2020生态地球化学预警技术要求

生态地球化学预警技术要求目次1范引文件 1语定义 12预目的 2预任务 2预方法 3预程序 3计3编依据 3设书3料3合3地4写容要求 4设审查 4计4计4警元指筛选 4预单元 4预指筛选 4外作5预指主输入输出径确定 5输途工方法 5气湿5溉水 66输途工方法 7宗7表7素7渗输出 7警8I模建立 8式测8性测9态应展预测10参获取 10入10出11警划分 12度12分12警标量警度 12态应分14测15预预警 15流态15田态16泊地态16市态16它态16排措施 16告17报编写 1710.2图件 17际料包17球学包17球学警包括： 17文报告 17成评及料17附录A（范附）通量通密的示法 18附录B（范附）生态球学警计写内及求 20附录C（范附）城市壤同地型金属制值 23附录D（范附）淡水积重属制值 24附录E（范附）健康素级表 25附录F（范附）土壤渍程分表 26附录G（范附）大气Hg毒露平27附录H（范附）HH生地化预报编写纲 28参考献 30II生态地球化学预警技术要求范围GB2715-2005粮食卫生标准GB3838-2002地表水环境质量标准GB/T14848-1993GB15618-1995GB18668-2002海洋沉积物质量NY/T418-2000～NY/T437-2000绿色食品系列标准NY/T5001-2001～NY/T5073-2001无公害食品系列标准DD2005-02区域生态地球化学评价规范DD2005-03生态地球化学评价样品分析技术要求（试行）下列术语和定义适用于本标准。3.1生态地球化学ecogeochemistry研究元素及有机污染物在不同生态系统中的分布分配特征、地球化学循环过程，及其对生态系统和人类健康的影响。3.2生态地球化学预测predictionofecologicalgeochemistry对元素或有机污染物在生态系统内部或不同生态系统之间迁移循环过程与未来演化趋势的定性与定量描述。3.3生态地球化学预警earlywarningofecogeochemistry3.41预警单元unitofearlywarming预测和警告在自然地质地球化学和（或）人类活动作用下，受到严重干扰的生态系统的区域。3.5预警要素mediaofearlywarming预警单元内存在重大生态地球化学问题的关键组成要素。它通常包括土壤、水体、大气、动植物等。预警要素可以是生态系统的一个或多个组成要素。3.6预警指标indicatorofearlywarming预警单元内影响关键组成要素正常功能的元素、有机污染物及其他指标。3.7通量flux单位时间内预警指标从一个储库向另一个储库的迁移数量。通量单位一般为μg·year–1、mg·year–1、g·year–1、kg·year–1或t·year–1。通量的表示方法见附录A。3.8通量密度fluxdensity单位时间单位面积内化学元素从一个储库向另一个储库的迁移数量。通量密度的单位一般有nghour–1–2ye–1m–2gyear–1–2gye–1m–2或kgea–1m–year–1km–。总则（）。2生态地球化学预警工作程序见图1所示。综合分析生态地球化学调查和评价等资料提出生态地球化学预警思路与方法确定生态地球化学预警单元筛选生态地球化学预警指标对生态系统现实安全性进行判断建立警度划分标准对未来生态系统安全性进行预警研究预警指标年变化率，提出累积模型图1生态地球化学预警工作程序设计书是开展生态地球化学预警的依据，应由项目承担单位根据主管部门下达的任务书要求编写，设计书编写后应提交主管部门审查。311编写要求。各章节的具体要求参见规范性附录B。设计书编写后由编写单位出具初审意见，编写人根据初审意见进行修改。设计书提交主管部门审查修改后组织实施。城市、农田、河流、湖泊、湿地、草原等生态系统是基本的预警单元。AsCdCuCrHgNiPbZn范围。F、Se和。pH。K、Ca、、Cl、Si等。GB15618-1995，As、Cd、Cr、Cu、PbHgNiZnAsCdCrCuPbHgNi20%AsCdCrCuPbHgNiZn10F、Se、I10N、50pHClCaMgSifia)～f)4式中：

