第九章 土壤環(huán)境容量與土壤背景值

第九章土壤環(huán)境背景值與土壤環(huán)境容量一、土壤質(zhì)量概念美國(guó)土壤學(xué)會(huì)（1995）在自然和管理的生態(tài)系統(tǒng)邊界內(nèi)，土壤具有動(dòng)植物生產(chǎn)持續(xù)性，保持和提高水、氣質(zhì)量以及人類健康與生活的能力。我國(guó)學(xué)者趙其國(guó)：土壤提供食物、纖維、能源等生物物質(zhì)的土壤肥力質(zhì)量，土壤保持周邊水體和空氣清潔的土壤環(huán)境質(zhì)量，土壤容納消解無機(jī)和有機(jī)有毒物質(zhì)、提供生物必需的養(yǎng)分元素、維護(hù)人畜健康和確保生態(tài)健康的土壤健康質(zhì)量的綜合度量。（1）土壤肥力質(zhì)量

是土壤本質(zhì)屬性，表現(xiàn)為對(duì)植物生長(zhǎng)所需的水、肥、氣、熱的供應(yīng)和協(xié)調(diào)能力。（2）土壤環(huán)境質(zhì)量指在一定的時(shí)間和空間內(nèi)，土壤自身性狀對(duì)對(duì)其持續(xù)利用以及對(duì)其他環(huán)境要素，特別是對(duì)人類或其他生物的生存、繁衍以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的適宜性。(3)土壤健康質(zhì)量土壤健康質(zhì)量是影響和促進(jìn)人畜健康的能力，尤其是針對(duì)因自然地質(zhì)過程和生物地球化學(xué)循環(huán)而造成土壤某元素豐缺，繼而通過食物鏈對(duì)人畜健康產(chǎn)生影響的能力。二、土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)土壤質(zhì)量指標(biāo)影響的過程有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分循環(huán)、除草劑和水的吸收、土壤結(jié)構(gòu)滲透性徑流和淋溶的潛能、作物水分利用率、侵蝕潛能團(tuán)聚性土壤結(jié)構(gòu)、抗蝕性、作物出苗、滲透性PH養(yǎng)分有效度、除草劑等的吸附和運(yùn)動(dòng)微生物生物量生物活性、養(yǎng)分循環(huán)、降解除草劑的能力氮的形態(tài)氮對(duì)作物的有效性、氮淋溶的潛能、氮的礦化和固定速率容重作物根系的穿透性、容納水和空氣的孔隙、生物活性表層土壤厚度作物生產(chǎn)力所必需的根系容量、水和養(yǎng)分有效性電導(dǎo)或鹽厚度水的入滲率、作物生長(zhǎng)、土壤結(jié)構(gòu)有效養(yǎng)分支持作物生長(zhǎng)的能力、環(huán)境的危害性土壤質(zhì)量的有關(guān)指標(biāo)與其過程的關(guān)系土壤指標(biāo)土壤狀況參數(shù)與土壤質(zhì)量的關(guān)系土壤物理指標(biāo)質(zhì)地水分和化學(xué)品的保持與運(yùn)輸；模型的使用，土壤侵蝕和變量估計(jì)表土和耕層深度生產(chǎn)潛力和侵蝕估計(jì)；景觀河地理變異性的標(biāo)準(zhǔn)化土壤容重和滲透性淋溶、身纏和侵蝕潛力；基于體積的分析需要容重?cái)?shù)值土壤持水性水分保持、運(yùn)輸和侵蝕；有效水：從容重、質(zhì)地和有機(jī)質(zhì)計(jì)算土壤化學(xué)指標(biāo)土壤有機(jī)質(zhì)定義土壤肥力、穩(wěn)定性和侵蝕范圍，使用在過程模型和點(diǎn)位規(guī)范化PH定義生物和化學(xué)活性閾值，對(duì)過程模型非常重要電導(dǎo)率定義植物和微生物活性閾值；在多數(shù)過程模型中缺乏交換性氮、磷、鉀植物有效養(yǎng)分和潛在氮損失；生產(chǎn)力和環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)土壤生物指標(biāo)微生物量碳、氮微生物催化潛力和碳、氮儲(chǔ)存；模擬：管理隊(duì)有機(jī)質(zhì)的影響預(yù)警潛在礦化氮土壤生產(chǎn)力和氮供應(yīng)潛力；過程模擬土壤呼吸、水分含量和溫度估計(jì)生物活性；微生物活性測(cè)定模型土壤質(zhì)量和健康狀況參數(shù)與土壤質(zhì)量的關(guān)系三、土壤環(huán)境背景值（1）概念

