第三章-土壤背景值与环境容量课件

第三章 土壤背景值与环境容量主要内容l第一节第一节 土壤背景值土壤背景值l第二节第二节 土壤背景值的调查方法土壤背景值的调查方法 第一节土壤背景值l土壤背景值是指未受或少受人类活动（特别是人为污染）影响的土壤环境本身的化学元素组成及其含量。l实际上，土壤背景值只能代表土壤某一发实际上，土壤背景值只能代表土壤某一发展、演变阶段的一个相对意义上的数值，展、演变阶段的一个相对意义上的数值，即即严格按照土壤背景值研究方法所获得的严格按照土壤背景值研究方法所获得的尽可能不受或少受人类活动影响的土壤化尽可能不受或少受人类活动影响的土壤化学元素的原始含量。学元素的原始含量。通过取样调查的方法来找出真正的土壤元素 背景值是非常困难的,要找到完全没有受到任何人为污染的土壤则几乎不太可能。但从实际操作的角度考虑,只要通过合理的取样布点,采集避开人类活动密集区域的土壤,则所取土壤的元素含量就可以代表其相应的背景值。l土壤背景值的研究具有重要的理论和实践意义l一直以来都是国内外环境科学领域关注的对象,许多国家先后进行了背景值的研究工作。一、国外土壤环境背景值研究l从20世纪60年代起，美国地质调查所为建立土壤中元素的基线值，开展了一系列的区域土壤背景值调查工作。至今，美国完成了全国土壤背景值的调查研究。l英国土壤调查总局于1979年按网格设计，间隔5Km采集一个表土，采用王水（硝基盐酸，是硝酸和盐酸组成的混合物）消解，消解液ICP-AES，测定了19个元素。l其它国家，日本、瑞士、加拿大等国也都开展了土壤背景值的调查。二、国内土壤背景值研究l我国土壤环境背景值的研究始于20世纪70年代l在“七五”期间，研究了土壤背景值的区域分异性，并探讨了在环境健康、环境评价和农业利用等方面的应用前景。l土壤背景值的研究涉及面广、技术难度要求高，并需要多学科支撑。l土壤元素背景值是检验过去和预测未来土壤环境演化的基础性资料,也是判断土壤中化学物质的行为与环境质量的必要的基础数据。土壤背景值研究及其意义土壤背景值研究及其意义 土壤背景值研究土壤背景值研究是以土壤学特别是土壤分析为主线，涉是以土壤学特别是土壤分析为主线，涉及多学科，技术要求高的一个系统。具有较严密的结构性、及多学科，技术要求高的一个系统。具有较严密的结构性、整体性及目的性，对各子系统独有严格的技术质量控制。土整体性及目的性，对各子系统独有严格的技术质量控制。土壤背景值在土壤污染评价，污水灌溉壤背景值在土壤污染评价，污水灌溉(wastewaterirrigation)与作物施肥与作物施肥(fertilization)上是上是不可缺少的依据。不可缺少的依据。第二节土壤背景值的调查方法l一、土壤背景值调查布点l二、土样的采集与室内分析l三、数据处理l四、土壤背景值与环境质量l五、土壤环境容量一、土壤背景值调查布点l1.前期准备l2.布点方法l3.基础样品数量1.前期准备l（1）组织准备l（2）资料收集l（3）现场调查l（4）采样器具准备2.布点方法l采样要遵循“随机”和“等量”原则l（1）简单随机l（2）分块随机l（3）系统随机3.基础样品数量l应根据科学数据的基本保证和经济条件来综合考虑采样的数量，具体方式如下:l（1）由均方差和绝对偏差计算样品数l（2）由变异系数和相对偏差计算样品数l没有历史资料的地区、土壤变异程度不太大的地区，一般CV可用10%30%粗略估计，有效磷和有效钾变异系数CV可取50%。二、土样的采集与室内分析l1.样品采集l2.土壤室内分析测定l3.分析记录1.