土壤空气中还含有经土壤生物化学作用所产生的特殊气体如甲烷、硫化氢、氢气、氮氧化物等。

此外，土壤空气中也经常含有大气中的污染物质

5.1.2土壤的基本性质（参见多媒体課件）

5.1.3土壤污染源（参见多媒体課件）

5.1.4土壤污染的特点（参见多媒体課件）

5.2土壤环境质量监测方案

参见多媒体課件

5.3土壤样品的采集与加工管理

5.3.1土壤样品的采集

（1）污染调查调查内容包括：

①自然条件。

②农业生产情况。

③土壤性状。

④污染历史与现状。

（2）采样点布设由于土壤本身在空间分布上具有一定的不均匀性，所以应多点采样并均匀混合成为具有代表性的土壤样品。

（3）采样深度

（4）采样时间

（5）采样量由于测定所需的土样是多点混合而成的，取样量往往较大，而实际供分析的土样不需太多，一般只需1-2Kg。

因此对所得混合样可反复按四分法弃取，最后留下所需的土量，装入塑料袋或布袋内，贴上标签备用。

（6）采样注意事项

1）采样点不能设在田边、沟边、路边或肥堆边；

2）将现场采样点的具体情况，如土壤剖面形态特征等做详细记录；

3）现场填写两张标签，写上地点、土壤深度、日期、采样人姓名等，一张放入样品袋内，一张扎在样品口袋上。

5.3.2土壤背景值样品采集

土壤背景值是指在未受或少受人类活动影响下，尚未受或少受污染和破坏的土壤中元素的含量。

样点选择必须包括主要类型土壤，并远离污染源，而且同一类型土壤应有3－5个重复样点。

5.3.3土壤样品的加工与管理

土样的风干（参见多媒体課件）磨碎与过筛（参见多媒体課件）土样保存（参见多媒体課件）

5.4土壤样品的预处理（参见多媒体課件）

5.5土壤污染物的测定测定（参见多媒体課件）土壤监测实例

Chapter6环境污染生物监测

教学目的

①环境污染生物监测的目的；

②污染物在生物体内的分布的途径；

③生物样品的采集和制备、生物样品的预处理方法标准方法；

    污染物样品的测定方法，标准分析方法；生态监测目的和方法

教学重点

①环境污染生物监测的目的和方法；

②污染物在生物体内的分布的途径；

生态监测目的和方法

教学方法

课内安排2个学时。

必读教材和参考书页码

教材：

291-326多媒体课件：

讲授提纲

6.1水环境污染生物监测

水环境中存在着大量的水生生物群落，各类水生生物之间及水生生物与其赖以生存的环境之间存在着互相依存又互相制约的密切关系。

当水体受到污染而使水环境条件改变时，各种不同的水生生物由于对环境的要求和适应能力不同而产生不同的反应，因此可用水生生物来了解和判断水体污染的类型、程度。

生物监测是采用物理、化学方法，通过对生物体所含环境污染物的分析，对环境质量进行监测。

其与大气污染监测、水体污染监测、土壤污染监测相比，最大的差异在于分析对象的特殊性。

6.1.1对水环境进行生物监测的目的、样品采集和监测项目

了解污染对水生生物的危害状况，判别和测定水体污染的类型和程度，为制定控制污染措施，使水环境生态系统保持平衡提供依据

采样断面和采样点的布设原则：

断面要有代表性；尽可能与化学监测断面相一致；考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性

6.1.2生物监测主要方法

一、生物群落监测方法（参见多媒体课件）

二、生物测试法（参见多媒体课件）

三、细菌学检验法（参见多媒体课件）

生物群落法

（1）指示生物：

生物群落中生活着各种水生生物，如浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼类和细菌等。

由于它们的群落结构、种类和数量的变化能反映水质状况，故称之为指示生物。

（2）监测方法

1.污水生物系统法

该方法将受有机物污染的河流按其污染程度和自净过程划分为几个互相连续的污染带，每一带生存着各自独特的生物（指示生物），据此评价水质状况。

如根据河流的污染程度，通常将其分为四个污染带，即多污带、α-中污带β-中污带和寡污带。

各污染带水体内存在着特有的生物种群。

2.生物指数法

是指运用数学公式反映生物种群或群落结构的变化，以评价环境质量的数值。

贝克生物指数（BI）=2nA+nBBI=0时，属严重污染区域，BI=1-6时，为中等有机物污染区域，BI=10-40时，为清洁水区。

细菌学检验法

水的细菌学检验，特别是肠道细菌的检验，在卫生学上具有重要意义。

实际工作中，常以检验细菌总数，特别是检验作为粪便污染的指示细菌，来间接判断水的卫生学质量。

水样的采集:

严格按无菌操作要求进行，防止在运输过程中被污染，并应迅速进行检验。

细菌总数的测定

细菌总数是指1mL水样在营养琼脂培养基中，于37℃经24小时培养后，所生长的细菌菌落的总数。

它是判断饮用水、水源水、地表水等污染程度的标志。

其操作过程如下：

1）灭菌；2）制备营养琼脂培养基；3）培养（二份平行样，一份空白）；4）菌落计数。

总大肠菌群的测定

总大肠菌群是指那些能在35℃、48小时之内使乳糖发酵产酸、产气、需氧及兼性厌氧的、革兰氏阴性的无芽孢杆菌，以每升水样中所含有的大肠菌群的数目来表示。

总大肠菌群的检验方法富有发酵法和滤膜法。

发酵法可用于各种水样（包括底泥），但操作繁琐，费时间。

滤膜法操作简便、快速，但不适用于浑浊水样。

6.2空气污染生物监测

大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以确定大气的环境质量水平。

6.2.1利用植物监测

在生物体系中，植物更易遭受大气污染的伤害，其原因为:

植物能以庞大的叶面积与空气接触，进行活跃的气体交换;植物缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影响;植物固定生长的特点使其无法避开污染物的伤害。

