1、第六章 土壤環(huán)境背景值與環(huán)境容量,張彬,一、概念 理論上，指未受人類活動影響的土壤本身的化學(xué)元素組成和含量。 實際上，土壤背景值只能代表土壤某一發(fā)展、演變階段的一個相對意義上的數(shù)值，即嚴(yán)格按照土壤背景值研究方法所獲得的盡可能不受或少受人類活動影響的土壤化學(xué)元素的原始含量。,第一節(jié) 土壤環(huán)境背景值,二、地方病與環(huán)境背景值的關(guān)系 1.主要元素與人體健康,二、地方病與環(huán)境背景值的關(guān)系 1.主要元素與人體健康,二、地方病與環(huán)境背景值的關(guān)系 1.主要元素與人體健康,2. 地方病,自然疫源性（生物源性）：病因為微生物和寄生蟲，是一類傳染性的地方病。,化學(xué)元素性（地球化學(xué)性， geo-chemical di

2、sease ） 病因為當(dāng)?shù)厮蛲寥乐心撤N（些）元素或化合物過多、不足或比例失常，再通過食物和飲水作用于人體所產(chǎn)生的疾病. 元素缺乏性 : 地方性甲狀腺腫、地方性克汀病等。 元素中毒性（過多性）: 地方性氟中毒、地方性砷中毒、地方性硒中毒、地方性鉬中毒。,過量Mn, Ca，P等也可通過干擾甲狀腺對碘的攝取而致病,2. 地方病,1）碘缺乏或過量引起的地方病,由地區(qū)性土壤環(huán)境中碘元素含量過低(如山區(qū))，或含量過高(如沿海)造成。,缺碘分布,世界分布：喜馬拉雅山、剛果河流域、安第斯山區(qū)、阿爾卑斯山區(qū)、大湖盆地及新西蘭等；,我國西北、東北、華北和西南等地區(qū)的山區(qū)及丘陵區(qū)。,碘過量分布,日本北海道，中國渤

3、海灣南部，山東日照市、廣西北海市等沿?；蚱皆瓍^(qū)。,三、土壤環(huán)境背景值研究方法 （一）土壤背景值的采樣布點 應(yīng)掌握幾個原則： 明確研究范圍； 根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)、地貌、水文、土壤與污染物類型和分布明確污染物的影響范圍； 在污染物影響范圍外，按自然條件確定樣點數(shù)與樣點布局。 1.研究范圍的確定 研究范圍取決于研究目的。 工業(yè)開發(fā)區(qū)土壤背景值：圍繞工礦區(qū)內(nèi)的工廠布局，三廢排放途徑與影響范圍； 行政區(qū)域土壤背景值：行政的疆界。,2.樣點的設(shè)置與布局 1）樣點數(shù)設(shè)置因被測物質(zhì)含量變異情況而定。 變異大者，樣點數(shù)多，變異小者樣點數(shù)少 母質(zhì)，水文均一：土種變異小，樣點數(shù)少些。 地貌、母質(zhì)和水文變異較大：土

4、樣變異大，樣點數(shù)多些。 1985年我國農(nóng)業(yè)土壤背景值研究：9個片區(qū)，約43萬km2 ，樣點布置總數(shù)平均41/ km2。 陜西黃土高原和黃河下游：地形最平坦，母質(zhì)、水文條件均一，樣點數(shù)平均13-27個萬km2。 貴州、四川：地貌復(fù)雜、母質(zhì)類型繁多，土壤變異大，平均為4-185個萬km2。,2)布點方法,簡單隨機,將監(jiān)測單元分成網(wǎng)格，每個網(wǎng)格編上號碼，決定采樣點樣品數(shù)后，隨機抽取規(guī)定的樣品數(shù)的樣品，其樣本號碼對應(yīng)的網(wǎng)格號，即為采樣點。 隨機數(shù)的獲得可以利用擲骰子、抽簽、查隨機數(shù)表的方法。關(guān)于隨機數(shù)骰子的使用方法可見GB10111利用隨機數(shù)骰子進行隨機抽樣的辦法。 簡單隨機布點是一種完全不帶主觀限制

