土壤重金属与环境质量

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1、紫色土环境容量研究, 中科院地理所,西南农业大学土化系, 中国农科院土肥所
2、砖红壤、赤红壤、红壤环境容量研究,中国环境科学研究院, 广州环境保护研究所,华南环境科学研究所,华南农业大学
3、灰钙土环境容量研究,北京师范大学环科所,甘肃环保所, 北京市农科院土肥所
4、黑土环境容量研究,中科院沈阳应用生态研究所 5、黄棕壤环境容量研究,中科院南京土壤研究所
(2)土壤环境容量的定义
长时间???
上式反映了土壤污染物生态效应和环境效应所容许的水 平, 没考虑土壤污染物累积过程中污染物的输入与输出、吸 附与吸解、固定与释放、累积与降解的净化过程以及土壤 的自净作用。这些过程的结果, 都将影响到容许进入土壤中 的污染量。将这一部分净化的量( Cdo)加入到土壤净容量 (Cso) 才是土壤动态的、全部容许的量, 即土壤环境容量( C) , 也有人称之为土壤环境动容量。用数学式表示即为:
◆转变为不溶性化学物沉淀;
◆胶体吸附;
◆生物和化学降解,转变为毒性小或无毒的物质;
◆挥发和淋溶,从土体迁移至大气和水体。
1. 土壤背景值
未受人类污染影响的土壤自身的化学元素和化合物的含量。《中 国土壤元素背景值》(1990)
注:2002一2005年山东省重点污染区菜田土壤环境调查数据
为何要制定土壤环境质量标准???水体直接 2 土壤环境质量标准 概念:土壤中污染物的最高容许含量。污染物在土壤中的残留积累,
(1)一级标准过于笼统 : 80%的背景值数据 几何平均值*几何标 准差;最高值和最低值相差4个数量级
(2)二级标准缺乏可操作性:从全国众多土壤类型中选最小的土 壤环境临界含量。对大部分来说严格,没考虑自净。
土壤环境质量标准存在的问题:
(3)部分元素标准不准确:Pb标准(250~ 350 mg/kg) ,Ni标准 低。
C= Cdo + Cso
(3)土壤环境容量的特点
变异性: 一个特定环境的环境容量的大小,取决于环境本身的状
况。如流量大的河流比流量小的河流环境容量大一些。污 染物不同,环境对它的净化能力也不同。如同样数量的重 金属和有机污染物排入河道,重金属容易在河底积累,有 机污染物可很快被分解,河流所能容纳的重金属和有机污 染物的数量不同。
并在进一步研究它们的地理分异规律及其影响因素的基础上, 提出我国东半部上述四种元素的土壤临界含量分区和土壤环境容 量分区。
利用这些结果,提出我国土壤环境质量标准建议,农田水质灌 溉标准建议和污泥农田施用标准建议,为保护我国土壤资源、防 止土壤污染、实现污染物总量控制和环境质量管理提供依据。
研究内容
Cu(OH)2
5.0
6.0
7.0
8.0
pH
9.0
10.0
Dissolved Metal and Metal Speciation
AsO33- vs AsO43- Cr(Ⅲ) vs Cr(Ⅵ) Hg单质、有机、无机
土壤环境质量标准存在的问题:
张洪涛等,2009
土壤环境质量标准制定原则:
2个原则: 1、保护陆地生态安全,主要是指土壤自身,植物/农作物、 土壤无脊椎动物、野生动物等生态受体以及大气、水等其他 环境要素暴露于土壤污染物时不产生有害影响; 2、保护人体健康,主要是指人体长期暴露于土壤污染物时不 产生显著的健康风险。
土壤环境的植株容量与过度密植生产;土壤氮素容量与 作物贪青倒伏;土壤盐份容量与过度盐渍化;废水灌溉与 土壤污染物容量等。
(2)土壤环境容量的定义
环境标准限制某一要素的某一区域可能达到限度的量,作 为该区域的环境容量, 即环境的标准容量, 将此衡量土壤容许的 污染量这个基准含量水平称为土壤净容量。
土壤静容量:Cso = M(Ci-Cbi) g M为耕层土壤重 t Ci为元素的土壤临界含量 ppm Cbi为i元素的土壤背景值 ppm
(6) 没有考虑污染物的形态和生物有效性。
Copper Speciation in Fresh Water
100 10 1 0.1
0.01
Cu+2
CuHCO3CuSO4
Cu-DOC CuOH+
CuCl+ CuCO3
DOC = 0.01 mg/L CuT = 18 ug/L
0.001
0.00014.0
(2)土壤环境容量的定义
例:某地土壤中镉的背景值为0.1ppm,农田土壤标准规定 的镉的最大容许值为1ppm,如土壤密度是1.5克/cm3。计 算10亩农田镉的净容量________。
