環(huán)境土壤學(xué)1課件

環(huán)境土壤學(xué)

第四章土壤背景值與環(huán)境容量第四章土壤背景值與環(huán)境容量掌握1.環(huán)境本底值、背景值、基線值的區(qū)別與聯(lián)系2.土壤背景值的概念及其與地方病和污染病的關(guān)系3.土壤環(huán)境容量的概念4.土壤重金屬臨界值及土壤重金屬環(huán)境容量的含義5.土壤重金屬生物學(xué)容量和化學(xué)容量的含義及關(guān)系6.土壤背景值和土壤環(huán)境容量的應(yīng)用4.1環(huán)境本底值、背景值、基線值的概念1.環(huán)境本底值（絕對的）環(huán)境本底值是指環(huán)境要素在未受人類活動的影響下，其化學(xué)元素的自然含量和能量值。4.1環(huán)境本底值、背景值、基線值的概念3.環(huán)境基線值環(huán)境基線值是指在環(huán)境影響評價(jià)中，評價(jià)區(qū)環(huán)境參數(shù)的目前水平值。即環(huán)境現(xiàn)狀值。在進(jìn)行環(huán)境影響評價(jià)時，要把擬建工程的影響預(yù)測值疊加在環(huán)境現(xiàn)狀值之上，才可確定出擬建工程對環(huán)境的影響程度，所以用“基線”這一名詞來突出該數(shù)值的特點(diǎn)。4.2環(huán)境本底值、背景值、基線值的區(qū)別1.三者在時間上的區(qū)別三者的時間關(guān)系可以用表示為：人類活動干擾前(本底值)→人類活動開始干擾(背景值)→人類活動干擾的現(xiàn)狀(基線值)。4.2環(huán)境本底值、背景值、基線值的區(qū)別2.三者從獲得途徑上的區(qū)別環(huán)境本底值的獲得只能是運(yùn)用數(shù)學(xué)推斷的方法。環(huán)境背景值的獲得可以通過采樣分析，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法，檢驗(yàn)分析結(jié)果，然后取分析數(shù)據(jù)的平均值(或數(shù)值范圍)作為背景值。環(huán)境基線值是通過常規(guī)的環(huán)境監(jiān)測分析，對研究區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測，運(yùn)用環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價(jià)處理監(jiān)測結(jié)果的方法獲得。4.2環(huán)境本底值、背景值、基線值的區(qū)別3.在應(yīng)用方面的區(qū)別環(huán)境本底值無法準(zhǔn)確的獲得，失去了其應(yīng)用的價(jià)值。環(huán)境背景值比較容易獲得，并且允許有一定程度的人類活動的干擾，這就比較客觀和現(xiàn)實(shí)地反映了當(dāng)代環(huán)境物質(zhì)的一般水平，該值可作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來衡量環(huán)境要素的質(zhì)量或污染程度。環(huán)境基線值僅限于環(huán)境影響評價(jià)時應(yīng)用。4.3土壤背景值2.土壤背景值與地方病和污染病的關(guān)系地球上的生物都是在地殼上生長繁育起來的。據(jù)研究結(jié)果表明，人體血液與地殼中的18種元素（鐵、鋅、碘、鈷、釩、錳、鉻、鉬、硒、銅、鋁、砷、銻、鉛、錫、鎘、鎳、汞）含量呈顯著性相關(guān)。地方病定義在某些特定地區(qū)內(nèi)相對穩(wěn)定并經(jīng)常發(fā)生的、呈地方性發(fā)病特點(diǎn)的一類疾病，通稱地方病。中國是地方病（endemicdisease)病情嚴(yán)重的國家，全國各省份至少有1種以上的地方病，迄今，地方病仍是嚴(yán)重威脅我國人民身體健康和生命的疾病，構(gòu)成了我國廣大農(nóng)村最主要的公共衛(wèi)生問題之一。

