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第九章土壤环境背景值与土壤环境容量一、土壤质量概念美国土壤学会（1995）在自然和管理的生态系统边界内，土壤具有动植物生产持续性，保持和提高水、气质量以及人类健康与生活的能力。我国学者赵其国：土壤提供食物、纤维、能源等生物物质的土壤肥力质量，土壤保持周边水体和空气清洁的土壤环境质量，土壤容纳消解无机和有机有毒物质、提供生物必需的养分元素、维护人畜健康和确保生态健康的土壤健康质量的综合度量。（1）土壤肥力质量是土壤本质属性，表现为对植物生长所需的水、肥、气、热的供应和协调能力。（2）土壤环境质量指在一定的时间和空间内，土壤自身性状对对其持续利用以及对其他环境要素，特别是对人类或其他生物的生存、繁衍以及社会经济发展的适宜性。(3)土壤健康质量土壤健康质量是影响和促进人畜健康的能力，尤其是针对因自然地质过程和生物地球化学循环而造成土壤某元素丰缺，继而通过食物链对人畜健康产生影响的能力。二、土壤质量的评价指标土壤质量指标影响的过程有机质养分循环、除草剂和水的吸收、土壤结构渗透性径流和淋溶的潜能、作物水分利用率、侵蚀潜能团聚性土壤结构、抗蚀性、作物出苗、渗透性PH养分有效度、除草剂等的吸附和运动微生物生物量生物活性、养分循环、降解除草剂的能力氮的形态氮对作物的有效性、氮淋溶的潜能、氮的矿化和固定速率容重作物根系的穿透性、容纳水和空气的孔隙、生物活性表层土壤厚度作物生产力所必需的根系容量、水和养分有效性电导或盐厚度水的入渗率、作物生长、土壤结构有效养分支持作物生长的能力、环境的危害性土壤质量的有关指标与其过程的关系土壤指标土壤状况参数与土壤质量的关系土壤物理指标质地水分和化学品的保持与运输；模型的使用，土壤侵蚀和变量估计表土和耕层深度生产潜力和侵蚀估计；景观河地理变异性的标准化土壤容重和渗透性淋溶、身缠和侵蚀潜力；基于体积的分析需要容重数值土壤持水性水分保持、运输和侵蚀；有效水：从容重、质地和有机质计算土壤化学指标土壤有机质定义土壤肥力、稳定性和侵蚀范围，使用在过程模型和点位规范化PH定义生物和化学活性阈值，对过程模型非常重要电导率定义植物和微生物活性阈值；在多数过程模型中缺乏交换性氮、磷、钾植物有效养分和潜在氮损失；生产力和环境质量指标土壤生物指标微生物量碳、氮微生物催化潜力和碳、氮储存；模拟：管理队有机质的影响预警潜在矿化氮土壤生产力和氮供应潜力；过程模拟土壤呼吸、水分含量和温度估计生物活性；微生物活性测定模型土壤质量和健康状况参数与土壤质量的关系三、土壤环境背景值（1）概念土壤环境背景值是指在很少受人类活动影响和不受或未明显受到现代工业污染破坏的情况下，土壤原来固有的化学组成和元素含量水平。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，即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学元素的原始含量。土壤背景值研究及其意义土壤环境背景值研究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、整体性及目的性，对各子系统独有严格的技术质量控制。土壤环境背景值在土壤污染评价，污水灌溉(wastewaterirrigation)与作物施肥(fertilization)上是不可缺少的依据。环境质量评价(environmentalqualityevaluation)土地资源评价(landresourceassessment)国土规划(territorialplanning)环境医学(environmentalmedicine)食品卫生(foodhygiene)重要的实用意义土壤环境容量(soilenvironmentcapacity)农田施肥土壤污染评价（3）土壤环境背景值的形成与影响因素1、成土因素a.气候b.母质c.地形地貌d.生物因素e.时间因素2.土壤理化性质（4）土壤背景值研究状况国外研究现状美国：20世纪60年代起，1984年发表《美国大陆土壤及地表物质中元素浓度》英国：1979年按网格设计，测定19中元素。日本：1978-1984年，测定全国8个元素背景值瑞士：20世纪80年代，建立国家环境监测网，建立120个土壤监测点。国内研究现状1978年开始9种元素，13个省市自治区研究；1982年，在全国29省市自治区，41种土类60余种元素的背景值。土壤背景值研究方法1.情报检索与资料收集2.土壤样点的布置与采集1）布点A根据调查研究的任务、范围来确定采样单元B根据土壤类型布点C样点要均匀分布，有适当的密度2）野外选点遵循原则：A分析野外土壤环境，选在土壤类型特征典型地段上B不在多种土壤镶嵌分布、多种母质交错分布地段选点C样点的土壤剖面应发育完整、层次清楚、无人为干扰、具代表性D样点应选在远离城镇、居民点、铁路、公路等可能发生污染的位置E农业土壤选点要避开污灌、施农药化肥和堆肥地块3）.样品采集挖剖面采集3.样品处理布袋收集、室内风干、过尼龙筛全量分析100目0.149mm有效成分10目2mm4.样品室内分析与质量控制1）消解方法A硝酸-氢氟酸-高氯酸原子吸收、原子荧光等离子发射光谱和分光光度法测定B碳酸钠-氧化钠熔融法等离子发射光谱测定稀土元素ICP-AESC固体粉末中子活化分析X-荧光光谱分析2)分析质量控制A严格遵守分析化学操作规则和要求B标准液配制要符合要求C分析中要做空白试验D设置统一参考样品，以控制实验室分析质量E采用平行试验来控制样品分析的精密度F用土壤标样来控制分析的准确度5.