5、條件的布點方法,2)布點方法,分塊隨機,根據(jù)收集的資料，如果監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的土壤有明顯的幾種類型，則可將區(qū)域分成幾塊，每塊內(nèi)污染物較均勻，塊間的差異較明顯。將每塊作為一個監(jiān)測單元，在每個監(jiān)測單元內(nèi)再隨機布點。,系統(tǒng)隨機,將監(jiān)測區(qū)域分成面積相等的幾部分（網(wǎng)格劃分），每網(wǎng)格內(nèi)布設(shè)一采樣點，這種布點稱為系統(tǒng)隨機布點。 區(qū)域內(nèi)土壤污染物含量變化較大，系統(tǒng)隨機布點比簡單隨機布點所采樣品的代表性要好。,3. 基礎(chǔ)樣品數(shù)量,由均方差和絕對偏差計算,由變異系數(shù)和相對偏差計算,（二）土樣的采集與分析,1. 在既定樣點上采樣,自然土壤剖面示意圖,農(nóng)業(yè)土壤剖面示意圖,剖面樣品,用竹刀自下而上分層采取0.5-1.0kg土

6、壤，用布袋收集，在室內(nèi)風(fēng)干。在運輸與風(fēng)干過程中盡量避免塵埃落入，保證采后無污染。經(jīng)過磨制過尼龍篩，供分析用。,長:1.5m 寬:0.8-1m 深：視地形和作物定,（二）土樣的采集與分析 環(huán)境背景值分析的重點是微量元素，特別是有毒元素，保證分析質(zhì)量格外重要。 標(biāo)準(zhǔn)樣參考樣（或內(nèi)控樣）；回收實驗；質(zhì)量控制圖。,空白試驗:檢查和控制樣品在處理和測試過程中可能帶來的污染。,精密度控制:平行樣控制樣品測試的精密度，平行樣品數(shù)可占每批測試樣品的20%。,準(zhǔn)確度控制:土壤標(biāo)樣控制,土壤標(biāo)樣比例一般為測試樣品的10%, 測試結(jié)果落在標(biāo)樣 范圍內(nèi).,（三）數(shù)據(jù)處理 1.確定元素濃度的概率分布類型 直方圖法，概率

7、紙圖示法、偏度峰度法，夏皮洛威爾克W檢驗法，皮爾遜X2法。常用的有： 偏度峰度法、皮爾遜X2法，夏皮洛威爾克W檢驗法 2.土壤元素背景值的計算 即根據(jù)概率分布類型，分別計算出表示其背景值范圍的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。,對于呈正態(tài)分布的元素,對于對數(shù)正態(tài)分布的元素，背景值用幾何平均值（M)和幾何標(biāo)準(zhǔn)差（D)表示，其范圍為M/DMD;,3.樣點數(shù)是否符合統(tǒng)計要求的檢驗,4.土壤背景值的分級與制圖 根據(jù)控制區(qū)域土壤背景值分異的主導(dǎo)因素，將該區(qū)域劃分出若干單元（制圖單元)，每個制圖單元的土壤元素背景值分異相對較小。 分級：將每一制圖單元內(nèi)的統(tǒng)計平均值作為初步分級數(shù)，然后在某一顯著水平下，對不同單元統(tǒng)計平均值的

8、差異顯著性進行檢驗，把差異顯著的統(tǒng)計平均值劃分為不同的級別，差異不顯著者，歸為一個級別。 制圖：在土壤圖上按不同色調(diào)或不同色度，沿背景值分級等直線區(qū)分繪制平面圖，或?qū)⒈尘爸档膮^(qū)域分布擬成制圖程序用電腦制圖，在已繪制的圖上必須將樣點位置標(biāo)注于圖中。,四、土壤背景值的應(yīng)用 1.土壤背景值是土壤污染質(zhì)量評價的基礎(chǔ) X2S 2.土壤背景值與其它環(huán)境背景值的相關(guān)性是環(huán)境生態(tài)平衡狀況的體現(xiàn) 土壤、巖層、植被 3.土壤背景值可作為污染途徑追蹤的依據(jù) 來自土壤、還是植物？ 4.肥料分配的依據(jù) 背景值低，缺養(yǎng)分，需多分配 5.找礦的依據(jù) 土壤背景值特別高，意味著巖石中高，可能有礦。 6.有助于地方病等的判斷。,

