1、环境质量评价第五章第一节 土壤环境概述土壤环境的特点：是一个开放系统具有生产植物产品的功能一、土壤的特征 2、土壤的基本组成 固相物质：矿物质（占固相重量95%左右，占体积得38%左右）、有机质（占固相重量5%左右，占体积得12%左右）。 粒间物质：气相（部分由大气进入，部分由土壤内部产生）、液相（粒间水分及溶解在其中的多种溶解性物质）。 生物体：各类昆虫、线虫、节制肢动物和土壤微生物。理想土壤成分的体积分数1）土壤矿物质 一般占土壤固体部分质量的9598。 种类： 原生矿物、次生矿物 土壤矿物质的土壤化学组成以氧、硅、铝、铁4种元素所占的比例最多。 含SiO2愈多的矿物颜色愈浅，愈抗风化。
2、矿物质颗粒愈粗，SiO2含量愈多。2)土壤有机质 土壤有机质是指土壤中含碳的有机化合物。土壤有机质的来源 植物残体 动物、微生物残体 动、植、微生物的排泄物和分泌物 废水废渣 土壤有机质的类型 新鲜的有机物 分解的有机物 腐殖质 非腐殖物质 腐殖物质3）土壤溶液和空气 4）土壤生物 生活在土壤中的微生物、动物和植物等总称为土壤生物(soil organism)。 土壤生物的种类 土壤微生物和土壤动物 前者包括细菌、放线菌、真菌和藻类等类群； 后者主要为无脊椎动物，包括环节动物、节肢动物、软体动物、线性动物和原生动物。3、土壤的结构 土壤结构是指土壤颗粒（包括团聚体）的排列与组合形式。块状（似立
3、方体）结构类型 片状（似片状）结构类型 柱状（似柱壮）结构类型4、土壤的基本性质1）吸附性 土壤胶体种类：无机胶体、有机胶体、复合胶体 土壤胶体的性质 土壤胶体的吸附 土壤胶体的表面作用能够吸附离子与分子化合物。其吸附机理包括物理、化学和物理化学吸附。 土壤胶体电荷 可分为永久电荷和可变电荷两种。 胶体的凝聚和分散作用 土壤吸收性能 指土壤能够吸收和保持土壤溶液中的分子和离子，悬液中的悬浮颗粒、气体及微生物的能力。2）酸碱性 土壤酸度3）氧化还原性 氧化剂： 游离氧， 高价金属离子， 硝酸根等 还原剂： 土壤有机质， 厌氧条件下形成的分解产物， 低价金属离子 由于土壤中存在着多种氧化性和还原性
4、无机物质及有机物质，使其具有氧化性和还原性 5、土壤的基本特征 1）土壤的基本物理、化学及生物学性质 剖面的异质性 独特的物理性质 独特的化学性质 独特的生物性质 2）土壤是一个复合体系 土壤是由固、液、气三相及由单粒、微团聚体、团粒等多层次空间结构组成的疏松多孔体； 土壤是一个带电的胶体体系； 土壤是一个络合螯合物体系； 土壤是一个氧化还原体系； 土壤是一个酸碱平衡体系； 土壤是一个沉淀溶解体系； 土壤是一个生命系统。三、土壤环境质量标准1）主题内容 本标准按土壤应用功能、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。2）适用范围 本标准适用于农田、蔬菜地、
5、菜园、果园、牧场、林地、自然保护区等地的土壤。3）术语 土壤：指地球陆地表面能够 生长绿色植物的疏松层。 土壤阳离子交换量：指带负电荷的土壤胶体，借静电引力而对溶液中的阳离子所吸附的数量，以每千克干土所含全部代换性阳离子的厘摩尔（按一价离子计）数表示。4）土壤环境质量分类 根据土壤应用功能和保护目标，划分为三类：类 为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。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。类 主要适用于林地土壤及污染物容量