正因为植物对大气污染的反应敏感性强，加上本身位置的固定，便于监测与管理，大气污染的生物监测主要是利用植物进行监测。

6.2.2利用动物监测（参见多媒体课件）

6.2.3利用微生物监测（参见多媒体课件）

6.2.4室外空气微生物监测（参见多媒体课件）

6.3生物污染监测

生物污染监测就是应用各种检测手段测定生物体内的有害物质，以便及时掌握被污染的程度。

6.3.1生物污染物的吸收及在体内的分布

6.3.1.1.污染物在植物体内的分布植物受污染物的途径有表面附着（如：

散逸到大气中的各种气态污染物、施用农药、大气中的粉尘降落及含大气污染的降水等，会有一部分粘附在植物表面上，造成对植物的污染和危害。

）、植物吸收（如：

二氧化硫被植物叶片的气孔吸入使叶片的叶绿体遭到破坏，组织坏死，在叶子外表出现伤斑。

）等。

植物吸收污染物后，其污染物在植物体内的分布与植物种类、吸收污染物的途径等因素有关。

从土壤和水体中吸收污染物的植物，一般分布规律和残留含量的顺序是：

根>茎>叶>穗>壳>种子

6.3.1.2污染物在动物体内的分布时性环境中的污染物主要通过呼吸道、消化道和皮肤吸收等途径进入动物体，通过食物链而得到浓缩富集，最后进入人体。

污染物被吸收后，可在动物体内发生转化与排泄作用。

有机污染物质进入动物体后，除很少一部分水溶性强，分子量小的毒物可以原形排出外，绝大部分都要经过某种酶的代谢（或转化），从而改变其毒性，增强其水溶性而易于排泄。

无机污染物质，进入动物体后，一部分参加生化代谢过程，转化为化学形态和结构不同的化合物，也有一部分直接于细胞各部分。

各种污染物质经转化后，其排泄途径主要通过肾脏，消化道和呼吸道，也有少量随汗液，乳汁等分泌液排出。

生物浓缩作用1、定义：

生物机体从周围环境中蓄积某种元素或（难分解化合物）使生物体内该物质浓度超过环境中浓度的现象。

2、形成：

摄入量大于排除分解消除

污染物在动物体内的分布大体存在以下五个规律：

（1）能溶解于体液的物质，如钾、钠、锂、氟、氯、溴等离子，在体内分布比较均匀。

（2）镧、锑、钍等三价和四价阳离子主要蓄积于肝和其他网状内皮系统。

（3）与骨骼亲和形较强的物质，如铅，钙等二价阳离子在骨骼中含量较高

（4）对某一器官具有特殊亲和性的物质，则在该种器官中蓄积较多

（5）脂溶性物质，如有机氯化合物（六六六，DDT等）易蓄积于动物体内的脂肪中。

6.3.2生物样品的采集和制备

6.3.2.1生物样品采集

植物样品的采集

（1）采集的植物样品要具有代表性、典型性、适时性。

（2）布点方法常采用梅花形五点取样法或交叉间隔取样法。

（3）采样方法①采样前应预先准备好采样工具。

②根据实际情况确定样品采样量。

③选择优势种植物在采样区内按梅花形五点或交叉间隔取样方式采集5－10处的植株混合组成一个代表样品。

④将采好的样品装入布口袋或聚乙烯塑料袋中，贴好标签，并填写采样登记表。

动物样品的采集

（1）尿的采集定性检测尿液成分时应采集晨尿。

定量检测尿液成分时一般采集24h总排尿量。

