第三章-土壤背景值與環(huán)境容量課件

第三章土壤背景值與環(huán)境容量主要內(nèi)容第一節(jié)土壤背景值第二節(jié)土壤背景值的調(diào)查方法

第一節(jié)土壤背景值土壤背景值是指未受或少受人類活動(dòng)（特別是人為污染）影響的土壤環(huán)境本身的化學(xué)元素組成及其含量。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。通過(guò)取樣調(diào)查的方法來(lái)找出真正的土壤元素

背景值是非常困難的,要找到完全沒(méi)有受到任何人為污染的土壤則幾乎不太可能。但從實(shí)際操作的角度考慮,只要通過(guò)合理的取樣布點(diǎn),采集避開(kāi)人類活動(dòng)密集區(qū)域的土壤,則所取土壤的元素含量就可以代表其相應(yīng)的背景值。土壤背景值的研究具有重要的理論和實(shí)踐意義一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的對(duì)象,許多國(guó)家先后進(jìn)行了背景值的研究工作。一、國(guó)外土壤環(huán)境背景值研究從20世紀(jì)60年代起，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查所為建立土壤中元素的基線值，開(kāi)展了一系列的區(qū)域土壤背景值調(diào)查工作。至今，美國(guó)完成了全國(guó)土壤背景值的調(diào)查研究。英國(guó)土壤調(diào)查總局于1979年按網(wǎng)格設(shè)計(jì)，間隔5Km采集一個(gè)表土，采用王水（硝基鹽酸，是硝酸和鹽酸組成的混合物）消解，消解液ICP-AES，測(cè)定了19個(gè)元素。其它國(guó)家，日本、瑞士、加拿大等國(guó)也都開(kāi)展了土壤背景值的調(diào)查。二、國(guó)內(nèi)土壤背景值研究我國(guó)土壤環(huán)境背景值的研究始于20世紀(jì)70年代在“七五”期間，研究了土壤背景值的區(qū)域分異性，并探討了在環(huán)境健康、環(huán)境評(píng)價(jià)和農(nóng)業(yè)利用等方面的應(yīng)用前景。土壤背景值的研究涉及面廣、技術(shù)難度要求高，并需要多學(xué)科支撐。土壤元素背景值是檢驗(yàn)過(guò)去和預(yù)測(cè)未來(lái)土壤環(huán)境演化的基礎(chǔ)性資料,也是判斷土壤中化學(xué)物質(zhì)的行為與環(huán)境質(zhì)量的必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。土壤背景值研究及其意義

土壤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)。

第二節(jié)土壤背景值的調(diào)查方法一、土壤背景值調(diào)查布點(diǎn)二、土樣的采集與室內(nèi)分析三、數(shù)據(jù)處理四、土壤背景值與環(huán)境質(zhì)量五、土壤環(huán)境容量一、土壤背景值調(diào)查布點(diǎn)1.前期準(zhǔn)備2.布點(diǎn)方法3.基礎(chǔ)樣品數(shù)量1.前期準(zhǔn)備（1）組織準(zhǔn)備（2）資料收集（3）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查（4）采樣器具準(zhǔn)備2.布點(diǎn)方法采樣要遵循“隨機(jī)”和“等量”原則（1）簡(jiǎn)單隨機(jī)（2）分塊隨機(jī)（3）系統(tǒng)隨機(jī)3.基礎(chǔ)樣品數(shù)量應(yīng)根據(jù)科學(xué)數(shù)據(jù)的基本保證和經(jīng)濟(jì)條件來(lái)綜合考慮采樣的數(shù)量，具體方式如下:（1）由均方差和絕對(duì)偏差計(jì)算樣品數(shù)（2）由變異系數(shù)和相對(duì)偏差計(jì)算樣品數(shù)沒(méi)有歷史資料的地區(qū)、土壤變異程度不太大的地區(qū)，一般CV可用10%～30%粗略估計(jì)，有效磷和有效鉀變異系數(shù)CV可取50%。二、土樣的采集與室內(nèi)分析1.樣品采集2.土壤室內(nèi)分析測(cè)定3.分析記錄1.樣品采集（1）野外選點(diǎn)（2）厚度采樣（1）野外選點(diǎn)采樣點(diǎn)的自然景觀應(yīng)符合土壤環(huán)境背景值研究的要求采樣點(diǎn)以剖面發(fā)育完整、層次較清楚、無(wú)侵入體為準(zhǔn)選擇不施或少施化肥、農(nóng)藥的地塊作為采樣點(diǎn)不在多種土類、多種母質(zhì)母巖交錯(cuò)分布、面積較小的邊緣地區(qū)布設(shè)采樣點(diǎn)。（2）厚度采樣采樣點(diǎn)可采表層樣或土壤剖面一般每個(gè)剖面采集A、B、C三層土樣采樣次序自下而上剖面每層樣品采集1kg左右，裝入樣品袋將底土和表土按原層回填到采樣坑中，方可離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng),并在采樣示意圖上標(biāo)出采樣地點(diǎn),避免下次在相同處采集剖面樣。2.土壤室內(nèi)分析測(cè)定（1）樣品處理一般選定《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中選配的分析方法中規(guī)定的樣品處理方法，其他類型的監(jiān)測(cè)優(yōu)先使用國(guó)家土壤測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)一般區(qū)域背景值調(diào)查和《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中重金屬測(cè)定的是土壤中的重金屬全量（除特殊說(shuō)明，如六價(jià)鉻）（2）分析方法第一方法：標(biāo)準(zhǔn)方法(即仲裁方法)。第二方法：由權(quán)威部門(mén)規(guī)定或推薦的方法。第三方法：根據(jù)各地實(shí)情，自選等效方法3.分析記錄（1）分析記錄（2）數(shù)據(jù)運(yùn)算（3）結(jié)果表示（1）分析記錄分析記錄一般要設(shè)計(jì)成記錄本格式分析記錄也可以設(shè)計(jì)成活頁(yè)分析記錄也可以是電子版本式的輸出物（打印件）或存有其信息的磁盤(pán)、光盤(pán)等記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，要采用法定計(jì)量單位，只保留一位可疑數(shù)字，有效數(shù)字的位數(shù)應(yīng)根據(jù)計(jì)量器具的精度及分析儀器的示值確定（2）數(shù)據(jù)運(yùn)算有效數(shù)字的計(jì)算修約規(guī)則按GB8170執(zhí)行（3）結(jié)果表示平行樣的測(cè)定結(jié)果用平均數(shù)表示土壤樣品測(cè)定一般保留三位有效數(shù)字，含量較低的鎘和汞保留兩位有效數(shù)字,并注明檢出限數(shù)值三、數(shù)據(jù)處理