土壤環(huán)境背景值是指在很少受人類活動(dòng)影響和不受或未明顯受到現(xiàn)代工業(yè)污染破壞的情況下，土壤原來固有的化學(xué)組成和元素含量水平。實(shí)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(gè)相對(duì)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(dòng)影響的土壤化學(xué)元素的原始含量。土壤背景值研究及其意義

土壤環(huán)境背景值研究是以土壤學(xué)特別是土壤分析為主線，涉及多學(xué)科，技術(shù)要求高的一個(gè)系統(tǒng)。具有較嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)性、整體性及目的性，對(duì)各子系統(tǒng)獨(dú)有嚴(yán)格的技術(shù)質(zhì)量控制。

土壤環(huán)境背景值在土壤污染評(píng)價(jià)，污水灌溉(wastewaterirrigation)與作物施肥(fertilization)上是不可缺少的依據(jù)。

環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)(environmentalqualityevaluation)

土地資源評(píng)價(jià)(landresourceassessment)

國(guó)土規(guī)劃(territorialplanning)

環(huán)境醫(yī)學(xué)(environmentalmedicine)

食品衛(wèi)生(foodhygiene)

重要的實(shí)用意義土壤環(huán)境容量(soilenvironmentcapacity)農(nóng)田施肥土壤污染評(píng)價(jià)（3）土壤環(huán)境背景值的形成與影響因素1、成土因素a.氣候b.母質(zhì)c.地形地貌d.生物因素e.時(shí)間因素2.土壤理化性質(zhì)（4）土壤背景值研究狀況國(guó)外研究現(xiàn)狀

美國(guó)：20世紀(jì)60年代起，1984年發(fā)表《美國(guó)大陸土壤及地表物質(zhì)中元素濃度》

英國(guó)：1979年按網(wǎng)格設(shè)計(jì)，測(cè)定19中元素。

日本：1978-1984年，測(cè)定全國(guó)8個(gè)元素背景值

瑞士：20世紀(jì)80年代，建立國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)，建立120個(gè)土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

1978年開始9種元素，13個(gè)省市自治區(qū)研究；

1982年，在全國(guó)29省市自治區(qū)，41種土類60余種元素的背景值。

土壤背景值研究方法1.情報(bào)檢索與資料收集2.土壤樣點(diǎn)的布置與采集1）布點(diǎn)A根據(jù)調(diào)查研究的任務(wù)、范圍來確定采樣單元B根據(jù)土壤類型布點(diǎn)C樣點(diǎn)要均勻分布，有適當(dāng)?shù)拿芏?）野外選點(diǎn)

遵循原則：A分析野外土壤環(huán)境，選在土壤類型特征典型地段上B不在多種土壤鑲嵌分布、多種母質(zhì)交錯(cuò)分布地段選點(diǎn)C樣點(diǎn)的土壤剖面應(yīng)發(fā)育完整、層次清楚、無人為干擾、具代表性D樣點(diǎn)應(yīng)選在遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)、居民點(diǎn)、鐵路、公路等可能發(fā)生污染的位置E農(nóng)業(yè)土壤選點(diǎn)要避開污灌、施農(nóng)藥化肥和堆肥地塊3）.樣品采集

