1.2.1 土壤环境背景值的研究进展
1.2.1.1 土壤环境背景值的概述
土壤环境背景值是指在未受到或者少受人类活动干扰的情况下，土壤自身的化学组成成分含量和结构特征（孟宪玺和佘中盛，1983；王喜宽等，2007；盛奇等，2009；Coppola E.et al.，2010）。土壤环境背景值的研究主要是反映元素的自然含量水平及其分布状态（王平等，2010）。土壤背景值的确定和研究是土壤环境保护的基础数据，是研究污染物在土壤中迁移转化和土壤质量评价与预测的重要依据（张山领等，2012；Sanjeevani et al.，2015），对区域土壤资源优化管理具有一定意义。
国外关于土壤元素背景值的研究兴起于20世纪60年代（熊又升等，2006），主要在美国、英国、德国、挪威、芬兰等西方发达国家，苏联和日本先后开展土壤环境背景值的一些相关研究，为农业发展和保护发挥巨大作用（杨忠芳等，1999；Yamasaki et al.，2001）。1960—1980年间，美国完成了全国土壤环境元素背景值的调查研究，是国际上规模最大、系统最强的有针对性的研究；Connor J.J.和Schaklette H.T.（1975）报道了美国某些岩石、土壤、植物和蔬菜中多种元素的地球化学背景值。英国于1979—1983年确定了英格兰、威尔士19种土壤元素背景值和苏格兰8种土壤元素背景值的研究；日本在1978—1984年完成全国25个道县8种土壤元素背景值的确定；而加拿大安大略和曼尼托巴省测定了农业土壤中多种金属元素的背景值含量（郑国璋，2007）。21世纪，国外关于土壤元素背景值的相关研究在不同地区相继开展（Horckmans etal.，2005；Esmaeili et al.，2014；Gabos et al.，2014）。Díez M et al（2007）确定了西班牙东南部土壤中重金属砷的背景值。Iñigo V.et al（2014）研究了拉里奥哈一个潮湿的地中海地区重金属Cu和Zn的背景值及其分布。
我国于1973年开始土壤元素环境背景值的相关工作。由中国科学学院和农业部先后针对全国13个省、市、自治区的主要农业土壤的12种元素背景值进行一系列研究（郑国璋，2007）。1987年国家将土壤环境背景值研究列为“七五”重点科技课题，以各省、市、自治区为单位进行了一系列研究（史崇文等，1994；汪庆华等，2007；马纯玉等，2017）。1990年由中国环境科学出版社出版了《中国土壤元素背景值》（中国环境监测总站，1990）一书，为以后的元素环境背景值的研究提供一定的工作基础。邵丰收和周皓韵（1998）阐述了“七五”项目中河南省主要元素土壤背景值的确定方法及结果。陈同斌等（2004）研究了北京市几个远郊区县表层土壤的重金属含量的背景值，结果表明，与之前的北京市土壤重金属含量背景值相比，重金属Pb和Ni的背景值没有太大差异，而Cd背景值提高了1.2倍，金属Zn、As和Cr等均降低。汪庆华等（2007）以成土母质类型为单元，统计浙江省土壤地球化学基准值和环境背景值，为区域的土壤污染评价提供一定的依据。代杰瑞等（2011）研究了山东省土壤地球化学基准值和背景值，认为大部分元素在表层中的含量受成土母质的影响较大，人为影响较小。张山岭等（2012）通过重复“七五”项目的样品采样点，针对广东省土壤无机元素进行背景值研究，结果发现区域变幅比较大，A层土壤各元素变化较大。马纯玉等（2017）探索东莞市不同母质类型的土壤的背景水平。但是省市级的土壤背景值范围较大，在流域或者区域尺度上缺乏一定的代表性，以及大尺度的背景值研究方法是否适合中、小尺度的问题（王平等，2010），因此许多研究者针对流域背景值做了相关研究（黄润华等，1985）。熊又升等（2006）研究了小尺度区域上红壤和水稻土的背景值，为鹰潭市制定环境质量标准提供了依据。盛奇等（2009）针对黄河流域河南段的土壤背景值进行了探究，发现不同土壤类型背景值差异显著，且背景值受人为活动干扰比较大。王佛鹏等（2018）对广西西江流域土壤中Cr背景值进行研究，重新提出广西西江流域自然土壤Cr背景值含量为82.66mg·kg-1。
