土壤的環(huán)境背景值與容量

土壤的環(huán)境背景值與容量第一頁，共三十頁，2022年，8月28日

1、定義：

土壤背景值——未受人類活動影響的土壤本身的化學(xué)元素組成和含量。

但是：地球上的土壤幾乎全部受到人類活動直接或間接的影響。

當(dāng)然：土壤背景值只能代表土壤某一發(fā)展演變階段的相對意義上的數(shù)值。在時間和空間上都具有相對性。一、土壤背景值的概念第二頁，共三十頁，2022年，8月28日2、特點：

1）時間上的相對性

土壤的發(fā)展演變過程中，其組成一直不斷發(fā)生變化。而由于生物對環(huán)境的適應(yīng)性，目前的土壤的組成才適合當(dāng)前生物的生長。

2）空間上的相對性

地球上的不同區(qū)域，從巖石成分到地理環(huán)境和生物群落都有很大的差異。它們生長的生物也都各自適應(yīng)所在的環(huán)境，所以，他們的背景值因地理位置而有所差異。第三頁，共三十頁，2022年，8月28日3、土壤背景值的研究：

始于20世紀(jì)70年代

美國：1975年提出大陸巖石、沉積物、土壤、植物及蔬菜的元素背景值；

加拿大：1975和1976年分別列出了曼尼巴省和安大略省土壤中若干元素的背景值；

日本：1978年報告了水稻土的元素背景值。

我國：70年代后期也開始了土壤背景值的研究工作。包括北京、南京、廣州、重慶以及華北平原、東北平原、松遼平原、黃淮海平原，西北黃土、西南紅黃壤等的土壤背景值。第四頁，共三十頁，2022年，8月28日1、研究表明，人體血液與地殼中的18種元素(Fe、Zn、I、Co、V、Mn、Cr、Mo、Sn、Cu、Al、As、Sb、Pb、Cd、Ni、Hg)呈顯著正相關(guān)。2、在一定的環(huán)境單元內(nèi)，巖石、土壤與植物和水下底泥之間，Cu、Zn、Ni、Mn、Pb、Cd元素含量呈極顯著正相關(guān)。

——土壤與生物有著密切關(guān)系二、土壤背景值與地方病和污染病的關(guān)系第五頁，共三十頁，2022年，8月28日巖石土壤植物底泥水體巖石10.99950.99560.99870.5009土壤10.99370.9970－0.2904植物10.9985－0.26291－0.2963Cu、Zn、Mn、Ni、Pb、Cd在各環(huán)境要素之間含量相關(guān)矩陣土壤中各元素與生命活動的密切關(guān)系，是通過食物鏈(網(wǎng))組建起來的。第六頁，共三十頁，2022年，8月28日土壤元素必需元素非必需元素

必需元素必須維持在一定濃度范圍內(nèi)，才能使生命活動正常運(yùn)行。非必需元素在土壤環(huán)境中濃度稍稍升高就可導(dǎo)致嚴(yán)重后果。植物必需元素：碳、氫、氧、氮、磷、鉀、硫、鎂、鈣、鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬、氯動物必需元素：鈷、硒鎘、汞第七頁，共三十頁，2022年，8月28日元素過低過高Hg未發(fā)現(xiàn)水俁病Cd未發(fā)現(xiàn)痛痛病、致癌、致心血管病、高血壓As仔動物可致生長緩慢、細(xì)胞損傷及脾肥大皮膚癌、肺癌、血管末梢病Pb使鼠類患貧血癥中樞神經(jīng)損傷、行走蹣跚Ni動物生長緩慢、皮毛變粗，人類消化不良、腎疾病呼吸道癌Cr致低血糖、糖尿病、心血管病皮膚肺損害、可能導(dǎo)致肺癌Mn動物骨骼畸形、步履蹣跚、生殖功能障礙假震顫性麻痹、假精神分裂土壤主要元素與生物健康的關(guān)系第八頁，共三十頁，2022年，8月28日土壤元素背景值異常(過高或過低)——地方病(甲狀腺腫、氟病、大骨節(jié)病、克山病等）土壤污染—非必需元素含量升高——污染病(水俁病、痛痛病、黑腳病等)第九頁，共三十頁，2022年，8月28日地方性甲狀腺腫(大脖子病)病因——土壤環(huán)境中碘元素含量過低或過高。表現(xiàn)為甲狀腺組織增生與肥大。1）土壤中的碘常以陰離子態(tài)存在，因此遷移能力強(qiáng)，容易淋溶損失。在高溫多雨，淋溶性地區(qū)容易缺碘。2）在有機(jī)質(zhì)含量豐富的土壤中，容易被吸附固定，難以參與生物循環(huán)，因此有的地方土壤中并不缺碘，糧食中碘含量卻較少。3）我國西北、東北、華北和西南等地的山區(qū)及丘陵地區(qū)，這種疾病較為嚴(yán)重；另外渤海灣南部，山東日照市、廣西北海市等沿?；蚱皆瓍^(qū)也有病例。我國由濕潤到干旱地區(qū)、從內(nèi)陸到沿海、從山岳到平原、從河流上游到下游，碘由淋溶轉(zhuǎn)為積累。此病發(fā)病強(qiáng)度由山地丘陵到平原漸減，干旱和半干旱地區(qū)和沿海地區(qū)往往發(fā)生高碘性甲狀腺腫大。第十頁，共三十頁，2022年，8月28日地方性氟病包括齲齒(缺氟)與氟中毒(氟斑牙、氟骨癥)兩種。