挖剖面采集3.樣品處理

布袋收集、室內(nèi)風(fēng)干、過尼龍篩

全量分析100目0.149mm

有效成分10目2mm4.樣品室內(nèi)分析與質(zhì)量控制1）消解方法A硝酸-氫氟酸-高氯酸原子吸收、原子熒光等離子發(fā)射光譜和分光光度法測(cè)定B碳酸鈉-氧化鈉熔融法等離子發(fā)射光譜測(cè)定稀土元素ICP-AESC固體粉末中子活化分析X-熒光光譜分析2)分析質(zhì)量控制A嚴(yán)格遵守分析化學(xué)操作規(guī)則和要求B標(biāo)準(zhǔn)液配制要符合要求C分析中要做空白試驗(yàn)D設(shè)置統(tǒng)一參考樣品，以控制實(shí)驗(yàn)室分析質(zhì)量E采用平行試驗(yàn)來控制樣品分析的精密度F用土壤標(biāo)樣來控制分析的準(zhǔn)確度5.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析1）先確定元素濃度的概率分布類型擬和度檢驗(yàn)

檢驗(yàn)方法2）土壤元素背景值計(jì)算數(shù)字符合正態(tài)分布，采用算術(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)差作代表值數(shù)字符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，采用幾何平均值與幾何標(biāo)準(zhǔn)差作代表值數(shù)字符合偏態(tài)分布，則需經(jīng)正態(tài)化處理，再按正態(tài)分布方式進(jìn)行計(jì)算6.元素環(huán)境背景值的表示方法情報(bào)檢索子系統(tǒng)樣品采集子系統(tǒng)樣品處理、保存子系統(tǒng)室內(nèi)分析質(zhì)量控制子系統(tǒng)編制程序計(jì)算機(jī)處理異常值判斷剔除數(shù)據(jù)分布類型檢驗(yàn)可靠性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)溶液模擬消解液統(tǒng)一參考樣品統(tǒng)一分析方法標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)自檢互檢外檢數(shù)理統(tǒng)計(jì)、檢驗(yàn)子系統(tǒng)制圖技術(shù)子系統(tǒng)背景值土壤環(huán)境背景值研究技術(shù)系統(tǒng)土壤環(huán)境背景值的應(yīng)用1土壤環(huán)境背景值是制定土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)1）土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是為了保護(hù)土壤環(huán)境質(zhì)量，保障土壤生態(tài)平衡，維護(hù)人體健康而對(duì)污染物在土壤環(huán)境中的最大允許含量所做的規(guī)定，是環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分，是國(guó)家環(huán)境法規(guī)之一。土壤環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)值：土壤污染物對(duì)生物與環(huán)境不產(chǎn)生不良或有害影響的最大劑量或濃度。由污染物同特定對(duì)象之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系確定。土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以土壤環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)值為依據(jù)，并考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等因素，經(jīng)綜合分析制定。一般具法律強(qiáng)制性。原則上，土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)≤土壤環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)值。

2）利用土壤背景值確定土壤環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)值方法

a利用背景值代替基準(zhǔn)值如：加拿大安大略省1978年規(guī)定CdNiMob土壤背景值加標(biāo)準(zhǔn)差等于基準(zhǔn)值如：我國(guó)1970年荷蘭c以高背景區(qū)土壤元素平均值作為基準(zhǔn)值2土壤環(huán)境背景值在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用1）利用背景值預(yù)測(cè)土壤有效態(tài)元素的含量土壤有效態(tài)元素=元素背景值*土壤元素活性2）利用土壤元素活性可推算土壤有效態(tài)元素?cái)?shù)量土壤元素全量=應(yīng)有有效態(tài)含量/活性比率3.土壤環(huán)境背景值與人類健康

人體血液與地殼中的18種元素含量顯著相關(guān)：鐵、鋅、碘、鈷、礬、錳、鉻、鉬、硒、銅、鋁、砷、鉛、鎘、鎳、汞土壤中某些元素含量的巨大變化已引起明顯的病變，即所謂的地方性疾病。a.地方性甲狀腺腫b.地方性氟病c.克山??；d.大骨節(jié)??；e.水俁?。籪.痛痛病g.砷中毒；h.鉛中毒四、土壤環(huán)境背景值異常在找礦上的意義

