土壤重金属污染评价方法的研究概况

洛阳理工学院毕业设计（论文）I土壤重金属污染评价方法的研究概况摘 要 土壤重金属污染是资源开发和其他工业生产项目环境影响评价的重要生态敏感因子。本文从土壤重金属污染的角度探讨了当前国内外土壤安全评价的研究进展，对传统土壤污染评价方法的缺点和不足进行了说明，分析了各种方法的优劣之处和适用范围，通过分析表明各种评价方法都有一定的局限和不足之处，在评价中要对实测数据样本点进行充分分析，反复试验比较， 结合评价的目的和侧重点选择较优的方法。最后提出根据实际的情况采用多种方法结合，同时，应该从重金属污染生态效应着手，开发生物评价法。并对国内外土壤重金属生物有效性评价方法的研究进展作了简要综述，对今后的研究作了展望。关键词：土壤，重金属污染，评价方法，概述洛阳理工学院毕业设计（论文）IIThe soil heavy metals pollution evaluates the research general situation of methodABSTRACTThe pollution of the heavy metal in soil is vulnerable factor of ecology for the environmental assessment in the resource development and the industrial project. . The development of the international soil safety assessment was discussed from the aspect of the soil polluted by heavy metal. . The shortcomings of the traditional assessment methods for the pollution assessment of soil were explained , and so on typical soil heavy metal pollution assessment methods and models in domestic and foreign were summarized. The advantages, disadvantages and application range of those methods were analyzed. It was indicated by the comparison analysis that a variety of evaluation methods had certain limitations and inadequacies. It was necessary for selecting better evaluation methods to carry out full analysis of the sample points, comparison of trial and error with the purpose of evaluation and focus on in pollution assessment of soil heavy metals. Finally, combining a variety of methods according to the actual situation was put forward. At the same time， it should start from the ecological effects of heavy metal pollution, develop biological evaluation method . A review with references is given on the methods for assessing bioavailability of heavy metals in soils and some further studies were also stressed.KEY WORDS: soil contamination，heavy mental ， assessing method，review洛阳理工学院毕业设计（论文）III目 录前 言 .1第 1 章 土壤重金属风险评估方法概况 .21.1 土壤重金属风险评估研究现状 .21.1.1 健康风险评价方法 .21.1.2 生态风险评价方法 .31.3 基于土壤重金属形态学的重金属污染风险评价方法 .41.3.1 基于形态学研究的 RAC 风险评价法 .41.3.2 次生相与原生相比值法(RSP) 和次生相富集系数法(PEF) 5第 2 章 重金属污染的土壤安全评价 .62.1 土壤重金属 污染安全评价的研究概述 .62.1.1 单因子质量指数法 .62.1.2 模糊数学法 .7第 3 章 土壤重金属生物有效性的评价方法 .83.1 生物有效性的概念 .83.2 化学浸提法（化学萃取法） .93.2.1 一次浸提法（又名单独浸提法） .93.2.2 连续浸提法 .113.3 植物培养法 .123.3.1 幼苗密集培养法（又名黑麦幼苗法） .133.3.2 盆钵试验和田间试验 .13结 论 .15谢 辞 .16参考文献 .17外文资料翻译 .20洛阳理工学院毕业设计（论文）1前 言土壤是人类不可或缺的生产资料，重金属污染是破坏土壤生态环境的主要因素。土壤中的有毒重金属能通过食物链直接危害人体健康。重金属污染是当今土壤污染中影响面最广、危害最大的环境问题之一，由于重金属污染毒理机制和生物效应的复杂性及其在土壤中的稳定性，对重金属污染的研究一直是当今学术界的热点。土壤是相对不可再生的自然资源，也是不可替代的自然资源，是人类赖以生产、生活和生存的物质基础。资源开发和工业生产把大量有毒有害的重金属释放到土壤中，重金属被作物吸收富集后通过食物链传递给人或动物，给人体健康带来严重危害。土壤重金属污染是资源开发和其他工业生产项目环境影响评价的重要生态敏感因子。本文首先介绍了土壤重金属的风险评估，其中有健康风险评价、生态风险评价、基于重金属形态学的风险评价等，并对土壤重金属污染的安全评价做了简单介绍。