土地质量地球化学评价规范

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土地质量地球化学评价规范中国地质大学(北京)2017年3月 广义意义上的“土地”是指陆地系统中的土壤、生物、水、大气和岩石等要素构成的地球表面的某一地段，包括土壤、母岩、植被、地貌、水文及近地大气等多种因素的自然综合体，其中土壤及其地下水是其物质核心部分。土地的狭义定义，一般只指土壤和地下水两部分。土地是农业、林业和牧业最基本的生产资料，也是人们生产和生活的基本场所。 光照、温度、降雨量等气候因素，坡度、地形、植被覆盖率等地理因素，土壤质地、渗透率等物理因素，土壤养分元素、土壤有害元素、pH、SOC等化学因素。土地用途不同质量内涵不同农用地能够生产出高产优质安全的农产品，且经济和人工投入少的土地就是等级高的土地，相反就是等级低的土地。 依据影响土地质量的营养有益元素、有毒有害元素及化合物、有机污染物、理化性质等地球化学指标，及其对土地基本功能的影响程度而进行的土地质量地球化学等级评定。土地质量地球化学评价指标以影响土地质量的土壤养分指标、土壤环境指标为主，以大气沉降物环境质量、灌溉水环境质量为辅，综合考虑与土地利用有关的各种因素，以实现土地质量的地球化学评价。土地质量地球化学评价思路 评价比例尺即评价级次1:250000-区域评价在全国和省(直辖市和自治区)级范围内进行，主要任务是全面掌握评价区土地质量地球化学宏观状况，为各省(直辖市、自治区)主体功能区划分、土地资源规划、经济社会可持续发展政策制定等提供依据。1:50000-普查评价在市县范围内进行，主要任务是查明评价区优势土地资源和重要的生态地球化学问题，为土地利用规划、农业经济区划、种植结构调整及生态环境治理等提供依据。1:10000/1:2000-详查评价在乡镇与村组范围内进行，主要任务是评价土地资源利用潜力，提高土地利用价值，为土地合理利用、基本农田划分及名特优农产品种植、土壤配方施肥、污染土壤治理等提供依据。 评价单元-土地质量地球化学等级划分的最小单元。1:250000网格图斑：同调查网格km2、4km21:50000、1:10000～1:2000土地质量地球化学评价单元同土地利用现状单元。根据评价工作实际需求，在土地利用现状单元基础上，可叠加地形地貌、地质背景、土壤类型等不同图层产生新的评价单元；大比例尺的土地质量地球化学评价可按照评价区实际地块分布情况确定评价单元。 1:5万土地质量地球化学评价工作顺序 工作性质比例尺采样密度范围基本采样密度测量网m采样点数/km2国家与流域1:2500000.25~211000×100011000×5002区域1:500004~169500×5004500×2508500×20010250×25016地区1:1000020~6432200×250201:5000125×200401:2000125×12564土地质量地球化学评价采样密度范围与测网布设在平原、盆地、三角洲等地区，可放稀至相应比例尺的最低采样密度；地形地貌复杂、土地利用方式多样、人为污染强烈、元素及污染物含量空间变异性大的地区应加密至最高采样密度；进行大比例尺土地质量地球化学评价工作时，可根据实际评价工作需求加密样点，直至按照地块进行土壤样品采样点布设。 1:50000以上比例尺的土壤样品应将样点布设在土地利用现状图斑上。在丘陵山区，坡度在15°~25°的林地，样点布设密度为2点/km2~4点/km2，坡度大于25°的林地，样点可放稀至1点/km2~1点/4km2。 样点应分布在网格内主要土壤类型和主要土地利用方式的代表性地块内，同时兼顾空间分布的均匀性；1在蔬菜地布设样点，还要考虑设施类型、蔬菜种类、种植年限等因素。