我國地方病現(xiàn)狀上述各類地方病中，我國曾納入重點(diǎn)地方病防治管理的有8種，分別是血吸蟲?。╯chistosomiasis)、克山病（Keshandisease)、大骨節(jié)病（Kashin-Beckdisease)、碘缺乏病（iodinedeficiencydisease)、地方性氟中毒（endemicfluorosis)、地方性砷中毒（endemicarsenism)、鼠疫（plague)和布魯氏菌病（burcellosis)。目前，在這8種地方病中有3種已經(jīng)不被納入重點(diǎn)地方病防治管理范圍，包括血吸蟲病、鼠疫和布魯氏菌病。上述重點(diǎn)地方病是我國主要的地方病，其病情嚴(yán)重，危害極大，病區(qū)面積廣泛，我國31個省、自治區(qū)、直轄市都不同程度地存在地方病的流行，受威脅人口超過5億，各類病人數(shù)千萬，不僅給社會帶來巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，還成為當(dāng)?shù)鼐用褚虿≈仑?、因病返貧的主要原因之一。由于目前我國地方病重病區(qū)主要分布在西部地區(qū)，地方病成為拉大東西部差距，阻礙西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要原因之一。

4.3土壤背景值元素與人體健康的關(guān)系元素過低的后果過高的后果汞未發(fā)現(xiàn)水俁病鎘未發(fā)現(xiàn)痛痛病、致癌、致心血管病、高血壓、肺腎損傷砷哺乳動物可能必需、仔動物缺可致生長速度緩慢，皮毛較粗、細(xì)胞損傷及脾肥大皮膚癌、肺癌、血管末稍病、皮膚角化病鉛目前僅發(fā)現(xiàn)鼠類必需，可使鼠類患貧血癥中樞神經(jīng)損傷，行走蹣跚，紅細(xì)胞δ-氨基乙酸丙酸脫氫酶活性下降鎳對于動物，生長緩慢，皮毛變粗，繁殖力下降；人類可能導(dǎo)致消化不良和肝腎疾病呼吸道癌鉻必需、致低血糖、糖尿病、心血管病、高脂血癥、主動脈血小板形成增強(qiáng)皮膚和肺損害，可能導(dǎo)致肺癌4.3土壤背景值

3.土壤背景值的研究方法(1)研究范圍的確定研究范圍取決于研究目的。確定研究范圍的目的，一方面是設(shè)計(jì)樣點(diǎn)數(shù)，另一方面是設(shè)計(jì)樣點(diǎn)的布局。因此，在明確研究疆界的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步明了該區(qū)域內(nèi)的自然地理?xiàng)l件，土壤類型及其分布。(2)樣點(diǎn)的布設(shè)與采集樣點(diǎn)設(shè)置有不同層次的考慮。一是樣點(diǎn)總數(shù)的設(shè)置，這要看被測物質(zhì)含量變異情況而定。變異大者，樣點(diǎn)數(shù)自然比變異小者為多，否則統(tǒng)計(jì)結(jié)果的可靠性差。土壤背景值的布點(diǎn)，必需遵循以下原則：4.3土壤背景值3.土壤背景值的研究方法(2)樣點(diǎn)的布設(shè)與采集①以土壤類型為主，確定每個土類應(yīng)采集的樣品數(shù)。同時考慮成土母質(zhì)和地形單元等因素進(jìn)行布點(diǎn)。

②同一類型的土壤應(yīng)考慮其典型性和代個性。③樣點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)遠(yuǎn)離工廠、城鎮(zhèn)、鐵路與公路等有明顯污染源的地方。④要避免在人為活動而打亂土壤層次的地方及其附近設(shè)點(diǎn)，如宅基地、堤壩、溝渠與墳地等。4.3土壤背景值3.土壤背景值的研究方法(2)樣點(diǎn)的布設(shè)與采集⑤以土壤類型的某一單元為統(tǒng)計(jì)單元時，采集樣品的數(shù)量，必須符合統(tǒng)計(jì)學(xué)的要求。⑥在污染物影響范圍之外，按自然條件確定樣點(diǎn)數(shù)與樣點(diǎn)布局，然后按預(yù)定設(shè)計(jì)采取無污染的土樣。⑦在既定樣點(diǎn)上用常規(guī)法挖掘土壤剖面，用竹刀自下而上分層采取500～1000克土壤，用布袋收集，在室內(nèi)風(fēng)干。