9、一、概念 Environmental capacity 環(huán)境容量 人類生存和自然生態(tài)不受損害前提下，環(huán)境所能容納污染物的最大負(fù)荷量。 Soil environmental capacity土壤環(huán)境容量,土壤環(huán)境單元一定時限內(nèi)遵循環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，既保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和生物學(xué)質(zhì)量，同時也不使環(huán)境污染時，土壤所能允許承納的污染物的最大數(shù)量或負(fù)荷量。,土壤環(huán)境容量 = 靜容量 + 動容量,第二節(jié) 土壤環(huán)境容量（soil environmental capacity）,土壤環(huán)境靜容量：土壤污染物的基準(zhǔn)含量（土壤背景值）和最大負(fù)荷量(Carrying capacity)之差。,土壤環(huán)境動容量：土壤污染物累積過程

10、中，土壤通過一系列自凈過程所能凈化的污染物數(shù)量。,確定重金屬土壤臨界含量的依據(jù),二、土壤環(huán)境容量的數(shù)學(xué)模式 一定環(huán)境單元和一定時間，假定污染物不參與土壤圈物質(zhì)循環(huán)情況下所能容納污染物的最大負(fù)荷量。 土壤靜容量(Qsi) = m(Cci-Coi),m耕層土重（t/hm2) Ccii元素的臨界含量（mg/kg） Coii元素的現(xiàn)有含量（mg/kg）,一定環(huán)境單元和一定時間，假定污染物參與土壤圈物質(zhì)循環(huán)情況下所能容納污染物的最大負(fù)荷量。 土壤動容量(Qdi)=m(Cci-Coi)+f(Out1,Out2,Out3，Outn),Ccii元素的臨界含量 Coii現(xiàn)有實測濃度 Out輸出項，降解和遷移轉(zhuǎn)化

11、作用對污染物的降低量,三、土壤環(huán)境容量的確定 1.盆栽試驗與田間試驗生物容量法 依據(jù)生物的反應(yīng)或生物吸收污染物的數(shù)量確定土壤臨界濃度水平。 盆栽試驗：多在控制條件下進行，其與田間試驗的結(jié)果懸殊甚大，土量、水分、作物長勢都將對容量值產(chǎn)生很大的影響。 田間試驗：影響因素很多，結(jié)果需經(jīng)多次重復(fù)方可靠。 特點： 1） 經(jīng)過生物試驗取得土壤容量需要經(jīng)歷較長的時間； 所得結(jié)果是因土因作物而異的。同一種作物，在不同土壤上，其臨界值差異大；同一土壤，不同作物取得的臨界值也不同。 一個區(qū)域的土壤環(huán)境容量應(yīng)以最敏感而又常見的作物為試驗。,2.化學(xué)試劑提取法化學(xué)容量法 以有害物在土壤中達(dá)到致害生物時的有效濃度為指標(biāo)

12、，確定土壤容量的方法。 優(yōu)點：簡便易行，且指標(biāo)便于統(tǒng)一。 常用的化學(xué)提取劑： 稀酸溶液：0.1M HCl, 0.05MHCl, 1M HOAc, 1M HNO3 提取含專性吸附的成分 弱堿溶液：0.5M NaHCO3, 0.5M Na2CO3, 提取石灰性土壤有效砷 緩沖溶液：HOAc-NH4OAc(pH 7.0 4.8) 中性鹽溶液：1M NH4OAc, 1M MgCl2, 0.01M CaCl2, 1M NH4NO3, 0.1M NaNO3 提取交換態(tài)金屬 螯合劑：0.02-0.05M EDTA, 0.005M DTPA溶液和 EDTA + (NH4)2CO3、 DTPA+CaCl2+TEA,2.制定灌溉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn),某地段利用含鎘廢水灌溉農(nóng)田，其鎘濃度為C(mg/L)，年灌溉量為M(m3/ha)