本文重点讨论土壤中重金属生物有效性的概念和评价方法两个方面。在估重金属污染土壤的环境质量时，一般采用重金属的总量指标和环境质量生物学指标，总量指标难以反映土壤重金属的有效性，而生物学指标对气候、人为活动等外界条件的反应较为敏感。重金属污染是环境中一种较为严重的污染类型，因为土壤及沉积物中的重金属不能为微生物所分解，却可以为生物富集。自从 50 年代中期，日本发生了骨痛病和水误病以后，重金属环境污染问题受到人们极大关注删。因此对土壤重金属污染的客观评价显现出重要的地位，洛阳理工学院毕业设计（论文）2第 1 章 土壤重金属风险评估方法概况 1.1 土壤重金属风险评估研究现状生态风险评价的主要对象是环境介质、生物种群和生态系统，通过科学的、可靠的对人类活动产生的生态效应评估，而达到保护和科学管理生态系统的目的。生态风险评价技术是从 20 世纪 80 年代末、90 年代初才开始发展起来的。目前，大部分研究还停留在理论框架和技术路线的探讨阶段，而且多是针对水生生态系统提出的，涉及陆生生态系统的很少。而少数有关生态风险评价的应用研究案例，也多集中在生态环境中污染物浓度的测定或简单的风险指数的计算上，并不能真正解决污染的生态风险评估。健康风险评价主要侧重于人体的健康风险，通过选择与人类类似的动物进行试验，以达到保护人类自身的目的。土壤健康风险评价是 80 年代以后兴起的狭义环境风险评价的重点，目前在世界上得到一定的应用。1.1.1 健康风险评价方法土壤健康风险评价是近几年应用较多的一种土壤重金属污染评价方法 1-2。健康风险评价的内容主要包括估算污染物进入人体的数量、 评估剂量与负面健康效应之间的关系。污染场地健康风险评价方法基本包括 3 个步骤 4 方面内容： 数据收集和分析、 暴露评估、毒性评估和风险表征 2。毒性评估， 是利用场地目标污染物对暴露人群产生负面效应的可能证据， 估计人群对污染物的暴露程度和产生负面效应的可能性之间的关系， 污染物毒性有急性和慢性之分， 在土壤重金属健康风险评价时研究的是长期暴露于小剂量化学污染物引起的致癌和非致癌风险。风险估算， 以致癌风险和非致癌危害指数表示， 通常采用单污染物风险和多污染物总风险以及多暴露途径综合健康风险方式表示。综合健康风险就是各暴露途径总风险之和。土壤环境风险评价，为土壤环境风险管理提供可能引起不良环境效应的信息，为环境决策提供依据。到目前为止，在土壤重金属环境风险评价方面，还没有一种公认的可广泛接受的模型或方法，因而在实际运用中，应结合评价矿区土壤重洛阳理工学院毕业设计（论文）3金属含量、生物中重金属含量、评价目的以及可参照值，来选择适当的评价方法。1.1.2 生态风险评价方法熵值法(HQ) 是最常见的风险定量评价方法。该法确定了风险的“是”与“否”，并简单高效地回答了风险的高低，可用于筛选水平的评价。HQ 由生物可利用部分的暴露量(ADD) 除以效应浓度 (RfD 一美国环保署提供的标准值 )获得。将所得结果与“1”比较，超过参照浓度的环境浓度，就被认为其有潜在影响。其中，ADD 可以通过化学试剂提取法、酸性挥发硫化物法、薄层梯度扩散法等方法确定。潜在生态危害指数法是 1980 年瑞典科学家 Hakanson8根据重金属性质及环境行为特点，从沉积学角度提出的对土壤或沉积物中重金属污染程度及其潜在生态危害评价的一种相对简便的方法。其评价方法如下。评价区土壤中第 i 种重金属元素的潜在生态危害系数(Er i)及土壤中多种重金属的综合潜在生态危害指数 (RI)，可分别表示为Eri=TriCfi RI=E ri式中：C fi 一重金属的富集系数 (Cfi=CisC in)；C is 一重金属 i 的实测含量；C in 一计算所需的参比值，Hakanson 提出以现代工业化前沉积物中相应重金属元素含量的最高背景值作为参比值，也有的学者在评价中以国家土壤环境标准值作为参比值；Tri 为重金属 i 的毒性系数。潜在生态风险程度等级划分见表 1-1。 表 1-1 水系沉积物重金属元素潜在生态风险程度划分指标 潜在生态风险程度Er =40,=80,=160,=320低 中级 较重 重 严重RI =150,=300,=600低度 中度 重度 严重风险评估编码法。目前国内外利用重金属形态分析工具研究风险，一般从分析几大化学相的可能生物利用的部分所占比例，然后判定所具有的环境风险性。洛阳理工学院毕业设计（论文）4根据形态分析方法对应的风险限值，认为沉积物中重金属有不同的结合相，这些结合相对应着不同的结合紧密程度，可以用 RAC(Risk Assessment Code)来表征和规范。当可交换态和碳酸盐结合态少于整体的 1时，可以看作环境是安全的；当大于整体的 50时，认为高度危险和极易进入食物链。即，RAC50为极高风险。对于沉积物中的无机物，众多学者认为，酸挥发性硫化物(AVS)与同步提取金属(SEM)二者摩尔浓度的比值与“1”比较，来反应对生物的有无毒害作用，一般认为 SEMAVS5 为一类，对水生生物和人类很有可能造成不良影响；0SEM AVS50 )。当沉积物中可交换态与碳酸盐结合态的总含量超过 50时，沉积物中的重金属很容易进入食物链，从而危害人类健康。由于重金属的毒性因其种类、浓度以及暴露时间的不同而不同，此指标洛阳理工学院毕业设计（论文）5只能提供重金属有效性的大致范围。1.3.2 次生相与原生相比值法(RSP)和次生相富集系数法(PEF)RSP 法数学表达式为：RSP=MsecMprim式中，RSP 表示污染程度，Msec 表示次生相中的重金属含量，Mprim 表示原生相中的重金属含量。次生相是除残渣态以外的其他形态，原生相指残渣态。RSP1.0，则重金属含量已超过土壤背景值，土壤已受到人为污染，指数越大则表明土壤重金属累积污染程度越高。该模型只能分别反映各个污染物的污染程度，不能全面、综合地反映土壤的污染程度，因此这种方法仅适用于单一因子污染特定区域的评价，但单因子指数法是其他环境质量指数、环境质量分级和综合评价的基础。洛阳理工学院毕业设计（论文）72.1.2 模糊数学法土壤重金属污染级别的定义是一类模糊的概念而解决这些具有模糊边界的问题最为有效的是模糊综合评价法，该评价方法来源于模糊数学。模糊数学法是基于重金属元素实