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)量概念美國土壤學會（1995）在自然和管理的生態(tài)系統(tǒng)邊界內(nèi)，土壤具有動植物生產(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。我國學者趙其國：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，土壤容納消解無機和有機有毒物質(zhì)、提供生物必需的養(yǎng)分元素、維護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)為對植物生長所需的水、肥、氣、熱的供應(yīng)和協(xié)調(diào)能力。（2）土壤環(huán)境質(zhì)量指在一定的時間和空間內(nèi)，土壤自身性狀對對其持續(xù)利用以及對其他環(huán)境要素，特別是對人類或其他生物的生存、繁衍以及社會經(jīng)濟發(fā)展的適宜性。(3)土壤健康質(zhì)量土壤健康質(zhì)量是影響和促進人畜健康的能力，尤其是針對因自然地質(zhì)過程和生物地球化學循環(huán)而造成土壤某元素豐缺，繼而通過食物鏈對人畜健康產(chǎn)生影響的能力。二、土壤質(zhì)量的評價指標土壤質(zhì)量指標影響的過程有機質(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動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)分有效性電導或鹽厚度水的入滲率、作物生長、土壤結(jié)構(gòu)有效養(yǎng)分支持作物生長的能力、環(huán)境的危害性土壤質(zhì)量的有關(guān)指標與其過程的關(guān)系土壤指標土壤狀況參數(shù)與土壤質(zhì)量的關(guān)系土壤物理指標質(zhì)地水分和化學品的保持與運輸；模型的使用，土壤侵蝕和變量估計表土和耕層深度生產(chǎn)潛力和侵蝕估計；景觀河地理變異性的標準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數(shù)值土壤持水性水分保持、運輸和侵蝕；有效水：從容重、質(zhì)地和有機質(zhì)計算土壤化學指標土壤有機質(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位規(guī)范化PH定義生物和化學活性閾值，對過程模型非常重要電導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)量指標土壤生物指標微生物量碳、氮微生物催化潛力和碳、氮儲存；模擬：管理隊有機質(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生物活性；微生物活性測定模型土壤質(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組成和元素含量水平。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特別是土壤分析為主線，涉及多學科，技術(shù)要求高的一個系統(tǒng)。具有較嚴密的結(jié)構(gòu)性、整體性及目的性，對各子系統(tǒng)獨有嚴格的技術(shù)質(zhì)量控制。

土壤環(huán)境背景值在土壤污染評價，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)量評價(environmentalqualityevaluation)

土地資源評價(landresourceassessment)

國土規(guī)劃(territorialplanning)

環(huán)境醫(yī)學(environmentalmedicine)

食品衛(wèi)生(foodhygiene)

重要的實用意義土壤環(huán)境容量(soilenvironmentcapacity)農(nóng)田施肥土壤污染評價（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.時間因素2.土壤理化性質(zhì)（4）土壤背景值研究狀況國外研究現(xiàn)狀

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

英國：1979年按網(wǎng)格設(shè)計，測定19中元素。

日本：1978-1984年，測定全國8個元素背景值

瑞士：20世紀80年代，建立國家環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，建立120個土壤監(jiān)測點。國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1978年開始9種元素，13個省市自治區(qū)研究；

1982年，在全國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.情報檢索與資料收集2.土壤樣點的布置與采集1）布點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C樣點要均勻分布，有適當?shù)拿芏?）野外選點

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)交錯分布地段選點C樣點的土壤剖面應(yīng)發(fā)育完整、層次清楚、無人為干擾、具代表性D樣點應(yīng)選在遠離城鎮(zhèn)、居民點、鐵路、公路等可能發(fā)生污染的位置E農(nóng)業(yè)土壤選點要避開污灌、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定B碳酸鈉-氧化鈉熔融法等離子發(fā)射光譜測定稀土元素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嚴格遵守分析化學操作規(guī)則和要求B標準液配制要符合要求C分析中要做空白試驗D設(shè)置統(tǒng)一參考樣品，以控制實驗室分析質(zhì)量E采用平行試驗來控制樣品分析的精密度F用土壤標樣來控制分析的準確度5.數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析1）先確定元素濃度的概率分布類型擬和度檢驗