iCiCfTiDCiC

........................................(1)CTi CTCDi CDAsCdCrCuPbHgNiZn于20fi>310AsCdCrCuPbHgZnfi>5的样品超过10%时，应列入预警指标。AsCdCrCuPbHgNiZn10fi>310fpH<0.75，且pH<6.520a)～g根据预警单元与预警指标筛选的结果，初步确定预警指标的主要输入-输出途径。（（土壤化学元素的主要输出途径为作物收割、地表径流、下渗水和挥发性元素蒸发。10～20km2。10件，空间上要求点位尽量均匀。100km21010DD2005-02。（DZ/TXXX-2013）。(As(Al)、钙(Ca)Co)Cd（Cr）、氟(F)(K)(MgMn)(Na硫(S)、54 3 锑（Sb）Se)Sn)、钛(Ti(V)、钨K+)、(Na+(Ca2+Mg2+SO2-(Cl-F-HCO-)、(CO2-(NO-(Si(N)、磷(P)、铁(Fe)、锰(Mn)、砷(As)(Cd(Co)、(Cr6+(Cu(Hg)Ni)Pb)(Zn(Se（Sb）(Sn(Tl)、钛(Ti)V4 3 灌溉水1015件DD2005-02。化肥10件～15件万m2AsCdCu(Cr)(FHgN)（Ni）、磷(P)、铅(Pb)、硒(Se)、锌(Zn)等，不同评价地区可根据实际情况增减元素及指标。1～2DD2005-02。AsCr6+CdCuHgPbZnNiNPKAs（DDT630DD2005-02。DD2005-02。113DD2005-02。As、Cr6+、CdCuHgPbZnNi、SeNPKAs（DDTDD2005-02。HgHgHgHgHgDD2005-02。在年降雨量较大和农田水灌溉地区，按照10～20个/万km21pH)TOC1～2DD2005-02F247DD2005-02图2SSSDW说明：Fd(i)AFd(i)GWFd(iSWF(iSSSSDW

——单位面积单位时间内土壤i预警指标至大气的释放速率；——单位时间单位面积内土壤i预警指标至地下水的输出速率；——单位时间单位面积内土壤i预警指标通过地表径流向地表水系的输出速率；——单位时间单位面积内大气干湿沉降至地表土壤的i预警指标沉降速率。图2箱式模型示意图Cj1CjCj

....................................(2)i i iCj1(Fd(i)IFd(i)O)

...............................(3)式中：

i W S SCj1iCCjiCiCji

——土壤中元素i在第j+1年的预测含量；——土壤中元素i第j年的含量；——土壤中元素i在第j年的含量变化，单位为mg·kg-1；SSFd(i)I——年元素的输入量密度(mg·m-2·yr-1)；Fd(i)O——年元素的出量密度(mg·m-2·yr-1)；W ——位积土重量单为kg。SSWsh (4)8式中：——土壤容重，单位为kg/m3，s——单位面积，单位为m2,h为土壤采样深度，单位为m。（图3图3线性模型示意图iiCbCaCii i,(b>a) (5)ba式中：ΔC——元素i的年变化率；iCb——b年元素i含量；iiCa——a年元素i含量。常量元素单位为%，微量元素单位为g/g。ii（Ci）bni的CnCbnC

....................................(6)i i i式中：iCn——n年后元素i含量；iiCb——b年后元素i含量；常量元素单位为%，微量元素单位为g/g；n为预警年限。i9包括大气干湿沉降、灌溉水、化肥。方法如下：S (CiW

)(CiL)F(i)DW

D D W WS

............................(7)DWF(i)SDWCiDCCiWCWD

——单位时间单位面积内大气干湿沉降至地表土壤的i元素的沉降通量,单位mg/m2year；——干沉降物中元素i的平均含量，单位mg/kg；——湿沉降物中元素i的平均含量，单位mg/L；——单位时间（一般为1年）干沉降物的重量，单位为kg/year；——单位时间（一般为1年）湿沉降物的体积，单位为L/year；S m2。IWF(i)SIW

(Ci

)/

.................................(8)IWIWIWF(i)SIWCiIWCLW

——单位时间单位面积内灌溉水至地表土壤i元素的输入通量,单位mg/m2year；——灌溉水中元素i的平均含量，单位mg/L；——单位时间（一般为1年）灌溉水的体积，单位为L/year；S m2。CFF(i)SCF

(Ci

WCF

)/

................................(9)CFCFCFF(i)SCFCiCFC

img/m2year；——化肥中元素i的平均含量，单位mg/kg；——单位时间（一般为1年）化肥使用量的体积，单位为kg/year；10S m2。SRSR式中：SRSR

