土壤生物体和固体废物监测概要.docx
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土壤生物体和固体废物监测概要
第4章土壤、生物体和固体废物监测
4.1土壤污染监测
污染物进入土壤后造成的危害可以分为两种情况：
一是直接危害农作物生长，造成减产；二是被农作物吸收积累，通过食物链影响整个生态系统，或者污染物由土壤转入水体或大气，使土壤成为二次污染源。
所以，土壤污染监测是非常必要且重要的。
我们可以利用监测数据判断污染现状，预估污染发展进程和趋势，并加以防治。
4.1.1土壤污染
4.1.1.1土壤污染的含义
污染物进入土壤，并在其中不断积累，引起土壤组成、结构和功能的改变，从而影响植物的生长与发育，以致在植物体内积累，使作物产量、质量下降，最终影响人体健康时就称土壤受到污染。
或者说环境污染物过量地输入土壤，使土壤的正常功能受到影响，土壤中所生长的植物和微生物受到危害，并使植物体中的污染物含量超过食品卫生标准时，就称土壤污染。
4.1.1.2污染物与污染源
1．污染物
土壤中的污染物种类是多种多样的，它们由于人为原因或者自然原因进入土壤。
这些污染物包括重金属如镉、汞、铅、砷等，非金属包括氰化物、氟化物以及过量的营养元素等，有机污染物如酚、农药等以及病原微生物等。
2．污染源
土壤污染源主要有以下几个方面：
①水主要指灌溉水、降水。
酸性降水、污水灌溉都可能造成土壤污染。
②气大气中的一些污染物质随颗粒物沉降或随降水进入土壤，如铅、氟等。
③农业污染源包括化肥、农药等。
农药、化肥本身以及其中含有的有毒副成分，进入土壤后分解、转化而成的一些物质都可能对土壤造成污染。
④固体废弃物等生活垃圾、工业固体废物等堆积在土壤上，其中的病原微生物、有机和无机污染物会因雨水冲淋浸泡等进入土壤。
另外，一些天然污染源也可能引起土壤污染。
在自然界中某些元素的富集地带或矿床周围这些元素的含量往往超出一般土壤的含量范围，火山喷发、地震等自然灾害也会造成土壤污染。
4.1.1.3土壤污染的评价方法
1.土壤植物系统法
植物从土壤中吸收污染物后，其可食部分污染物含量刚好达到食品卫生标准，或产量因污染而减少10％时的土壤污染物浓度作为土壤污染临界值。
这种方法虽比较合理，但指标难以统一，且费时费力。
植物种类、植物生长周期、土壤类型以及环境气候因子等都会使此污染临界值不同变化。
2.化学法（环境标准法）
此法是将土壤中元素或污染物的某一金属浓度或有效态浓度（在此浓度的某植物中毒）作为土壤污染临界值来判断土壤是否受到了污染。
大量的研究表明，同一作物生长在不同土壤，表现中毒症状时的毒质成分，以全量算时，因土而异的差别悬殊很大。
以有效浓度计时，数值标准相近。
这说明土壤有效成分与植物反应有一致性，所以用有效浓度作为临界值更合适。
我国的土壤环境质量标准如图4-1所示，其中污染物含量为全量。
表4-1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
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
注：
①重金属（铬主要是三价）和砷均按元素量计，适用于阳离子交换量>5cmol（+）/kg的土壤，若≤5cmol（+）/kg，其标准值为表内数值的半数。
②六六六为四种异构体总量，滴滴涕为四种衍生物总量。
③水旱轮作地的土壤环境质量标准，砷采用水田值，铬采用旱地值。
3、背景值及标准偏差法
用区域土壤环境背景值（x）95%置信度的范围（x±2s）来评价：
若土壤某元素监测值xI＜x－2s，则该元素缺乏或属于低背景土壤；