土壤背景值元素來源于母巖、母質(zhì)，因此，土壤背景值是母巖、母質(zhì)化學(xué)特征的反映，土壤中某些化學(xué)元素背景值異常，可能是成礦元素的指示標(biāo)志，是區(qū)域找礦的依據(jù)。Environmentalcapacity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。Soilenvironmentalcapacity土壤環(huán)境容量

土壤環(huán)境單元一定時(shí)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(shí)也不使環(huán)境污染時(shí)，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(dòng)容量1.概念四.土壤環(huán)境容量土壤環(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(Carryingcapacity)之差。土壤環(huán)境動(dòng)容量——土壤污染物累積過程中，土壤通過一系列自凈過程所能凈化的污染物數(shù)量。體系土壤——植物體系土壤——微生物體系土壤——水體系內(nèi)容農(nóng)產(chǎn)品衛(wèi)生質(zhì)量作物效應(yīng)生化指標(biāo)微生物計(jì)數(shù)環(huán)境效應(yīng)地下水地表水目的防治污染食物鏈保證人體健康保證良好生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益保持土壤生態(tài)處于良性循環(huán)不引起次生水環(huán)境污染標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家或政府主管部門頒發(fā)的糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)生理指標(biāo)或產(chǎn)量降低程度1種以上生物化學(xué)指標(biāo)在7d以上出現(xiàn)的變化微生物計(jì)數(shù)指標(biāo)在7d以上出現(xiàn)的變化不導(dǎo)致地下水超標(biāo)不導(dǎo)致地面水超標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別僅1種減產(chǎn)10%減產(chǎn)20%≥25%≥15%≥10%~15%≥50%≥30%≥10%~15%僅1種僅1種確定重金屬土壤臨界含量的依據(jù)2、土壤環(huán)境容量的理論依據(jù)一）、土壤環(huán)境的凈化功能1.土壤與表層環(huán)境系統(tǒng)之間物質(zhì)與能量的遷移和轉(zhuǎn)化2.土壤環(huán)境系統(tǒng)中物質(zhì)遷移和轉(zhuǎn)化

1).吸附與解吸2).沉淀與溶解3.土壤作物系統(tǒng)的生物過程與生態(tài)效應(yīng)4.影響土壤凈化作用的因素

1).土壤環(huán)境物質(zhì)組成

2).土壤環(huán)境條件

3).土壤的生物學(xué)特性

4).人類活動(dòng)二）、土壤環(huán)境的緩沖性能土壤因水分、溫度、時(shí)間等外界因素的變化，抵御其組分濃（活）度變化的性質(zhì)。土壤緩沖容量：指向土壤投入或減少某種組分時(shí)，土壤抵御其溶液中該組分濃（活）度變化的能力。正緩沖量負(fù)緩沖容量3.土壤環(huán)境容量的確定與應(yīng)用

土壤環(huán)境容量屬于一種控制指標(biāo)，隨環(huán)境因素的變化以及人們對(duì)環(huán)境目標(biāo)期望值的變化而改變。

土壤環(huán)境容量是對(duì)污染物進(jìn)行總量控制和目標(biāo)管理的重要手段，是限制人類破壞土壤資源的主要指標(biāo)。1.確定：生物反應(yīng)；化學(xué)容量法2.應(yīng)用：土壤環(huán)境評(píng)價(jià)；制訂“三廢”農(nóng)田排放標(biāo)準(zhǔn)；灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；污泥施用標(biāo)準(zhǔn)；微量元素累積施用量等。土壤環(huán)境容量的數(shù)學(xué)模式土壤生態(tài)系統(tǒng)與其邊界環(huán)境中其它諸多參數(shù)構(gòu)成的定量關(guān)系。

土壤靜容量(Cso)=M(Ci-Cbi)

M—耕層土重（t/hm2)Ci—i元素的土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)（mg/kg）Cbi—i元素的土壤背景值（mg/kg）

各種污染物和元素在土壤中都市處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡過程；有輸入與輸出、固定與釋放、累積與降解和凈化等過程。

根據(jù)物質(zhì)平衡原理：

Q1=Q0+Q-Y1-Y