6、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。5）标准分级 一级标准 为保护区域自然生态、维持自然背景的土壤质量的限制值。 二级标准 为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值。 三级标准 为保障农林生产和植物正常生长的土壤临界值。第二节 土壤环境质量现状评价目的：了解土壤污染现状水平，包括土壤环境质量现状调查和土壤环境质量评价等。类别:土壤资源评价和土壤农作物污染评价。一、土壤资源评价1、土壤资源评价的意义 合理开发利用土壤资源； 整治已存在的问题； 建立合理的地域经济结构； 恢复生态平衡，使土壤资源永续利用。2、土壤资源评价的类型及评价
7、程序1）类型 农用土壤资源评价， 林业土壤资源评价， 牧用土壤资源评价。2）程序 确定评价目的、精确度收集评价区内的社会经济、自然地理和土地利用养况等资料，以确定指示肥力的因子确定土壤类型 建立各种土壤类型的肥力总指数，对不同用途土壤进行评价按评价等级分析，提出合理利用和提高肥力的途径和措施。3、土壤资源的评价 农业土壤资源的评价 水田和旱地 以土壤类型为单位，对土壤性质特点所作的肥力评价。步骤： 挑选评价项目和进行单项评价， 据因子不同（影响产量的作用）设置指数范围， 计算总指数：各项指数相加。 评价：总指数值越大，肥力水平越高。 地力指数：某类土壤的肥力因子总指数与该类土壤分布面积百分数的
8、乘积。 林业土壤资源评价 分类适于林用的土壤； 确定各种林用土壤的肥力因子指数。 按肥力因子指数的大小进行分级。 例，赵其国对黑龙江黑河地区林用土壤资源的评价二、土壤和农作物的污染评价 1、污染源及其对农作物的危害 1）污染源 工业“三废”、城市废弃物和农业化学物质。 2）土壤污染对农作物的危害 农业减产，人类健康，土地的损坏，生态环境的破坏。 工业废水对农作物的危害 粮食品质下降、蛋白质和粗脂肪减少、含糖量降低、重金属含量增加。 废渣 重金属使土地河水污染且占据农田。 放射性物质 放射性矿物开采，冶炼废渣，放射性同位素的应用，核燃料和核爆炸。污染水源、农田和大气。 农药污染 污染性农药：有机
9、氯杀虫剂，含砷、汞的制剂，某些特异性除草剂，剧毒性的有机磷，有机氯农药（666，DDT）。表现为: A 农药残留，进入食物链而危害人畜健康。 B 因害虫的增加，农药施用量亦增加，残毒也加剧。 C 害虫天敌遭摧残，主要害虫更猖獗。 污染程度：油料作物淀粉类作物，花生大豆，小麦稻米玉米、高梁，晚稻早稻，米糠糙米精白米。1977年已限制使用汞制剂。 化肥污染 A 土壤物理性质恶化，肥力下降，过量施用氮肥可使土壤、农作物和饲料中硝酸盐积累。 B 造成水体富营养化，影响鱼类和水体。 C 氮肥释放的氨和氧化氮污染大气。 D 磷肥中常含有较多的Cd,As,放射性物质等。3）农作物遭受污染的途径 表面附着：在
10、叶面以物理方式黏附在表面。 吸收：主动吸收 被动吸收 （叶面气孔、叶面渗透吸收、溶于水中吸收） 生物浓缩：浓缩系数= 浓缩系数受物质或离子的种类、浓度、元素价态、物质结构形式、生物特性、外界条件影响。2、农作物的污染评价 主要着眼于作物的可食部分中存在的重金属和有机污染物含量与食品卫生标准相比较。主要过程： 选择评价的农作物种类 蔬菜或大田作物 调查项目 产量及减产情况、品质及是否下降、受害情况、污染物残留量、家畜、家禽受害情况 调查方法 野外调查和抽样（布点：方格法，样条法，随机法）。 评价法(作物指示法) 将一些对污染敏感的指示作物栽在盆体中，同时放到各调查点，经一定时期后测定各点上作物的
