第六章-土壤環(huán)境背景值與環(huán)境容量.ppt

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(dòng)影響的土壤本身的化學(xué)元素組成和含量。 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。,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?yàn)槲⑸锖图纳x，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?yàn)楫?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(duì)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(guó)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(guó)渤

3、海灣南部，山東日照市、廣西北海市等沿海或平原區(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(diǎn) 應(yīng)掌握幾個(gè)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(diǎn)數(shù)與樣點(diǎn)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(diǎn)的設(shè)置與布局 1）樣點(diǎn)數(shù)設(shè)置因被測(cè)物質(zhì)含量變異情況而定。 變異大者，樣點(diǎn)數(shù)多，變異小者樣點(diǎn)數(shù)少 母質(zhì)，水文均一：土種變異小，樣點(diǎn)數(shù)少些。 地貌、母質(zhì)和水文變異較大：土

4、樣變異大，樣點(diǎn)數(shù)多些。 1985年我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤背景值研究：9個(gè)片區(qū)，約43萬km2 ，樣點(diǎn)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(diǎn)數(shù)平均13-27個(gè)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(gè)萬km2。,2)布點(diǎn)方法,簡(jiǎn)單隨機(jī),將監(jiān)測(cè)單元分成網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格編上號(hào)碼，決定采樣點(diǎn)樣品數(shù)后，隨機(jī)抽取規(guī)定的樣品數(shù)的樣品，其樣本號(hào)碼對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格號(hào)，即為采樣點(diǎn)。 隨機(jī)數(shù)的獲得可以利用擲骰子、抽簽、查隨機(jī)數(shù)表的方法。關(guān)于隨機(jī)數(shù)骰子的使用方法可見GB10111利用隨機(jī)數(shù)骰子進(jìn)行隨機(jī)抽樣的辦法。 簡(jiǎn)單隨機(jī)布點(diǎn)是一種完全不帶主觀限制

5、條件的布點(diǎn)方法,2)布點(diǎn)方法,分塊隨機(jī),根據(jù)收集的資料，如果監(jiān)測(cè)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(gè)監(jiān)測(cè)單元，在每個(gè)監(jiān)測(cè)單元內(nèi)再隨機(jī)布點(diǎn)。,系統(tǒng)隨機(jī),將監(jiān)測(cè)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(diǎn)，這種布點(diǎn)稱為系統(tǒng)隨機(jī)布點(diǎn)。 區(qū)域內(nèi)土壤污染物含量變化較大，系統(tǒng)隨機(jī)布點(diǎn)比簡(jiǎn)單隨機(jī)布點(diǎn)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(duì)偏差計(jì)算,由變異系數(shù)和相對(duì)偏差計(jì)算,（二）土樣的采集與分析,1. 在既定樣點(diǎn)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(yùn)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(zhǎng):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(diǎn)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(shí)驗(yàn)；質(zhì)量控制圖。,空白試驗(yàn):檢查和控制樣品在處理和測(cè)試過程中可能帶來的污染。,精密度控制:平行樣控制樣品測(cè)試的精密度，平行樣品數(shù)可占每批測(cè)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(cè)試樣品的10%, 測(cè)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(yàn)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(yàn)法 2.土壤元素背景值的計(jì)算 即根據(jù)概率分布類型，分別計(jì)算出表示其背景值范圍的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。,對(duì)于呈正態(tài)分布的元素,對(duì)于對(duì)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(diǎn)數(shù)是否符合統(tǒng)計(jì)要求的檢驗(yàn),4.土壤背景值的分級(jí)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(gè)制圖單元的土壤元素背景值分異相對(duì)較小。 分級(jí)：將每一制圖單元內(nèi)的統(tǒng)計(jì)平均值作為初步分級(jí)數(shù)，然后在某一顯著水平下，對(duì)不同單元統(tǒng)計(jì)平均值的

8、差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，把差異顯著的統(tǒng)計(jì)平均值劃分為不同的級(jí)別，差異不顯著者，歸為一個(gè)級(jí)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(jí)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(diǎn)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(píng)價(jià)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(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,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(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)容量(Qdi)=m(Cci-Coi)+f(Out1,Out2,Out3，Outn),Ccii元素的臨界含量 Coii現(xiàn)有實(shí)測(cè)濃度 Out輸出項(xiàng)，降解和遷移轉(zhuǎn)化

11、作用對(duì)污染物的降低量,三、土壤環(huán)境容量的確定 1.盆栽試驗(yàn)與田間試驗(yàn)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(yàn)：多在控制條件下進(jìn)行，其與田間試驗(yàn)的結(jié)果懸殊甚大，土量、水分、作物長(zhǎng)勢(shì)都將對(duì)容量值產(chǎn)生很大的影響。 田間試驗(yàn)：影響因素很多，結(jié)果需經(jīng)多次重復(fù)方可靠。 特點(diǎn)： 1） 經(jīng)過生物試驗(yàn)取得土壤容量需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)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(gè)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(yàn)。,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(shí)的有效濃度為指標(biāo)

12、，確定土壤容量的方法。 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)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)