第三章 土壤背景值与环境容量
4 土壤污染概述
表 土壤重金属环境容量
土壤容量空间分布图
第三节 土壤污染物与污染源
土壤污染物：由人为或自然因素进入土壤并影响土壤的理 化性质和组成，导致土壤质量恶化、土壤环境系统自然功 能失调的物质。 一、污染物种类（见表2－1） （一）无机污染物：重金属、放射性元素、酸碱盐 （二）有机污染物：有机农药、氰化物、石油、稠环芳烃 （三）生物污染物：病原菌 （四）固体废弃物：工业废渣、污泥、城市垃圾
微生物不能净化重金属，反而使重金属在土体中富 集，这是重金属成为最危险污染物的根本原因。 提高净化能力：选育降解能力强的植物，应用具有 特殊功能的微生物。
土壤自净作用的影响因素
土壤的物质组成 ：质地、有机质数量、土壤化
学组成
土壤环境条件： pH、Eh，水、热条件
土壤环境的生物学特性：生物种类、区系
污染物种类 汞(Hg)
镉(Cd) 铜(Cu) 锌(Zn)
主要来源 制烧碱、汞化物生产等工业废水和污泥、含汞农药、汞蒸气
冶炼、电镀、染料等工业废水、污泥和废气，肥料杂质 冶炼、铜制品生产等废水、废渣和污泥，含铜农药 冶炼、镀锌、纺织等工业废水和污泥、废渣、含锌农药、磷 肥 颜料、冶炼等工业废水、汽油防爆燃烧排气、农药 冶炼、电镀、制革、印染等工业废水和污泥 冶炼、电镀、炼油、染料等工业废水和污泥
二、土壤污染的特点
(1)隐蔽性与滞后性 (2)累积性与地域性 (3)不可逆性与长期性 (4)后果的严重性
三、土壤污染的危害
1 土壤污染对农业的危害
a 土壤污染中污染物浓度到达一定水平会 毒害农作物，导致农作物减产甚至死亡 b 化肥和农药问题是重要的土壤环境问 题 c 固废堆放活处理过程中伴随污染物迁移， 多方面影响土壤环境。
《土壤污染修复工程》课程教学大纲
《土壤污染修复工程》课程教学大纲Engineering of Soil Pollution Remediation一、课程基本信息二、教学目标（一）知识目标通过该课程的学习能够使学生从理论到实际了解、学习、掌握污染土壤诊断及其方法，土壤污染风险评价与管理，污染土壤的植物修复、生物修复、化学修复、物理修复，污染土壤修复标准，污染土壤修复的技术再造等。
— 1 —（二）能力目标通过课程学习使学生初步具备针对不同的土壤污染问题制定修复方案的能力，并具有对土壤污染修复效果进行评估的能力，训练学生分析问题解决问题的能力。
（三）素质目标提高学生对土壤污染问题的关注，培养学生对土壤环境专业领域的兴趣，为今后在这一领域的继续深造或采用土壤污染修复的知识和技术解决实际问题奠定较扎实的基础。
三、基本要求（一）了解土壤污染的定义、类型、土壤污染物的主要来源及生态危害。
（二）理解无机污染物和有机污染物在土壤中的迁移转化行为及影响因素。
（三）掌握重金属和有机污染土壤植物修复、微生物修复和物理化学修复方法的基本原理、适用范围、优缺点及应用；污染场地土壤修复技术方案的编制。
四、教学内容与学时分配第一章土壤污染概述2学时第一节土壤环境污染知识点：土壤环境污染的概念、特点、危害第二节土壤环境背景值和环境容量知识点：土壤环境背景值、环境自净作用、土壤环境容量第三节土壤污染物与污染源知识点：土壤污染物、土壤污染源、土壤污染类型第四节土壤污染物的迁移转化特征知识点：土壤环境污染发生的机制、污染物在土壤中的环境行为本章小结重点：土壤污染的概念、土壤环境背景值和环境容量、土壤污染源、有机和无机— 2 —污染物的迁移转化规律难点：土壤环境容量、有机和无机污染物的迁移转化规律思考题：何谓土壤背景值及其应用? 简述土壤中污染物的化学行为。
作业：查阅资料总结山东省的土壤环境污染状况?建议教学方法：探究式教学第二章土壤环境的无机污染4学时第一节土壤重金属污染知识点：土壤重金属污染的来源、土壤重金属污染的生态环境效应、重金属污染在土壤中的环境行为及影响因素第二节土壤的非金属污染知识点：土壤非金属污染的生态环境效应、非金属污染在土壤中的环境行为及影响因素第三节土壤的放射性元素污染知识点：土壤放射性污染物的生态环境效应、放射性污染物在土壤中的环境行为及影响因素本章小结重点：土壤重金属和非金属的生态环境效应、重金属污染在土壤中的环境行为及影响因素难点：重金属污染物在土壤中的环境行为及影响因素思考题：土壤中Hg的主要存在形态? 