環(huán)境土壤學(xué)().ppt

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(duì)的）環(huán)境本底值是指環(huán)境要素在未受人類活動(dòng)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,2.環(huán)境背景值（相對(duì)的）環(huán)境背景值是指在目前的環(huán)境條件下，研究區(qū)域內(nèi)相對(duì)清潔區(qū)(人類活動(dòng)影響相對(duì)較小的地區(qū))化學(xué)元素的含量及能量值。該值已經(jīng)包含了一定程度的人為影響，它是環(huán)境本底值向環(huán)境現(xiàn)狀值過(guò)渡的一個(gè)數(shù)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(píng)價(jià)中，評(píng)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(píng)價(jià)時(shí)，要把擬建工程的影響預(yù)測(cè)值疊加在環(huán)境現(xiàn)狀值之上，才可確定出擬建工程對(duì)環(huán)境的影響程度，所以用“基線”這一名詞來(lái)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(shí)間上的區(qū)別三者的時(shí)間關(guān)系可以用表示為：人類活動(dòng)干擾前(本底值)人類活動(dòng)開(kāi)始干擾(背景值)人類活動(dòng)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(guò)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(guò)常規(guī)的環(huán)境監(jiān)測(cè)分析，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，運(yùn)用環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)處理監(jiān)測(cè)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(wú)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(dòng)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)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(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)用。,4.3土壤背景值,1.土壤背景值的概念(1)土壤背景值是指土壤在自然成土過(guò)程中所形成的固有地球化學(xué)組成和含量。(2)在未受或少受人類活動(dòng)影響下，尚未受或少受污染和破壞的土壤中化學(xué)物質(zhì)的組成和含量。(3)土壤背景值所代表的是一定的區(qū)域條件下的元素含量，而不能只是代表一個(gè)土壤類型或剖面的狀況，它是一定的環(huán)境區(qū)域范圍內(nèi)的各種土壤的元素含量的統(tǒng)計(jì)平均值代表其范圍值。用以衡量區(qū)域內(nèi)土壤中元素水平是否異常的參比標(biāo)準(zhǔn)。,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(zhǎng)繁育起來(lái)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(duì)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(guó)是地方?。╡ndemicdisease)病情嚴(yán)重的國(guó)家，全國(guó)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(guó)人民身體健康和生命的疾病，構(gòu)成了我國(guó)廣大農(nóng)村最主要的公共衛(wèi)生問(wèn)題之一。,我國(guó)地方病現(xiàn)狀,地方病按其致病原因分為5類：地球化學(xué)性疾病、地方性寄生蟲(chóng)病、與特定生產(chǎn)方式有關(guān)的疾病和原因未明的地方病，其中原因未明的地方病，一旦查清病因，也將歸入上述四類中。1.地球化學(xué)性疾?。旱馊狈Σ　嬎偷胤?、飲水型地砷病、地方性硒中毒、地方性急性鋇中毒（痹病）等;2.自然疫源性疾?。貉x(chóng)病、鼠疫、森林腦炎、布魯氏菌病等;3.地方性寄生蟲(chóng)?。函懠病⒔z蟲(chóng)病、包蟲(chóng)病等;4.與特定生產(chǎn)生活方式有關(guān)的疾?。喝济盒头卸?、飲磚茶型氟中毒、燃煤型砷中毒、庫(kù)魯?。ㄊ乘廊四X所致）、燒熱?。ㄊ秤妹拮延椭旅薹又卸荆?、肉毒中毒（主要食用自制豆制品和其它發(fā)酵食物中毒）；5.原因未明地方?。嚎松讲　⒋蠊枪?jié)病、趴子病、烏腳病等。,我國(guó)地方病現(xiàn)狀,上述各類地方病中，我國(guó)曾納入重點(diǎn)地方病防治管理的有8種，分別是血吸蟲(chóng)?。╯chistosomiasis)、克山?。↘eshandisease)、大骨節(jié)?。↘ashin-Beckdisease)、碘缺乏?。╥odinedeficiencydisease)、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(chóng)病、鼠疫和布魯氏菌病。上述重點(diǎn)地方病是我國(guó)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(guó)31個(gè)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(guò)5億，各類病人數(shù)千萬(wàn)，不僅給社會(huì)帶來(lái)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?guó)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,4.3土壤背景值,元素與人體健康的關(guān)系,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(cè)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)與采集以土壤類型為主，確定每個(gè)土類應(yīng)采集的樣品數(shù)。同時(shí)考慮成土母質(zhì)和地形單元等因素進(jìn)行布點(diǎn)。同一類型的土壤應(yīng)考慮其典型性和代個(gè)性。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。要避免在人為活動(dòng)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)與采集以土壤類型的某一單元為統(tǒng)計(jì)單元時(shí)，采集樣品的數(shù)量，必須符合統(tǒng)計(jì)學(xué)的要求。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(wú)污染的土樣。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5001000克土壤，用布袋收集，在室內(nèi)風(fēng)干。,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)與采集在運(yùn)輸與風(fēng)干過(guò)程中盡量避免塵埃落入，保證無(wú)采樣后的污染。經(jīng)過(guò)磨制過(guò)尼龍篩，供分析用。為全量分析的樣品，需通過(guò)100目篩，為有效成分的分析通常是過(guò)10目篩。