土壤元素背景值可以用土壤樣品算術(shù)平均值(x)或幾何平均值(M)表示。中國(guó)土壤元素背景值，總體上化學(xué)組成相對(duì)穩(wěn)定，元素含量水平與變化幅度也相對(duì)固定，除了污染點(diǎn)外，世界各地土壤化學(xué)元素之間有較高的可比性情報(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)四、土壤背景值與環(huán)境質(zhì)量土壤背景值涉及土壤與水和大氣質(zhì)量的關(guān)系，人類居住環(huán)境問(wèn)題，土壤與其他環(huán)境要素的交互作用，涉及土壤質(zhì)量的保護(hù)與改善等土壤環(huán)境工程的相關(guān)研究與應(yīng)用。土壤質(zhì)量是土壤在生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)，維持生物的生產(chǎn)力、保護(hù)環(huán)境質(zhì)量以及促進(jìn)動(dòng)植物和人類健康的能力從環(huán)境角度出發(fā)，我們首先必須發(fā)展一種靈敏而合適的方法來(lái)評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量。土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)涉及評(píng)價(jià)因子、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)模式評(píng)價(jià)模式常用污染指數(shù)法或者與其有關(guān)的評(píng)價(jià)方法，如：1.污染指數(shù)、超標(biāo)率（倍數(shù)）評(píng)價(jià)2.內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)3.背景值及標(biāo)準(zhǔn)偏差評(píng)價(jià)4.綜合污染指數(shù)法五、土壤環(huán)境容量1.土壤環(huán)境容量的概念2.土壤環(huán)境容量的計(jì)算方法3.土壤臨界含量的確定4.土壤環(huán)境容量的應(yīng)用1.土壤環(huán)境容量的概念土壤環(huán)境容量亦稱污染物的土壤負(fù)載容量，(Soilenvironmentalcapacity)是一個(gè)發(fā)展的概念,隨環(huán)境因素的變化以及人們對(duì)環(huán)境目標(biāo)期望值的變化而變化，定義有所不同一般認(rèn)為土壤環(huán)境容量是指在一定環(huán)境單元、一定時(shí)限內(nèi)遵循環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，既能保證土壤質(zhì)量，又不產(chǎn)生次生污染時(shí)，土壤所能容納污染物的最大負(fù)荷量。土壤負(fù)載容量不是一個(gè)固定值而是一個(gè)范圍值，它受到多種因素的影響土壤環(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(guò)程中，土壤通過(guò)一系列自凈過(guò)程所能凈化的污染物數(shù)量。2.土壤環(huán)境容量的計(jì)算方法環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)限制某一要素的某一區(qū)域可能達(dá)到限度的量,作為該區(qū)域的環(huán)境容量,即環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)容量(C0),將此衡量土壤容許的污染量這個(gè)基準(zhǔn)含量水平稱為土壤凈容量(Q1)其計(jì)算模式如下:Q1=(C0-B)×2250;式中:Q為土壤環(huán)境容量,g/hm2;C0為土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值或土壤環(huán)境臨界值,g/t;B為區(qū)域土壤背景值或土壤本地值,g/t;2250為單位土地的表土計(jì)算重量,t/hm2。將這一部分凈化的量(Q2)加入到土壤凈容量(Q1)才是土壤動(dòng)態(tài)的、全部容許的量,即土壤環(huán)境容量(Q),也有人稱之為土壤環(huán)境動(dòng)容量。用數(shù)學(xué)式表示即為:Q=Q1+Q2。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(guò)程；有輸入與輸出、固定與釋放、累積與降解和凈化等過(guò)程。

根據(jù)物質(zhì)平衡原理：

Q1=Q0+Q-Y1-Y2-Y3······

Q=a(QT–bQ0)

一定年限內(nèi)土壤容許輸入的總量為：

Q總=n·QQ1—第一年后土壤含量Q0—土壤起始含量Q—每年輸入量Y1,Y2,Y3—分別為作物吸收、地表徑流、淋溶等輸出量。QT—土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)3.土壤臨界含量的確定土壤臨界含量是土壤所能容納污染物的最大負(fù)荷量,是土壤環(huán)境容量研究中的一個(gè)主要內(nèi)容確定土壤臨界含量的指標(biāo)體系和依據(jù),如表所示。

確定重金屬土壤臨界含量的依據(jù)

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(mén)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4.土壤環(huán)境容量的應(yīng)用（1）制定土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（2）制定農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)