11、干物重，求出相对生长速率（），以此来评价各点的土壤、作物的环境质量。 计算公式为： RGR=ln(W2-W1)/(t2-t1)100，式中t1,t2为发芽后的日数，W1,W2为相应于t1,t2时刻的作物干物重。 目前作物污染评价较困难： 农产食品标准尚无统一尺度。 缺乏包括大多数主要作物的指标。 不同作物以及同一作物的不同品种、生长季节、生育期等均会影响污染程度。三、土壤污染与土壤质量评价1、土壤污染评价 1）现状调查 调查范围 根据评价要求、土壤特征、土地利用情况、周围污染源与污染物的排放方式、数量、浓度、污染途径等因素确定。 调查内容 自然环境特征调查 气象、地貌、水文、植被等。 土壤及其
12、特性调查 土层厚度、pH值、结构及元素丰度等。 农业生产及土地利用状况调查 种植面积以及耕作制度、施肥、植保农药使用情况。 土壤环境背景值资料收集 在评价中需用上述数据，可参看中国土壤元素背景值(国家环保局主持，中国环境监测总站主编，中国环境科学出版社出版)。 土壤污染源调查 工业污染源 农业污染源 污水灌溉 自然污染源土壤环境质量现状监测 监测范围 根据情况适当大于生产基地； 布点原则 监测布点首先要考虑布点密度及均匀性，其次考虑受某种污染源的影响可能造成危害的方位多布点；第三考虑地质情况；总之，监测布点应因地、因时而定。 土样采集与制备。 监测方法 采用无公害有关监测方法，无无公害监测方法
13、时，采用国家环境部门规定的监测方法。2）评价因子筛选、评价标准的确定与评价参数评价因子筛选 选择的依据 ： 环境评价的目的和要求； 被评价地区的自然特征； 被评价地区的环境类型、结构和功能特点； 土壤污染物类型主要的参数： 重金属元素和其他有毒物质 有机毒物 表征肥力的因子 附加参数评价标准确定土壤环境质量标准； 生产无公害产品的土壤环境标准； 国内有关土壤环境标准；区域土壤背景值；区域性土壤自然含量（清水灌溉区内，耕作栽培措施大致相同、同一类型的土壤）；土壤对照点的含量；土壤和作物中污染物积累的相关数量。 评价土壤环境质量基本参数 土壤初始污染值 土壤中有毒有害物质的实测值若大于土壤环境背景
14、值，则该值即作为土壤的初始污染值。植物初始污染值 植物吸收与积累土壤中的污染物，致使植物体内的污染物含量超过当地同类植物的平均含量。植物临界含量 植物体内污染物质积累，使植物明显受害而减产l0或超过食品卫生标准时的含量。土壤轻度污染值 土壤、植物初始污染时的土壤中污染物含量。土壤临界含量，又叫土壤重度污染值 即植物中的污染物质达到临界含量时的土壤中所含污染物的量。3）土壤的背景值（本底值） 土壤的背景值（本底值）： 未污染土壤中元素的含量。 调查背景值方法：土壤与作物间的相关法 分析数据处理方法：剔除污染土样 背景值的表示：无统一规定。4）土壤污染评价的具体方法 与背景值对比 以土壤中同一元素
15、的一般含量或平均含量作为背景值，视其超过背景值多少作为评价土壤污染程度的依据。 单因子指数法指数的计算方法有： 以污染物实测值和评价标准相比较 单因子评价 多因子综合评价。 生产无公害食品，必须多元素均不超标才符合要求，为达到此目的，只有单项因子评价才符合无公害的要求。据土壤和作物中污染物积累的相关系数来计算污染指数 确定土壤中有毒物含量和作物体中该物质累积量的相关数值 计算土壤的单因子污染指数判定污染等级。 单因子污染指数：Pi； 土壤初始污染值：Xa； 土壤轻度污染值：Xc； 土壤临界含量：Xp。 土壤的污染等级划分：清洁级、轻污染级、中污染级、重污染级。 清洁级 土壤中污染物实测值小于或