样品采集l（1）野外选点l（2）厚度采样（1）野外选点l采样点的自然景观应符合土壤环境背景值研究的要求l采样点以剖面发育完整、层次较清楚、无侵入体为准l选择不施或少施化肥、农药的地块作为采样点l不在多种土类、多种母质母岩交错分布、面积较小的边缘地区布设采样点。（2）厚度采样l 采样点可采表层样或土壤剖面l一般每个剖面采集A、B、C三层土样l采样次序自下而上l剖面每层样品采集1kg左右，装入样品袋l将底土和表土按原层回填到采样坑中，方可离开现场,并在采样示意图上标出采样地点,避免下次在相同处采集剖面样。2.土壤室内分析测定l（1）样品处理l一般选定土壤环境质量标准中选配的分析方法中规定的样品处理方法，其他类型的监测优先使用国家土壤测定标准l一般区域背景值调查和土壤环境质量标准中重金属测定的是土壤中的重金属全量（除特殊说明，如六价铬）l（2）分析方法l第一方法：标准方法(即仲裁方法)。l第二方法：由权威部门规定或推荐的方法。l第三方法：根据各地实情，自选等效方法3.分析记录l（1）分析记录l（2）数据运算l（3）结果表示（1）分析记录l分析记录一般要设计成记录本格式l分析记录也可以设计成活页l分析记录也可以是电子版本式的输出物（打印件）或存有其信息的磁盘、光盘等l记录测量数据，要采用法定计量单位，只保留一位可疑数字，有效数字的位数应根据计量器具的精度及分析仪器的示值确定（2）数据运算l有效数字的计算修约规则按GB8170执行（3）结果表示l平行样的测定结果用平均数表示l土壤样品测定一般保留三位有效数字，含量较低的镉和汞保留两位有效数字,并注明检出限数值三、数据处理l 土壤元素背景值可以用土壤样品算术平均值(x)或几何平均值(M)表示。l中国土壤元素背景值，总体上化学组成相对稳定，元素含量水平与变化幅度也相对固定，除了污染点外，世界各地土壤化学元素之间有较高的可比性情报检索子系统情报检索子系统样品采集子系统样品采集子系统样品处理、保存子系统样品处理、保存子系统室内分析质量控制子系统室内分析质量控制子系统编制程序编制程序计算机处理计算机处理异常值判断剔除异常值判断剔除数据分布类型检验数据分布类型检验可靠性检验可靠性检验标标准准溶溶液液模模拟拟消消解解液液统统一一参参考考样样品品统统一一分分析析方方法法标标准准参参考考物物质质自检自检互检互检外检外检数理统计、检验子系统数理统计、检验子系统制图技术子系统制图技术子系统背背 景景 值值土壤环境背景值研究技术系统土壤环境背景值研究技术系统四、土壤背景值与环境质量l土壤背景值涉及土壤与水和大气质量的关系，人类居住环境问题，土壤与其他环境要素的交互作用，涉及土壤质量的保护与改善等土壤环境工程的相关研究与应用。l土壤质量是土壤在生态系统范围内，维持生物的生产力、保护环境质量以及促进动植物和人类健康的能力l从环境角度出发，我们首先必须发展一种灵敏而合适的方法来评价土壤环境质量。l土壤环境质量评价涉及评价因子、评价标准和评价模式l评价模式常用污染指数法或者与其有关的评价方法，如：l1.污染指数、超标率（倍数）评价l2.内梅罗污染指数评价l3.背景值及标准偏差评价l4.综合污染指数法五、土壤环境容量l1.土壤环境容量的概念l2.土壤环境容量的计算方法l3.土壤临界含量的确定l4.土壤环境容量的应用1.土壤环境容量的概念l土壤环境容量亦称污染物的土壤负载容量，(Soil environmental capacity)是一个发展的概念,随环境因素的变化以及人们对环境目标期望值的变化而变化，定义有所不同l一般认为土壤环境容量是指在一定环境单元、一定时限内遵循环境质量标准，既能保证土壤质量，又不产生次生污染时，土壤所能容纳污染物的最大负荷量。