前者的直徑約0.15mm，后者約2.0mm。,篩孔和篩號(hào)對(duì)照,篩孔和篩號(hào)對(duì)照說(shuō)明,(1)篩孔直徑是以方孔計(jì)算的；(2)篩號(hào)是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)；(3)篩目是每英寸長(zhǎng)度內(nèi)的篩孔數(shù)(1英寸=25.40毫米)；如：60號(hào)篩在每英寸長(zhǎng)度內(nèi)平均有61.7個(gè)篩孔，篩孔直徑為0.25mm，篩線共占9.98mm。(4)篩孔直徑與篩號(hào)可按下式粗略地?fù)Q算：40號(hào)以下篩：篩孔直徑(mm)=17/篩號(hào)40-50號(hào)篩：篩孔直徑(mm)=16/篩號(hào)50號(hào)以上篩：篩孔直徑(mm)=15/篩號(hào),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(gè)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(1)土壤背景值是土壤污染質(zhì)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)(2)土壤背景值與其它環(huán)境背景值的相關(guān)性是環(huán)境生態(tài)平衡狀況的體現(xiàn)在非污染的生態(tài)系統(tǒng)中，巖石（母質(zhì)）、土壤與植物之間的背景值自然是緊密相關(guān)的。三者之間相關(guān)性良好的地域基本上是良性的生態(tài)環(huán)境，相關(guān)性不好的地方其生態(tài)平衡往往失調(diào),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(dòng)物受到了污染，或是某些成分異常時(shí)，不能夠直接歸咎于土壤污染。來(lái)自土壤的汞，其株體分布為根莖葉，而來(lái)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(lái)源與遷移渠道了。,土壤中某些重金屬元素的背景值/mgkg1,土壤中某些重金屬元素的背景值/mgkg1,4.4環(huán)境容量,1.環(huán)境容量的概念環(huán)境容量是指某一環(huán)境區(qū)域內(nèi)對(duì)人類活動(dòng)造成影響的最大容納量或自然環(huán)境或環(huán)境要素對(duì)污染物質(zhì)的承受量或負(fù)荷量。這種承受量以人類和生物能忍受、適應(yīng)和不發(fā)生危害為準(zhǔn)則。就環(huán)境污染而言，污染物存在的數(shù)量超過(guò)最大容納量，這一環(huán)境的生態(tài)平衡和正常功能就可能會(huì)遭到破壞。,4.4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(gè)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(duì)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(lái)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(shí)，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(shí)需要有一個(gè)基準(zhǔn)含量水平。根據(jù)這個(gè)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(dòng)容量在土壤靜容量的基礎(chǔ)上，將土壤自凈過(guò)程所凈化的污染的量也考慮在內(nèi)的量，是土壤動(dòng)態(tài)的、全部容許的量，將之與土壤的靜容量相對(duì)應(yīng)，稱為土壤環(huán)境動(dòng)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(shí)的概念是指一定土壤環(huán)境單元，一定時(shí)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(shí)（既保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和生物學(xué)質(zhì)量，同時(shí)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(huì)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(guò)不同濃度污染物質(zhì)對(duì)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(lái)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(duì)地表水和地下水造成的次生污染，土壤污染物會(huì)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(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)的臨界含量，以此作為國(guó)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(shí)，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(duì)所有獲得的資料進(jìn)行調(diào)整、歸納后還需對(duì)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)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(guò)物理化學(xué)作用對(duì)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(guò)模擬試驗(yàn)測(cè)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(lái)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(guò)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(duì)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(duì)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(lái)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(shí)，包括了土壤對(duì)某成份的整個(gè)容量。不計(jì)背景值在內(nèi)時(shí)，是指土壤從現(xiàn)狀起還能容納多少外來(lái)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(guò)生物試驗(yàn)取得土壤臨界含量需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)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(duì)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(shí)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(cè)，土壤1在有效Cr3+含量為4.5mg/kg時(shí)Cr3+全量為240mg/kg，土壤2在有效Cr3+含量為5.8mg/kg時(shí)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(shí)，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