CN111239364A - 一种污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法，包括如下步骤：S1、称取绿茶和博士茶茶叶装入茶袋并做好标记；S2、在污染场地中不同空间位置设置埋设点，每个埋设点内以绿茶和博士茶的茶袋各一个配对进行埋设；S3、70～90天后取回茶袋并烘干；S4、清理茶袋后称重；根据绿茶的分解数据计算污染场地土壤的稳定性系数S值，再根据博士茶的分解数据计算博士茶的分解速率k值；S5、根据污染场地土壤的稳定性系数S值及博士茶的分解速率k值评价该污染场地土壤的受损程度。本发明通过对污染土壤的有机物质分解过程进行指标量化评价，能够快速简便的评估常见污染场地土壤功能的受损级别，使得评价结果更具有环境与生态指示价值。

Description

一种污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法

技术领域

本发明涉及环境生态领域，具体涉及一种污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法。

背景技术

我国的土壤污染面积大、污染造成的经济损失严重，且现阶段土壤污染状况仍在不断恶化，污染治理和修复技术相对落后，难以有效治理土壤污染。在针对污染土壤采取有效修复方案之前，对于污染土壤进行评价，特别是对土壤功能受损程度的评价是一项重要环节。

对于土壤来说，健康土壤的功能包括但不限于为植物提供生长所必需的生境、为土壤动物、微生物提供生存场所等。土壤还是陆地的有机—无机营养循环和分解过程的主要发生场所。目前常见的土壤污染评价方法多关注土壤的物理或化学性质指标。但是，对不同污染类型的场地进行系统综合评价时，根据不同类型的污染场地，其具体针对性指标不同，评价的标准也不统一。例如，重金属污染场地的污染土壤的测定方法主要采用因子指数评价法，单因子污染指数法是国内重金属污染评价通用的一种方法，是以土壤元素背景值为标准来评价重金属累积污染的程度，指数越大表明土壤重金属累积污染程度越高。这样的评价方法在于，整个评价体系重点聚焦因子污染指数的数值大小——数值的大小仅体现污染物质在土壤中浓度的高低，而对于土壤污染后的重要生态功能的量化评估则无法实现。

综上，采用上述评价方法进行评价后，即使获得了有机污染场地和重金属污染场地各自的土壤污染评价数据，由于存在评价标准的不统一、各自污染源种类组成的差异性，这些数据之间缺乏可比性，不能对多个污染场地的土壤进行横向比较。并且，这些评价指标体系复杂、针对各指标的样品采集和测定流程繁琐，最终基于各类土壤理化性状所测得的指标数值也无法指示污染场地实际的环境与生态状态。

因此需要采用一种新的污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的土壤污染评价方法仅适用特定污染源的污染场地，不同污染源的场地之间不具有可比性，并且评价流程繁琐耗时的问题，提供一种污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：

一种污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、称取绿茶和博士茶茶叶装入茶袋并做好标记。选择绿茶和博士茶作为评价的标准物质，是因为绿茶和博士茶是常见的标准物质，并且分解速率不同。市售绿茶为山茶科山茶属的多年生木本常绿植物茶树的叶片，较容易被分解。而市售博士茶原料为线叶金雀花，又名如意波斯，是一种生长在南非开普顿北部的豆科植物，相比绿茶较难分解。因此，利用两种茶叶的分解速率不同，能够快速简便地评价常见污染场地土壤功能的受损情况，使得评价结果更具有环境与生态指示价值。

S2、在污染场地中不同空间位置设置埋设点，每个埋设点内以绿茶和博士茶的茶袋各一个配对进行埋设。这样，确保绿茶和博士茶所处的环境一致，从而确保评价结果准确客观。

S3、70～90天后取回茶袋并对其进行烘干处理。填埋70～90天，目的在于确保绿茶的的可分解组分a_g已经完全分解但博士茶还处在分解过程中，便于对污染场地土壤功能的受损进行评价。