16、等于Xa， 即Pi1。 轻污染级 土壤中污染物实测值大于Xa，但小于Xc， 即1Pi2。中污染级 土壤中污染物实测值于大Xc，但小于Xp， 即2Pi3。重污染级 土壤中污染物实测值等于或大于Xp， 即 Pi3。 做法：A 确定污染等级划分的起始值 土壤污染显著积累起始值a 土壤中污染物恰超过评价标准；土壤轻度污染起始值c 土壤污染使作物体内污染物含量相应增加，以致作物开始受危害时土壤中该物质的含量；土壤重度污染起始值Xp 土壤污染物大量积累，作物严重受害，以致作物体内的某污染物含量达到食品卫生标准时的土壤中该物质含量， B 确定污染等级和污染指数范围 非污染 CiXa，Pi=Ci/Xa，Pi1
17、； 轻度污染 XaCiXc，Pi=1+ ，1Pi2； 中度污染 XcCiXp，Pi=2+ ，2PiXp，Pi=3+ ，Pi3。叠加法 据内梅罗污染指数计算土壤污染综合指数 此法综合指数常常偏高。 表 土壤内梅罗污染指数评价标准 权重法确定综合指数 Wi:权重，据主观概率、专家调查、因子分析等方法求得。其他方法 土壤污染物分担率= （土壤某项污染指数/各项污染指数之和）100% 土壤污染超标倍数= (土壤某污染物实测值某污染物质量标准）/某污染物质量标准 样本超标率=（土壤样本超标总数/监测样本总数）100%5)结论与建议 根据开发基地所在地区的环境背景值或实测值，指出当中元素的高低偏差。 根据
18、开发地的污染现状，指出主要污染物的来源、污染程度、范围及分布。 提出防治土壤污染的途径和方法。 做出能否适宜开发种植无公害食品或加工无公害食品所需的原材料的结论。 2、土壤质量评价 1）评价任务 评定各土壤单元的特点； 研究各土壤单元的演变、形成过程和发展机理； 为土壤质量区划提供依据。 收集和整理有关土壤质量形成的区域条件和污染源的资料，是土壤质量评价的基础工作。2）土壤环境质量评价方法 生物法 所谓土壤被污染，主要由于土壤引起了生物的某种反应。所以，可根据生物反应的情况，来判断土壤污染。 毒理法 根据作物中毒物对人体影响的计量作为土壤污染评价的标准。 指数法 大气和水体质量指数法的思路均可
19、用之进行土壤质量评价。 多变量指标克立格法（MVIT） 土壤质量动力学法 土壤质量综合评分法 土壤相对质量法 3）土壤质量评价的指标两类：描述性指标 分析性定量指标 土壤质量的物理指标 土壤质量的化学指标 土壤质量的生物学指标 根据土壤质量评价指标涉及的内容： 土壤肥力 土壤环境质量 土壤生物活性土壤生态质量： 根据土壤质量评价指标的选择原则， 土壤质量评价的农艺指标 土壤质量的微生物学指标 土壤微生物的群落组成和多样性 土壤微生物生物量 土壤微生物活性 土壤酶活性 土壤质量的碳氮指标 土壤质量的生态学指标 种群丰富度 多样性指数 均匀度指数 优势性指数 4）土壤质量评价指标选择原则 有效性原
20、则 敏感性原则 实用性原则 通用性5）评价步骤 选择评价参数 进行调查 单项或综合指数评价6）环境质量图环境质量图其种类： 项目：单项、单要素、综合环境质量图 区域：城市、工矿区、农业、旅游、自然区域环境质量图 时间：历史、现状、变化趋势图编制方法 点的环境质量表示法 区域的环境质量表示法 等值线表示法 网格表示法 类型分区法（底质法）第三节 土壤环境影响预测 土壤环境影响预测的主要任务：建立土壤污染累积和土壤环境容量的计算模型，应用模型计算土壤的退化或污染物在土壤中的积累或残留数量，预测未来土壤环境质量的变化状况和趋势。一、影响土壤环境质量的主要因素 土壤环境质量是指土壤环境适宜人类健康的程
