第三节　环境土壤学的发展与研究内容

一、环境土壤学的产生与发展

环境科学是环境问题产生后发展起来的一门新兴的综合性交叉学科，其涉及地学、生物学、化学、物理学、医学、工程学、数学以及社会科学、经济学、法学等多种学科知识。而现代土壤科学的快速发展，尤其是20世纪80年代以来，现代土壤学的研究重点已从增产粮食为主转向以提高粮食品质、保护环境和可持续发展及促进人畜健康为主要目标的阶段，从而快速促进了环境科学与土壤学的相互渗透，体现了土壤学在环境科学中日益重要的特点，孕育了环境土壤学的创建与发展。

环境土壤学是环境问题出现和发展后在土壤学和环境科学中发展起来的一门综合交叉性学科，是环境科学和土壤学的重要组成部分，它起源于土壤环境保护的理论与实践。环境土壤学这一学科概念虽在20世纪80年代就已提出，但对其缺乏深入的研讨。近年来，随着研究工作的深化与发展，对环境土壤学的认识无论在理论上还是实践上都有所深入和拓展。环境土壤学是研究自然因素和人为条件下土壤环境质量的变化，影响及其调控的一门学科，它涉及土壤质量与生物品质，土壤与水和大气质量的关系，土壤元素丰缺与人类健康的关系，土壤与其他环境要素的交互作用，土壤质量的保护与改善等土壤环境科学的相关研究与土壤应用等。总体来说环境土壤学的产生和发展经历了以下几个阶段。

（1）起步阶段（20世纪50～60年代末）　此阶段为环境土壤学萌生初期，主要引用传统土壤学的研究方法对出现的土壤环境问题寻求解决办法，如城市污水的农田灌溉、工业废渣的农业利用（研制钢渣磷肥、施用粉煤灰）、土壤污染物分析测试方法探索及局部土壤污染的治理等，这时的环境土壤学尚未形成完整而独立的科学体系。

（2）发展阶段（20世纪70～80 年代末）　进入20世纪70 年代环境土壤学研究内容日趋丰富，从土壤环境背景值研究起步，分析元素由最初的几种主要有毒重金属元素，扩展到60 多种化学元素，研究区域从若干重点城市，到主要农业区，“七五”期间发展到全国除台湾省以外的30 个省市自治区，并注意了背景获取和实际应用相结合，同时开展对土壤环境容量、污染承载负荷、污水土地处理系统研究、土壤环境质量评价、土壤污染发生机制、各种污染物在土壤中的迁移转化行为与危害、控制土壤污染的工程技术与方法等方面的研究。

（3）逐渐完善阶段（20世纪90 年代以后）　环境土壤学研究的深度和广度都有大的扩展，以土壤重金属污染研究为例，宏观上扩展到大范围、洲际的分布、迁移规律和动态变化，微观上研究重金属对生物的毒害机理从个体水平、组织水平、细胞水平发展到分子水平。在继续研究污染物在土壤—植物系统迁移转化和累积规律的同时，开始关注污染物累积所引起土壤环境质量的变化以及这一变化对生态系统结构、功能和人体健康的影响，多种元素多种污染物的交互作用和复合污染开始涉及，土壤环境与温室气体排放的关系研究取得进展，在污染物迁移化方面开始重视土壤胶体的影响和作用，包括土壤背景值的影响，对土壤负载容量的影响，对酸雨危害的影响，对污染物化学行为的影响等。

近年，随着基于人体健康风险和生态风险评估与控制基本模式的污染土壤环境管理快速发展与完善，在强化修复技术效果与机理研究的同时，随着绿色、可持续修复理念逐渐推广与深入，环境土壤学的研究与实践也进入新的时期，即污染土壤综合管理与风险控制阶段。

二、环境土壤学的研究内容

人为活动复合自然因素变化对土壤环境质量产生了深入的影响，这种影响反过来又会对土壤—环境复合界面系统产生冲击、影响等反作用，二者的相互影响，尤其是人为影响下土壤环境质量的下降特别是土壤污染及其修复、对策是环境土壤学的核心研究内容。基于基础的土壤物理、化学与生物学过程，复合环境科学的基本理论体系，环境土壤学从土壤环境体系的组成、性质与基本特点出发，对典型土壤环境污染物的来源、危害等进行阐述，对污染物在土壤环境体系中的吸附、分散、迁移、转化与归宿过程进行探讨，并基于土壤环境修复技术体系，对土壤环境污染物的清除与治理，及土壤环境功能的恢复进行研究，同时，对土壤环境相关的法律、法规、标准及其评估、评价体系进行梳理，对土壤环境问题的研究及其修复具有理论与实践意义。