F(i)L

(Ci

)/

................................(10)SRF(i)LSR

——单位时间单位面积内地表径流至湖泊或近岸海域底积物i元素的输入通量,单位mg/m2year；CiSRCLV

——地表径流中元素i的平均含量，单位mg/L；——单位时间（一般为1年）地表径流进入湖泊或近岸海域的体积，单位为L/year；S m2。包括大宗作物、地表径流、元素蒸发和下渗水。方法如下：F(i)C(CiW

)/

.................................(11)S C C式中：SF(i)CSCiCC

——单位时间单位面积内离田作物从地表土壤带走的i元素的输出通量,单位mg/m2year；——离田作物中元素i的平均含量，单位mg/kg；——单位时间（一般为1年）离田作物的重量，单位为kg/year；S m2。F(i)SR(Ci L)/S (12)S SR V式中：SF(i)CSCiSRCLV

——单位时间单位面积内地表径流从地表土壤带走的i元素的输出通量,单位mg/m2year；——地表径流中元素i的平均含量，单位mg/L；——单位时间（一般为1年）地表径流的体积，单位为L/year；S m2。SF(iAS-大气汞交换通量监测仪器直接测定，单位mg/m2year。F(i)IW(CiL)/S (13)S IW V式中：SF(i)IWSmg/m2year；

