第五章 土壤环境背景值与环境容量.

3.砷中毒
表皮角化病→皮肤溃烂→皮肤癌
3.砷中毒
煤烟型
砷的来源 饮用水 稻米
中国地方性砷中毒分布调查(总报告),ห้องสมุดไป่ตู้卫生研
究,2003,32(6):519～540
煤砷含量100-9,000 ppm,高 者达35,000 ppm。 美国或其它国家煤含砷量约
10 ppm
含砷煤矿在贵州省的分布与 几种地方性慢性砷中毒疾病的
1 n M lg ( . X i ) n i 1
1
D lg
1
( lg 2 Xi n lg 2 M ) /(n 1)
i 1
n
3.样点数是否符合统计要求的检验
N：样点数
N S t /b
2 2
2
S 2：方差
t：置信概率，常取 95%，大样本（ N 30 ），t值可取2
b 2：允许误差 ,因含量不同而异 含量高者, 可小到达%; 含量较低, 高到15%; ug / kg级含量, 30%
地理位置及空间变化而产生差异。
二、地方病与环境背景值的关系
1.主要元素与人体健康
元素 Hg Cd 过低 未发现 未发现 哺乳动物可能必需。生长速度 多高 水俣病 骨痛病、致癌、致心血管病、
高血压、肺、肾损伤
皮肤癌、肺癌、血管末梢病、
As
缓慢，皮毛较粗，细胞损伤
发现鼠类必需、可能使鼠类患 贫血症
正常人
克汀病
缺 碘— 克汀 病 （侏 甲状腺肿 儒症） 缺碘或高碘甲状腺肿
2. 地方病 2）地氟病
缺氟— 龋齿
氟过量— 氟骨症
氟过量— 氟骨症
氟过量— 氟斑牙
2. 地方病 2）地氟病
氟的水迁移性强，在高温多雨与淋溶性地区易于
产生缺氟病，如山地，丘陵的坡地，酸性淋溶林地。 氟的积累在相对干燥的地带，如干旱与半干旱的 富钙地球化学环境，或半湿润富铁地球化学环境。
和组织分离出一些病毒。
中毒:可能与生物碱、二氧化硅、重金属等中毒有关。 营养缺乏:可能缺乏心肌代谢所需要的某些微量元素、氨 基酸或维生素。
4）大骨节病
一种世界性地方病，典型症状是关节疼痛、增粗、严重者 关节畸形、臂弯腿短、步态蹒珊。
双腿和双手骨节肿大 行走艰难
4）大骨节病
世界分布：西伯利亚东部、朝鲜北部，越南太平省，蒙古、 日本、瑞典和荷兰等地； 我国：黑龙江、吉林、辽宁、河北、河南、山东，山西、陕 西、甘肃、四川、台湾、内蒙古、西藏等地； 致病机理有3种假说： 腐殖质中毒说—腐殖酸对软骨细胞产生过氧化损伤；食物性 真菌中毒说；环境缺硒说。
和分布明确污染物的影响范围；
在污染物影响范围外，按自然条件确定样点数与样点布局。 1.研究范围的确定 研究范围取决于研究目的。 工业开发区土壤背景值：围绕工矿区内的工厂布局，三废排 放途径与影响范围； 行政区域土壤背景值：行政的疆界。
2.样点的设置与布局 1）样点数设置—因被测物质含量变异情况而定。 变异大者，样点数多，变异小者样点数少 母质，水文均一：土种变异小，样点数少些。 地貌、母质和水文变异较大：土样变异大，样点数多些。
镉为蓄积性中毒，主要 损害肾脏和骨质，使人 体内钙排出体外，引起 钙不足而导致骨质疏松 和骨骼软化。 痛痛病的潜伏期一般 2~8年，长的可达10~30 年．
骨痛病
稻米中镉浓度与肾病的发生率
Amount of rice consumed(g/day) 200 Male 5 0.28 Response rate(%) 10 0.38 20 0.55 50 1.10
发病率吻合.