（2）血液的采集一般用注射器抽取10mL血样冷藏备用。

常用于分析血液中所含金属毒物及非金属毒物。

（3）毛发和指甲的采集采集和保存较为方便，主要用于汞、砷等含量的测定。

（4）组织和脏器采集

6.3.2.2生物样品的制备

对于液体状态的动物样品常无需制备，对动物组织和脏器主要是采用捣碎的方法制成浆状鲜样备用，而对植物样常根据不同情况，利用不同方式进行样品制备。

植物样品的制备

（一）平均样的获得四分法、切成块的1/4－1/8混合

（二）分析试样的制备1、鲜样2、风干样：

60－70摄氏度低温真空干燥箱中烘干（匀浆、小片）3、水分含量测定（100－105摄氏度烘干/真空干燥/低温烘干）

6.3.3生物样品的预处理

常用的预处理方法有湿法消解法、灰化法、提取、分离和浓缩法等。

6.3.3.1湿化消解法利用强酸等与生物样品共同煮沸，将样品中有机物分解成二氧化碳和水除去。

常用的消解试剂体系有浓硝酸－高氯酸、浓硝酸－浓硫酸、浓硫酸－过氧化氢等。

6.3.3.2灰化法利用坩埚或氧燃烧瓶，使样品在高温条件下分解，并用适当的溶液溶解或吸收分解产物，制成分析试液。

6.3.3.3提取法整个过程包括提取、分离、浓缩三个步骤。

（1）提取应根据样品的特点、待测组分的性质、存在形态和数量、以及分析方法等因素选择，常用方法有：

振荡提取法；组织捣碎提取法；脂肪提取器提取；直接球磨提取法

（2）分离用提取剂从生物样品中提取欲测组分的同时，不可避免的会将其他相关组分提取出来，因此，在测定之前，还必须将上述杂质分离出去。

常用的分离方法有：

液－液萃取法、层析法、磺化法、低温冷冻法、吹蒸法、液上空间法等。

（3）浓缩当生物样品的提取液经过分离净化后，其中的污染物浓度往往仍达不到分析方法的要求，需要进行浓缩和富集，常用方法有：

蒸馏或减压蒸馏法、K-D浓缩器浓缩法、蒸发法、真空冷冻干燥法等。

6.3.5污染物的测定

光谱分析法

可见－紫外分光光度法可用于测定多种农药以及某些重金属和非金属化合物等。

红外分光光度法可鉴别有机污染物结构，并对其进行定量测定。

原子吸收分光光度法适用于镉、汞、锌、铅等有害金属元素的定量测定，具有速度快、选择性好、操作简单等优点。

发射光谱法适用于多种金属元素进行定性和定量分析。

“X”射线荧光光谱分析适用于生物样品中多元素的分析，特别是硫、磷等轻元素很容易测定。

色谱分析法

薄层层析法薄层层析法是应用层析板对有机物进行分离、显色和检测的简便方法，可对多种农药进行定性和半定量分析。

如果与薄层扫描仪联用或洗脱后进一步分析，则可进行定量测定。

气相色谱法此法广泛用于粮食等生物样品中烃类、酚类、苯和硝基苯、胺类、多氯联苯及有机磷、有机氯农药等有机污染物的测定。

此法操作简单，分析速度快、灵敏度高。

高压液色谱法此法特别适用于分子量大于300，热稳定性差和离子型化合物的分析。

应用于粮食、蔬菜等样品中的多还芳烃、酚类、异青酸酯类等农药的测定，效果良好。

6.4生态监测