——单位时间单位面积内土壤水溶液下渗从地表土壤带走的i元素的输出通量,单位11CIWi mg/L；CIW1）L/year；S m2。地球化学预警警度分安全状态、橙色预警及红色报警三个警兆区间，分别用绿色、橙色及红色表示。CdS、Cl、P重金属As、CdCu、Cr、Hg、Ni、Pb、ZnGB15618-1995GB18668-2002。SeF、IEFSeCSe各生态系统土壤重金属元素地球化学预警警度划分标准与警兆程度见表2。NaSClF各生态系统土壤重金属元素地球化学预警警度划分标准与警兆程度见表3。表1不同生态系统土壤中重金属元素地球化学预警警度划分标准环境生态质量分类警度划分警度图示生态意义12介质系统超标面积比例R1(%)超标强度R2土壤农田、草原、森林、城市生态系统R110%R21.0安全状态绿色10%R115%1.0R22.0橙色预警橙色土壤环境将出现下降，对作物生长有一定危害，需高度关注R115%R22.0红色报警红色土壤环境质量恶化，对作物生长产生严重影响，需采取防控和修复措施。淡水沉积物湖泊、河流生态系统R110%R21.0安全状态绿色湖底/河底沉积物环境清洁、水体/水生生物安全。10%R115%1.0R22.0橙色预警橙色湖底/河底沉积物可能影响水体质量和(或)水生生物安全，需高度关注。R115%R22.0红色报警红色湖底/河底沉积物将对水体质量和(或)水生生物安全产生严重影响，需采取防控和修复措施。海底沉积物浅海生态系统R110%R21.0安全状态绿色海底沉积物环境清洁、生态安全。10%R115%1.0R22.0橙色预警橙色海底沉积物可能影响海洋生物安全，需高度关注。R115%R22.0红色报警红色海底沉积物将对海洋生物安全产生严重影响，需采取防控和修复措施。CCD的预警指标平均含量与附录D各类用地限制值比值。表2不同生态系统土壤中监控元素地球化学预警警度划分标准环境介质生态系统质量分类警度划分警度图示生态意义中毒或缺乏面积比R1(%)中毒或缺乏强度R2土壤森林、城市生态系统R110%R21.0安全状态绿色环境清洁、生态友好。10%R115%1.0R22.0橙色预警橙色环境将出现生态危害，需高度关注。R115%R22.0红色报警红色环境将发生严重的生注1：表中农田、草原、森林生态系统中的（R1）为超出附录E土壤上限或下限面积占预警区面积比例；（R2）为超标样品的预警指标平均含量与附录E土壤上限或下限值的比值。注2：表中城市生态系统中的（R1）为附录C各类用地的限制值面积占预警区面积比例；（R2）为超标样品的预警指标平均含量与附录C各类用地限制值比值。表3不同生态系统土壤盐碱化地球化学预警警度划分标准13环境介质生态系统质量分类警度划分警度图示生态意义预测面积比R1(%)预测强度R2土壤农田、草原、森林、城市生态系统R110%R21.0安全状态绿色环境清洁、生态友好10%R115%1.0橙色预警橙色土壤将出现一定程度的盐碱化，需高度关注R115%R22.0红色报警红色土壤将出现严重的盐碱化，需采取防治措施。注：表中（R1）为超出附录F三级盐碱化程度Na、S、Cl含量的面积占预警区面积比例；（R2）为预测Na、S、Cl平均含量与附录F三级盐碱化程度Na、S、Cl含量的比值。（As、CdCu、Cr、HgNi、Pb、Zn、FHgAs、Cd、Cu、Cr、Hg、Ni、Pb、ZnF、、PpH。利用土壤与作物间存在的重金属含量预测模型，以农业部无公害食品系列标准表4表4农田生态系统作物重金属超标地球化学预警警度划分标准环境介质质量分类警度划分警度图示生态意义超标比例R1(%)*超标强度R2农产品R110%R21.0安全状态绿色环境清洁、农产品安全10%R115%1.0R22.0橙色预警橙色农产品安全受到威胁，生态风险大，需高度关注R115%R22.0红色报警红色农产品严重超标，影响生态系统安全，需采取防治措施注1：表中（R1）为预测的农产品预警指标含量超出国家或行业食品卫生/无公害食品系列标准的样品数占总样品数量的比例；（R2）为预测的农产品中预警指标含量与国家或行业食品卫生/无公害食品系列标准的比值。注2：农产品中谷类（大米、豆类）、麦类、玉米及其它中类中的Cd、Hg、Pb、As执行GB2715-2005，其它元素执行农业部无公害食品系列标准（NY/T5001-2001～NY/T5073-2001）。G表GB3838-2002表GB/T14848-19937）14表5大气汞生态地球化学预警警度划分标准环境介质大气汞含量CHg（mg/m3）警度划分警度图示生态意义大气CHg0.03安全放心绿色大气汞环境质量清洁，不对人体健康产生影响。0.03CHg0.06橙色预警橙色大气汞环境质量被污染，人群出现慢性汞中毒，需高度关注。CHg0.06红色报警红色大气汞环境质量严重污染，8小时内即可对人群产生汞中毒，需采取防治措施。表6地表水环境质量地球化学预警警度划分标准环境介质质量分类警度划分警度图示生态意义超标比例R1(%)超标强度R2农产品R110%R21.0安全放心绿色满足人居正常生活，不对人居环境产生影响10%15%1.0R22.0橙色预警橙色人体不宜直接接触和使用。R115%R22.0红色报警红色对人体健康产生明显影响，需采取清洁或修复措施。注：表中（R1）为预测的地表水预警指标含量超出GB3838-2002IV类水限值的样品数占总样品数量的比例，（R2）为预测的地表水预警指标含量与GB3838-2002IV类水限值的比值。表7地下水质量地球化学预警警度划分标准环境介质质量分类警度划分警度图示生态意义超标比例R1(%)超标强度R2农产品R110%R21.0安全放心绿色满足人居正常生活，不对人居环境产生影响10%15%1.0R22.0橙色预警橙色人体不宜直接接触和使用。R115%R22.0红色报警红色对人体健康产生明显影响，需采取清洁或修复措施。（R1）GB/T14848-1993IV（R2）为预测的地表水预警指标含量与GB/T14848-1993IV类水限值的比值。15预测模型。1按8.28.38.3按8.28.3草原、森林、浅海、矿山等其它生态系统，可参照上述方法，开展类似的预警工作。Hg）Hg/16图件GPSAs、Cd、Cu、、HgNiPbZnNa、SCl。Se、、I。/As、Cd、Cu、Cr、HgNi、Pb、ZnNa、SClSe、、IAs、Cd、CuCr、Hg、Ni、Pb、Zn生态地球化学预警文字报告，编写提纲见附录H。17附录A（规范性附录）通量与通量密度的表示方法通量O通量(FluxF(iIO

表示。其中iO（i）(OutputfluxI（i）通量单位一般为g·year–1、mg·year–1、g·year–1、kg·year–1或t·year–1。图1DWF(Hg)DW

