山東省土壤重金屬環(huán)境基準及標準體系研究.pdf

1、城市化、工業(yè)化的快速推進影響下的土壤環(huán)境質(zhì)量惡化已引起我國土壤學界和環(huán)境學界廣泛地關(guān)注。大量的污染物尤其是重金屬污染物，通過不同的途徑進入土壤環(huán)境，導(dǎo)致土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量嚴重惡化。由于我國土壤類型復(fù)雜、植被種類繁多，當不同種類的重金屬元素進入土壤后，很難用統(tǒng)一的國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準評價土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。因此，需要根據(jù)區(qū)域土壤的特性，構(gòu)建反映區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量的標準體系。這對科學保護土壤環(huán)境、有效改善土壤質(zhì)量具有十分重要的現(xiàn)實意義。研究結(jié)果可

2、為山東省土壤環(huán)境監(jiān)管與污染綜合防治提供依據(jù)，為區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量標準體系的構(gòu)建提供方法借鑒。
　　本文以占山東省農(nóng)田土壤90％以上的褐土、潮土、棕壤為例，通過文獻查閱、實地調(diào)研、土壤植物效應(yīng)和微生物效應(yīng)的模擬實驗，研究三種土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的背景值、臨界值，確定土壤重金屬基準值；在此基礎(chǔ)上構(gòu)建山東省土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量標準體系，并通過不同的評價方法、不同的研究區(qū)域比較構(gòu)建的標準體系與國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準體系對區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量

3、和土壤環(huán)境容量評價結(jié)果的差異。主要研究結(jié)論如下：
　?、磐寥乐兄亟饘賹χ参镄?yīng)臨界值：以小白菜生物量減產(chǎn)10%為依據(jù)，通過方程擬合得出山東省褐土、潮土、棕壤中Cu全量臨界值分別為96.11、101.8、36.21 mg/kg；Zn分別為113.3、140.5、115.5 mg/kg；Pb分別為45.59、408.0、236.4 mg/kg；Cd分別為6.490、6.512、8.369 mg/kg。山東省褐土、潮土、棕壤中Cu有效態(tài)

4、含量的臨界值分別為：24.59、31.45、7.535 mg/kg；Zn分別為19.26、23.07、22.73 mg/kg；Pb分別為6.253、78.64、46.19 mg/kg；Cd分別為3.829、4.061、6.191 mg/kg。山東省三種土壤中重金屬全量和有效態(tài)含量臨界值差異很大，如Cu全量臨界值潮土為101.8 mg/kg，棕壤僅為36.21 mg/kg?？偟内厔軨u、Zn、Pb全量臨界值和有效態(tài)含量臨界值均為潮土最高，

5、Cd全量臨界值和有效態(tài)含量臨界值均為棕壤最高。說明不同的重金屬在不同的土壤上對植物影響不同，用統(tǒng)一的標準評價土壤環(huán)境質(zhì)量狀況難免偏頗。
　?、仆寥乐兄亟饘賹ξ⑸镄?yīng)臨界值：以脲酶活性降低25%為依據(jù)，通過方程擬合得出褐土、潮土、棕壤中，Cu全量臨界值分別為161.0、130.0、225.0 mg/kg；Zn分別為142.0、257.5、318.3 mg/kg；Pb分別為487.6、630.0、492.5 mg/kg；Cd分別為1

6、4.10、16.38、12.69 mg/kg。Cu有效態(tài)臨界值分別為135.0、112.0、91.50 mg/kg；Zn分別為44.33、47.0、64.5 mg/kg；Pb分別為133.0、113.0、89.50 mg/kg；Cd分別為8.881、10.08、9.318 mg/kg。Cu、Zn、Pb和Cd對土壤脲酶活性影響的全量臨界值均為潮土最高，重金屬有效態(tài)含量臨界值差異很大，Cu和Pb均為褐土最高，Zn為棕壤最高，Cd為潮土最高。

7、
　　以過氧化氫酶活性降低25%為依據(jù)，通過方程擬合得出褐土、潮土、棕壤中，Cu全量臨界值分別為273.4、315.5、241.5 mg/kg；Zn分別為239.4、247.0、183.5 mg/kg；Pb分別為560.5、501.0、500.5 mg/kg；Cd分別為16.58、16.90、10.84 mg/kg。Cu有效態(tài)臨界值分別為93.92、123.1、149.9 mg/kg；Zn分別為48.96、48.31、63.10

8、mg/kg；Pb分別為95.80、95.67、109.9 mg/kg；Cd分別為9.821、10.46、7.994 mg/kg。不同的重金屬對不同土壤的微生物的影響結(jié)果不同，對植物的影響也不同，在臨界值應(yīng)用于土壤環(huán)境容量、土壤基準值計算時要綜合考慮。
　?、蔷C合分析1979年至1990年以來山東省主要土壤類型不同研究結(jié)果，并根據(jù)2009年實地調(diào)查采樣驗證，得出褐土、潮土、棕壤中Cu背景值分別為23.58±1.29、22.70±1.

