摘要：土壤环境地球化学质量评价从概念内涵和应用目标上分为质量现状和污染程度两个方面。本文在此基础上探讨了区域地球化学资料在土壤环境现状质量评价、异常成因识别、污染元素累积速率和土壤污染程度评价研究的基本思路和方法。
关键词：土壤环境质量标准;土壤污染程度 ;区域地球化学资料
土壤是人类生存和社会经济发展的重要资源和基本环境要素。为维护土壤的生态和社会功能,一方面需要通过科学合理的规划利用、采取生态保护措施,以减轻或消除土壤侵蚀、荒漠化、沙漠化、盐渍化等对土壤资源的侵害;另一方面也需要对土壤地球化学环境现状进行系统的调查,评价土壤环境现状质量,分析土壤污染程度并预测其变化趋势,以保护和合理利用土壤资源。
1 土壤环境质量现状评价
1.1 土壤环境质量标准及含义
环境质量标准是环境管理部门参考环境基准 ,并综合考虑社会、政治、经济、技术等多方面条件制定的切实可行的技术规定。我国土壤环境质量标准是在考虑土壤主要性质的基础上,规定了三大类土地功能区的镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8个元素以及六六六、DDT 的最高允许浓度,即当土壤中上述污染物浓度低于标准浓度时具备相应的应用功能,符合保护目标。显然,土壤环境质量标准包含有环境基准内涵,其含量分级对应着环境效应。
影响土壤质量的环境指标包括有机质、酸碱度、氧化还原电位、易溶性盐等土壤物化性质指标,镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍、钴、锑、氟等有毒有害元素指标,以及有机污染物、致病菌等等。与水、气、植物等介质相比,存在众多因素影响到土壤污染物的生物有效性,并且土壤污染物作用于植物、动物及人体的过程与途径也十分复杂,土壤环境质量标准的制定难度大。现有土壤环境质量标准规定的指标十分有限,含量分级也比较粗放,研究建立更加系统的评价标准是当务之急。相信随着研究的深入和资料的积累,这一问题将逐步得到解决。
1.2 土壤环境质量标准的应用问题
对于土壤环境质量国家标准已规定的8元素之外,现有的不少指导性文献通常建议采用区域土壤元素背景值、未受污染的土壤元素含量值作为评价标准,更常见的是将国标、背景值、纯生物学方法混杂在一起进行评价,笔者认为这是极不适宜的。为维护土壤环境质量定义的严肃性,建议土壤环境质量的评价要以现有国家标准或者地区性标准为依据。对于标准未作规定的元素以暂不参与评价为宜,或可适当参考国外的土壤质量标准。
应用国家标准对土壤环境质量现状进行评价分级,可以确定土壤的生态功能和利用价值,却无法评价人类活动对土壤的污染影响以及由污染引起的元素累积程度。这是因为除了六六六、DDT 等有机污染物主要来自人类活动污染、可直接反映污染程度外,化学元素在自然土壤环境中普遍存在而且其含量分布很不均匀,某一地区土壤元素的原始背景含量是评价该地区(点)污染与否和污染程度的真正参照值。实际研究中不乏这样的例子,在明显污染的城镇区或工业区,采用土壤环境质量标准评价的结果是土壤环境质量尚属优良,据此断定无污染影响显然是不合理的。
1.3
应用区域土壤地球化学资料评价土壤环境质量覆盖区多目标区域地球化学调查测试指标包括了国家《土壤环境质量标准》的8种元素和pH值 ,因此,引用土壤质量分级标准可以依据8种元素数据资料,对区域土壤环境质量进行评价分级圈出各级土壤环境质量区的空间分布。这一结果可以为土壤利用功能分区、土地合理利用规划、土壤环境保护服务。
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2 土壤污染程度评价