土壤中Hg的迁移转化主要受那些因素影响?作业：土壤中重金属镉的主要来源及生态环境效应?建议教学方法：案例教学第三章土壤环境的有机污染4学时第一节土壤的农药污染知识点：农药的种类及性质、农药对土壤的污染、农药在土壤中的迁移转化、农药的生态效应第二节土壤的石油污染— 3 —知识点：石油污染物的组成及危害；石油在土壤中的迁移转化第三节土壤的POPs污染知识点：主要的POPs及危害、POPs在土壤中的迁移转化本章小结重点：土壤有机污染物的种类和来源；有机污染物在土壤中环境行为及影响因素难点：有机污染物在土壤中的环境行为思考题：有机污染物降解的方式有哪些?作业：减少农药对农产品污染的措施有哪些?建议教学方法：案例教学第四章污染土壤的植物修复4学时第一节概述知识点：植物修复的概念、超积累植物、植物修复的基本类型、植物修复的优势与特点、植物修复的局限性第二节植物根际圈及根分泌物的作用知识点：根系分泌物的组成、根系分泌物在污染土壤修复过程中的作用第三节修复植物的筛选与性能改进知识点：筛选条件与过程、植物修复性能改进第四节重金属的植物修复知识点：重金属污染的特点、重金属对植物的伤害与机理、植物对重金属的抗性机制、重金属的提取修复、重金属的挥发修复、重金属的稳定修复第五节有机污染物的植物修复知识点：有机污染物的植物降解、多环芳烃污染土壤的植物修复本章小结重点：植物修复的类型、优势与局限性；修复植物的筛选；重金属污染植物修复的机理；有机污染植物修复的机理。
土壤环境背景值与环境容量
二 土壤环境背景值的应用
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
土壤、岩层、植被 3.土壤背景值可作为污染途径追踪的依据
来自土壤还是植物? 4.肥料分配的依据
背景值低，缺养分，需多分配 5.找矿的依据 土壤背景值特别高，意味着岩石中高，可能有矿。 6.有助于地方病等的判断。
②土壤环境背景 值是研究和确定 土壤环境容量， 制定土壤环境标 准的基本数据。
③土壤环境背景 值也是研究污染 元素和化合物在 土壤环境中的化 学行为的依据。
④在土地利用及其规划，研 究土壤生态、施肥、污水灌 溉、种植业规划，提高农、 林、牧、副业生产水平和产 品质量，研究食品卫生、环 境医学时，土壤环境背景值
三 土壤环境容量
土壤环境容量：指土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大数量或负荷量。
静容量 动容量ຫໍສະໝຸດ 土壤环 境容量三 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。
土壤及固废检测技术
土壤的组成与性质
土壤环境背景值与环境容量
一 土壤环境背景值的概念
土壤环境背景值：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。
一 土壤环境背景值的概念
研究土壤环境背景值的意义
①土壤环境背景 值是土壤环境质 量评价，特别是 土壤污染综合评 价的基本依据。
土壤的环境背景值与容量
皮肤肺损害、可能导致肺癌
假震颤性麻痹、假精神分裂
土壤元素背景值异常(过高或过低)——
地方病(甲状腺肿、氟病、大骨节病、克 山病等）
土壤污染—非必需元素含量升高——
污染病(水俣病、痛痛病、黑脚病等)
地方性甲状腺肿(大脖子病)
病因——土壤环境中碘元素含量过低或过高。
表现为甲状腺组织增生与肥大。
不支持低硒是本病的病因：①有些地区低硒，并不发生大骨节病， 如陕西的榆林、洛南以及四川、云南一些克山病病区；有些地方硒并不 很低，却有本病发生，如山东的益都，山西的左权、霍县，陕西的安康， 青海的斑玛等；②补硒后不能完全控制本病的的新发；③细胞培养表明， 软骨细胞生长对硒并无特殊需要；④低硒的动物实验不能造成类似本病 的软骨坏死。
3、确定土壤环境容量，制定土壤环境标准不可缺少 的基础数据；
4、反映区域土壤化学元素的组成和含量。通过对元 素背景值的分析，可以找到土壤、植物、动物和人群之 间某些异常元素的相互关系。
五、土壤的环境容量
1、环境容量：
是指人类生存和自然生态不受损害的前提下，环境对 污染物的最大容纳量。
2、土壤环境容量（或称土壤负载容量）：
一、土壤背景值的概念