S4、清理茶袋后称重，确定剩余茶叶的质量；根据绿茶的分解数据计算污染场地土壤的稳定性系数S值，再根据博士茶的分解数据计算博士茶的分解速率k值。

S5、根据博士茶的分解速率k值评价该污染场地土壤的受损程度。

其中，所述步骤S1中，称取的绿茶的初始质量记为，称取的博士茶的初始质量记为。

所述步骤S4中，茶袋内剩余绿茶的质量记作W_g，茶袋内剩余博士茶的质量记作W_r；在埋设后，绿茶完全分解，博士茶还在分解过程中，所以绿茶的可分解组分a_g直接由公式(1)计算得到；

根据公式(2)计算污染场地土壤的稳定性系数S；

其中，a_g为绿茶的可分解组分；H_g为绿茶的化学可降解常数，即绿茶中非极性溶剂可提取物、水溶性物质、酸溶性物质的总和，市售绿茶取H_g＝0.842；

对于同一个污染场地土壤环境，两种茶叶类型的S值是相等的；对于博士茶的可分解组分a_r由S值和博士茶的化学可降解常数H_r计算得到，即：

a_r＝(1-S)H_r (3)

其中，市售博士茶取H_r＝0.552；

再根据公式(4)计算污染场地土壤的博士茶的分解速率k值；

W_0r-W_r＝a_re^-kt+(1-a_r) (4)

其中，t为填埋的天数；常数e取2.718。

进一步，所述步骤S5中，当k<0.01为污染土地；当0.01<k<0.04，为未污染土地。k值越大，土壤对有机质分解速率越快，该污染场地土壤的受损程度越低，反之，分解速率越慢，则受损程度越高。基于k值可快速以有机质分解过程为主要考察功能评价各类污染场地的土壤功能受损情况，以及实现不同类型污染场地之间的横向对比。S值反映了足够长的时间里土壤中有机物质的潜在可分解程度的大小，S值越大，土壤环境对有机质分解过程的抑制作用越大，反之则抑制作用越小。

进一步，所述步骤S2中，在污染场地内挖4–8对填埋洞；每对填埋洞的两个洞水平间隔为5cm，每对填埋洞之间间隔15–20cm，在每对填埋洞的两个洞内分别放入一个绿茶茶袋和博士茶茶袋，埋设深度为污染场地土壤表层0–10cm。在污染场地中选择离污染源距离不同的非硬化土壤地表设置埋设点。

所述茶袋为四面体结构。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过对污染土壤的有机物质分解过程进行量化指标评价，能够快速简便地评价常见污染场地土壤功能的受损情况，使得评价结果更具有环境与生态指示价值。通过综合性指标(即k值和S值)量化评价污染场地土壤中的有机质分解速率(即土壤的主要功能之一)，从而反映不同类型污染对于参与分解过程的土壤生物群落的影响。

2、本发明选取土壤有机质分解过程这一重要的生态功能，基于常见标准物质(茶叶和茶袋)量化污染场地土壤分解过程的差异，实现了针对不同污染类型、不同污染程度的场地的土壤功能受损程度的横向比较，为区域性的污染场地土壤评价、土壤污染修复和生态恢复提供理论依据。

3、本发明提供的方法快速简便，且操作方便，避免了对污染场地土壤复杂理化指标的筛选，以及在原位、室内的化学分析测定。在操作方法上，大幅简化了指标体系的筛选和样品采集与测定环节，使得评价结果更具有环境与生态指示价值。

附图说明

图1为本发明一种污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法中茶袋的填埋示意图。

图2为实施例1-3中中污染场地填埋后的茶袋中茶叶的净减少量柱状图。

图3为实施例1-3中污染场地土壤的稳定性系数S与博士茶的分解速率k的关系图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

有机物污染场地土壤功能受损程度的快速评价，将该有机物污染场地记为场地a。

具体评价步骤如下：

S1、称取绿茶(1.2g)和博士茶(2.7g)茶叶装入茶袋。用永久性黑色签字笔在茶袋标签的白色防水面上做标记，注意做好位置标记和区分两种不同类型的茶包，确保标记不会掉色以及挖出时不易混淆。

S2、参见图1，在该有机污染场地内选择距离污染源较近的非硬化土壤地表设置埋设点，挖8对填埋洞(每个填埋洞直径5cm，深8cm)，每对填埋洞的两洞水平间隔为5cm，每对填埋洞之间间隔15cm。取绿茶和博士茶袋各一包，将每个茶袋放在一个单独的孔中，绳和标签留在地面上，记录填埋日期、地理位置、生境类型和实验条件后填埋，共计埋设8对茶袋。