氟的水遷移能力強(qiáng)，因此在高溫多雨與淋溶性地區(qū)易產(chǎn)生缺氟病，如：山地、丘陵的坡地、酸性淋溶的林地等。

在相對干燥的地帶，如干旱與半干旱的富鈣地區(qū)或半濕潤的富鐵地區(qū)，則會發(fā)生氟的積累。第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日克山病病因——缺鉬和硒

克山病是一種地方性心肌病，最早在我國黑龍江省克山縣發(fā)現(xiàn)。我國東北、華北、西北及西南等地15個省、自治區(qū)，309個縣都有克山病流行，形成東北－西南走向的“病帶”?！安А蓖寥牢?、鉬含量低，硒含量小于0.17mg/kg。

克山病發(fā)病與環(huán)境中硒、鉬缺乏一致。第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日大骨節(jié)病病因尚未查明癥狀：屬于變形性骨關(guān)節(jié)病，主要侵害生長發(fā)育期的兒童，其基本病變是軟骨的變性、壞死。輕者關(guān)節(jié)增粗、疼痛，重者身材矮小、關(guān)節(jié)畸形、終身殘疾，喪失勞動能力。我國分布于黑龍江、吉林、遼寧、河北、河南、山東、山西、陜西、甘肅、四川、臺灣、內(nèi)蒙古、西藏等省自治區(qū)。第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日大骨節(jié)病生物地球化學(xué)說

最初由原蘇聯(lián)學(xué)者提出，認(rèn)為本病由1種或幾種元素過多、不足或不平衡所引起。

我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大骨節(jié)病與環(huán)境低硒有密切關(guān)系：①我國本病病區(qū)分布與低硒土壤地帶大體上一致，大部分病區(qū)土壤總硒總量在0.15mg/kg以下，糧食硒含量多低于0.020mg/kg；②病區(qū)人群血、尿、頭發(fā)硒含量低于非病區(qū)人群，病人體內(nèi)可查出與低硒相聯(lián)系的一系列代謝變化；③病區(qū)人群頭發(fā)硒水平上升時，病情下降；④補(bǔ)硒后能降低大骨節(jié)病的新發(fā)率，促進(jìn)干骺端病變的修復(fù)。

