第三章土壤背景值與環境容量主要內容第一節土壤背景值第二節土壤背景值的調查方法

第一節土壤背景值土壤背景值是指未受或少受人類活動（特別是人為污染）影響的土壤環境本身的化學元素組成及其含量。實際上，土壤背景值只能代表土壤某一發展、演變階段的一個相對意義上的數值，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。通過取樣調查的方法來找出真正的土壤元素

背景值是非常困難的,要找到完全沒有受到任何人為污染的土壤則幾乎不太可能。但從實際操作的角度考慮,只要通過合理的取樣布點,采集避開人類活動密集區域的土壤,則所取土壤的元素含量就可以代表其相應的背景值。土壤背景值的研究具有重要的理論和實踐意義一直以來都是國內外環境科學領域關注的對象,許多國家先后進行了背景值的研究工作。一、國外土壤環境背景值研究從20世紀60年代起，美國地質調查所為建立土壤中元素的基線值，開展了一系列的區域土壤背景值調查工作。至今，美國完成了全國土壤背景值的調查研究。英國土壤調查總局于1979年按網格設計，間隔5Km采集一個表土，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，測定了19個元素。其它國家，日本、瑞士、加拿大等國也都開展了土壤背景值的調查。二、國內土壤背景值研究我國土壤環境背景值的研究始于20世紀70年代在“七五”期間，研究了土壤背景值的區域分異性，并探討了在環境健康、環境評價和農業利用等方面的應用前景。土壤背景值的研究涉及面廣、技術難度要求高，并需要多學科支撐。土壤元素背景值是檢驗過去和預測未來土壤環境演化的基礎性資料,也是判斷土壤中化學物質的行為與環境質量的必要的基礎數據。土壤背景值研究及其意義

土壤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，技術要求高的一個系統。具有較嚴密的結構性、整體性及目的性，對各子系統獨有嚴格的技術質量控制。土壤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。

第二節土壤背景值的調查方法一、土壤背景值調查布點二、土樣的采集與室內分析三、數據處理四、土壤背景值與環境質量五、土壤環境容量一、土壤背景值調查布點1.前期準備2.布點方法3.基礎樣品數量1.前期準備（1）組織準備（2）資料收集（3）現場調查（4）采樣器具準備2.布點方法采樣要遵循“隨機”和“等量”原則（1）簡單隨機（2）分塊隨機（3）系統隨機3.基礎樣品數量應根據科學數據的基本保證和經濟條件來綜合考慮采樣的數量，具體方式如下:（1）由均方差和絕對偏差計算樣品數（2）由變異系數和相對偏差計算樣品數沒有歷史資料的地區、土壤變異程度不太大的地區，一般CV可用10%～30%粗略估計，有效磷和有效鉀變異系數CV可取50%。二、土樣的采集與室內分析1.樣品采集2.土壤室內分析測定3.分析記錄1.樣品采集（1）野外選點（2）厚度采樣（1）野外選點采樣點的自然景觀應符合土壤環境背景值研究的要求采樣點以剖面發育完整、層次較清楚、無侵入體為準選擇不施或少施化肥、農藥的地塊作為采樣點不在多種土類、多種母質母巖交錯分布、面積較小的邊緣地區布設采樣點。（2）厚度采樣采樣點可采表層樣或土壤剖面一般每個剖面采集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，方可離開現場,并在采樣示意圖上標出采樣地點,避免下次在相同處采集剖面樣。2.土壤室內分析測定（1）樣品處理一般選定《土壤環境質量標準》中選配的分析方法中規定的樣品處理方法，其他類型的監測優先使用國家土壤測定標準一般區域背景值調查和《土壤環境質量標準》中重金屬測定的是土壤中的重金屬全量（除特殊說明，如六價鉻）（2）分析方法第一方法：標準方法(即仲裁方法)。第二方法：由權威部門規定或推薦的方法。第三方法：根據各地實情，自選等效方法3.分析記錄（1）分析記錄（2）數據運算（3）結果表示（1）分析記錄分析記錄一般要設計成記錄本格式分析記錄也可以設計成活頁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、光盤等記錄測量數據，要采用法定計量單位，只保留一位可疑數字，有效數字的位數應根據計量器具的精度及分析儀器的示值確定（2）數據運算有效數字的計算修約規則按GB8170執行（3）結果表示平行樣的測定結果用平均數表示土壤樣品測定一般保留三位有效數字，含量較低的鎘和汞保留兩位有效數字,并注明檢出限數值三、數據處理