数据统计分析1）先确定元素浓度的概率分布类型拟和度检验检验方法2）土壤元素背景值计算数字符合正态分布，采用算术平均值与标准差作代表值数字符合对数正态分布，采用几何平均值与几何标准差作代表值数字符合偏态分布，则需经正态化处理，再按正态分布方式进行计算6.元素环境背景值的表示方法情报检索子系统样品采集子系统样品处理、保存子系统室内分析质量控制子系统编制程序计算机处理异常值判断剔除数据分布类型检验可靠性检验标准溶液模拟消解液统一参考样品统一分析方法标准参考物质自检互检外检数理统计、检验子系统制图技术子系统背景值土壤环境背景值研究技术系统土壤环境背景值的应用1土壤环境背景值是制定土壤环境质量标准的依据1）土壤环境质量标准是为了保护土壤环境质量，保障土壤生态平衡，维护人体健康而对污染物在土壤环境中的最大允许含量所做的规定，是环境标准的重要组成部分，是国家环境法规之一。土壤环境质量基准值：土壤污染物对生物与环境不产生不良或有害影响的最大剂量或浓度。由污染物同特定对象之间的剂量-反应关系确定。土壤环境质量标准以土壤环境质量基准值为依据，并考虑社会、经济和技术等因素，经综合分析制定。一般具法律强制性。原则上，土壤环境质量标准≤土壤环境质量基准值。2）利用土壤背景值确定土壤环境质量基准值方法a利用背景值代替基准值如：加拿大安大略省1978年规定CdNiMob土壤背景值加标准差等于基准值如：我国1970年荷兰c以高背景区土壤元素平均值作为基准值2土壤环境背景值在农业生产上的应用1）利用背景值预测土壤有效态元素的含量土壤有效态元素=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态元素数量土壤元素全量=应有有效态含量/活性比率3.土壤环境背景值与人类健康人体血液与地壳中的18种元素含量显著相关：铁、锌、碘、钴、矾、锰、铬、钼、硒、铜、铝、砷、铅、镉、镍、汞土壤中某些元素含量的巨大变化已引起明显的病变，即所谓的地方性疾病。a.地方性甲状腺肿b.地方性氟病c.克山病；d.大骨节病；e.水俣病；f.痛痛病g.砷中毒；h.铅中毒四、土壤环境背景值异常在找矿上的意义土壤背景值元素来源于母岩、母质，因此，土壤背景值是母岩、母质化学特征的反映，土壤中某些化学元素背景值异常，可能是成矿元素的指示标志，是区域找矿的依据。Environmentalcapacity环境容量人类生存和自然生态不受损害前提下，环境所能容纳污染物的最大负荷量。Soilenvironmentalcapacity土壤环境容量土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准，既保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数量或负荷量。土壤环境容量=静容量+动容量1.概念四.土壤环境容量土壤环境静容量——土壤污染物的基准含量（土壤背景值）和最大负荷量(Carryingcapacity)之差。土壤环境动容量——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。体系土壤——植物体系土壤——微生物体系土壤——水体系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种确定重金属土壤临界含量的依据2、土壤环境容量的理论依据一）、土壤环境的净化功能1.土壤与表层环境系统之间物质与能量的迁移和转化2.土壤环境系统中物质迁移和转化1).吸附与解吸2).沉淀与溶解3.土壤作物系统的生物过程与生态效应4.影响土壤净化作用的因素1).土壤环境物质组成2).土壤环境条件3).土壤的生物学特性4).人类活动二）、土壤环境的缓冲性能土壤因水分、温度、时间等外界因素的变化，抵御其组分浓（活）度变化的性质。土壤缓冲容量：指向土壤投入或减少某种组分时，土壤抵御其溶液中该组分浓（活）度变化的能力。正缓冲量负缓冲容量3.土壤环境容量的确定与应用土壤环境容量属于一种控制指标，随环境因素的变化以及人们对环境目标期望值的变化而改变。土壤环境容量是对污染物进行总量控制和目标管理的重要手段，是限制人类破坏土壤资源的主要指标。1.确定：生物反应；化学容量法2.应用：土壤环境评价；制订“三废”农田排放标准；灌溉水质标准；污泥施用标准；微量元素累积施用量等。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。土壤静容量(Cso)=M(Ci-Cbi)M—耕层土重（t/hm2)Ci—i元素的土壤环境标准（mg/kg）Cbi—i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：Q1=Q0+Q-Y1-Y2-Y3······Q=a(QT–bQ0)一定年限内土壤容许输入的总量为：Q总=n·QQ1—第一年后土壤含量Q0—土壤起始含量Q—每年输入量Y1,Y2,Y3—分别为作物吸收、地表径流、淋溶等输出量。QT—土壤环境标准四.土壤环境质量标准1.概述2.我国现行土壤环境质量标准存在问题3.土壤环境质量标准体系构建