生态监测就是运用可比的方法，在时间或空间对一定区域范围内的生态系统或生态组合体的类型、结构和功能及其组成要素进行系统的测定和观察的过程。

生态监测不同于环境监测。

生态监测是指预先制定的计划和用可比的方法，在一个区域范围内对各生态系统变化情况以及每个生态系统内一个或多个环境要素或指标进行连续观测的过程。

生态监测是一个动态的连续观察、测试的过程，少则一个或几个生态变化周期，多则几十个、几百个生态变化周期。

在时空上少则几年，多则几十年或更长一段时间。

6.4.1生态监测的类型及内容（参见多媒体課件）

6.4.2生态监测方案（参见多媒体課件）

6.4.3生态监测方法（参见多媒体課件）

6.4.3测定实例（参见多媒体課件）

自习。

Chaptre7噪声污染监测

教学目的

①声音和噪声；

②声音的物理特性和量度；

③噪声的物理量和主观听觉的关系；

④噪声测量仪器；

⑤噪声标准；

⑥噪声监测；

教学重点

①声音的物理特性和量度；

②噪声的物理量和主观听觉的关系；

③噪声标准；

④噪声监测；

教学方法

课内安排4个学时，实验教学4个学时。

   必读教材和参考书页码

教材：

330-340；342-359；多媒体课件：

讲授提纲

声音的物理特性和量度、噪声的物理量和主观听觉的关系、噪声标准，城市环境噪声、工业企业噪声监测方案、监测方法；

   在工业生产过程中，噪声污染和水污染、空气污染、固体废物污染等一样是当代主要的环境污染之一。

但噪声与后者不同，它是物理污染（或称能量污染）。

一般情况下它并不致命，且与声源同时产生同时消失，噪声源分布很广，较难集中处理。

由于噪声渗透到人们生产和生活的各个领域，且能够直接感觉到它的干扰，不象物质污染那样只有产生后果才受到注意，所以噪声往往是受到抱怨和控告最多的环境污染。

7．1声音和噪声

   7.1.1．声音和噪声的概念声音的本质是波动。

声音是物体的震动以波的形式在弹性介质中进行传播的一种物理现象。

频率在20——20000Hz范围。

广义上来讲，人们生活和工作所不需要的声音叫噪声，从物理现象判断，一切无规律的或随机的声信号叫噪声；有序声：

乐声；                无序声：

噪声。

   *声音的传媒介质有空气、水和固体；它们分别称为空气声、水声和固体声等。

噪声监测主要讨论空气声。

   7.1.2．噪声污染的特点

      感觉污染； 物理污染；有限污染；噪声是一种感觉污染；不带来化学污染物质，只是由于声能——人耳朵——危害；噪声的分布广泛而分散，噪声污染的影响范围是有限的，传播不远；能量衰减；噪声产生的污染没有后效作用，声源停止，噪声消失，无积累现象，不留痕迹。

转为空气分子无规则运动热能。

   7.1.3．噪声来源

      环境噪声的来源有四种：

一是交通噪声，包括汽车、火车和飞机等所产生的噪声；二是工厂噪声，如鼓风机、汽轮机，织布机和冲床等所产生的噪声；三是建筑施工噪声，象打桩机、挖土机和混凝土搅拌机等发出的声音；四是社会生活噪声，例如，高音喇叭，收录机等发出的过强声音。