贵州省含砷量高的煤矿的地理分布
将粮食挂在没有采取通风措施的敞开 式炉灶上方烘干的传统方法。
室内空气含砷浓度: 20-400μg As/m3
国标：3μg As/m3
8个高砷煤村庄（A-H） 与普通煤村庄 食物（玉米和辣椒）、 尿液砷含量间的关系
4.镉中毒—痛痛病
日本富山县神通川流域地区发现，表现为腰痛、背痛、膝关节痛， 最后遍及全身，步行困难，呈摇摆步态，骨骼变形，身长缩短，骨脆易 折，疼痛在活动时加剧，休息时缓解，呼吸受限，睡眠不足，终因疼痛 折磨而死。
病因可能为： 水土: 硒缺乏与克山病发病的关系较密切。 克山病患者及对照发硒测定结果(μ g/g) 克山病患者 病区健康人 非病区健康人 例数 30 30 23 发硒（ug/g) 0.115±0.039 0.178±0.048 0.321±0.169
感染:可能由嗜心肌病毒所引起—从西南地区病人的血液
第五章 土壤环境背景值与环境容量
赵秀兰
第一节 土壤环境背景值
一、概念
土壤在无污染或未污染时的元素含量，特别是有害元素的含量 背景值是一种历史性的相对数值，是一个相对的概念。 无污染或未污染相对于污染环境而言，它指距污染源很
远，污染物不易达到、生态条件正常的地区。
背景值随空间变化而变化 岩石成分、地理环境、生物群落部差异大，土壤背景值因
饮用水型 煤烟污染型 食物污染型
3）克山病
一种原发性心肌病，1935年在黑龙江省克山县发现。临床表现主要有 心脏增大、急性或慢性心功能不全和各种类型的心律失常，急重病人可 发生猝死。
我国东北、华北、西北及西南等地区15个省，自冶区209个县(旗)有克 山病流行，形成东北一西南走向的“病带。
我 国 克 山 病 地 区 分 布 图
―mg Cd.kg-1ADW in rice grain―
Female
400 Male
0.30
0.14
0.38
0.19
0.50
0.28
0.88
0.55
Female
600 Male Female
0.15
0.09 0.10
0.19
0.13 0.13
0.25
0.18 0.17
0.44
0.37 0.29
三、土壤环境背景值研究方法 （一）土壤背景值的采样布点 应掌握几个原则： 明确研究范围； 根据研究区域内的地质、地貌、水文、土壤与污染物类型
Cu
Menkes综合症,嗜中性白血球减少 Menkes综合症、肺纤维损 症、贫血症、骨质非矿化等 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、皮疹、胎儿消瘦畸形 龋齿 害，肝坏死，肾损伤 未发现
Zn F
氟骨症、韧带和骨健钙化、 跛脚
二、地方病与环境背景值的关系
1.主要元素与人体健康
偏度峰度法、皮尔逊X2法，夏皮洛—威尔克W检验法
2.土壤元素背景值的计算 即根据概率分布类型，分别计算出表示其背景值范围的平均值和 标准差。
对于呈正态分布的元素
1 x n
x ij
i 1
n
s 1 /( n 1) ( xi x) 2
i 1
n
对于对数正态分布的元素，背景值用几何平均值（M)和几何标 准差（D)表示，其范围为M/D~M· D;
4.土壤背景值的分级与制图
根据控制区域土壤背景值分异的主导因素，将该区域划分出
若干单元（制图单元)，每个制图单元的土壤元素背景值分异相 对较小。
分级：将每一制图单元内的统计平均值作为初步分级数,然后
低限。
三峡库区构造分布及地方病高发区分布图
2006年地方性氟中毒防治情况 Endemic Fluorosis Control Status in 2006 病区县数 饮水型Drinking Water 煤烟污染型Burning Coal Pollution 1115 201 病区县人口 氟斑牙人 氟骨症人 控制 累计防治受益 数(万人) 数(万人)) 数(万人) 县数 人口(万人) 55298.63 9743.31 2145.69 1667.29 134.02 195.67 189 24 4204.94 1082.24
1985年我国农业土壤背景值研究：9个片区，约43万km2 ，样点
布置总数平均41/ km2。
陕西黄土高原和黄河下游：地形最平坦，母质、水文条件均一， 样点数平均13-27个／万km2 。 贵州、四川而：地貌复杂、母质类型繁多，土壤变异大，平均
为4-185个／万km2。
2)布点方法
简单随机
分块随机
空白试验:检查和控制样品在处理和测试过程中可能带来的污染.
精密度控制:平行样控制样品测试的精密度,平行样品数可占每批 测试样品的20%. 准确度控制:土壤标样控制,土壤标样比例一般为测试样品的10%, 测试结果落在标样 x 2S 范围内.
