环境土壤学 (1).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,环境土壤学,第 四 章 土壤背景值与环境容量,第 四 章 土壤背景值与环境容量,掌握,1.,环境本底值、背景值、基线值的区别与联系,2.,土壤背景值的概念及其与地方病和污染病的关系,3.,土壤环境容量的概念,4.,土壤重金属临界值及土壤重金属环境容量的含义,5.,土壤重金属生物学容量和化学容量的含义及关系,6.,土壤背景值和土壤环境容量的应用,4.1,环境本底值、背景值、基线值的概念,1.,环境本底值（绝对的）,环境本底值是指环境要素在未受人类活动的影响下，其化学元素的自然含量和能量值。,4.1,环境本底值、背景值、基线值的概念,2.,环境背景值（相对的）,环境背景值是指在目前的环境条件下，研究区域内相对清洁区,(,人类活动影响相对较小的地区,),化学元素的含量及能量值。该值已经包含了一定程度的人为影响，它是环境本底值向环境现状值过渡的一个数值。,4.1,环境本底值、背景值、基线值的概念,3.,环境基线值,环境基线值是指在环境影响评价中，评价区环境参数的目前水平值。即环境现状值。,在进行环境影响评价时，要把拟建工程的影响预测值叠加在环境现状值之上，才可确定出拟建工程对环境的影响程度，所以用“基线”这一名词来突出该数值的特点。,4.2,环境本底值、背景值、基线值的区别,1.,三者在时间上的区别,三者的时间关系可以用表示为：,人类活动干扰前,(,本底值,),人类活动开始干扰,(,背景值,),人类活动干扰的现状,(,基线值,),。,4.2,环境本底值、背景值、基线值的区别,2.,三者从获得途径上的区别,环境本底值的获得只能是运用数学推断的方法。,环境背景值的获得可以通过采样分析，运用数理统计等方法，检验分析结果，然后取分析数据的平均值,(,或数值范围,),作为背景值。,环境基线值是通过常规的环境监测分析，对研究区进行系统的监测，运用环境质量现状评价处理监测结果的方法获得。,4.2,环境本底值、背景值、基线值的区别,3.,在应用方面的区别,环境本底值无法准确的获得，失去了其应用的价值。,环境背景值比较容易获得，并且允许有一定程度的人类活动的干扰，这就比较客观和现实地反映了当代环境物质的一般水平，该值可作为评价标准来衡量环境要素的质量或污染程度。,环境基线值仅限于环境影响评价时应用。,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过程中所形成的固有地球化学组成和含量。,(2),在未受或少受人类活动影响下，尚未受或少受污染和破坏的土壤中化学物质的组成和含量。,(3),土壤背景值所代表的是一定的区域条件下的元素含量，而不能只是代表一个土壤类型或剖面的状况，它是一定的环境区域范围内的各种土壤的元素含量的统计平均值代表其范围值。用以衡量区域内土壤中元素水平是否异常的参比标准,。,4.3,土壤背景值,2.,土壤背景值与地方病和污染病的关系,地球上的生物都是在地壳上生长繁育起来的。据研究结果表明，人体血液与地壳中的,18,种元素（铁、锌、碘、钴、钒、锰、铬、钼、硒、铜、铝、砷、锑、铅、锡、镉、镍、汞）含量呈显著性相关。,地方病定义,在某些特定地区内相对稳定并经常发生的、呈地方性发病特点的一类疾病，通称地方病。,中国是地方病（,endemic disease),病情严重的国家，全国各省份至少有,1,种以上的地方病，迄今，地方病仍是严重威胁我国人民身体健康和生命的疾病，构成了我国广大农村最主要的公共卫生问题之一。