1、定义： 土壤背景值——未受人类活动影响的土壤本身
的化学元素组成和含量。
但是：地球上的土壤几乎全部受到人类活动直接或间 接的影响。
当然：土壤背景值只能代表土壤某一发展演变阶段的 相对意义上的数值。在时间和空间上都具有相对性。
2、特点：
1）时间上的相对性
土壤的发展演变过程中，其组成一直不断发生变化。而 由于生物对环境的适应性，目前的土壤的组成才适合当前生 物的生长。
地方性氟病
土壤的环境背景值与容量PPT演示课件
了解某地区土壤环境背 景值与容量，为土地利 用和规划提科学依据。
评估方法
采集该地区不同类型土 壤样品，进行理化性质 分析，结合地理信息系 统（GIS）技术进行空 间分析。
评估结果
该地区土壤环境背景值 较低，但土壤容量相对 较高，适合发展农业和 林业。
某地区土壤污染治理案例
治理目的
降低土壤中重金属和有机污染物的含量，保障生 态安全和人体健康。
土壤环境背景值是评估土壤质量、环境污染程度和制定土壤环境标准的重要依据。
土壤环境背景值的意义
了解土壤环境背景值有助于判断 土壤质量的好坏，评估土壤污染
程度和潜在的环境风险。
通过比较土壤环境背景值与实际 测量值，可以判断某一地区的土 壤是否受到人为活动的影响，以
及影响的程度和范围。
土壤环境背景值还可以为制定土 壤环境质量标准、土壤污染控制 标准和土地利用规划提供科学依
在进行土壤环境管理和污染治理时，需要综合考虑土壤环境背景值和容 量的关系，采取科学合理的措施来保护土壤环境。
通过了解和掌握土壤环境背景值与容量的关系，可以更好地评估土壤环 境的健康状况和生态功能，为制定科学合理的环境保护政策提供依据。
04
土壤环境背景值与容量的 应用
在土壤污染治理中的应用
01
土壤环境背景值是评估土壤污染程度的重要依据，通过与背景值的比较，可以 确定污染物的来源和程度。
在土地规划中，需要避免在土壤环境敏 土地规划还需要考虑土壤的保护和修复，
感区域进行高污染、高风险的开发活动， 对于受到污染的土壤，需要采取相应的
同时也要合理规划土地利用方式，减少 措施进行治理和修复，使其达到或接近
污染物排放。
背景值。
在农业可持续发展的应用
土壤环境背景值与环境容量
2)布点方法
分块随机 根据收集的资料，如果监测区域内的土壤有明显的几种类
型，则可将区域分成几块，每块内污染物较均匀，块间的差异 较明显。将每块作为一个监测单元，在每个监测单元内再随机 布点。
系统随机
将监测区域分成面积相等的几部分（网格划分），每网格 内布设一采样点，这种布点称为系统随机布点。
区域内土壤污染物含量变化较大，系统随机布点比简单 随机布点所采样品的代表性要好。
贫血、食欲减退、腹泻), 中枢
神经受损、个别出现龋齿
Se
心肌病、克山病、大骨节病、肌 肉营养不良、心悸哽塞、乳腺癌
蹒跚病、龋齿病、动物畸形
I 地性甲状腺肿、地方性呆小症 甲状腺肿、甲状腺机能亢进
2. 地方病
自然疫源性（生物源性）：病因为微生物和寄生虫，是 一类传染性的地方病。
化学元素性（地球化学性， geo-chemical disease ） 病因为当地水或土壤中某种（些）元素或化合物过多、
2.化学试剂提取法——化学容量法 以有害物在土壤中达到致害生物时的有效浓度为指标，确定土
壤容量的方法。
优点：简便易行，且指标便于统一。
常用的化学提取剂：
稀酸溶液：0.1M HCl, 0.05MHCl, 1M HOAc, 1M HNO3 提取含专 性吸附的成分
弱碱溶液：0.5M NaHCO3, 0.5M Na2CO3, 提取石灰性土壤有效砷 缓冲溶液：HOAc-NH4OAc(pH 7.0 4.8) 中性盐溶液：1M NH4OAc, 1M MgCl2, 0.01M CaCl2, 1M NH4NO3, 0.1M NaNO3 提取交换态金属 螯合剂：0.02-0.05M EDTA, 0.005M DTPA溶液和 EDTA + (NH4)2CO3、 DTPA+CaCl2+TEA
土壤环境背景值
背景值的影响因素
1
成土母质
2
土壤类型
3
气候
4
地形
5
植被
成土母质
母质元素组成以及土壤元素组成
土壤类型
不同风化程度的土壤元素组成不同
气候
高温多雨，淋溶强烈，含量低
地形
凸起地形与平凹地形
植被
不同植被元素的生物富集特点不同
研究意义