（三）数据处理
1.确定元素浓度的概率分布类型
直方图法，概率纸图示法、偏度—峰度法，夏皮洛—威尔克W检 验法，皮尔逊X2法。常用的有：
Se
I
蹒跚病、龋齿病、动物畸形
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、
不足或比例失常，再通过食物和饮水作用于人体所产生的疾 病. 元素缺乏性 : 地方性甲状腺肿、地方性克汀病等。 元素中毒性（过多性）: 地方性氟中毒、地方性砷中毒、地
系统布点
3. 基础样品数量 由均方差和绝 对偏差计算
由变异系数和相对 偏差计算
N t s /D
2 2
2
N t Cv / m
2 2
样 本 数 一定自 由度下 的置信 水平 变异系 可接受 数 的相对
2
样品数 一定自 均方差 可接受 由度下 的绝对 的置信 偏差 水平
偏差
（二）土样的采集与分析 1. 在既定样点上采样
碘缺乏病Iodine Deficiency Disorders
358
2817
10342.79
125657.25
74.05
…
208
2475
注:①克山病现症病人数为潜在型、慢型、亚急型及急型克山病现症病人之和；
②碘缺乏病病区县数和人口数系开展碘缺乏病防治监测工作的县数与人口数； ③碘缺乏病现症病人数为甲状腺肿人数和克汀病人之和。
大骨节病患者及对照发硒测定结果(μ g/g) 大骨节病患者 病区健康人 非病区健康人 例数 29 30 29 发硒 0.061±0.026 0.178±0.048 0.297±0.160
贫硒 大国
从东北到西南 构成“贫硒地带”, 东北、东部沿海、华北、华 南、华中、西北、西南是广大的缺硒带。 苏、皖、鲁、宁、甘、新等省自治区的部分地区也相对贫硒,大 部分地区食物中硒含量在0.02ppm以下。 东南沿海为富硒地区，为0.1ppm，是联合国卫生组织规定的最
元素 过低 骨骼畸形、步履蹒跚、生殖功能 障碍 恶性贫血综合症，中枢神经失常 多高
Mn
Co
假震性麻痹、假神经分裂 心肌病、血液、中枢神经、 甲状腺等异常
家畜腹泻综合征(体重减轻、 贫血、食欲减退、腹泻), 中枢 神经受损、个别出现龋齿
Mo
中枢神经失常、早死
心肌病、克山病、大骨节病、肌 肉营养不良、心悸哽塞、乳腺癌 地方性甲状腺肿、地方性呆小症
剖面样品
自然土壤剖面示意图
农业土壤剖面示意图
长:1.5m 宽:0.8-1m 深：视地形和作物定
观 察 面
用竹刀自下而上分层采取0.5-1.0kg土壤，用布袋收集，在室内 风干。在运输与风干过程中尽量避免尘埃落入，保证采后无污 染。经过磨制过尼龙筛，供分析用。
2. 分析质量控制 标准样参考样（或内控样）； 回收实验； 质量控制图，
方性硒中毒、地方性钼中毒。
2. 地方病
1）碘缺乏或过量引起的地方病
由地区性土壤环境中碘元素含量过低(如山区)，或含量过高
(如沿海)造成。
缺碘分布 世界分布：喜马拉雅山、刚果河流域、安第斯山区、阿 尔卑斯山区、大湖盆地及新西兰等； 我国西北、东北、华北和西南等地区的山区及丘陵区。 碘过量分布 日本北海道，中国渤海湾南部，山东日照市、广西 北海市等沿海或平原区。 过量Mn, Ca，P等也可通过干扰甲状腺对碘的摄取而致病
2006年克山病、大骨节病、碘缺乏病防治情况
Keshan Disease, Kashin-Beck Disease, Iodine Deficiency Disorders Control Status in 2006
病区 县数 病区县人口数 (万人) 现症病人 (万人) 累计控制 (消除)县数
大骨节病 Kashin-Beck Disease
皮肤角化病
中枢神经损伤、行走蹒跚、氨 基乙酰丙酸脱氢酶活性下降
Pb Cr
动物和人类必需，低血糖、糖尿 皮肤、肺损伤，可能导致肺癌 病、心血管病、高脂血症、主动 脉血小板形成增强
二、地方病与环境背景值的关系
1.主要元素与人体健康
元素 过低 动物生长缓慢，皮毛变短、繁殖 Ni 力下降；人类消化不良和肝、肾 疾病 呼吸道癌 多高