通常情况下，蔬菜地图上最小面积为0.25cm2；不同级次的土地质量地球化学评价样品应布置在相应工作比例尺的工作底图上。23底图可以是相应比例尺的地形图，也可以是经过坐标校准的遥感影像图或土地利用现状图。4 网格化布置根据图斑进行调整原则：大图斑优先；耕地图斑优先12 1:25000010~15/万km21:5000050~200/万km21:10000~1:20001~10/10km2大气干沉降物大气干湿沉降物样品应布设在评价区主要农作物种植地块内或相近地区。样点布设时一般应避开道路扬尘、餐饮和工矿企业废气排放等明显影响地区；必要时单独布设样点对污染源附近进行控制；在城镇近郊区大气污染严重或空气质量较差地区，大气干湿沉降物样点可适当加密；在城镇远郊区大气污染不严重或空气流通性好的地区，大气干湿沉降物样点可适当放稀。 1:500001/16km21:100001/4km21:20001/km2灌溉水评价区已有的灌溉水质数据若能够满足评价工作需要，应以收集资料为主，可不进行样品采集与分析工作；如收集的灌溉水数据不能满足评价工作需求，应系统采集灌溉水样品，并能代表评价区农田灌溉水源和灌溉面积的80%；在优势作物或经济作物种植区、工矿企业密集分布区或污水灌溉地区，适当加密。样品布置时，采样位置需考虑以下情况：在评价区范围内，应根据灌溉水天然或人工水源分布情况，考虑每个样点控制的灌溉范围，可选择在评价区内水系入口或渠首、渠中和灌溉口处布设样点；地表灌溉水网发达地区，灌溉水可均匀布点；地下水灌溉地区，灌溉水样品按照井水点分布情况布置。 农作物采集密度自行确定。原则上采集耕种面积大于80%的农作物可食部分，如南方水稻、小麦和油菜等，北方小麦、玉米、谷子等，每种农作物采集数量需大于30件；评价区特色农产品、蔬菜、经济作物、道地中药材等样品可适当布设，每种农产品数量需大于15件；针对土壤有益元素、有害元素及有机污染物分布及理化参数变化范围，选择具有代表性与典型性异常区部署农作物采样点位，对明显污染源分布区应适当加密布设样点；土壤中污染物无明显大面积分布地区，也可按照一定网度，选择主要农产区均匀布设农产品采样点：按照一定网度部署：1)1:250000：1~4点/100km2；2)1:50000：1点/4~16km2；3)1:10000：1点/1~4km2；4)1:2000：可根据前期调查评价情况，适当布设样点。 土壤样品采集采样时间：土壤样品采集一般要求在上茬作物成熟或收获以后，下茬作物尚未施用底肥和种植以前。同时也应避开雨季，以防速效氮的淋洗。一个区域的土壤养分有效态分析样品的采集，应在1~2周之内完成，以便进行对比。用于土壤重金属分析的样品，可使用竹铲、竹片直接采取样品。用铁锹挖采样坑时，先挖好坑后，用竹片去除与金属采样器接触的土壤，再采集样品。每个样品采集完后，应清除干净采样工具上的泥土，再用于下个样品采集。在布设的采样点上，以GPS定位点为中心，向四周辐射50米～100米确定分样点，等份组合成一个混合样。采样地块为长方形时，采用“S”形布设分样点；采样地块近似正方形时，采用“X”形或棋盘形布设分样点。每个分样点的采样部位、深度及重量要求一致。采集蔬菜地土壤混合样品时，一个混合土壤样应在同一具有代表性的蔬菜地或设施类型里采集。大田（4~6个子样）林地（2~3个子样）果园地：0~60cm0~20cm 大气干湿沉降物样品采集事项防冻、放溢、放污、防丢。放置距地面10m～15m处，采样口应距平台1m～1.5m；清洗用10%(V/V)HCl浸泡24h后，再用纯水洗净周期1年、半年或季节。回收干湿沉降定量回收 灌溉水采集于农作物灌溉高峰期采集水样，每瓶水装水90%，留出一定的空间。分析有机污染物的水样，样瓶必须装满；水样采集要求瞬时采样。采集前用采样点处水洗涤样瓶和塞盖2～3次。