若土壤某元素监测值在x±2s，则该元素含量正常；
若土壤某元素监测值xI＞x＋2s，则土壤已受该元素污染，或属于高背景土壤。
本方法是建立在环境背景值的统计基础上的，能反映出环境变异的数量特征，但不能反映出生物适应能力因环境和自身长势而变异的影响。
4、土壤污染指数法
土壤环境质量评价一般以单项污染指数为基础，指数小污染轻，指数大污染则重。
当区域内土壤环境质量作为一个整体与外区域进行比较或与历史资料进行比较时除用单项污染指数外，还常用综合污染指数。
由于地区背景差异较大，用土壤污染累积指数更能反映土壤的人为污染程度。
土壤污染物分担率可评价确定土壤的主要污染项目，污染物分担率由大到小排序，污染物主次也同此序。
除此之外，土壤污染超标倍数、样本超标率等统计量也能反映土壤的环境状况。
污染指数和超标率等定义：
（1）土壤单项污染指数
土壤单项污染指数=土壤污染物实测值/土壤污染物质量标准
（2）土壤污染累积指数
土壤污染累积指数=土壤污染物实测值/污染物背景值
（3）土壤污染物分担率（%）
土壤污染物分担率（%）=（土壤某项污染指数/各项污染指数之和）×100%
（4）土壤污染超标倍数
土壤污染超标倍数=（土壤某污染物实测值－某污染物质量标准）/某污染物质量标准
（5）土壤污染样本超标率（%）
土壤污染样本超标率（%）=（土壤样本超标总数/监测样本总数）×100%
（6）综合污染指数（CPI）
综合污染指数（CPI）包含了土壤元素背景值、土壤元素标准（附录B）尺度因素和价态效应综合影响。
其表达式：
式中CPI为综合污染指数，X、Y分别为测量值超过标准值和背景值的数目，RPE为相对污染当量，DDMB为元素测定浓度偏离背景值的程度，DDSB为土壤标准偏离背景值的程度，Z为用作标准元素的数目。
主要有下列计算过程：
a.计算相对污染当量（RPE）
式中N是测定元素的数目，Ci是测定元素i的浓度，Cis是测定元素i的土壤标准值，n为测定元素i的氧化数。
对于变价元素，应考虑价态与毒性的关系，在不同价态共存并同时用于评价时，应在计算中注意高低毒性价态的相互转换，以体现由价态不同所构成的风险差异性。
b.计算元素测定浓度偏离背景值的程度（DDMB）
式中CiB是元素i的背景值，其余符号同上。
c.计算土壤标准偏离背景值的程度（DDSB）
式中，Z为用于评价元素的个数，其余符号的意义同上。
d.综合污染指数计算（CPI）
e.评价
用CPI评价土壤环境质量指标体系见表4—2。
表4-2综合污染指数（CPI）评价表
X
Y
CPI
评价
0
0
0
背景状态
0
≥1
0＜CPI＜1
未污染状态，数值大小表示偏离背景值相对程度
≥1
≥1
≥1
污染状态，数值越大表示污染程度相对越严重
f.污染表征
式中，X是超过土壤标准的元素数目，a、b、c等是超标污染元素的名称，N是测定元素的数目，CPI为综合污染指数。
（7）内梅罗（ Nemoro）污染指数
由于污染综合指数计算相对有些烦琐，在实际工作中经常使用内梅罗（ Nemoro）污染指数。
内梅罗污染指数（PN）=｛［（PI均2）+（PI最大2］/2｝1/2
式中PI均和PI最大分别是平均单项污染指数和最大单项污染指数。
内梅罗指数反映了各污染物对土壤的作用，同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，可按内梅罗污染指数，划定污染等级。
内梅罗指数土壤污染评价标准见表4-3。
表4-3土壤内梅罗污染指数评价标准
等级
内梅罗污染指数
污染等级
Ⅰ
PN≤0.7
清洁（安全）
Ⅱ
0.7＜PN≤1.0