篩孔和篩號對照篩孔直徑/mm篩號網(wǎng)目/英寸篩孔直徑/mm篩號網(wǎng)目/英寸8.002.52.60.256061.74.0055.00.217072.52.00109.20.1778085.51.001817.20.1491001010.842020.20.1251201200.712523.60.1051401430.593027.50.0742002000.503532.30.0532702700.424037.90.053000.305052.40.044325323篩孔和篩號對照說明(1)篩孔直徑是以方孔計(jì)算的；(2)篩號是美國標(biāo)準(zhǔn)號；(3)篩目是每英寸長度內(nèi)的篩孔數(shù)(1英寸=25.40毫米)；如：60號篩在每英寸長度內(nèi)平均有61.7個篩孔，篩孔直徑為0.25mm，篩線共占9.98mm。(4)篩孔直徑與篩號可按下式粗略地?fù)Q算：40號以下篩：篩孔直徑(mm)=17/篩號40-50號篩：篩孔直徑(mm)=16/篩號50號以上篩：篩孔直徑(mm)=15/篩號4.3土壤背景值3.土壤背景值的研究方法(3)樣品分析和數(shù)據(jù)處理背景值采樣分析結(jié)果各自代表所在樣點(diǎn)的成分含量。但作為整個區(qū)域的數(shù)值代表，就需進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，可以用算術(shù)平均值和幾何平均值，作為代表性的背景值。4.3土壤背景值4.土壤背景值的應(yīng)用(3)土壤背景值可作為污染途徑追蹤的依據(jù)當(dāng)發(fā)現(xiàn)植物或動物受到了污染，或是某些成分異常時，不能夠直接歸咎于土壤污染。來自土壤的汞，其株體分布為根＞莖＞葉，而來自大氣的汞，則株體分布為葉＞莖＞根。有了土壤汞背景濃度及土壤汞與植物汞分布的相關(guān)性，再加上株體汞的分布狀況分析，足以判斷汞的污染來源與遷移渠道了。土壤中某些重金屬元素的背景值/mg·kg－1元素含量范圍平均值A(chǔ)g0.01～50.1As0.1～406Be0.1～406Cd0.01～20.35Co1～408Cr5～3000100Cu2～10020Fe7000～55000038000Hg0.01～0.30.03Mn100～4000850Mo0.2～52Ni10～1000404.4環(huán)境容量2.環(huán)境容量的決定因素環(huán)境容量大小取決于兩個因素。一是環(huán)境本身具備的背景條件：如環(huán)境空間的大小，氣象、水文、地質(zhì)、植被等自然條件，生物種群特征、污染物的理化物性等等。二是人們對特定環(huán)境功能的規(guī)定。這種規(guī)定經(jīng)常用環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來表述。4.5土壤環(huán)境容量的概念1.土壤的標(biāo)準(zhǔn)容量一定土壤環(huán)境單元達(dá)到土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)時，土壤容納污染物的總量。2.土壤的凈化容量考慮土壤凈化能力的土壤環(huán)境容量叫土壤凈化容量。3.土壤靜容量由于某些污染物在土壤中持續(xù)累積，需要累積到一定程度，方能表現(xiàn)出明顯的生態(tài)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)。因此，衡量土壤容量時需要有一個基準(zhǔn)含量水平。根據(jù)這個水平所獲得的土壤環(huán)境容量，稱為土壤靜容量。4.5土壤環(huán)境容量的概念4.土壤動容量在土壤靜容量的基礎(chǔ)上，將土壤自凈過程所凈化的污染的量也考慮在內(nèi)的量，是土壤動態(tài)的、全部容許的量，將之與土壤的靜容量相對應(yīng)，稱為土壤環(huán)境動容量，是能夠反應(yīng)土壤環(huán)境真實(shí)情況的土壤環(huán)境容量。5.共識的概念是指一定土壤環(huán)境單元，一定時限內(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（既保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和生物學(xué)質(zhì)量，同時也不使其他環(huán)境受到污染），土壤所能容納污染物的最大負(fù)荷量。4.6土壤環(huán)境容量研究方法1.區(qū)域的基本概況自然環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)與污染狀況調(diào)查，了解土壤的類型、分布特征、一般基本理化性質(zhì)等。