土壤环境调查、监测与评估的方法.pdf

1、土壤环境调查评估与检测方法及案例 环境保护部环境规划院 2015.12 目 录 一、土壤资源环境、污染形势及对策 二、常规的土壤环境调查、检测方法 三、新型土壤、地下水环境调查检测手段 四、典型场地、农田、区域、流域土壤环境污染调查与检测案例 前前 言言 土壤是地球陆地表面疏松体的表层，是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。土壤重金属污染是指比重大于5的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重，几乎威胁着每个国家。目前，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu 340万吨，Pb 500万吨，Mn 1

2、500万吨，Ni 100万吨。土壤环境是一个开放系统，大量人类活动产生的污染物通过多途径进入土壤环境。当前我国土壤环境污染日趋严重，已对粮食及食物安全、饮水安全、区域生态安全、人居环境健康、全球气候变化、以及社会经济可持续发展构成了严重威胁。在今后相当长一段时间内，土壤环境安全将面临更加严峻的挑战。加强土壤环境监测与防治，健全我国土壤环境质量综合监管体系，是维护土壤资源永续利用，保障生态安全，保护国民健康和实现可持续发展的重大战略需求。土壤的基本物质组成土壤的基本物质组成 土土 壤壤 固体土壤（约固体土壤（约占土壤总容积占土壤总容积的的50%）粒间孔隙（约粒间孔隙（约占土壤总容积占土壤总容积的

3、的50%）土壤生物体土壤生物体土壤动物和土壤微生物等。土壤动物和土壤微生物等。矿物质矿物质来自岩石的风化，包括原生矿来自岩石的风化，包括原生矿 物和次生矿物，约占固体重量的物和次生矿物，约占固体重量的95%95%以以上。上。有机质有机质动物残体及其转化产物，约动物残体及其转化产物，约占固体重量的占固体重量的5%以下。以下。土壤空气土壤空气一部分由地上大气层进入，主一部分由地上大气层进入，主要为要为O2、N2 等，另一部分由土壤内部等，另一部分由土壤内部产生，主要为产生，主要为CO2、水汽等。、水汽等。土壤水分土壤水分主要由地上进入土中，其中含主要由地上进入土中，其中含有溶质，包括离子、分子、胶

4、体颗粒等，有溶质，包括离子、分子、胶体颗粒等，实际上是浓度不同的溶液（土壤溶液）。实际上是浓度不同的溶液（土壤溶液）。土壤是四（或五）种物质组成的三相多孔体土壤是四（或五）种物质组成的三相多孔体 土壤中的生物化学反应与物质交换 土壤的八大功能 1、土壤的生产功能；2、土壤的环境功能；3、土壤是生物基因库和种质资源库；4、土壤是生物多样性的根基；5、土壤是全球碳循环中重要的碳库；6、土壤具有保存自然文化遗产的功能；7、土壤是景观旅游资源；8、土壤的材料和功能支撑。土纲土纲:1414 亚纲亚纲:39:39 土类土类:138:138 亚类亚类:588:588 土壤类型多样性，污染场地变异性，土壤类型

5、多样性，污染场地变异性，污染类型复杂性，区域发展不均性污染类型复杂性，区域发展不均性 耕地土壤污染形势严峻，严重威胁到国家耕地土壤污染形势严峻，严重威胁到国家“米米袋子袋子”和和“菜篮子菜篮子”民生工程，迫切需要修复受民生工程，迫切需要修复受污染的耕地。污染的耕地。耕地土壤污染占耕地土壤污染占10%以上，约有以上，约有1.8亿亩的耕地受到亿亩的耕地受到不同程度的重金属、农药和持久性有机污染物的污不同程度的重金属、农药和持久性有机污染物的污染，耕地丧失生产力，巨量的粮食及蔬菜超标。染，耕地丧失生产力，巨量的粮食及蔬菜超标。我国土壤污染现状我国土壤污染现状 土壤土壤重金属污染来源重金属污染来源 土

6、壤中重金属的浓度受土壤中重金属的浓度受自然成土条件自然成土条件和和人为活动人为活动的双重影响。通常条件下，自的双重影响。通常条件下，自然土壤中重金属的浓度较低，但近数十年然土壤中重金属的浓度较低，但近数十年来，人为活动大大加剧了土壤中重金属的来，人为活动大大加剧了土壤中重金属的积累。积累。污染污染 土壤土壤 农用物资农用物资的不合理的不合理使用使用 固体废固体废弃物弃物 污水灌溉污水灌溉 土壤中重金属污染物的人为来源土壤中重金属污染物的人为来源 大气干湿沉降大气干湿沉降 （粉尘、降水）（粉尘、降水）土壤中重金属主要来源于以下几个方面：土壤中重金属主要来源于以下几个方面：金属矿区开采金属矿区开采