根据测试指标不同，添加不同的保护剂：原水游离二氧化碳、pH值、CO32-、HCO3-、OH-、Cl-、SO42-、NO2-、COD、NH4+、F、Br、I、总硬度、K、Na、Ca、Mg、Mo、Se、B、Cr6+、固形物、灼烧残渣、灼烧减量酸化水样每1000ml加入10mlHCl(1+1)或HNO3(1+1)，供测定Cu、Pb、Zn、Cd、Mn、Fe、Ni、Co、总Cr、V、W、Sr、Ba、U、Th、可溶性SiO2等使用指加入碱至pH>11的碱化水。碱化水样保存于硬质玻璃瓶中，每1000ml加入2g固体氢氧化钠，供测定酚、氰等使用碱化水样测定Hg元素的水样：预先在盛水样的塑料瓶中加入50ml浓HNO3和10ml5%K2Cr2O7溶液，再注入1000ml水样，摇匀，石蜡密封 农作物样品采集农作物以0.1(15亩为1公顷)hm2~0.2hm2为采样单元，在采样单元内选取5个~20个植株，水稻、小麦类采取稻穗、麦穗，混合成样；果树类以0.1hm2~0.2hm2为采样单元，选取5个~10个果树，每株果树纵向四分，从其中一份的上、中、下、内、外各侧均匀采摘，混合成样；蔬菜类以0.1hm2~0.3hm2为采样单元，选取5个~20个植株，小型植株的叶菜类(白菜、韭菜等)去根整株采集；大型植株的叶菜类可用辐射形切割法采样，即从每株表层叶至心叶切成八小瓣为该植株分样。烟草、茶叶以0.1hm2~0.2hm2为采样单元，在采样单元内随机选取15个~20个植株，每株采集上、中、下多个部位的叶片混合成样，不可单取老叶或新叶作代表样。于农作物收获盛期，在采样点地块内视不同情况采用棋盘法、梅花点法、对角线法、蛇形法等进行多点取样，然后等量混匀组成一个混合样品。每一混合样，大型果实由5个～10个以上的植株组成(即分点样)，小型果实由10个～20个以上的植株组成；农作物样品的采集量一般为待测试样量的3倍～5倍，每分点采集量则随样点的多少而变化。通常情况下，谷物、油料、干果类为300g～1000g(干重样)，水果、蔬菜类为1kg～2kg(鲜重样)，水生植物为300g～1000g(干重样)，烟叶和茶叶等可酌情采集；按照5%的比例同时采集外检样品，外检鲜样需现场同步采集、处理，由采样单位送测。 a)采样时须注意样品的代表性。水果类样品的采集要注意树龄、株型、生长势、座果数量以及果实着生部位和方位；b)农作物采集时间应在无风晴天时采集，雨后不宜采集。采样应避开病虫害和其他特殊的植株。若采集根部样品，在清除根部上的泥土时，不要损伤根毛；c)同时采集植株根、茎、叶和果实样品时，应现场分类包装，同一采样点的同一作物使用统一编号；d)新鲜样品采集后，应立即装入聚乙烯塑料袋，扎紧袋口，以防水分蒸发；e)测定重金属的样品，尽量用不锈钢制品直接采取样品。样品采集后，立即将植株样品按不同部位(根、茎、叶、籽粒)分开，以免养分转移。剪碎的样品太多时，可在混匀后，用四分法缩分至所需的量(要保证干样约100g)。籽粒的样品要在脱粒后，混匀铺平，用方格法和四分法缩分，取得约250g样品。颗粒大的籽实可取500g左右。一般作微量元素分析和肉眼明显看得见或明知受到施肥、喷药污染的样品需要洗涤。样品应在刚采集的新鲜状态冲洗，一般可用湿布擦净表面污染物，然后再用蒸馏水冲洗1次~2次。注意事项 样品处理-土壤测定土壤中二价铁、还原态锰、硝态氮、铵态氮的样品需用新鲜样品。样品采集后直接用玻璃瓶或塑料袋密封后送实验室进行处理分析；如样品采集后不能及时送实验室，需要暂时储存时，可将新鲜样品装入塑料袋，扎紧袋口，放在冰箱冷藏室或进行速冻固定保存。新鲜样品保存条件见下表。新鲜样品测试项目容器材质温度(℃)可保存时间(天)备注金属元素(汞和六价铬除外)聚乙烯、玻璃<4180汞玻璃<428砷聚乙烯、玻璃<4180六价铬聚乙烯、玻璃<41氰化物聚乙烯、玻璃<42挥发性有机物玻璃(棕色)<47采样瓶装满、装实并密封半挥发性有机物玻璃(棕色)<410难挥发性有机物玻璃(棕色)<414 样品晾晒和加工场地应确保无污染；植物残体、石块、新生体和细小已断的植物须根剔除干净。