不支持低硒是本病的病因：①有些地區(qū)低硒，并不發(fā)生大骨節(jié)病，如陜西的榆林、洛南以及四川、云南一些克山病病區(qū)；有些地方硒并不很低，卻有本病發(fā)生，如山東的益都，山西的左權(quán)、霍縣，陜西的安康，青海的斑瑪?shù)?；②補(bǔ)硒后不能完全控制本病的的新發(fā)；③細(xì)胞培養(yǎng)表明，軟骨細(xì)胞生長對硒并無特殊需要；④低硒的動物實驗不能造成類似本病的軟骨壞死。第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日大骨節(jié)病真菌毒素說認(rèn)為病區(qū)谷物被某種鐮刀菌污染并形成耐熱的毒性物質(zhì)，居民因食用含此種霉素的食物而得病。60年代以后，我國學(xué)者楊建伯等繼續(xù)進(jìn)行這一方面的研究，病區(qū)玉米中檢出最多的真菌是尖孢鐮刀菌；并在病區(qū)玉米粉和面粉中檢出多量鐮刀代謝產(chǎn)物蘇糖醇和木糖醇，其含量與大骨節(jié)病病情之間存在“劑量效應(yīng)”聯(lián)系。用病區(qū)谷物分離的鐮刀菌接種于非病區(qū)玉米制成菌糧，按10%比例加入正常飲料喂養(yǎng)雛雞，可引起雛雞膝關(guān)節(jié)骺板軟骨帶狀壞死。

真菌霉素說當(dāng)前面臨的主要問題是：①在流行病學(xué)上如何解釋病區(qū)近距離灶狀分布問題，用溫度、濕度、糧食收割貯存條件等難以作出令人信服的解釋；②各病區(qū)分離出的菌種不盡相同，病區(qū)與非病區(qū)間的差別不夠規(guī)律；③細(xì)胞培養(yǎng)證明，鐮刀菌毒素（如禾谷粉紅色鐮刀菌的TDP-1、梨孢鐮刀T-2等）對軟骨細(xì)胞并無選擇性毒性作用。

第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日大骨節(jié)病有機(jī)物中毒說

認(rèn)為本病系由于病區(qū)飲水被腐殖質(zhì)污染所致。

我國在1979—1982年的永壽縣大骨節(jié)病科學(xué)考察中，測得水中腐殖酸總量和羥基腐殖酸含量與大骨節(jié)病患病變率呈正相關(guān)。近年來對病區(qū)飲水中有機(jī)物的分離鑒定表明，病區(qū)與非病區(qū)腐殖酸結(jié)構(gòu)的核心部分無明顯差異，小分子有機(jī)物如酚醌類、含硫和氮的苯并噻唑類化合物在病區(qū)飲水中較多出現(xiàn)。

近年來，有些學(xué)者提出低硒、真菌毒素和飲水中有機(jī)物3者在復(fù)合致病假說。即糧食受真菌污染和飲水受有機(jī)物污染的共同結(jié)果，引起發(fā)病。

這一觀點所面臨的主要問題是，危害為何只選擇性作用于軟骨細(xì)胞，而對其他組織不帶來明顯損害。

第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日水俁病病因——有機(jī)汞中毒。主要癥狀：腦損害。輕者鼻、唇、舌、手、足、麻木，語言不清，記憶力減退，動作笨拙，步態(tài)不穩(wěn)。重者全身癱瘓、痙攣、吞咽困難，最后死亡。第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日1953年首次發(fā)現(xiàn)于日本九州島的水俁灣。在日本九州島南部熊本縣的水俁鎮(zhèn)，出現(xiàn)了一些患口齒不清、面部發(fā)呆、手腳發(fā)抖、神經(jīng)失常的病人，這些病人經(jīng)久治不愈，就會全身彎曲，悲慘死去。原因：合成醋酸過程中采用的催化劑氯化汞和硫酸汞，隨廢水排入臨近的水俁灣內(nèi)，沉淀在底泥里。氯化汞和硫酸汞在海底泥里被一種叫甲基鈷氨素的細(xì)菌作用變成毒性更強(qiáng)的甲基汞。甲基汞每年能以1％速率釋放出來，對上層海水形成二次污染，長期生活在這里的魚蝦貝類最易被甲基汞所污染，據(jù)測定水俁灣里的海產(chǎn)品含有汞的量已超過可食用量的50倍，居民長期食用此種含汞的海產(chǎn)品，就成為甲基汞的受害者。一旦甲基汞進(jìn)入人體就會迅速溶解在人的脂肪里，并且大部分聚集在人的腦部，粘著在神經(jīng)細(xì)胞上，使細(xì)胞中的核糖酸減少，引起細(xì)胞分裂死亡。