7、的严重环境问题：的严重环境问题：硫硫(酸化酸化)金属矿山以硫化物赋存于矿物中的比例很大，约相当于各类矿物种类总量的3/4。矿物中所含硫化物易被空气中的氧所氧化，遇降雨或水，形成强烈的酸性水，挟带大量的重金属离子进入农田，对农田造成了极大的污染。酸性废水酸性废水 金属矿区开采的严重环境问题金属矿区开采的严重环境问题：锌锌镉铜污染镉铜污染 湖南郴州、广西河池等地铅锌矿周边农田Pb、Zn、Cu和Cd的含量是背景值的几倍甚至数百倍；浙江有万亩连片农田受镉、铅等多种重金属复合污染，致使10土壤基本丧失生产力；广东省茂名市茂南区因污灌使3300公顷耕地全部污染，其中91%属重度污染，镉、铅污染突出。在19

8、82-1997年15年间灌区土壤中重金属镉和铅累积分别增加324%和141%，灌区糙米中镉和铅超出粮食卫生标准比例高达91%，每年有近4万吨稻谷不能食用。德兴铜矿污染农田德兴铜矿污染农田 废气排放废气排放 废水排放废水排放 浙江某地小型铜冶炼过程及其污染浙江某地小型铜冶炼过程及其污染 研磨研磨 浮选浮选 含铜原料含铜原料 铜矿粉铜矿粉 铜球制作铜球制作 铜冶炼铜冶炼 城郊农田重金属污染形势更加严峻：城郊农田重金属污染形势更加严峻：矿业及工业固体废物的污染矿业及工业固体废物的污染 大连 丹东 本溪 抚顺 铁岭 辽阳 鞍山 营口 盘锦 锦州 朝阳 葫芦岛 12 13 01 02 03 04 07

9、11 06 08 14 15 16 10 05 煤炭 冶金 有色 油气 非金属 黄金 化工 沈阳 阜新 沈阳冶炼厂铬渣堆放量达25万吨，经降水淋滤渗入地下，使地下水中六价铬含量达到87.1mg/L,超饮用水标准1140倍，锦州市由于铬废渣的堆放，使地下水严重污染，1800眼水井由于污染而报废 葫芦岛锌厂附近土壤中镉的含量超过当地背景值的220倍,土壤污染起始值的84倍,土壤环境质量标准的10倍。H1H2H3H4H5H6H701020304050607080北京市 重庆市 行业类别搬迁企业数量/个H1 机械与电子工业 H2 金属与非金属制造业 H3 医药、化纤、橡胶及塑料制品业 H4 石油/石油

10、加工、农药及化学工业 H5 食品加工制造业 H6 采矿与矿物加工业 H7 其他 典型地区搬迁工业企业的行业分布特征分析 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090510152025303540北京市重庆市 搬迁时间/年搬迁企业数量/个典型地区工业企业搬迁的高峰时间分析 有色金属冶炼区 农田污染严重 全国每年因重金属污染而减产粮食全国每年因重金属污染而减产粮食达达10001000多万吨多万吨 湖南郴州重金属污染农田寸草不生湖南郴州重金属污染农田寸草不生 湖南永州因重金属污染，千亩农田荒芜湖南永州因重金属污染，千亩农田荒芜 废水污染区农民仍种植和食用

11、蔬菜废水污染区农民仍种植和食用蔬菜 某镀锌厂废水导致的农田重金属污染 糙米糙米Cd：0.063.73 mg kg-1,超标率超标率79.2%。农业污灌导致的土壤及地下水污染农业污灌导致的土壤及地下水污染 沈阳 阜新 沈抚灌区沈抚灌区 张士灌区张士灌区 宋三灌区宋三灌区 小凌河灌区小凌河灌区 石油类污染严重，石油类污染严重，石油类含量均值在石油类含量均值在500mg/kg以上以上,超超过清灌区过清灌区6倍倍 严重镉污染，土壤中镉严重镉污染，土壤中镉达达5.50-2.79 mg/kg 耕层土壤中镉（耕层土壤中镉（Cd）和汞）和汞（Hg）超标。）超标。城郊菜地、水田重金属超标严重！城郊菜地、水田重金