在准确评价土壤环境质量现状的同时,判别土壤异常成因、评价污染程度和污染元素的累积速率,对于区域土壤环境演化、地球化学灾害预测和防治具有重要的意义。土壤是岩石圈、水圈、大气圈、生物圈和人类活动综合作用的界面,土壤元素来源与土壤元素异常成因十分复杂,准确判别异常成因、评价污染元素的累积速率,是研究土壤污染的重要内容。
2.1 异常成因的判别
土壤元素地球化学异常可以有以下几种成因:①成土母质元素异常所致。继承了风化成土前的地质体异常、矿化异常或沉积异常,属于由地质背景引起的地球化学异常; ②各种污染作用将元素带入土壤并累积形成的异常; ③成壤过程中元素表生富集作用产生的异常; ④上述多种作用机制共同作用下形成的异常。应用GIS 技术分析异常空间分布与可能污染源的关系,采用多元分析方法研究元素的组合特征及分布规律,利用浅、深两层土壤元素含量关系,可以为异常成因判别提供重要的证据。
对比研究土壤元素异常与污染源的空间分布关系,有可能直观地判断出异常的成因。大量调查资料表明 ,某些重金属类污染元素异常与城镇区或工业区在空间分布上往往具有很好的对应性,可以初步判定环境污染是这类异常的主要成因。随着计算机技术的发展,采用地理信息系统(GIS)可以进行更加系统综合的空间分析,快速有效地建立异常分布与污染源的关系,识别异常成因。应用多元分析方法研究元素组合及其空间分布模式,有助于异常成因的解释推断,区分人为污染和自然污染源。由于各种元素地壳丰度存在明显差异,并且各个地区元素的背景值各不相同,可以用污染指数法来对比研究不同地区多个元素指标的污染程度。
2. 2.1
单元素污染指数参照地球化学背景值计算得到的污染指数,可以真实地反映元素的污染程度。地球化学背景是指元素含量的正常变化范围,计算时宜采用区域地球化学背景或地球化学子区背景阈的上限值,一般以剔除异常数据后的区域平均值加2倍标准差表示。
2. 2.2
综合污染指数将单元素污染指数有机地综合起来,以体现土壤受污染影响的程度。现今提出的数学计算模型主要如下。
2. 2.3
污染指数分级及图示采用上列数学模型计算得到的单元素污染指数和综合污染指数的变化范围具有可比性。参考《覆盖区多目标地球化学调查暂行规定》中规定的污染元素现时含量状况图的分级和图示颜色,即可显示研究区土壤污染程度的空间分布,直观地展示研究区的污染程度。
3 结论与建议
鉴于土壤环境质量现状与污染程度评价在定义内涵上的差异,将两者合二为一的作法是缺乏科学性的。建议从土壤环境现状质量和土壤污染程度方面来进行土壤环境地球化学研究。这种想法一定也有不合理之处,敬请同行专家批评指正。
区域土壤地球化学资料不仅可用于土壤环境现状质量评价,也对异常成因识别、污染累积速率和污染程度研究具有重要意义。这对于土壤环境质量的动态变化研究、地球化学灾害的预测具有重要意义。
已有的覆盖区区域地球化学调查资料显示,参照国家土壤环境质量标准,我国多数地区土壤中污染元素含量尚属于相对洁净水平,这是由于我国工业化历史较短、土壤中污染元素的总累积量有限。但是 ,参照区域背景值来评价土壤污染程度,则土壤污染问题十分普遍,相当多的城镇区和工业区污染程度很严重,土壤环境保护已成为当今一项重要任务,土壤环境地球化学灾害防治、土壤污染治理与土壤环境修复也必将逐步成为环境研究的一项中心任务。
参考文献
[1] 丁桑岚. 环境评价概论[ M ] . 北京 :化学工业出版社 ,2001 .
论文作者:敦妍冉 赵燕
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年9月上
论文发表时间:2019/5/9
标签：土壤论文; 地球化学论文; 元素论文; 环境论文; 异常论文; 评价论文; 环境质量论文; 《新材料.新装饰》2018年9月上论文;