S3、80天后小心挖出茶袋。记录挖出的日期和茶袋状况。小心去除茶袋上黏附的土壤部分和植物根部，在70℃下烘干48小时；48小时烘干后再次小心去除茶包上黏附的土壤物质，但不能用水冲洗。如果有植物根部已生长进入茶袋内部，可在烘干后小心清除茶包内部细根。

S4、清理干净茶袋后称重，以确定完全分解后的剩余茶叶质量。以8对茶袋中的第1对茶袋为例，其绿茶分解后的剩余茶叶质量W_g为0.3559g，博士茶分解后的剩余茶叶质量W_r为2.0426g。此时，绿茶已经完全分解，而博士茶还在分解中。基于S1中绿茶的初始质量，根据公式(1)计算绿茶的可分解组分

对于市售的绿茶，可水解组分H_g取0.842。根据公式(2)计算污染场地土壤的稳定性系数S值，得到S＝0.1646。

对于同一污染场地土壤，两种茶叶类型的S值是相等的，即分解物质的环境稳定性与可水解组分的相对大小和组成无关。由于博士茶未完全分解，因此根据公式(3)计算博士茶完全分解时的可分解组分a_r，对于市售的博士茶，H_r取0.552。因此，a_r＝(1-S)H_r＝0.4611g。根据两种不同茶叶类型的分解速率差异，在本发明填埋时段(茶叶分解期间)内，难分解组分的重量损失可以忽略不计，则可通过公式(4)计算博士茶的分解速率k。t取80天，常数e取2.718，代入公式(4)可得博士茶的分解速率k值为0.0094。

依次类推，可分别计算该场地埋设的剩余7对绿茶和博士茶茶袋的W_g、W_r、a_g、S、a_r、k值。同一场地，对8个S值、k值分别取平均值以减少随机误差：

因此，机物污染场地的S为0.2199，k为0.0106。

实施例2

复合重金属污染场地土壤功能受损程度的快速评价，将该复合重金属污染场地记为场地b。

具体评价步骤如下：

S1、称取绿茶(1.2g)和博士茶(2.7g)茶叶装入茶袋。用永久性黑色签字笔在茶袋标签的白色防水面上做标记，注意做好位置标记和区分两种不同类型的茶包，确保标记不会掉色以及挖出时不易混淆。

S2、参见图1，在该复合重金属污染场地内选择距离污染源较近的非硬化土壤地表设置埋设点，挖8对填埋洞(每个填埋洞直径5cm，深8cm)，每对填埋洞的两洞水平间隔为5cm，每对填埋洞之间间隔15cm。取绿茶和博士茶袋各一包，将每个茶袋放在一个单独的孔中，绳和标签留在地面上，记录填埋日期、地理位置、生境类型和实验条件后填埋，共计埋设8对茶袋。

S3、80天后小心挖出茶袋。记录挖出的日期和茶袋状况。小心去除茶袋上黏附的土壤部分和植物根部，在70℃下烘干48小时；48小时烘干后再次小心去除茶包上黏附的土壤物质，但不能用水冲洗。如果有植物根部已生长进入茶袋内部，可在烘干后小心清除茶包内部细根。

S4、清理干净茶袋后称重，以确定完全分解后的剩余茶叶质量。以8对茶袋中的第1对茶袋为例，其绿茶分解后的剩余茶叶质量W_g为0.4029g，博士茶分解后的剩余茶叶质量W_r为2.5395g。此时，绿茶已经完全分解，而博士茶还在分解中。基于S1中绿茶的初始质量，根据公式(1)计算绿茶的可分解组分