（1）土壤环境背景值及土壤环境容量　土壤环境背景值及其环境容量是判别土壤环境是否受污染及其土壤缓冲性大小的重要依据，通过研究还可对土壤的使用功能、期限作出判断。通过土壤环境背景值和土壤环境容量研究，为土壤环境相关标准的制定和修订提供依据。据研究，由于人类活动排放的大量污染物尤其是区域化和全球性环境污染的产生和持续作用，导致许多人类聚集区如城市、交通干线等人类活动强度较大的地区其土壤环境背景值已相比以前大大提高，这对于判别污染和研究环境所致疾病有重要的意义。我国已启动全国污染源普查项目，对全国范围的典型污染源排放及其特点进行清查，对于我国的土壤环境背景值研究和土壤环境容量分析及其相关研究有重要的推动作用。

（2）土壤环境质量评估与评价　土壤质量是土壤相关学科中均非常关注的内容，对于环境土壤学更为关注的土壤污染、土壤质量退化等内容，对其环境质量在影响土壤—植物—人体复合系统中的影响进行研究，对其土壤环境质量进行评估与评价，为其与人类健康和生态环境健康的关系打下基础，为其修复和治理提供依据。

（3）化学物质在土壤环境体系中的迁移与转化　包括化学物质在该系统中的迁移、转化、毒性、归属及其影响因素的研究。土壤是重要的环境舱，高负载容量的土壤与低负载容量者相比，能够容纳更多的某一特定的污染物。土壤中毒性物质的生物有效性依赖于它们在环境中的反应行为和归宿。控制土壤中化学物质归宿的过程包括静电作用、吸附、解吸、沉淀、溶解、氧化、还原、络合、催化、水解、异构化、光化学反应和生物过程等，研究这些过程及其影响因素有助于加深对土壤环境（负载）容量研究的理解。在研究中应重视黏粒矿物的表面效应，土壤组分和性质与污染物迁移、转化、危害的关系，有机污染物的化学结构与降解的关系，污染物之间的交互作用反应动力学等。在综合研究的基础上确立土壤环境质量的指标体系和迁移、转化的数学模型。

（4）人类活动对土壤环境的影响及其生态效应　主要研究土壤异常与地方病的关系，研究与人类和动物健康有关的疾病和营养问题的土壤因素，这些因素与土壤地球化学和矿物学有关。土壤中许多微量元素同动物营养、人类的健康密切相关。因此，从土壤生态系统的角度出发，量化人类活动对土壤环境的影响和危害，并明确其生态效应，对于目前许多水土病的成因和防治，环境“三致”物质的作用机理和防治有重要的意义。

（5）土壤环境修复技术体系及实践　此部分主要研究土壤与温室效应和全球变暖的关系、经济开发与土壤生态环境的演变、工矿开发和重大工程对土壤环境质量的影响、污染对持续农业的潜在冲击、土壤环境质量监测、废水和固体废物的土地处理等，通过这些研究提出针对性防治措施，并构建土壤修复技术体系，开展大量的污染土壤修复工程实践，在我国土地资源紧张的大局势下，具有非常大的市场前景和应用潜能。

（6）土壤环境管理及修复风险控制　随着土壤与地下水等风险评价的研究深入，污染场地的环境管理已经成为污染土壤修复的重要研究内容和土壤修复体系的重要组成部分。其主要内容包括筛选、登记、场地调查、风险评价、修复工程实施与管理、修复工程的后评价等。另外，污染土壤修复技术实施过程中的二次风险及其技术、管理等控制措施和方法体系也成为环境土壤学的重要研究领域。

三、环境土壤学的研究热点与趋势

环境土壤学从起步开始，经过几十年的研究和探索，已在污染物迁移转化及修复技术体系等方面取得了一系列的成果，其目前关注的研究热点和发展方向、趋势主要包括以下几个方面：①土—水—植物系统中的元素循环与环境质量的关系；②土壤环境中污染物的生物有效性及其调控；③污染物在土壤—植物—动物—人类食物链的传递与危害机理；④土壤环境风险管理与评价；⑤都市土壤环境对城市生态环境及持续发展的影响；⑥新型土壤污染高效修复技术开发与集成。