21、度，包括土壤污染和土壤退化两个方面。影响土壤污染因素： 建设项目的类型； 污染物的性质； 污染源的特征与排放强度； 污染途径以及土壤类型、特征； 区域地理环境特征 影响土壤退化、破坏的主要因素包括自然因素和人为因素。 土壤退化 一般是指土壤沙化、盐渍化、沼泽化和土壤侵蚀等引起的土壤肥力下降的现象。 土壤破坏 土壤资源的损失，即被非农、林、牧长期占用，或土壤极端退化而失去土壤肥力的现象。 工矿、交通及其他事业生产二、土壤环境影响识别1、环境影响的类别 1）按影响结果分为： 土壤污染型 土壤退化、破坏型 2）按影响时段划分： 建设阶段影响 运行阶段影响 服务期满后影响 3）按影响方式划分： 直接影
22、响 间接影响 4）按影响性质划分： 可逆影响 不可逆影响 积累影响 协同影响2、土壤污染的识别 1）工业工程建设项目的土壤环境影响识别 工业废气对土壤环境的影响 工业废水对土壤环境的影响 工业固体废弃物对土壤环境的影响 2）水利工程建设项目的土壤环境影响识别 占用土地资源 诱发土壤地质环境灾害 引发土壤盐渍化 促进土壤沼泽化 促使河口地区土壤肥力下降，海岸后退3）矿业工程建设项目的土壤环境影响识别损失土壤资源 污染土壤环境 区域环境条件改变引发土壤退化和破坏 次生地质灾害加速土壤退化和破坏三、土壤环境预测模型1、土壤退化预测 1）土壤侵蚀和沉积预测 美国的通用土壤流失方程。 年侵蚀量可以用下式
23、预测 E=0.247ReKeLiSiCiP式中E平均土壤流失率（km/(m2，a)）， Re年平均降雨量的侵蚀潜力系数（km/(m2，a)）， Ke土壤可侵蚀性系数， Li坡长系数，Si坡度系数， Ci作物和植被覆盖系数； P实际侵蚀控制系数。一次降雨的样方流失量 E=11.8HrQrKeLiSiCiP(km/(m2) 式中Hr降雨量（mm），径流系数；Qr峰值径流量m3/S通用的土壤流失方程 E1=E0*(C1*P1)/(C0*P0) 式中E0项目建设前的侵蚀率；E1建设后的侵蚀率； C0，C1项目建设前、后的作物系数； P0，P1项目建设前、后的实际侵蚀控制系数。被侵蚀掉土壤的沉积 D=(
24、Y/T)*100% 式中D沉积率； Y沉积物生成量（t/hm2.a） T集水区内总侵蚀量2）土壤盐碱化预测 钠吸附比（SAR）SAR=Na+/sqr(Ca 2+ +Mg 2+ )2、污水灌溉的土壤影响预测1）土壤经过几年灌溉后，土壤中污染物的累积残留量可表示为： W=K*(B+R) 式中W污染物在土壤中的年累积量(mg/kg)， B区域土壤自然背景值mg/kg， R土壤污染物的年输入量mg/kg， K土壤污染物的年残留率。 2）在土壤污染物输入量难以获得，又缺乏本地盆栽试验的情况下： W=NW*x+W0 n=(Si -W0)/x x=(W0-B)/N0 式中W预计年限内土壤中污染物的累积量mg