土壤元素背景值可以用土壤樣品算術平均值(x)或幾何平均值(M)表示。中國土壤元素背景值，總體上化學組成相對穩定，元素含量水平與變化幅度也相對固定，除了污染點外，世界各地土壤化學元素之間有較高的可比性情報檢索子系統樣品采集子系統樣品處理、保存子系統室內分析質量控制子系統編制程序計算機處理異常值判斷剔除數據分布類型檢驗可靠性檢驗標準溶液模擬消解液統一參考樣品統一分析方法標準參考物質自檢互檢外檢數理統計、檢驗子系統制圖技術子系統背景值土壤環境背景值研究技術系統四、土壤背景值與環境質量土壤背景值涉及土壤與水和大氣質量的關系，人類居住環境問題，土壤與其他環境要素的交互作用，涉及土壤質量的保護與改善等土壤環境工程的相關研究與應用。土壤質量是土壤在生態系統范圍內，維持生物的生產力、保護環境質量以及促進動植物和人類健康的能力從環境角度出發，我們首先必須發展一種靈敏而合適的方法來評價土壤環境質量。土壤環境質量評價涉及評價因子、評價標準和評價模式評價模式常用污染指數法或者與其有關的評價方法，如：1.污染指數、超標率（倍數）評價2.內梅羅污染指數評價3.背景值及標準偏差評價4.綜合污染指數法五、土壤環境容量1.土壤環境容量的概念2.土壤環境容量的計算方法3.土壤臨界含量的確定4.土壤環境容量的應用1.土壤環境容量的概念土壤環境容量亦稱污染物的土壤負載容量，(Soilenvironmentalcapacity)是一個發展的概念,隨環境因素的變化以及人們對環境目標期望值的變化而變化，定義有所不同一般認為土壤環境容量是指在一定環境單元、一定時限內遵循環境質量標準，既能保證土壤質量，又不產生次生污染時，土壤所能容納污染物的最大負荷量。土壤負載容量不是一個固定值而是一個范圍值，它受到多種因素的影響土壤環境靜容量——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量。2.土壤環境容量的計算方法環境標準限制某一要素的某一區域可能達到限度的量,作為該區域的環境容量,即環境的標準容量(C0),將此衡量土壤容許的污染量這個基準含量水平稱為土壤凈容量(Q1)其計算模式如下:Q1=(C0-B)×2250;式中:Q為土壤環境容量,g/hm2;C0為土壤環境標準值或土壤環境臨界值,g/t;B為區域土壤背景值或土壤本地值,g/t;2250為單位土地的表土計算重量,t/hm2。將這一部分凈化的量(Q2)加入到土壤凈容量(Q1)才是土壤動態的、全部容許的量,即土壤環境容量(Q),也有人稱之為土壤環境動容量。用數學式表示即為:Q=Q1+Q2。土壤環境容量的數學模式

土壤生態系統與其邊界環境中其它諸多參數構成的定量關系。

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。

根據物質平衡原理：

Q1=Q0+Q-Y1-Y2-Y3······

Q=a(QT–bQ0)

一定年限內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—土壤環境標準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荷量,是土壤環境容量研究中的一個主要內容確定土壤臨界含量的指標體系和依據,如表所示。

確定重金屬土壤臨界含量的依據

體系土壤——植物體系土壤——微生物體系土壤——水體系內容農產品衛生質量作物效應生化指標微生物計數環境效應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力和經濟效益保持土壤生態處于良性循環不引起次生水環境污染標準國家或政府主管部門頒發的糧食衛生標準生理指標或產量降低程度1種以上生物化學指標在7d以上出現的變化微生物計數指標在7d以上出現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10%減產20%≥25%≥15%≥10%~15%≥50%≥30%≥10%~15%僅1種僅1種4.土壤環境容量的應用（1）制定土壤環境質量標準（2）制定農田灌溉水質標準