尚清洁（警戒限）
Ⅲ
1.0＜PN≤2.0
轻度污染
Ⅳ
2.0＜PN≤3.0
中度污染
Ⅳ
PN＞3.0
重污染
4.1.2土壤样品的采集与制备
4.1.2.1调查
为了使所采集的样品具有代表性，使监测结果能表征土壤污染的实际情况，监测前首先应进行污染源、污染物的传播途径、作物生长情况、自然条件等调查研究，搞清污染土壤的范围、面积，为采样点的合理布局打基础。
4.1.2.2样品的采集
样品的采集一要保证样品具有代表性。
由于土壤具有不均一特性，所以采样时很易产生误差，通常我们取若干点，组成多点混合样品，混合样品组成的点越多，其代表性越强。
另外因土壤污染具有时空特性，注意采样时间、采样区域范围、采样深度等。
1.布点方法
（1）当污染源为大气点污染源时，可参照大气污染监测中有关布点内容。
如：
当主导风向明显时采用扇形布点法，以点源在地面射影为圆点向下风向画扇形，射线与弧交点作为采样点。
如果主导风向不明显，则用同心圆布点法。
以排放源在地面射影为圆心做同心圆，射线与弧交点作为采样点。
（2）当污染源为面源污染（非点源污染）时，一般采用网格布点法。
①对角线布点法[图4-1（a）]：
该法适用于面积小、地势平坦的受污水灌溉的田块。
布点方法是由田块进水口向对角线引一斜线，将此对角线三等分，每等分中央点作为采样点。
但由于地形等其它情况，也可适当增加采样点。
②梅花形布点法[图4-1（b）]：
该法适用于面积较小、地势平坦、土壤较均匀的田块，中心点设在两对角线相交处，一般设5～10个采样点。
③棋盘式布点法[图4-1（c）]：
适宜于中等面积、地势平坦、地形开阔、但土壤较不均匀的田块，一般设10个以上采样点。
此法也适用于受固体废物污染的土壤，因为固体废物分布不均匀，应设20个以上采样点。
④蛇形布点法[图4-1（d）]：
这种布点方法适用于面积较大、地势不很平坦、土壤不够均匀的田块。
布设采样点数目较多。
图4-1土壤采样布点法
2.采样深度
采样深度依监测目的确定，如果只是一般了解土壤的污染状况，只需采集表层土0－20cm即可。
但如果需要了解土壤污染深度，或者想研究污染物在土壤中的垂直分布与淋失迁移情况，则需分层采样。
如0－20cm,20-40cm,40-60cm分层取样。
分层采样可以采用土钻，也可挖剖面采样。
采样时应由下层向上层逐层采集。
首先挖一个1m×1.5m左右的长方形土坑，深度达潜水区（约2m左右）或视情况而定。
然后根据土壤剖面的颜色、结构、质地等情况划分土层。
在各层内分别用小铲切取一片片土壤，根据监测目的，可取分层试样或混合体。
用于重金属项目分析的样品，需将接触金属采样器的土壤弃去。
3.采样时间
为了了解土壤污染状况，可随时采集样品进行测定。
但有些时候则需根据监测目的与实际情况而定。
（1）若污染源为大气，则污染情况易受空气湿度、降水等影响，其危害有显著的季节性，所以应考虑季节采样。
（2）如果污染源为施肥、农药，则应与施肥与洒药前后选择适当的时间采样。
（3）如果污染源为灌溉，则应在灌溉前后采样。
4.采样量
一般1－2kg即可，对多点采集的混合样品，可反复按四分法弃取，最后装入塑料袋或布袋内带回实验室。
5.采样工具
（1）土钻适合于多点混合样的采集。
（2）小土铲挖坑取样。
（3）取样筒（金属或塑料制作）。
6.注意事项
（1）采样点不能设在田边、沟边、路边或堆肥边。
（2）金属不能用金属器皿，一般用塑料、木竹器皿。
（3）如果挖剖面分层采样，从下而上采集。
（4）采样记录标签用铅笔注明样
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