25、/kg； n土壤可污灌（安全）年限； B土壤自然背景值mg/kg， x土壤中污染物平均年增量mg/kg， Si土壤环境质量标准， W0土壤污染物当年的累积量mg/kg， N0已污灌的年限，NW预计污灌的年限。 x=QCi/M 式中Q污灌水量（l/(ha.y)），Ci污灌水中i污染物的浓度mg/l， M每亩耕层土壤重kg3、污染物残留量预测 污染物输入土壤后在各种因素的作用下会产生降解或转化，其最终残留量下按下式计算： R=Ce-kt 式中R农药残留量mg/kg， C农药施用量， k降解常数， t时间4、土壤环境容量 土壤环境容量（或称土壤负载容量） 指一定环境单元、一定时限内遵循环境质量标准，
26、即保证农产品质量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤所能容纳污染物的最大负荷量。 重金属或难降解的污染物在土壤环境中的固定容量： Qi=(Ci-Bi)*2250 式中Qi土壤中某污染物的固定环境容量（g/hm2）,Ci土壤中某污染物的容许含量g/t， Bi土壤中某污染物的环境背景值g/t， 2250每公顷土地的表土计算重量t/hm2。5、土壤资源破坏和损失预测 以类比调查为主，共分两步： 1）对土地利用类型进行现状调查 农用地面积、建设用地面积以及未利用土地面积，调查结果应绘制土地利用类型图。 2）对建设项目造成的土地利用类型变化和土壤破坏和损失进行预测 占用、淹没、破坏的土地资源面积；
27、因土地表层过渡侵蚀造成的废弃土地的面积； 地貌改变而损失和破坏的土地面积； 因严重污染而废弃或改为他用的耕地面积。第四节 土壤环境影响评价一、评价等级划分和工作内容1、评价等级划分 1)项目占地面积、地形条件和土壤类型，可能会破坏的植被种类、面积以及对当地生态系统影响的程度； 2)侵入土壤的污染物的主要种类、数量，对土壤和植物的毒性及其在土壤中降解的难易程度，以及受影响的土壤面积； 3)土壤能容纳侵入的各种污染物的能力，以及现有的环境容量; 4)项目所在地的土壤环境功能区划要求。2评价内容 1)收集和分析拟建项目工程分析的成果以及与土壤侵蚀和污染有关专题评价的资料。 2)监测调查项目所在地区土
28、壤环境资料 3)调查评价区内现有土壤污染源排污情况。 4)描述土壤环境现状。 5)分析污染物累积趋势，预测土壤环境质量的变化和发展。 6)预测项目可能造成的侵蚀和沉积。 7)评价拟建项目对土壤环境影响的重大性，并提出消除和减轻负面影响的对策以及监测措施。 8) 取得评价区土壤的背景和基线值以及植物体内污染物含量等资料。3、评价范围 一般地说，土壤影响评价范围比拟建项目占地面积为大，应考虑的因素是： 项目建设期可能破坏原有的植被和地貌的范围； 可能受项目排放的废水污染的区域； 项目排放到大气中的气态和颗粒态有毒污染物沉降而受较重污染的区域； 项目排放的固体废物，特别是危险性废物堆放和填埋场周围的
29、土地。4、评价程序 土壤影响评价的技术工作程序,一般也分四个阶段。 即： 准备阶段 调查监测阶段预测、评价和拟定对策阶段 编写报告书阶段。二、土壤环境影响识别和监测调查 1、土壤环境影响识别 1）地下水开采、石油或天然气开采、露天或地下采掘：地面沉降。 2）大型工程施工：地表的水力条件和土壤侵蚀样式的改变。 3）在工程施工区域内：引发或提高当地土壤侵蚀程度。 4）在一些地貌特别的地区，开挖过量或不适当开挖：滑坡、塌方。 5)在地震不稳定性和地震频发地区建核电厂、化工厂、废物处理设施和大型的油品与溶剂储槽：在地震时造成大面积的土壤污染。 6）露天采矿：大面积的水土流失和风蚀。 7）沿海岸线建设防波提：改变沿岸的土壤环境。 8）部分项目：产生局地酸雨的。 9）部分项目：把选址地土壤和地貌作为选址条件。 10）