10亩农田土壤质量:10*667*0.2*1.5=2001t Cso = M(Ci-Cbi) Cso = 2001t*(1-0.1) =2001*0.9=1800 g
根据土壤应用功能和保护目标划分为三类
I类 主要适用于国家规定的自然保护区(原有背景重金属含量 高的除外)、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其 他保护地区的土壤,土壤质量基本上保持自然背景水平。
Ⅱ类 主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土 壤,土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。
土壤污染与环境基准
几个概念
土壤净化(土壤自净)
土壤是巨大的缓 冲器和净化器
从外界环境进入土壤中的各种污染物质,被土壤胶体所吸附,使
其毒性降低,或土壤微生物和小动物对污染物质的分解,使有毒变
为无毒,这个过程称作土壤净化。
土壤环境缓冲性
指土壤对进入其内的污染物所具有缓和污染的能力。包括:
◆稀释和扩散降低其浓度,减少其毒性;
Ⅲ类 主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤 和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外)。土壤质量 基本上对植物和环境不造成危害和污染。
GB-15618-1995
土壤环境质量标准存在的问题:
土壤镉、汞、砷、铅、铬、铜标准的制定主要依据国家“七 五”科技攻关课题《土壤环境容量研究》提供的资料,而六六六、 滴滴涕、锌、镍是依据零散资料整理的,一些化学农药等有机物 方面的项目苦于缺乏土壤基准资料而无法归纳入标准,而且《土 壤环境质量标准》实施至今已有10余年。
Cu、Zn、Ni、Cd、Pb、Hg、Cr 、 As
生物量、含量、生长期???
பைடு நூலகம்
土壤环境质量标准的重要性???
1、保护土壤健康。 2、食品安全的第一道防线。 3、保护土壤也是在保护其他环境因子,从而保护人体
健康。 4、为生产和生活提供指导限值
3、土壤环境临界值
以植物开始表现毒害症状或植物组织( 特别是可食部分) 的重金浓 度达到食品卫生标准时, 该植物所生长的土壤中相应元素的总含量 ( 全量)
研究目的:以土壤生态为中心,结合环境效应,研究污染物 进入土壤以后,在一定时空范围内既保证农产品生物学质量,又 不致使环境遭到污染时土壤所能容纳污染物的最大负荷量。
重点研究砖红壤、赤红壤、红壤、黄棕壤、紫色土、黑土、灰 钙土区中Cd, Pb, Cu, As四种元素的临界含量和环境容量,从而提 出我国主要类型土壤四种元素的临界含量和环境容量。
根据土壤应用功能和保护目标划分为三类
I类 主要适用于国家规定的自然保护区(原有背景重金属含量 高的除外)、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其 他保护地区的土壤,土壤质量基本上保持自然背景水平。
Ⅱ类 主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土 壤,土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。
(1)一级标准过于笼统 : 80%的背景值数据 几何平均值*几何标 准差;最高值和最低值相差4个数量级
(2)二级标准缺乏可操作性:从全国众多土壤类型中选最小的土 壤环境临界含量。对大部分来说严格,没考虑自净。
为何要制定土壤环境质量标准???水体直接 2 土壤环境质量标准 概念:土壤中污染物的最高容许含量。污染物在土壤中的残留积累,
《粮食卫生标准》稻谷Pb限量指标:0.2 mg/kg,叶菜类0.3 mg/kg , 推算:土壤中Pb添加限量分别为108.6 mg/kg, 和116.6 mg/kg, 即土 壤全Pb量限量分别为161.2 mg/kg 和169.2 mg/kg 。(万洪富,2005)
土壤环境质量标准存在的问题:
Pb的标准250~ 350 mg/kg(以 食物铅的卫生标准作为依据) 研究表明,当土壤铅大于100 mg/kg时,儿童血铅则大于15 µg/100 ml,这对儿童健康产生 了不良的影响,因此我国标准 中制定的铅临界值远远偏高, 难以保障儿童的健康发展。