对于市售的绿茶，可水解组分H_g取0.842。根据公式(2)计算污染场地土壤的稳定性系数S值，得到S＝0.2111。

对于同一污染场地土壤，两种茶叶类型的S值是相等的，即分解物质的环境稳定性与可水解组分的相对大小和组成无关。由于博士茶未完全分解，因此根据公式(3)计算博士茶完全分解时的可分解组分a_r，对于市售的博士茶，H_r取0.552。因此，a_r＝(1-S)H_r＝0.4355g。根据两种不同茶叶类型的分解速率差异，在本发明填埋时段(茶叶分解期间)内，难分解组分的重量损失可以忽略不计，则可通过公式(4)计算博士茶的分解速率k。t取80天，常数e取2.718，代入公式(4)可得博士茶的分解速率k值为0.0018。

依次类推，可分别计算该场地埋设的剩余7对绿茶和博士茶茶袋的W_g、W_r、a_g、S、a_r、k值。同一场地，对8个S值、k值分别取平均值以减少随机误差：

因此，该复合重金属污染场地的S为0.2093，k为0.0084。

实施例3

铬污染场地土壤功能受损程度的快速评价，将该铬污染场地记为场地c。

具体评价步骤如下：

S1、称取绿茶(1.2g)和博士茶(2.7g)茶叶装入茶袋。用永久性黑色签字笔在茶袋标签的白色防水面上做标记，注意做好位置标记和区分两种不同类型的茶包，确保标记不会掉色以及挖出时不易混淆。

S2、参见图1，在该铬污染场地内距离污染源较近的非硬化土壤地表设置埋设点，挖8对填埋洞(每个填埋洞直径5cm，深8cm)，每对填埋洞的两洞水平间隔为5cm，每对填埋洞之间间隔15cm。取绿茶和博士茶袋各一包，将每个茶袋放在一个单独的孔中，绳和标签留在地面上，记录填埋日期、地理位置、生境类型和实验条件后填埋，共计埋设8对茶袋。

S3、80天后小心挖出茶袋。记录挖出的日期和茶袋状况。小心去除茶袋上黏附的土壤部分和植物根部，在70℃下烘干48小时；48小时烘干后再次小心去除茶包上黏附的土壤物质，但不能用水冲洗。如果有植物根部已生长进入茶袋内部，可在烘干后小心清除茶包内部细根。

S4、清理干净茶袋后称重，以确定完全分解后的剩余茶叶质量。以8对茶袋中的第1对茶袋为例，其绿茶分解后的剩余茶叶质量W_g为0.4703g，博士茶分解后的剩余茶叶质量W_r为2.5058g。此时，绿茶已经完全分解，而博士茶还在分解中。基于S1中绿茶的初始质量，根据公式(1)计算绿茶的可分解组分

对于市售的绿茶，可水解组分H_g取0.842。根据公式(2)计算污染场地土壤的稳定性系数S值，得到S＝0.2778。

对于同一污染场地土壤，两种茶叶类型的S值是相等的，即分解物质的环境稳定性与可水解组分的相对大小和组成无关。由于博士茶未完全分解，因此根据公式(3)计算博士茶完全分解时的可分解组分a_r，对于市售的博士茶，H_r取0.552。因此，a_r＝(1-S)H_r＝0.3986g。根据两种不同茶叶类型的分解速率差异，在本发明填埋时段(茶叶分解期间)内，难分解组分的重量损失可以忽略不计，则可通过公式(4)计算博士茶的分解速率k。t取80天，常数e取2.718，代入公式(4)可得博士茶的分解速率k值为0.0025。

依次类推，可分别计算该场地埋设的剩余7对绿茶和博士茶茶袋的W_g、W_r、a_g、S、a_r、k值。同一场地，对8个S值、k值分别取平均值以减少随机误差：

因此，该铬污染场地的S为0.3647，k为0.0093。

实施例1-3中的污染物污染场地的评价结果如图2和图3。其中，三个实施例中，茶袋内容物的净减少量如图2所示。污染场地土壤的稳定性系数S与博士茶的分解速率k的关系如图3所示。S值反映了不同污染场地和未污染的绿地土壤中有机物质的潜在可分解程度的大小，而k值反映了实际分解速率的快慢。由图2可知，污染场地c的绿茶、博士茶内容物减少量处于较低水平，结合图3可知场地c的S值最大(接近0.4)，说明场地c的土壤环境对于有机物分解过程的抑制作用最大、场地c的土壤功能受损情况在三个场地中较为严重(即在足够长的时间内，场地c对于相同有机物质的分解能力在横向对比的各对象中最小)。从k值的结果来看，场地b和场地c的k值均小于0.01，即场地b和场地c的土壤在对于有机物质的分解速率、元素的循环速率方面落后于场地a，场地b和场地c的土壤健康程度相对较低。