,我国地方病现状,地方病按其致病原因分为,5,类：,地球化学性疾病、地方性寄生虫病、与特定生产方式有关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，也将归入上述四类中。,1.,地球化学性疾病：碘缺乏病、饮水型地氟病、饮水型地砷病、地方性硒中毒、地方性急性钡中毒（痹病）等,;,2.,自然疫源性疾病：血吸虫病、鼠疫、森林脑炎、布鲁氏菌病等,;,3.,地方性寄生虫病：疟疾、丝虫病、包虫病等,;,4.,与特定生产生活方式有关的疾病：燃煤型氟中毒、饮砖茶型氟中毒、燃煤型砷中毒、库鲁病（食死人脑所致）、烧热病（食用棉籽油致棉酚中毒）、肉毒中毒（主要食用自制豆制品和其它发酵食物中毒）；,5.,原因未明地方病：克山病、大骨节病、趴子病、乌脚病等。,我国地方病现状,上述各类地方病中，我国曾纳入重点地方病防治管理的有,8,种，分别是血吸虫病（,schistosomiasis,),、克山病（,Keshan,disease),、大骨节病（,Kashin,-Beck disease),、碘缺乏病（,iodinedeficiency,disease),、地方性氟中毒（,endemic,fluorosis,),、地方性砷中毒（,endemic,arsenism,),、鼠疫（,plague),和布鲁氏菌病（,burcellosis,),。,目前，在这,8,种地方病中有,3,种已经不被纳入重点地方病防治管理范围，包括血吸虫病、鼠疫和布鲁氏菌病。,上述重点地方病是我国主要的地方病，其病情严重，危害极大，病区面积广泛，我国,31,个省、自治区、直辖市都不同程度地存在地方病的流行，受威胁人口超过,5,亿，各类病人数千万，不仅给社会带来巨大经济负担，还成为当地居民因病致贫、因病返贫的主要原因之一。由于目前我国地方病重病区主要分布在西部地区，地方病成为拉大东西部差距，阻碍西部经济发展的主要原因之一。,4.3,土壤背景值,元素与人体健康的关系,元素,过低的后果,过高的后果,汞,未发现,水俣病,镉,未发现,痛痛病、致癌、致心血管病、高血压、肺肾损伤,砷,哺乳动物可能必需、仔动物缺可致生长速度缓慢，皮毛较粗、细胞损伤及脾肥大,皮肤癌、肺癌、血管末稍病、皮肤角化病,铅,目前仅发现鼠类必需，可使鼠类患贫血症,中枢神经损伤，行走蹒跚，红细胞,-,氨基乙酸丙酸脱氢酶活性下降,镍,对于动物，生长缓慢，皮毛变粗，繁殖力下降；人类可能导致消化不良和肝肾疾病,呼吸道癌,铬,必需、致低血糖、糖尿病、心血管病、高脂血症、主动脉血小板形成增强,皮肤和肺损害，可能导致肺癌,4.3,土壤背景值,元素与人体健康的关系,元,素,过低的后果,过高的后果,铜,白血球减少症，贫血症，骨质非矿化等。,肺纤维损害，肝坏死，肾损伤,锌,发育差，矮小，性发育不完全，味觉功能下降，伤口愈合慢，腹泻，脱毛，肠病性肢皮炎，口周皮疹，性腺机能减退，胎儿消瘦畸形。,口、咽喉和胃有紧束感及烧灼感，恶心、呕吐、腹痛、腹泻、腹泻，出冷汗、口腔粘膜充血，有人因胃肠粘膜腐蚀而糜烂，因吐泻而脱水，休克，严重者还出现穿孔性腹膜炎和心、肾、血管损害等。,氟,龋齿,氟骨症，韧带和腱质钙化，跛足,锰,动物骨胳畸形，步履蹒跚，生殖功能障碍。,假震颤性麻痹，假精神分裂,钴,恶性贫血综合症，表现为中枢神经失常,心肌病，血液、中枢神经、甲状腺等异常。,钼,恶性贫血综合症，表现为中枢神经失常,心肌病，血液、是枢神经、甲状腺等异常,硒,心肌病，动物白肌病，克山病，大骨节病，肌肉营养不良，心肌梗塞，致胃乳腺癌,家畜蹒跚症，龋齿病，动物畸形,碘,地方性甲状腺肿，地方呆小病,甲状腺肿，甲状腺机能亢进,4.3,土壤背景值,3.,土壤背景值的研究方法,(1),研究范围的确定,研究范围取决于研究目的。