压碎的土样要全部通过2mm的孔径筛。未过筛的土粒必须重新碾压过筛，直至全部样品通过2mm孔径筛为止；过筛后土壤样品应称重后混匀；微量元素分析的土样，各环节均不要接触金属器皿。不同测试指标的粒径要求：a)过2mm孔径筛的土样可供pH、阳离子交换量、盐分和元素交换性及有效养分项目的测定；b)将通过2mm孔径筛的土样用四分法取出一部分继续碾磨，使之全部通过0.25mm孔径筛，供农药、土壤有机质、腐殖质、土壤全氮、碳酸钙和重金属形态等项目测定；c)将通过0.25mm孔径筛的土样继续用玛瑙研钵磨细，使之全部通过0.074mm孔径筛，供土壤矿质成分、元素全量等项目测定；风干样品 样品处理-农作物加工场地与加工用具a)制样工作场地应单独设风干室、加工室。房间向阳(严防阳光直射样品)，通风、整洁、无扬尘、无易挥发化学物质；b)晾干用白色搪瓷盘及木盘；c)脱粒、去壳、切碎用的小型脱粒机、小型脱壳机、不锈钢剪刀、木滚、硬质木搓板、无色聚乙烯薄膜等；d)磨碎干燥后的样品用玛瑙球磨机、玛瑙研钵、白色瓷研钵、石磨、不锈钢磨、旋风磨；切碎新鲜样品用不锈钢食品加工机、硅制刀、不锈钢切刀、不锈钢剪刀等；e)磨碎后的样品用40目～60目的尼龙筛过筛；f)用具塞磨口玻璃瓶、具塞白色聚乙烯塑料瓶、具塞玻璃瓶、无色聚乙烯塑料袋或特制牛皮纸袋分装，规格适量而定。 样品处理-农作物缩分送样：a)粮食等粒状样品应采用四分法缩分。b)水果等块状样品及大白菜、包菜等大型蔬菜样品应采用对角线分割法缩分。先用清水将样品洗净晾至无水后，垂直放置，中间部分横切，然后上下两部分分别进行对角线切割，除去不可食部分，取所需量的样品；c)小型叶菜类样品应采用随机取样法缩分。先用清水将样品洗净晾至无水后，将整株植株粗切后混合均匀，随机取所需足量的样品；d)新鲜蔬菜、水果等样品在野外称重打浆，取1000ml于玻璃瓶中，及时送实验室待测；e)新鲜蔬菜、水果也可风干晾晒至干样，或在65°C以下无污染烘干。 1)粮食样品用清水清洗干净后，放在干净的托盘上无污染晾干后直接磨碎，带皮粮食样应用清水冲洗，晾干，去皮后磨碎；2)用不锈钢刀或剪刀将根、茎、叶、果蔬菜水果等样品切剪成0.5cm~1cm大小的块状、条状，在晾干室内或高出地面1.5米以上架子上摊放于晾样盘中风干，或将切碎样品放在85℃~90℃烘箱鼓风烘1h，再在60℃~70℃下通风干燥24h～48h成风干样品。有刮风扬尘天气时或空气质量差的地区，严禁在室外晾晒样品；3)将风干样品置于玛瑙研钵进行研磨，使样品全部通过40目~60目尼龙塑料筛，混合均匀成待测试样。干样加工方法1）新鲜样品用清水清洗干净后，用干净纱布轻轻擦干样品后直接用组织捣碎机捣碎，混合均匀成待测试样；2）含纤维较多的样品，如根、茎秆、叶子等不能用捣碎机捣碎，可用不锈钢刀或剪刀切成小碎片，混合均匀成待测试样。鲜样加工方法干样用于测定重金属元素和蛋白质、脂肪、纤维含量等，鲜样用于测定分析有关评价标准规定的测鲜样指标及易挥发有机污染物等测试锌、铅的样品，避免使用橡胶类工具。 不同农产品测试部位及要求 样品处理-大气干湿沉降物干湿沉降物较少时：准确测量接尘缸内径定量将干湿沉降物转入500ml烧杯中电热板上蒸发，使体积浓缩到10ml~20ml定量转入100ml瓷坩埚中，蒸发至干。放入烘箱于65℃±5℃烘干，称量至恒重。M——降尘总量，单位为g/cm2•Nd；Wl——降尘、瓷坩埚和乙二醇水溶液蒸发至干，并在65℃±5℃恒重后的重量，单位为g；W0——在65℃±5℃烘干的瓷坩埚重量，单位为g；Wc——与采样操作等量的乙二醇水溶液蒸发至干，并在65℃±5℃恒重后的重量，单位为g；S——接尘缸缸口面积，单位为cm2；n——采样天数，(准确到0.1d)；N——计量天数(计量单位为月，N=30；计量单位为年，N=365)。 