k值反映了土壤对有机物质分解速率的快慢，k值越大，土壤环境对有机质分解速率越快，反之则分解速率越慢。基于各类自然条件下，未受到污染的土壤的实验经验，k值通常位于0.01–0.04之间。即当0.01<k<0.04，为未污染土地。取k值基数0.01，若基于污染场地的计算所得k值小于此基数，即k<0.01时，表示土壤功能可能已受损。如果k值越小，则土壤的功能受损程度越严重。未受到污染的土壤的基于k值可快速综合评价各类污染场地的土壤功能(以有机质分解过程为主要考察功能)受损情况，以及实现不同类型污染场地之间的横向对比。S值通常为0.1–0.4之间，反映了足够长的时间里土壤中有机物质的潜在可分解程度的大小，S值越大，土壤环境对有机质分解过程的抑制作用越大，反之则抑制作用越小。而基于S–k值关系分布图，还能够快速将各类型污染场地土壤健康或功能受损程度与所设参照(如自然条件中的土壤、绿化用地的土壤等)之间的相对关系进行快速的归类于比较，为在区域尺度进行污染场地土壤的评估、管理、修复提供理论参考。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、称取绿茶和博士茶茶叶装入茶袋并做好标记；

S2、在污染场地中不同空间位置设置埋设点，每个埋设点内以绿茶和博士茶的茶袋各一个配对进行埋设；

S3、70～90天后取回茶袋并对其进行烘干处理；

S4、清理茶袋后称重，确定剩余茶叶的质量；根据绿茶的分解数据计算污染场地土壤的稳定性系数S值，再根据博士茶的分解数据计算博士茶的分解速率k值；

S5、根据博士茶的分解速率k值评价该污染场地土壤的受损程度。

2.根据权利要求1所述的污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法，其特征在于，所述步骤S1中，称取的绿茶的初始质量记为W_0g，称取的博士茶的初始质量记为W_0r。

3.根据权利要求2所述的污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法，其特征在于，所述步骤S4中，茶袋内剩余绿茶的质量记作W_g，茶袋内剩余博士茶的质量记作W_r；在埋设后，绿茶完全分解，博士茶还在分解过程中，所以绿茶的可分解组分a_g直接由公式(1)计算得到；

根据公式(2)计算污染场地土壤的稳定性系数S；

其中，a_g为绿茶的可分解组分；H_g为绿茶的化学可降解常数，即绿茶中非极性溶剂可提取物、水溶性物质、酸溶性物质的总和，市售绿茶取H_g＝0.842；

对于同一个污染场地土壤环境，两种茶叶类型的S值是相等的；对于博士茶的可分解组分a_r由S值和博士茶的化学可降解常数H_r计算得到，即：

a_r＝(1-S)H_r (3)

其中，市售博士茶取H_r＝0.552；

再根据公式(4)计算污染场地土壤的博士茶的分解速率k值；

W_0r-W_r＝a_re^-kt+(1-a_r) (4)

其中，t为填埋的天数；常数e取2.718。

4.根据权利要求3所述的污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法，其特征在于，所述步骤S5中，当k<0.01为污染土地；当0.01<k<0.04，为未污染土地。

5.根据权利要求1所述的污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法，其特征在于，所述步骤S2中，在污染场地内挖4–8对填埋洞；每对填埋洞的两个洞水平间隔为5cm，每对填埋洞之间间隔15–20cm，在每对填埋洞的两个洞内分别放入一个绿茶茶袋和博士茶茶袋，埋设深度为污染场地土壤表层0–10cm。

6.根据权利要求1所述的污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法，其特征在于，所述步骤S2中，在污染场地中选择离污染源距离不同的非硬化土壤地表设置埋设点。

7.根据权利要求1所述的污染场地土壤功能受损程度的快速评价方法，其特征在于，所述茶袋为四面体结构。

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