-表示土壤接收雨水或大气干湿沉降（dryandwetdeposition-DW）物中的汞输入通量，此时土壤为接受库，大气为输出库。SF(Hg)A-表示土壤向大气（A-atmosphere）的汞输出通量，此时土壤为汞的输出库，大气为接受库。SSF(Hg)GW-表示土壤向地下水（GW-roundwater）的汞输出通量。此时土壤为汞的输出库，地下水为S接受库。SF(Hg)SW-表示土壤向地表水系（SW-streamwater）的汞输出通量。此时土壤为汞的输出库，地表水为接受库。S图A.1土壤Hg的输入、输出途径概念模型不同生态系统其它元素的输入－输出通量的表达也可依此类推。OFluxdensityFd(iIiOiOutputflux)，IiInputfluxOng·hour–1·m–2、g·year–1·m–2、mg·year–1·m–2、g·year–1·m–2kg·year–1·m–2、t·year–1·km–2。18S与通量表示方法相类似的是，Fd(HgA表示单位面积单位时间内土壤Hg至大气的释放速率；SFd(Hg)GWHgFd(Hg)SWS SDW土壤Hg过表流表水的出率；F(Hg)S 则示单时单面内气干沉至地DW表土壤的Hg沉降速率。不同生态系统其它元素的输入－输出通量的表达也可依此类推。19附录B（规范性附录）生态地球化学预警设计编写内容及要求前言包括任务来源、任务书的主要内容、技术要点、工作起始时间、成果提交时间及预期成果等。包括地理位置、行政区划、自然地理、气象水文、交通条件及社会经济概况等。包括对预警区区域地质地球化学背景、以往多目标地球化学调查、区域生态地球化学评价。土地质量地球化学评价、监测工作，区域环境质量调查、区域农业调查和区域生态调查等结果的系统分析，归纳总结提出预警区可能存在的重大生态地球化学问题，评述已有资料的可利用程度及质量。依据任务书要求、结合相关技术规范或指南，确定预警研究的各项工作内容。论述工作内容中的难点和重点问题及拟采用的解决方案。包括技术路线、关键技术和技术创新等。包括所利用各类数据、资料的处理方法、模型建立方法和成果表达方法等及拟要补充的工作部署。根据项目目标及所设置的研究内容，阐述总体工作思路和部署原则，各项工作部署与研究内容的耦合关系。20完成项目总体目标的总体工作安排及完成年度任务工作安排的主要内容和工作量，当年工作安排应进行详细部署。为完成目标任务设计的总体实物工作量及分年度实物工作，附工作量一览表。明确项目实施周期内提交总体预期成果的成果名称。详细列出年度预期成果的成果名称。按照任务书要求，说明成果提交的时间。说明项目执行过程中的组织管理方式和组织结构。按中国地质调查局地质调查项目预算编制有关规定，编制项目预算。包括项目预算表和编制说明。说明为保障任务完成而采取的各种质量保证措施，包括野外样品采集、处理过程中采取的措施、样品分析过程中的各项质量保证措施和提高工作人员技术水平所采用的技术培训措施等。说明项目执行过程中所采取的各项安全和劳动保护措施。21附图包括交通位置图、预警区工作程度图(与生态地球化学评价相关的调查工作)、主要元素和指标的调查结果图、工作部署图及其他需要的图件。附表预警工作中需要的各类表格。22附录C（规范性附录）城市土壤不同用地类型重金属限制值表C.1给出城市土壤不同用地类型重金属限制值。表C.1城市土壤不同用地类型重金属限制值单位居民地城郊菜地商业用地元素Hgmg/kg1a26a26a无机Hg2+mg/kg170a80a3600a甲基汞mg/kg11a8a410aNi**mg/kg130b230b530cCdmg/kg10d1.8d12cAsmg/kg32e43e55cSemg/kg1f1f2.9fPbmg/kg140f70f530cCrmg/kg87f64f380cSoiluidlineusorruryinoil,(nirnntlnc,2009。Soiluidlinelusornlinoi,(nironntlnc,2009Cirulronttlusanditrntionlusoroilrditionnnx,(uthMinistryofHousing,SpatialPlanningandEnvironment(VROM),2000)。d—据SoilGuidelineforcadmiuminsoil,(nironntlnc,2009。Soiluidlnelusorrnicinoi,(nirnntlgnc,209)fiittoresidential/parklandorcommerciallandlistedinCanadianSoilQualityGuidelinesfortheProtectionofEnvironmentalandHumanHealth(CCME,1999)。23附录D（规范性附录）淡水沉积物中环境质量评价指南值表D.1给出了淡水沉积物中环境质量评价指南值。表D.1淡水沉积物中环境质量评价指南值*元素单位TEC**PEC***中国湖泊背景值Asmg/kg9.793311.3Cdmg/kg0.994.980.2Crmg/kg43.411184Cumg/kg31.614932Hgmg/kg0.181.060.056Nimg/kg22.748.637Pbmg/kg35.812831.2Znmg/kg12145992TNmg/kg5504800690TOC%1100.57TPmg/kg6002000543注1：TEC—阀值效应浓度。注2：PEC—