2.土壤污染的生態(tài)效應(yīng)研究土壤污染物的生態(tài)效應(yīng)，是通過不同濃度污染物質(zhì)對土壤生態(tài)系統(tǒng)中各種生物的生理、生態(tài)、生產(chǎn)狀況的影響程度，以及污染物在生物各器官（尤其是可食部分）中殘留累積的量來考察的。4.6土壤環(huán)境容量研究方法3.土壤污染的環(huán)境效應(yīng)研究這主要是指污染物進(jìn)入土壤后，可能對地表水和地下水造成的次生污染，土壤污染物會隨地表徑流而進(jìn)入河、湖。4.污染物在土壤中的凈化規(guī)律的研究4.6土壤環(huán)境容量研究方法5.土壤污染物臨界含量的確定土壤的臨界含量，是指土壤所能容納污染物的最大濃度。是確定土壤環(huán)境容量的重要的因素，在很大程度上，決定著土壤的容納能力。因此，在獲得土壤污染物的各種生態(tài)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)以及各種單一體系的臨界含量后，就可以采用各種效應(yīng)的綜合臨界指標(biāo)，得出整個土壤生態(tài)系統(tǒng)的臨界含量，以此作為國家制定土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)和確定土壤環(huán)境容量的依據(jù)。4.6土壤環(huán)境容量研究方法6.土壤環(huán)境容量的計(jì)算土壤環(huán)境容量的數(shù)學(xué)模型，是土壤生態(tài)系統(tǒng)與其邊界環(huán)境參數(shù)構(gòu)成的定量關(guān)系，用以表達(dá)土壤環(huán)境容量的客觀規(guī)律。同時，需要根據(jù)工作的發(fā)展情況進(jìn)行補(bǔ)充或修改。最后，對所有獲得的資料進(jìn)行調(diào)整、歸納后還需對原模式進(jìn)行修改、完善，甚或重建新的模式。4.6土壤環(huán)境容量研究方法7.土壤環(huán)境容量的區(qū)域性分界污染物進(jìn)入土壤后，除受土壤的性質(zhì)影響外，也受制于該土壤現(xiàn)存的自然條件。因此，污染物在不同自然地理?xiàng)l件下的土壤中，其行為、效應(yīng)及其環(huán)境容量是不同的，具有區(qū)域性特征的。4.7土壤重金屬環(huán)境容量1.土壤重金屬臨界值以作物減產(chǎn)10%或籽實(shí)含量達(dá)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時的土壤重金屬“有效態(tài)”含量為土壤重金屬臨界含量。當(dāng)作物減產(chǎn)10%時，籽實(shí)重金屬含量未超標(biāo)，以作物減產(chǎn)10%為標(biāo)準(zhǔn)。如籽實(shí)含量超標(biāo)時作物仍未減產(chǎn)10%，則以籽實(shí)含量達(dá)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時為標(biāo)準(zhǔn)。4.7土壤重金屬環(huán)境容量2.土壤重金屬環(huán)境容量的含義土壤重金屬的環(huán)境容量可分為生物學(xué)容量和化學(xué)容量。（1）生物學(xué)容量是以作物減產(chǎn)10%或籽實(shí)含量達(dá)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時的土壤重金屬臨界值所計(jì)算得到的土壤重金屬環(huán)境容量。（2）土壤重金屬化學(xué)容量是指土壤通過物理化學(xué)作用對重金屬的吸持和固定的最大容許量，可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過模擬試驗(yàn)測定。一般用等溫吸附試驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄈ鏛angmuir方程式）中的最大吸附量來計(jì)算，即化學(xué)容量=最大吸附量+背景值。確定土壤臨界濃度應(yīng)以生物學(xué)容量為標(biāo)準(zhǔn)。4.7土壤重金屬環(huán)境容量3.