样品处理-大气干湿沉降物干湿沉降物较多时：放置（约2d~3d）使上部溶液澄清虹吸处理方法同前 分析测试与质量监控全量检出限(DL)全量检出限(DL)全量检出限(DL)As1Mn10Sn1B1Mo0.3Zn4Cd0.03N20V5Cl20Ni2pH0.10**Co1P10SiO20.1*Cr5Pb2TFe2O30.05*Cu1Tl0.1MgO0.05*F100S30CaO0.05*Hg0.0005Sb0.05K2O0.05*I0.5Se0.01Corg0.1**：计量单位为10-2；**：无量纲。土壤有益元素全量分析检出限要求(μg/g) 土壤元素浸提性、交换性及有效态等含量分析方法检出限要求(μg/g)元素有效态及浸提性分析相对偏差允许限 元素形态分析方法检出限(μg/g)形态分析方法的准确度是以土壤中元素全量分析作为标准，与各分态之和比较，计算其相对偏差()，要求RE≤40%（式中：C全：元素全量；C总：元素各形态含量之和）；形态分析方法的精密度，以同一份样品重复测定8次，计算各形态重复分析的RSD，要求RSD≤30%。 土壤元素价态分析方法检出限(μg/g)土壤有机污染物分析方法检出限(μg/g) 灌溉水指标检出限要求(mg/L)农作物样品分析方法的检出限要求(μg/g) 评价指标-土壤养分和环境测试指标1:250000土壤质量地球化学评价的土壤样分析指标原则上为元素全量指标，确因评价工作需要，可增加土壤养分元素的有效量、环境元素的形态含量和六六六、滴滴涕等指标1:50000土壤质量地球化学评价的土壤样分析指标为元素全量和碱解氮、速效磷、速效钾，部分样品可增加土壤微量元素有效量和As、Cd、Hg等有害元素形态含量等指标。1:10000~1:2000土壤质量地球化学评价的土壤样分析指标可根据评价区土壤生态地球化学存在问题和土地质量管护、名特优农产品种植等实际工作需求，进行筛选后自行确定。评价指标筛选原则见附录C。 灌溉水、大气干湿沉降物和农作物测试指标不同地区根据评价区存在的生态地球化学问题，可增加测试指标。 评价单元赋值土壤养分地球化学等级、土壤环境地球化学等级与土壤质量地球化学综合等级划分的最小空间单位为评价单元。当一个单元中有2个以上数据时，用平均值进行评价单元的指标赋值。当单元中没有评价数据时，可用插值法赋值（适当考虑土地利用类型），获得每个评价单元相应的评价数据。 首先对原始数据进行平均值、最大值、最小值和标准离差统计计算，用平均值±3倍离差替代原始数据中的异常数据，即小于平均值-3倍离差的数据用平均值-3倍离差数据替代，大于平均值+3倍离差的数据用平均值+3倍离差数据替代；在绘制评价指标的地球化学等值线图时，一个网格或一个图斑中有2个以上数据时，不应进行数据平均，应用原始数据点进行插值；插值方法视数据分布形态，按照相对偏差最小原则自行确定。 判别相对偏差的元素为土壤中的镉和汞；计算土壤中镉和汞实测全量数据与插值后获得的镉和汞全量数据的相对偏差，分别统计各图斑镉和汞的RE<20%、20-40%、>40%的比例。比较不同插值方法获得的RE值，选择RE<20%所占图斑比例最大的插值方法，当土壤镉和汞计算出的RE值差异较大时，应以镉元素的RE值为准；对通过插值法获得评价数据的图斑，应在成土母质类型、土壤类型、土地利用现状等方面与相邻图斑土壤实测数据进行对比，对明显不合理的数据进行调整。 数据处理野外记录和分析测试数据挂接1[此步骤数据可以用来做数据统计分析，地球化学图] 数据处理插值与真值结合给所有图斑挂接属性2 有机质、氮、磷、钾全量及土壤中氮、磷、钾、硼、钼、锰、铜、铁、锌等元素的有效量分级标准。