l土壤负载容量不是一个固定值而是一个范围值，它受到多种因素的影响土壤环境静容量土壤环境静容量土壤污染物的基准含量（土壤背土壤污染物的基准含量（土壤背景值）和最大负荷量景值）和最大负荷量(Carrying capacity)之差。之差。土壤环境动容量土壤环境动容量土壤污染物累积过程中，土壤通土壤污染物累积过程中，土壤通过一系列自净过程所能净化的污染物数量。过一系列自净过程所能净化的污染物数量。2.土壤环境容量的计算方法l环境标准限制某一要素的某一区域可能达到限度的量,作为该区域的环境容量,即环境的标准容量(C0),将此衡量土壤容许的污染量这个基准含量水平称为土壤净容量(Q1)l其计算模式如下:Q1=(C0-B)2250;l式中:Q为土壤环境容量,g/hm2;C0为土壤环境标准值或土壤环境临界值,g/t;B为区域土壤背景值或土壤本地值,g/t;2250为单位土地的表土计算重量,t/hm2。l将这一部分净化的量(Q2)加入到土壤净容量(Q1)才是土壤动态的、全部容许的量,即土壤环境容量(Q),也有人称之为土壤环境动容量。用数学式表示即为:Q=Q1+Q2。土壤环境容量的数学模式 土壤生态系统与其边界环境中其它诸多参数构成的定量关系。土壤生态系统与其边界环境中其它诸多参数构成的定量关系。土壤静容量土壤静容量(Cso)=M(Ci-Cbi)M耕层土重（耕层土重（t/hm2)Cii元素的土壤环境标准（元素的土壤环境标准（mg/kg）Cbii元素的土壤背景值（元素的土壤背景值（mg/kg）各种污染物和元素在土壤中都市处于一个动态的平衡过程；有各种污染物和元素在土壤中都市处于一个动态的平衡过程；有输入与输出、固定与释放、累积与降解和净化等过程。输入与输出、固定与释放、累积与降解和净化等过程。根据物质平衡原理：根据物质平衡原理：Q1=Q0+Q-Y1-Y2-Y3 Q=a(QT b Q0)一定年限内土壤容许输入的总量为：一定年限内土壤容许输入的总量为：Q总总=nQQ1第一年后土壤含量第一年后土壤含量Q0土壤起始含量土壤起始含量Q每年输入量每年输入量Y1,Y2,Y3分别为作物吸收、分别为作物吸收、地表径流、淋溶等输出量。地表径流、淋溶等输出量。QT土壤环境标准土壤环境标准3.土壤临界含量的确定l土壤临界含量是土壤所能容纳污染物的最大负荷量,是土壤环境容量研究中的一个主要内容l确定土壤临界含量的指标体系和依据,如表所示。确定重金属土壤临界含量的依据体系体系土壤土壤植物体系植物体系土壤土壤微生物体系微生物体系土壤土壤水体系水体系内容内容 农产品卫生质量 作物效应生化指标 微生物计数环境效应地下水地表水目的目的防治污染食物链 保证人体健康保证良好生产力和经济效益保持土壤生态处于良性循环不引起次生水环境污染标准标准国家或政府主管部门颁发的粮食卫生标准生理指标或产量降低程度1种以上生物化学指标在7d以上出现的变化微生物计数指标在7d以上出现的变化不导致地下水超标不导致地面水超标标准标准级别级别仅1种减产10%减产20%25%15%10%15%50%30%10%15%仅1种仅1种4.土壤环境容量的应用l（1）制定土壤环境质量标准l（2）制定农田灌溉水质标准l（3）制定农田污泥施用标准l（4）进行土壤环境质量评价l（5）进行土壤污染预测l（6）对污染物总量控制l（7）在农业对策上的应用思考题l1、土壤背景值概念l2、简要阐述土壤背景值的调查方法l3、土壤样品怎样采集l4、如何进行土壤室内分析测定l5、土壤背景值与环境质量的关系l6、评价模式常用的评价方法有哪些？l7、土壤环境容量的概念l8、土壤环境容量的计算方法l9、怎样确定土壤临界含量l10、简述土壤环境容量的应用