影響因素（1）土壤性質(zhì)的影響（2）指示物的影響（3）土壤中污染物的存在形態(tài)或行為過程的影響。（4）環(huán)境因素如溫度、PH或Eh、化合物類型的影響。4.7土壤重金屬環(huán)境容量4.土壤的臨界濃度和土壤容量的比較（1）土壤的臨界濃度和土壤容量之間并不完全等同。土壤的臨界濃度重在相對濃度，其數(shù)值是植物的可吸收量，在理論上應(yīng)接近于常數(shù)；土壤容量重在絕對量，其數(shù)值因土壤不同而有很大差異。（2）土壤環(huán)境容量是在臨界濃度基礎(chǔ)上計(jì)算出來的。（3）至于臨界濃度是否應(yīng)當(dāng)包括背景值，目前兩種做法都存在。包括背景值時，包括了土壤對某成份的整個容量。不計(jì)背景值在內(nèi)時，是指土壤從現(xiàn)狀起還能容納多少外來污染物質(zhì)。（是指總量）4.7土壤重金屬環(huán)境容量5.土壤環(huán)境容量的確定（1）進(jìn)行生物試驗(yàn)獲取土壤臨界值。經(jīng)過生物試驗(yàn)取得土壤臨界含量需要經(jīng)歷較長的時間，而且所得結(jié)果是因土壤類型以及作物種類而異的。土壤中有害物質(zhì)的形態(tài)及其對作物的有效性，是決定植物是否吸收與吸收多少的限制性條件。（2）化學(xué)容量法代替生物學(xué)容量法求得土壤臨界濃度是可行的。4.7土壤重金屬環(huán)境容量5.土壤環(huán)境容量的確定（3）用土壤化學(xué)容量法計(jì)算土壤容量舉例：設(shè)：兩種土壤含有效Cr3+為4.5mgkg-1和5.8mgkg-1時使作物表現(xiàn)中毒，導(dǎo)致產(chǎn)量下降10％，求Cr3+的土壤環(huán)境容量。4.7土壤重金屬環(huán)境容量經(jīng)實(shí)測，土壤1在有效Cr3+含量為4.5mg/kg時Cr3+全量為240mg/kg，土壤2在有效Cr3+含量為5.8mg/kg時Cr3+全量為412mg/kg。所以，單位土壤1環(huán)境容量為240mg/kg，單位土壤2環(huán)境容量為412mg/kg。若土壤容重為1.3g/cm3，土層厚20cm時，每公頃土壤重量為2600t，則：土壤1的Cr3+容量624kgCr3+/ha，土壤2的Cr3+容量為1071kgCr3+/ha。4.7土壤重金屬環(huán)境容量6.土壤重金屬環(huán)境容量的應(yīng)用（1）用以制定土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)（2）制定區(qū)域性農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（3）制定農(nóng)用污泥施用標(biāo)準(zhǔn)（4）進(jìn)行土壤污染預(yù)測（5）用于污染物排放總量控制（6）為土地處理系統(tǒng)承受能力提供依據(jù)（7）為區(qū)域性環(huán)境區(qū)劃、規(guī)劃、管理等提供依據(jù)4.7土壤重金屬環(huán)境容量7.土壤環(huán)境容量的應(yīng)用舉例研究土壤環(huán)境容量的目的，首先是控制進(jìn)入土壤的污染物數(shù)量。因此，在土壤質(zhì)量評價(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方面發(fā)揮作用。現(xiàn)以灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算為例說明如何應(yīng)用土壤環(huán)境容量。4.7土壤重金屬環(huán)境容量例如，某地段利用含鎘廢水灌溉農(nóng)田，設(shè)其鎘濃度為C（mgL-1），年灌溉量為M（m3ha-1），鎘在土壤中年殘留率為k，土壤鎘因灌溉達(dá)到其容量的年限為t0，土壤環(huán)境容量為Q（mgha-1），進(jìn)入土壤的鎘在第t年時的累積殘留量X（mgha-1）為：累積殘留量X=10-3M（年灌溉量）·C（鎘濃度）·k（殘留率）·（1-kt）/(1-k)當(dāng)X等于土壤環(huán)境容量Q時，上式中C即為污灌水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，用I（mgL-1）表示：I=10-3[Q(1-k)]/