12、属超标严重！稻田：污灌、化肥、农药？稻田：污灌、化肥、农药？菜地：施用集约化养殖场的粪肥！菜地：施用集约化养殖场的粪肥！0204060801000.10.72Cd含量（mg/kg）深度（cm）全量全量Cd：0.270.91 mg kg-1 中值中值 0.43 mg kg-1 目 录 一、土壤资源环境、污染形势及对策 二、常规的土壤环境调查、检测方法 三、新型土壤、地下水环境调查检测手段 四、典型场地、农田、区域、流域土壤环境污染调查与检测案例 土壤质量与土壤环境质量 土壤质量：土壤环境质量、土壤肥力质量和土壤健康质量的综合度量；土壤环境质量：清洁沾污污染。USEPA，水环境优先控制污染物，12

13、9种；2009，国家污染物环境健康风险名录；区域土壤环境调查方法；农田土壤环境调查方法；场地土壤环境调查方法；土壤污染现场检测方法。土壤环境监测 对土壤中各种无机元素、有机物质及病原微生物的背景含量、外源污染、迁移途径、质量状况等进行监测的过程。土壤环境质量监测；土壤环境背景值监测；环境应急监测；研究性监测；特定项目监测 2.1 土壤环境监测类型 农田农田 建设项目建设项目 城市城市 污染事故污染事故 2.2 采样准备 组织准备 专业采样组：具有野外野外调查调查经验经验&掌握土壤采样技术土壤采样技术规程规程。资料收集 土壤信息资料：监测区域土类、成土母质土类、成土母质等；环境研究资料：工程建设

14、或生产过程对土壤造成的影响；监测区域排污资料：工农业生产及排污、污灌、化肥农药施用生产及排污、污灌、化肥农药施用情况；污染物特性资料：造成土壤污染事故主要污染物的毒性毒性、稳定性稳定性以 及如何消除如何消除等资料；以及土壤土壤历史资料历史资料和相应的法律法规相应的法律法规；监测区域遥感与土壤利用及 其演变过程方面的资料；监测区域气候资料气候资料（温度、降水量和蒸发 量）、水文资料水文资料等。2.2 采样准备 现场调查 现场踏勘现场踏勘，丰富采样工作图的内容。器具准备 工具类工具类：铁锹、铁铲、圆状取土钻、螺旋取土钻、竹片以及适合特殊采样要求的工具；器材类：GPS、罗盘、相机、卷尺、铝盒、样品袋

15、、样品箱等；文具文具类类：样品标签、采样记录表、铅笔、资料夹等；安全安全防护用品防护用品：工作服、工作鞋、安全帽、药品箱等；以及采样车辆采样车辆等。2.2 采样准备 监控项目与频次监控项目与频次 项目类别项目类别 监测项目监测项目 监测频次监测频次 常规常规 项目项目 基本项目 pH、阳离子交换量 每3年一次 农田在夏收或秋收后采样 重点项目 镉、铬、汞、砷、铅、铜、锌、镍、六六六、滴滴涕 特定项目（污染事故）特定项目（污染事故）特征项目 及时采样，根据污染物变化趋势决定监测频次 选选 测测 项项 目目 影响产量项目 全盐量、硼、氟、氮、磷、钾等 每3年监测一次 农田在夏收或秋收后采样 污水灌

16、溉项目 氰化物、六价铬、挥发酚、烷基汞、苯并a芘、有机质、硫化物、石油类等 POPs与高毒类农药 苯、挥发性卤代烃、有机磷农药、PCB、PAH等 其他项目 结合态铝（酸雨区）、硒、钒、氧化稀土总量、钼、铁、锰、镁、钙、钠、铝、硅、放射性比活度等 2.3 布点与样品数容量 布点布点原则原则“随机”原则“等量”原则 使组成总体的个体有同样的机会被选入样品。相互之间进行比较的样品应当有同样的个体组成。2.3 布点与样品数容量 布点方法布点方法 简单随机 分块随机 将监测单元分成网格，每个网格编上号码，决定采样点样品数后，随机抽取规定的样品数的样品，其样本号码对应的网格号，即为采样点。如果监测区域内的土壤有明显几种类型，则可将区域分成几块，每块内污染物均匀，块间的差异较明显，将每块作为一个监测单元，在每个监测单元内再随机布点。系统随机 将监测区域分成面积相等的几部分（网格划分），每网格内布设一采样点。2.3 布点与样品数容量 基础样品数量基础样品数量（样品数的下限（样品数的下限数值数值）由均方差和绝对偏差计算样品数：N=222 式中：N为样品数为样品数；t为选定置信水平为选定置信水平（土壤环境