研究意义
是土壤环境质量评价，特别是土壤是否污染综合评价的基本依据； 是研究和确定土壤环境容量，指定土壤环境标准的基本数据； 是研究污染元素和化合物在土壤环境中的化学行为依据； 在土壤利用及其规划，研究土壤生态、施肥等的重要参比数据。
土壤环境背景值
定义01 定义03源自研究意义目录02 背景值的影响因素
04
评价土壤坏境质量的 基础；
基本信息
土壤环境背景值是指在不受或很少受人类活动影响和不受或很少受现代工业污染与破坏的情况下，土壤原来 固定有的化学组成和结构特征。
定义
定义
但是人类活动与现代工业发展的影响已遍布全球，很难找到绝对不受人类活动和污染影响的土壤，只能去寻 找影响尽可能少的地方。
评价土壤坏境质量的基础；
评价土壤坏境质量的基础；
为工业和农业生产服务； 为防止地方病服务。
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环科概论名词解释
！环境：以人类为主体，其赖以生存和发展的外部世界，主要是地球表面与人类发生相互作用的自然要素及其总体。
！环境要素：也称环境基质，指构成人类环境整体的各个独立的、性质不同的而又服从整体演化规律的基本物质组分。
分为自然环境要素和人工环境要素。
！环境质量：一般指在一个具体的环境内，环境的总体或环境的某些要素，对人群的生存和繁衍以及社会经济发展的适宜程度，是反映人群的具体要求而形成的对环境评价的概念。
环境系统：是一个复杂的、有时、空、量、序变化的动态系统和开放系统，系统内外存在着物质和能量的交换。
环境问题：任何不利于人类生存和发展的环境结构和状态的变化。
！生态系统指：在一定的空间内，生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位，称为生态系统。
生态平衡定义：任何一个正常的生态系统中，能量流动和物质循环总是不断地进行着，但在一定时期内，生产者、消费者和还原者之间都保持着一种动态的平衡，这种平衡状态就叫生态平衡。
大气污染：指由于人类活动或自然过程使大气中一些物质的含量达到有害的程度(一般指有害物质，如SO2、NOX、HC、O3、飘尘等超过国家质量标准)，以至破坏人和生态系统的正常生存和发展，对人体、生态和材料造成危害的现象。
大气污染物：由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产生有害影响的那些物质。
目前已认识到的对环境已产生影响的主要大气污染物种类很多。
酸雨：由于人类活动的影响，使降水中溶入其它酸性物质，从而使其pH值降到5.6以下的降水。
！酸沉降：大气中的酸性物质通过干、湿沉降两种途径迁移到地表的过程。
！湿沉降：指大气中的物质通过降水而落到地面的过程。
被降水去除或湿沉降对气体和颗粒物都是最有效的大气净化机制。
！雨除:指被去除物参与成云过程，即作为云滴的凝结核，使水蒸气在其上凝结，云滴吸收空气中成分并在云滴内部发生液相反应。
！冲刷：指在云层下部即降雨过程中的去除。
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主要内容
第一节 土壤背景值
第二节 土壤背景值的调查方法
第一节 土壤背景值
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。 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。
土壤环境背景值研究技术系统
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 统 一 参 考 样 品 统 一 分 析 方 法 标 准 参 考 物 质 编制程序 自检 互检 外检 计算机处理 异常值判断剔除 数据分布类型检验
标 准 溶 液
模 拟 消 解 液
可靠性检验
数理统计、检验子系统 背 景 值 制图技术子系统
一、国外土壤环境背景值研究
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。 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。