确定研究范围的目的，一方面是设计样点数，另一方面是设计样点的布局。因此，在明确研究疆界的基础上，需要进一步明了该区域内的自然地理条件，土壤类型及其分布。,(2),样点的布设与采集,样点设置有不同层次的考虑。一是样点总数的设置，这要看被测物质含量变异情况而定。变异大者，样点数自然比变异小者为多，否则统计结果的可靠性差。,土壤背景值的布点，必需遵循以下原则：,4.3,土壤背景值,3.,土壤背景值的研究方法,(2),样点的布设与采集,以土壤类型为主，,确定每个土类应采集的样品数。同时考虑成土母质和地形单元等因素进行布点。,同一类型的土壤应考虑其典型性和代个性。,样点的布设应远离工厂、城镇、铁路与公路等有明显污染源的地方。,要避免在人为活动而打乱土壤层次的地方及其附近设点，如宅基地、堤坝、沟渠与坟地等。,4.3,土壤背景值,3.,土壤背景值的研究方法,(2),样点的布设与采集,以土壤类型的某一单元为统计单元时，采集样品的数量，必须符合统计学的要求。,在污染物影响范围之外，按自然条件确定样点数与样点布局，然后按预定设计采取无污染的土样。,在既定样点上用常规法挖掘土壤剖面，用竹刀自下而上分层采取,500,1000,克土壤，用布袋收集，在室内风干。,4.3,土壤背景值,3.,土壤背景值的研究方法,(2),样点的布设与采集,在运输与风干过程中尽量避免尘埃落入，保证无采样后的污染。经过磨制过尼龙筛，供分析用。,为全量分析的样品，需通过,100,目筛，为有效成分的分析通常是过,10,目筛。前者的直径约,0.15 mm,，后者约,2.0 mm,。,筛孔和筛号对照,筛孔直径,/mm,筛号,网目,/,英寸,筛孔直径,/mm,筛号,网目,/,英寸,8.00,2.5,2.6,0.25,60,61.7,4.00,5,5.0,0.21,70,72.5,2.00,10,9.2,0.177,80,85.5,1.00,18,17.2,0.149,100,101,0.84,20,20.2,0.125,120,120,0.71,25,23.6,0.105,140,143,0.59,30,27.5,0.074,200,200,0.50,35,32.3,0.053,270,270,0.42,40,37.9,0.05,300,0.30,50,52.4,0.044,325,323,筛孔和筛号对照,说明,(1),筛孔直径是以方孔计算的；,(2),筛号是美国标准号；,(3),筛目是每英寸长度内的筛孔数,(1,英寸,=25.40,毫米,),；,如：,60,号筛在每英寸长度内平均有,61.7,个筛孔，筛孔直径为,0.25mm,，筛线共占,9.98mm,。,(4),筛孔直径与筛号可按下式粗略地换算：,40,号以下筛：筛孔直径,(mm)=17/,筛号,40-50,号筛：筛孔直径,(mm)=16/,筛号,50,号以上筛：筛孔直径,(mm)=15/,筛号,4.3,土壤背景值,3.,土壤背景值的研究方法,(3),样品分析和数据处理,背景值采样分析结果各自代表所在样点的成分含量。但作为整个区域的数值代表，就需进行统计处理，可以用算术平均值和几何平均值，作为代表性的背景值。,4.3,土壤背景值,4.,土壤背景值的应用,(1),土壤背景值是土壤污染质量评价的基础,(2),土壤背景值与其它环境背景值的相关性是环境生态平衡状况的体现,在非污染的生态系统中，岩石（母质）、土壤与植物之间的背景值自然是紧密相关的。