檢驗方法2）土壤元素背景值計算數(shù)字符合正態(tài)分布，采用算術(shù)平均值與標準差作代表值數(shù)字符合對數(shù)正態(tài)分布，采用幾何平均值與幾何標準差作代表值數(shù)字符合偏態(tài)分布，則需經(jīng)正態(tài)化處理，再按正態(tài)分布方式進行計算6.元素環(huán)境背景值的表示方法情報檢索子系統(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)編制程序計算機處理異常值判斷剔除數(shù)據(jù)分布類型檢驗可靠性檢驗標準溶液模擬消解液統(tǒng)一參考樣品統(tǒng)一分析方法標準參考物質(zhì)自檢互檢外檢數(shù)理統(tǒng)計、檢驗子系統(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)量標準的依據(jù)1）土壤環(huán)境質(zhì)量標準是為了保護土壤環(huán)境質(zhì)量，保障土壤生態(tài)平衡，維護人體健康而對污染物在土壤環(huán)境中的最大允許含量所做的規(guī)定，是環(huán)境標準的重要組成部分，是國家環(huán)境法規(guī)之一。土壤環(huán)境質(zhì)量基準值：土壤污染物對生物與環(huán)境不產(chǎn)生不良或有害影響的最大劑量或濃度。由污染物同特定對象之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系確定。土壤環(huán)境質(zhì)量標準以土壤環(huán)境質(zhì)量基準值為依據(jù)，并考慮社會、經(jīng)濟和技術(shù)等因素，經(jīng)綜合分析制定。一般具法律強制性。原則上，土壤環(huán)境質(zhì)量標準≤土壤環(huán)境質(zhì)量基準值。

2）利用土壤背景值確定土壤環(huán)境質(zhì)量基準值方法

a利用背景值代替基準值如：加拿大安大略省1978年規(guī)定CdNiMob土壤背景值加標準差等于基準值如：我國1970年荷蘭c以高背景區(qū)土壤元素平均值作為基準值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)元素數(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)?。籩.水俁??；f.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)化學特征的反映，土壤中某些化學元素背景值異常，可能是成礦元素的指示標志，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荷量。Soilenvironmentalcapacity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)量標準，既保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和生物學質(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)量或負荷量。

土壤環(huán)境容量=靜容量+動容量1.概念四.土壤環(huán)境容量土壤環(huán)境靜容量——土壤污染物的基準含量（土壤背景值）和最大負荷量(Carryingcapacity)之差。土壤環(huán)境動容量——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)生化指標微生物計數(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)境污染標準國家或政府主管部門頒發(fā)的糧食衛(wèi)生標準生理指標或產(chǎn)量降低程度1種以上生物化學指標在7d以上出現(xiàn)的變化微生物計數(shù)指標在7d以上出現(xiàn)的變化不導致地下水超標不導致地面水超標標準級別僅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).土壤的生物學特性

4).人類活動二）、土壤環(huán)境的緩沖性能土壤因水分、溫度、時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，土壤抵御其溶液中該組分濃（活）度變化的能力。正緩沖量負緩沖容量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，隨環(huán)境因素的變化以及人們對環(huán)境目標期望值的變化而改變。

土壤環(huán)境容量是對污染物進行總量控制和目標管理的重要手段，是限制人類破壞土壤資源的主要指標。1.確定：生物反應(yīng)；化學容量法2.應(yīng)用：土壤環(huán)境評價；制訂“三廢”農(nóng)田排放標準；灌溉水質(zhì)標準；污泥施用標準；微量元素累積施用量等。土壤環(huán)境容量的數(shù)學模式土壤生態(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)境標準（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動態(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