   7.1.4．噪声危害

干扰人们的睡眠和工作，强噪声会使人听力损失。

这种损失是累计性的，在强噪声下工作一天，只要噪声不是过强（120分贝以上），事后只产生暂时性的听力损失，经过休息可以恢复；但如果长期在强噪声下工作，每天虽可以恢复，经过一段时间后，就会产生永久性的听力损失，过强的噪声还能杀伤人体。

①损伤听力，造成噪声性耳聋。

90分贝下20％聋，85分贝下10％耳聋

②干扰睡眠，影响工作效率。

噪声会影响人的睡眠质量和数量。

连续噪声可以加快熟睡到轻睡的回转，使人熟睡时间缩短；突然的噪声可使人惊醒。

一般40dB连续噪声可使10%的人受影响，70dB连续噪声可使50%的人受影响突然的噪声40dB时，使10%的人惊醒；60dB时，使70%的人惊醒

③干扰语言通讯

④影响人的心理变化

⑤诱发多种疾病噪声→紧张→肾上腺素↑→心率↑,血压↑;噪声→耳腔前庭→眩晕、恶心、呕吐（晕船）；噪声→神经系统→失眠，疲劳，头晕、疼，记忆力下降。

7．2. 声音的物理特性和量度

   7．2. 1．声音的发生、频率、波长和声速       

   当物体在空气中振动，使周围空气发生疏、密交替变化并向外传递，且这种振动频率在20— 20000Hz之间，人耳可以感觉，称为可听声，简称声音。

频率低于20Hz的叫次声，高于20000Hz的叫超声，它们作用到人的听觉器官时不引起声音的感觉，所以不能听到。

   声源在一秒钟内振动的次数叫频率，记作f0。

单位为Hz。

   振动一次所经历的时间叫周期，记作T，单位为s。

显然，频率和周期互为倒数，即T=1/f0

   沿声波传播方向，振动一个周期所传播的距离，或在波形上相位相同的相邻两点间的距离作波长，记为λ，单位为m。

   一秒时间内声波传播的距离叫声波速度，简称声速，记作c，单位为m／s。

频率、波长和声速三者的关系是：

        c=fλ

   声速与传播声音的媒质和温度有关。

在空气中，声速（c）和温度（t）的关系可简写为：

        c= 331．4+0.607t

常温下，声速约为345m／s。

   7．2. 2．声功率、声强和声压

（一）声功率（W）声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。

在噪声监测中，声功率是指声源总声功率。

单位为W。

（二）声强（P）声强是指单位时间内，声波通过垂直于声波传播方向单位面积的声能量。

单位为W／s2。

   （三）声压（P）声压是由于声波的存在而引起的压力增值。

声波是空气分子有指向、有节律的运动。

声压单位为Pa。

声波在空气中传播时形成压缩和稀疏交替变化，所以压力增值是正负交替的。

通常讲的声压是取均方根值，叫有效声压，故实际上总是正值，对于球面波和平面波，声压与声强的关系是:

I＝P2/ρ*c

式中；ρ——空气密度，如以标准大气压与20c时的空气密度和声速代入，得到ρ*c=408国际单位值，也叫瑞利。

称为空气对声波的特性阻抗。

   7．2. 3．分贝、声功率级、声强级和声压级

（一） 分贝人们日常生活中遇到的声音，若以声压值表示，由于变化范围非常大，可以达六个数量级以上，同时由于人体听觉对声信号强弱刺激反应不是线性的，而是成对数比例关系。

所以采用分贝来表达声学量值。

   所谓分贝是指两个相同的物理量（例且A1和Ao）之比取以10为底的对数并乘以10（或20）。

        N=10lgA1/A0

分贝符号为"dB”，它是无量纲的。

在噪声测量中是很重要的参量。

式中上A。

是基准量（或参考量），且是被量度量。

被量度量和基准量之比取对数，这对数值称为被量度量的“级”。

亦即用对数标度时，所得