三者之间相关性良好的地域基本上是良性的生态环境，相关性不好的地方其生态平衡往往失调,4.3,土壤背景值,4.,土壤背景值的应用,(3),土壤背景值可作为污染途径追踪的依据,当发现植物或动物受到了污染，或是某些成分异常时，不能够直接归咎于土壤污染。,来自土壤的汞，其株体分布为根茎叶，,而来自大气的汞，则株体分布为叶茎根。,有了土壤汞背景浓度及土壤汞与植物汞分布的相关性，再加上株体汞的分布状况分析，足以判断汞的污染来源与迁移渠道了。,土壤中某些重金属元素的背景值,/,mg,kg,1,元素,含量范围,平均值,Ag,0.01,5,0.1,As,0.1,40,6,Be,0.1,40,6,Cd,0.01,2,0.35,Co,1,40,8,Cr,5,3000,100,Cu,2,100,20,Fe,7000,550000,38000,Hg,0.01,0.3,0.03,Mn,100,4000,850,Mo,0.2,5,2,Ni,10,1000,40,土壤中某些重金属元素的背景值,/,mgkg,1,元素,含量范围,平均值,Pb,2,200,10,Sb,2,10,Sn,2,200,10,Se,10,25,7,Ti,1000,10000,5000,U,0.09,9,1,V,20,500,100,Zn,10,300,50,Zr,60,2000,300,4.4,环境容量,1.,环境容量的概念,环境容量是指某一环境区域内对人类活动造成影响的最大容纳量或自然环境或环境要素对污染物质的承受量或负荷量。,这种承受量以人类和生物能忍受、适应和不发生危害为准则。,就环境污染而言，污染物存在的数量超过最大容纳量，这一环境的生态平衡和正常功能就可能会遭到破坏。,4.4,环境容量,2.,环境容量的决定因素,环境容量大小取决于两个因素。,一是环境本身具备的背景条件：,如环境空间的大小，气象、水文、地质、植被等自然条件，生物种群特征、污染物的理化物性等等。,二是人们对特定环境功能的规定。,这种规定经常用环境质量标准来表述。,4.5,土壤环境容量的概念,1.,土壤的标准容量,一定土壤环境单元达到土壤环境标准时，土壤容纳污染物的总量。,2.,土壤的净化容量,考虑土壤净化能力的土壤环境容量叫土壤净化容量。,3.,土壤静容量,由于某些污染物在土壤中持续累积，需要累积到一定程度，方能表现出明显的生态效应和环境效应。因此，衡量土壤容量时需要有一个基准含量水平。根据这个水平所获得的土壤环境容量，称为土壤静容量。,4.5,土壤环境容量的概念,4.,土壤动容量,在土壤静容量的基础上，将土壤自净过程所净化的污染的量也考虑在内的量，是土壤动态的、全部容许的量，将之与土壤的静容量相对应，称为土壤环境动容量，是能够反应土壤环境真实情况的土壤环境容量。,5.,共识的概念,是指一定土壤环境单元，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（既保证农产品产量和生物学质量，同时也不使其他环境受到污染），土壤所能容纳污染物的最大负荷量。,4.6,土壤环境容量研究方法,1.,区域的基本概况,自然环境、社会经济与污染状况调查，了解土壤的类型、分布特征、一般基本理化性质等。,2.,土壤污染的生态效应研究,土壤污染物的生态效应，是通过不同浓度污染物质对土壤生态系统中各种生物的生理、生态、生产状况的影响程度，以及污染物在生物各器官（尤其是可食部分）中残留累积的量来考察的。,4.6,土壤环境容量研究方法,3.,土壤污染的环境效应研究,这主要是指污染物进入土壤后，可能对地表水和地下水造成的次生污染，土壤污染物会随地表径流而进入河、湖。,4.,污染物在土壤中的净化规律的研究,4.6,土壤环境容量研究方法,5.,土壤污染物临界含量的确定,土壤的临界含量，是指土壤所能容纳污染物的最大浓度。