9、32、22.94±9.10 mg/kg；Zn分別為64.49±1.26、64.03±1.27、57.80±27.04 mg/kg；Pb分別為22.41±6.24、25.98±1.22、30.22±16.33 mg/kg；Cd分別為0.0813±0.0214、0.0985±0.0376、0.0607±0.0301 mg/kg。
　　Cu、Zn以土壤–植物系統(tǒng)中植物減產(chǎn)10%所得臨界值為準。Pb、Cd以土壤–植物系統(tǒng)中，植物吸收的Pb

10、、Cd等于國家食品衛(wèi)生標準限值時所得的臨界值為準。計算出山東省褐土、潮土、棕壤中Cu全量臨界值分別為96.11、101.8、36.21 mg/kg；Zn分別為113.3、140.5、115.46 mg/kg；Pb分別為126.7、134.9、92.84 mg/kg；Cd分別為0.579、0.808、0.361 mg/kg。褐土、潮土、棕壤中Cu有效態(tài)臨界值分別為24.59、31.45、7.535 mg/kg；Zn分別為19.26、23.

11、07、22.73 mg/kg；Pb分別為14.56、18.22、9.219 mg/kg；Cd分別為0.381、0.650、0.315 mg/kg。得到的土壤重金屬全量臨界值均低于國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準二級標準。可以作為制定山東省土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量標準的依據(jù)。
　?、壬綎|省土壤重金屬標準體系的構(gòu)建：遵循標準制定的四項基本原則，構(gòu)建了區(qū)分土壤類型的全量和有效態(tài)的“雙值”三級土壤重金屬標準體系。土壤一級標準分別為山東省褐土、潮土、棕壤的重

12、金屬元素背景值；二級標準分別為山東省褐土、潮土、棕壤的重金屬臨界值。三級標準為以土壤pH分類的國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準。構(gòu)建的標準體系不僅反映了山東省主要農(nóng)田土壤的特性，同時又與國家現(xiàn)行的土壤環(huán)境質(zhì)量標準接軌。但是，由于山東省褐土、潮土、棕壤的Cd全量臨界值分別為：0.6、0.8、0.5 mg/kg，高于國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準值0.3、0.6、0.3 mg/kg。因此，本文遵循《中華人民共和國環(huán)境保護法》在第二章第十五條規(guī)定，將山東省

13、Cd的二級標準限制值定為褐土、潮土、棕壤0.3、0.6、0.3mg/kg。但對于山東省土壤類型而言，Cd的二級標準限制值過嚴。
　　⑸將本文構(gòu)建的標準體系應(yīng)用單因子污染指數(shù)法、地積累污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法分別評價山東省基本農(nóng)田土壤和萊蕪農(nóng)田土壤，并與國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準體系評價結(jié)果相比較發(fā)現(xiàn)：在土壤樣點重金屬含量超標不明顯的區(qū)域，基于“省標”和“國標”進行土壤環(huán)境質(zhì)量評價，評價結(jié)果差別較??；在重金屬含量超過省標而未達國標的樣點

14、中，便會出現(xiàn)應(yīng)用“省標”進行評價已經(jīng)污染，而應(yīng)用“國標”進行評價未污染的情況；而在重金屬含量超標較多的樣點中，應(yīng)用“省標”和“國標”不同標準進行評價，評價結(jié)果會有污染程度不同的區(qū)別，在實際應(yīng)用都應(yīng)予以注意。
　　比較基于“省標”二級標準和“國標”二級標準的土壤總靜態(tài)、動態(tài)環(huán)境容量可以發(fā)現(xiàn)，Cd沒有差別，Cu相差不大，Zn、Pb差別較大。山東省基本農(nóng)田土壤重金屬含量多處在“省標”臨界值范圍外，“國標”臨界值范圍內(nèi)，因此兩種標準體系現(xiàn)

15、存環(huán)境靜態(tài)容量和單項環(huán)境容量指數(shù)差異較大。萊蕪農(nóng)田土壤重金屬含量多處在“省標”臨界值和“國標”臨界值范圍內(nèi)，因此兩種標準體系現(xiàn)存環(huán)境靜態(tài)容量有差異，但單項環(huán)境容量指數(shù)差異不大。
　　由于土壤、植被的復(fù)雜性，重金屬進入土壤環(huán)境后的遷移轉(zhuǎn)化、生物毒性差別很大，影響因素很多，土壤重金屬基準值的研究一直以來都是該領(lǐng)域的研究難點。因此，本論文重點是在基于區(qū)域土壤重金屬基準值的研究方法和標準體系的構(gòu)建上展開的探索，旨在為山東省土壤環(huán)境監(jiān)管與污