水俁病第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日痛痛病病因——鎘中毒。主要損害腎臟和骨質(zhì)。癥狀：這種病一開始是在勞動過后腰、手、腳等關(guān)節(jié)疼痛，在洗澡和休息后則感到輕快；延續(xù)一段時間后，全身各部位都神經(jīng)痛、骨痛尤烈，進(jìn)而骨骼軟化萎縮（如圖所示），以致呼吸、咳嗽都帶來難忍之苦，因而自殺。第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日痛痛病

1931年起，日本富山縣神通川流域出現(xiàn)了一種怪病，使許多婦女自殺。1960年證實病因是鎘中毒。又通過十幾年的流行病學(xué)、臨床、病理以及動物實驗等方面的深入細(xì)致的研究工作，于1968年證實并指出“痛痛病”是由鎘引起的慢性中毒。它的化學(xué)性質(zhì)使它取代鈣離子與體內(nèi)的負(fù)離子結(jié)合，導(dǎo)致骨骼中因鎘的含量增加而脫鈣，造成嚴(yán)重的骨骼疏松。它還會使腎臟受損，繼而引起骨軟化癥，是在妊娠授乳，內(nèi)分泌失調(diào)，老年化和鈣不足等誘因作用下形成的疾病。

發(fā)病是由于神通川上游某鉛鋅礦的含鎘選礦廢水和尾礦渣污染了河水，使其下游用河水灌溉的稻田土壤受到污染，產(chǎn)生了“鎘米”，人們長期食用“鎘米”和飲用含鎘的水而得病。第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日統(tǒng)一分析方法模擬消解液統(tǒng)一參考樣品標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)自檢—互檢—外檢異常值判斷剔除數(shù)據(jù)分布類型檢驗可靠性檢驗情報檢索樣品采集樣品處理及保存室內(nèi)分析數(shù)理統(tǒng)計與檢驗計算機(jī)處理步驟三、土壤背景值的確定第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日土壤背景值的確定情報檢索：

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等，根據(jù)情報檢索結(jié)果確定污染物影響范圍。樣品采集：

在污染物影響范圍之外，按照自然條件確定樣點數(shù)與樣點布局。（每個土種至少有4次重復(fù)的樣點）第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日土樣的采集與分析土樣采集過程：

挖掘土壤剖面——分層采樣——風(fēng)干——過篩(全量分析時過100目篩(60目)，有效成分分析時過20目篩)。樣品分析注意事項：

保證分析質(zhì)量格外重要。(1)掌握分析方法的質(zhì)量參數(shù)；(2)帶標(biāo)準(zhǔn)參考樣品與必要數(shù)量的空白參與平行測定與回收檢驗。應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日我國幾個地區(qū)及其主要土類的背景值我國土壤金屬元素含量概況：

砷、鋅、銅高于世界均值；汞、錳、鈷與世界均值相當(dāng)；鎘、鉻、鎳低于世界均值；鉛的變異系數(shù)超出世界平均范圍。第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日

1、反映土壤中化學(xué)元素的豐度，為制定施肥規(guī)劃、方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

2、是土壤污染評價不可缺少的依據(jù)，為土壤質(zhì)量評價，劃分質(zhì)量等級和土壤污染評價，劃分污染等級提供基礎(chǔ)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)；

3、確定土壤環(huán)境容量，制定土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)不可缺少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

4、反映區(qū)域土壤化學(xué)元素的組成和含量。通過對元素背景值的分析，可以找到土壤、植物、動物和人群之間某些異常元素的相互關(guān)系。四、土壤背景值的應(yīng)用第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日1、環(huán)境容量：

是指人類生存和自然生態(tài)不受損害的前提下，環(huán)境對污染物的最大容納量。2、土壤環(huán)境容量（或稱土壤負(fù)載容量）：

指一定環(huán)境單元、一定時限內(nèi)遵循環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，即保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和生物學(xué)質(zhì)量，同時也不使環(huán)境污染時，土壤所能容納污染物的最大負(fù)荷量。

——土壤污染物的起始量和最大負(fù)荷量之差。五、土壤的環(huán)境容量第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日3、影響因素：

①污染物質(zhì)在土壤中的揮發(fā)、稀釋、擴(kuò)散和濃集使其移出土體之外；②對于某些可呈離子態(tài)的污染物質(zhì)，如重金屬、化學(xué)農(nóng)藥進(jìn)入土壤后，土壤膠體的吸附作用可以大大改變其有效含量；③