,是确定土壤环境容量的重要的因素，在很大程度上，决定着土壤的容纳能力。,因此，在获得土壤污染物的各种生态效应和环境效应以及各种单一体系的临界含量后，就可以采用各种效应的综合临界指标，得出整个土壤生态系统的临界含量，以此作为国家制定土壤环境标准的依据和确定土壤环境容量的依据。,4.6,土壤环境容量研究方法,6.,土壤环境容量的计算,土壤环境容量的数学模型，是土壤生态系统与其边界环境参数构成的定量关系，用以表达土壤环境容量的客观规律。,同时，需要根据工作的发展情况进行补充或修改。最后，对所有获得的资料进行调整、归纳后还需对原模式进行修改、完善，甚或重建新的模式。,4.6,土壤环境容量研究方法,7.,土壤环境容量的区域性分界,污染物进入土壤后，除受土壤的性质影响外，也受制于该土壤现存的自然条件。,因此，污染物在不同自然地理条件下的土壤中，其行为、效应及其环境容量是不同的，具有区域性特征的。,4.7,土壤重金属环境容量,1.,土壤重金属临界值,以作物减产,10%,或籽实含量达卫生标准时的土壤重金属“有效态”含量为土壤重金属临界含量。,当作物减产,10%,时，籽实重金属含量未超标，以作物减产,10%,为标准。,如籽实含量超标时作物仍未减产,10%,，则以籽实含量达卫生标准时为标准。,4.7,土壤重金属环境容量,2.,土壤重金属环境容量的含义,土壤重金属的环境容量可分为生物学容量和化学容量。,（,1,）生物学容量,是以作物减产,10%,或籽实含量达卫生标准时的土壤重金属临界值所计算得到的土壤重金属环境容量。,（,2,）土壤重金属化学容量,是指土壤通过物理化学作用对重金属的吸持和固定的最大容许量，可在实验室内通过模拟试验测定。一般用等温吸附试验模型（如,Langmuir,方程式）中的最大吸附量来计算，即化学容量,=,最大吸附量,+,背景值。,确定土壤临界浓度应以生物学容量为标准。,4.7,土壤重金属环境容量,3.,影响因素,（,1,）土壤性质的影响,（,2,）指示物的影响,（,3,）土壤中污染物的存在形态或行为过程的影响。,（,4,）环境因素如温度、,PH,或,Eh,、化合物类型的影响。,4.7,土壤重金属环境容量,4.,土壤的临界浓度和土壤容量的比较,（,1,）土壤的临界浓度和土壤容量之间并不完全等同。土壤的临界浓度重在相对浓度，其数值是植物的可吸收量，在理论上应接近于常数；土壤容量重在绝对量，其数值因土壤不同而有很大差异。,（,2,）土壤环境容量是在临界浓度基础上计算出来的。,（,3,）至于临界浓度是否应当包括背景值，目前两种做法都存在。包括背景值时，包括了土壤对某成份的整个容量。不计背景值在内时，是指土壤从现状起还能容纳多少外来污染物质。（是指总量）,4.7,土壤重金属环境容量,5.,土壤环境容量的确定,（,1,）进行生物试验获取土壤临界值。,经过生物试验取得土壤临界含量需要经历较长的时间，而且所得结果是因土壤类型以及作物种类而异的。,土壤中有害物质的形态及其对作物的有效性，是决定植物是否吸收与吸收多少的限制性条件。,（,2,）化学容量法代替生物学容量法求得土壤临界浓度是可行的。,4.7,土壤重金属环境容量,5.,土壤环境容量的确定,（,3,）用土壤化学容量法计算土壤容量举例：,设：两种土壤含有效,Cr,3+,为,4.5 mg kg,-1,和,5.8 mg kg,-1,时使作物表现中毒，导致产量下降,10,，求,Cr,3+,的土壤环境容量。