以不致造成作物的生育障碍、在籽粒或可食部分中的过量积累(不 超过食品卫生标准)或影响土壤、水体等环境质量为界限。
主题内容:按土壤应用功能、保护目标和土壤主要性质规定了土 壤中污染物的最高允许浓度指标值及相应的监测方法
适用范围:本标准适用于农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地、 自然保护区等地的土壤。
并且,这种标准的限制方法,也没考虑不同区域对污染物净 化和容纳能力的差别。
因此,在环境管理和污染控制中开始使用污染物总量 控制的方法,要求污染物排放除达到允许的浓度标准外, 还要把某一区域污染源排放到该区域环境中的污染物总量 控制在一定数量之内。
这个数量有多大呢?这就需要以区域环境容量为依据, 环境容量的概念随之产生,并且发展了多个环境要素的环 境容量,包括土壤环境容量。
了解某一环境对各种污染物的环境容量的重要性在于 根据环境容量可以制订出经济有效的污染控制方案,确定 哪些或那部分污染物由环境去净化,哪些或那部分必须先 进处理,以及处理到何种程度为宜。(分出层次,分类处 理,节省资源)
(4)发展
近几十年来,随着污水处理系统的开展,土壤环境容 量的研究受到日益重视。美国、澳大利亚等国,根据土地 处理系统对污水的净化能力,计算某一时间、单元处理区 内的水力负荷和灌溉量;德国根据处理区土壤理化性质与 吸附特性,研究重金属的化学容量与渗漏容量;
土壤环境质量标准存在的问题:
(4)标准中有机污染物种类较少 DDT、六六六 1983停产
(5)现行标准的制定未直接考虑土壤污染物对生态受体的毒性效 应 .而对于农作物效应的考虑,供试植物的品种较单一,也 已不能满足我国的实际需要。而且,标准在实际应用中缺乏 实用的配套检验方法,影响了数据的可比性。
以不致造成作物的生育障碍、在籽粒或可食部分中的过量积累(不 超过食品卫生标准)或影响土壤、水体等环境质量为界限。
主题内容:按土壤应用功能、保护目标和土壤主要性质规定了土 壤中污染物的最高允许浓度指标值及相应的监测方法
适用范围:本标准适用于农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地、 自然保护区等地的土壤。
(6)土壤环境容量的确定及其模型
(5)土壤环境容量的理论依据
土壤环境对环境污染物之所以具有一定的容纳能力,这主要是 由于其环境特性决定的:
A 土壤环境的净化能力 土壤与表层环境系统之间物质与能量的迁移与转化 土壤环境系统中物质迁移与转化 土壤-植物系统的生物过程与生态效应 B 土壤环境的缓冲能力 系指向土壤中投入或减少某种成分时,土壤抵御某溶液中该组 分浓度变化的能力。
4、土壤环境容量 (1)土壤环境容量概念的提出
在环境污染的防治和控制中,会遇到环境容量问题。以往, 污染物的排放是按照一定的允许浓度来限定的,但这种标准只限 定了污染物排放的浓度,而没有限制其排放的数量。也就是说, 在一个地区,虽然污染源排放的污染物未超过浓度控制标准,但 有时污染物排放的总量过大,仍会使环境受到严重污染。
Ⅲ类 主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤 和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外)。土壤质量 基本上对植物和环境不造成危害和污染。
GB-15618-1995
土壤环境质量标准存在的问题:
土壤镉、汞、砷、铅、铬、铜标准的制定主要依据国家“七 五”科技攻关课题《土壤环境容量研究》提供的资料,而六六六、 滴滴涕、锌、镍是依据零散资料整理的,一些化学农药等有机物 方面的项目苦于缺乏土壤基准资料而无法归纳入标准,而且《土 壤环境质量标准》实施至今已有10余年。
我国在区域环境质量评价中,曾根据单一作物的试验提 出的土壤临界含量,结合土壤背景值计算出土壤环境容量。 1983年以来,由中国科学院所主持的“六五”、“七五” 国家科技攻关课题《中国土壤环境容量》,取得了一系列 有价值的研究成果,使我国土壤环境容量研究进入了较为 系统、综合的专题性研究阶段。
国家科技攻关项目:土壤环境容量
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