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
我国土壤环境背景值的研究始于20世纪70年代
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。 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。
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。
土壤背景值的研究具有重要的理论和实践 意义
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。
2.布点方法
采样要遵循“随机”和“等量”原则
（1）简单随机 （2）分块随机 （3）系统随机
3.基础样品数量
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:
（1）由均方差和绝对偏差计算样品数 （2）由变异系数和相对偏差计算样品数 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%。
四、土壤背景值与环境质量
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。
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
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。
（2）厚度采样
采样点可采表层样或土壤剖面
一般每个剖面采集A、B、C三层土样 采样次序自下而上 剖面每层样品采集1kg左右，装入样品袋 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
（1）样品处理
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 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）
二、土样的采集与室内分析
1.样品采集
2.土壤室内分析测定 3.分析记录
1.样品采集
（1）野外选点
（2）厚度采样
（1）野外选点
采样点的自然景观应符合土壤环境背景值 研究的要求
采样点以剖面发育完整、层次较清楚、无 侵入体为准 选择不施或少施化肥、农药的地块作为采 样点 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）分析方法
第一方法：标准方法(即仲裁方法) 。 第二方法：由权威部门规定或推荐的方法。 第三方法：根据各地实情，自选等效方法
3.分析记录
（1）分析记录
（2）数据运算 （3）结果表示
（1）分析记录
分析记录一般要设计成记录本格式
分析记录也可以设计成活页 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 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
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rirrigation)与作物施肥(fertilization)上是 不可缺少的依据。
（2）数据运算
有效数字的计算修约规则按GB8170执行
（3）结果表示
平行样的测定结果用平均数表示
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
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。
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
第二节 土壤背景值的调查方法
一、土壤背景值调查布点
二、土样的采集与室内分析 三、数据处理 四、土壤背景值与环境质量 五、土壤环境容量
一、土壤背景值调查布点
1.前期准备
2.布点方法 3.基础样品数量
1.前期准备
（1）组织准备
（2）资料收集 （3）现场调查 （4）采样器具准备