,4.7,土壤重金属环境容量,经实测，,土壤,1,在有效,Cr,3+,含量为,4.5mg/kg,时,Cr,3+,全量为,240 mg/kg,，,土壤,2,在有效,Cr,3+,含量为,5.8mg/kg,时,Cr,3+,全量为,412 mg/kg,。,所以，单位土壤,1,环境容量为,240 mg/kg,，单位土壤,2,环境容量为,412mg/kg,。,若土壤容重为,1.3g/cm,3,，土层厚,20cm,时，每公顷土壤重量为,2600t,，,则：土壤,1,的,Cr,3+,容量,624 kg Cr,3+,/ha,，土壤,2,的,Cr,3+,容量为,1071 kg Cr,3+,/ha,。,4.7,土壤重金属环境容量,6.,土壤重金属环境容量的应用,（,1,）用以制定土壤环境标准,（,2,）制定区域性农田灌溉水质标准,（,3,）制定农用污泥施用标准,（,4,）进行土壤污染预测,（,5,）用于污染物排放总量控制,（,6,）为土地处理系统承受能力提供依据,（,7,）为区域性环境区划、规划、管理等提供依据,4.7,土壤重金属环境容量,7.,土壤环境容量的应用举例,研究土壤环境容量的目的，首先是控制进入土壤的污染物数量。,因此，在土壤质量评价、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方面发挥作用。,现以灌溉水质标准计算为例说明如何应用土壤环境容量。,4.7,土壤重金属环境容量,例如，某地段利用含镉废水灌溉农田，设其镉浓度为,C,（,mg L,-1,），年灌溉量为,M,（,m,3,ha,-1,），镉在土壤中年残留率为,k,，土壤镉因灌溉达到其容量的年限为,t,0,，土壤环境容量为,Q,（,mg ha,-1,），进入土壤的镉在第,t,年时的累积残留量,X,（,mg ha,-1,）为：,累积残留量,X,=10,-3,M,（年灌溉量）,C,（镉浓度）,k,（残留率）,（,1-k,t,）,/(1-k),当,X,等于土壤环境容量,Q,时，上式中,C,即为污灌水质标准，用,I,（,mg L,-1,）表示：,I=10,-3,Q(1-k)/Mk(1-k,t,),有某一土壤镉的环境容量为,2.0 mg/kg,（或,215000015mg/ha,），当,M=7590 m,3,/ha,，,K,1,0.98,和,K,2,=0.95,时，得不同年限时的,I,值（,mg/L,）。,年限（,t,）,K,1,K,2,50,0.0342,0.0192,100,0.0318,0.0141,250,0.0316,0.0123,500,0.0316,0.0122,土壤环境质量标准（,BG156181995,，,mg kg,-1,）,一级,二级,三级,项目,背景值,土壤,pH,6.5,土壤,pH 6.5,7.5,土壤,pH,7.5,土壤,pH,6.5,镉,0.20,0.30,0.30,0.60,1.0,汞,0.15,0.30,0.50,1.0,1.5,砷水田,15,30,25,20,30,旱地,15,40,30,25,40,铜农田,35,50,100,100,400,果园,150,200,200,400,铅,35,250,300,350,500,铬水田,90,250,300,350,400,旱地,90,150,200,250,300,锌,100,200,250,300,500,镍,40,40,50,60,200,六六六,0.05,0.50,1.0,滴滴涕,0.05,0.50,1.0,注：重金属（铬主要是三价）和砷均按元素量计，适用于阳离子交换量大于,5cmg kg,1,的土壤，若小于此值，其标准为表内数值的半数；六六六为四种异构体总量，滴滴涕为四种衍生物总量；水旱轮作地的土壤环境质量标准，砷采用水田值，铬采用旱地值。,