养分分级标准二普农业部标准钙、镁、硼、钼、锰、硫、铜、锌的分级标准。多目标调查数据土壤硒、碘、氟分级标准是在按照表层土壤多目标区域地球化学调查数据统计基础上，参照了国内外相应的研究成果给出的调查数据结合国际标准 土地质量元素的地球化学特征—大量元素 土壤养分评价 土壤养分单指标不同等级含义、颜色与R:G:BKi为N、P、K权重系数，分别为0.4、0.4和0.2；fi分别为土壤N、P、K的单元素等级得分。单指标评价结果5级、4级、3级、2级、1级所对应的fi得分分别为1、2、3、4、5分。土壤养分地球化学综合等级划分表1:10000~1:2000土地质量地球化学评价的土壤养分等级划分方法可同上，也可选择层次分析法、指数法等不同方法对土壤养分地球化学等级进行划分。 环境质量分级标准1:250000和1:50000土地质量地球化学评价的土壤中砷、镉、铬、铅、汞、镍、铜、锌和六六六、滴滴涕的环境质量等级划分标准同GB15618中的二级标准值。盐渍化 二级标准值土壤环境单指标不同等级含义、颜色与R:G:B综合分级——As、Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Ni、Zn一票否决1:10000~1:2000土地质量地球化学评价的土壤环境地球化学评价指标划分标准可参照GB15618中的二级标准值，也可根据评价指标对土壤环境质量的影响程度及其重要性，自行给出分级标准，具体方法参见附录E。 土壤环境质量评价级别一级二级三级土壤pH值自然背景<6.56.5～7.5>7.5>6.5镉≤0.20.30.61汞≤0.150.30.511.5砷≤1530252030铜≤3550100100400铅≤35250300350500铬≤90250300350400锌≤100200250300500镍≤40405060200 图Cd元素等级图Hg元素等级图Pb元素等级图As元素等级 图Cr元素等级图Cu元素等级图Zn元素等级图Ni元素等级 土壤环境质量评价 土壤质量地球化学综合等级表达图示与含义 土壤质量综合评价 灌溉水中评价指标含量≤该值为一等，数字代码为1，表示灌溉水环境质量符合标准；灌溉水中评价指标含量>该值为二等，数字代码为2，表示灌溉水环境质量不符合标准；数字代码为0时，表示该评价单元未采集灌溉水样品。灌溉水标准GB5084-2005大气干湿沉降物标准镉、汞一等:1，表示大气干湿沉降物沉降对土壤环境质量影响不大；二等:2，表示大气干湿沉降物沉降对土壤环境质量影响较大；0时，表示该评价单元未采集大气干湿沉降物样品；灌溉水和大气干湿沉降物均采用一票否决进行综合评价 土地质量地球化学综合等级表达图示与含义在土壤质量地球化学综合等级基础上，叠加大气环境地球化学综合等级、灌溉水环境地球化学综合等级，形成土地质量地球化学等级。当土地质量地球化学评价单元较小时，或大气干湿沉积物与灌溉水采集样本点较少时，可不采用在单元上用数字表示大气环境地球化学综合等级与灌溉水环境地球化学综合等级的方法，只用文字或表格进行大气环境地球化学综合等级、灌溉水环境地球化学综合等级的统计与描述。 1、等级统计2、异常元素来源与迁移途径2、优质与劣质土地资源评价3、土地规划利用、污染治理、监测预警4、名特优农产品种植重点土地质量问题评价 土壤污染治理修复土地整治和表土剥离再利用15346高标准与永久基本农田划定保护2土地质量等级评定与监测土地利用规划调整富硒特色农业与生态农业开发有许多基础理论问题与应用方法技术需要攻关，建立标准体系，引导各级地方推广实施。 光温生产潜力自然质量等绿色产能地球化学等元素及理化指标为实现土地管理一张图，与农用地分等对接已经在东北和四川等典型地区开展，但还未形成可供全国推广的方法技术 ThankYou!