1.2.1.2 土壤环境背景值的影响因素
根据国内外参考文献，表层土壤背景值的主要影响因素包括土壤类型、成土母质、地形地貌、土地利用方式、植被类型、土壤质地和土壤理化特性（如有机质、pH等）（夏增禄，1986；蒋德珍等，1996；Salminen R.，Tarvainen T.，1997；盛奇等，2009）。土壤背景值与成土母质有很大关系，即使土壤类型相同，母质的差别对元素背景值的影响也很大。同一元素在不同母质上发育的土壤，其背景含量水平不一样（付舜珍等，1992；BeygiM.，Jalali M.，2018）。杨学义等（1983）表明玄武岩发育的黄棕壤，其元素含量大多高于花岗岩发育的同类土壤。但是土壤质地类型对元素背景值也有很大影响。赵士鹏等（1992）利用数量化理论Ⅰ分析影响土壤中12种微量元素背景值的主要因素，结果表明，10个微量元素背景值的两个重要影响因子是土类和母质。表层土壤元素除部分来自大气沉降、农田灌溉、化肥和农药施用等人为污染或外源输入外，主要来自成土母质（陈兴仁等，2012）。蒋德珍等的研究（1996）表明土壤类型对土壤中大部分元素分布有显著影响。土壤理化性质对重金属元素含量的分布也有一定的影响，主要表现为土壤颗粒大小、土壤pH值和有机质含量（熊又升等，2006；Ramos-Miras J.J.et al.，2011；Li et al.，2015）。章家琪等（1989）发现土壤pH和有机质在不同土类和地区与重金属之间存在较好的正相关。王平等的研究（2010）表明青海湖流域土壤中大部分元素赋存在细颗粒中。另外，气候、降水、地形和气温等因素对土壤中背景值的含量造成一定的影响（王平等，2010；Jiang et al.，2018）。其中气候因素主要是通过气温和降水来影响土壤的水热状况和土壤中各元素的转化和迁移（陈静生和王学军，1994；李雅琦等，2000；丁之勇等，2017）。李雅琦等的研究（2000）表明黄土高原土壤中元素含量主要受土壤发生过程和生物气候共同影响的作用。吴云霞等（2019）研究了冀西北康保县表层土壤中多种微量元素的分布状态及影响因素，其中元素Ca和K的分布可能受当地的干旱气候和植物吸收的影响。地形通过支配地表径流，从而影响土壤的水分状况，再通过地形坡度和坡向，影响土壤的物质与能量的再分配（秦松等，2007；杨其坡等，2018）。徐莉等的研究（2018）表明土壤养分空间分布主要受地形因子（高程、坡度、地形起伏度和剖面曲率）的影响。(https://www.daowen.com)
1.2.1.3 土壤环境背景值的采样方法
余国泰等（1989）提出适度性和非均匀性的概念，其中适度性指的是野外采样时将土壤环境空间的模拟（非复制），用适量的样点数目来反映最大的土壤环境信息；非均匀性指的是根据不同类型区域控制的面积大小，不均匀布设采样样点。土壤环境背景值的采样原则主要是避开公路、居民点、污染源和工业区等明显的人为污染源，但是具体的采样深度、采样大小及采样数量等没有统一的原则，加之区域的差异性，导致土壤环境背景值的采样工作具有一定的地域性和差异性（赵维钧等，2007；Cappuyns V.，Mallaerts T.，2014；王佛鹏等，2018）。杨学义和杨国治（1983）提及土壤背景值采样原则需考虑成土母质、土壤类型和远离污染源。王平等（2010）根据土壤类型、土地利用类型及行政区划等共采集297个表层（0～20 cm）的样品，采样密度约为0.25 km。张山岭等（2012）重复监测“七五”项目的点位，采取剖面分层采样。马纯玉等（2017）根据典型地形地势区域布设采样点，按照土壤发育层次来采集A（0～20 cm）、B（40～60 cm）和C（100～120 cm）三层土壤样品。有些学者同时采集表层和深层样品来进行土壤背景值的研究，表层土壤样品经剔除后计算出平均值来表示土壤环境背景值，而深层土壤样品计算出平均值来表示土壤基准值（高红霞等，2007；王喜宽等，2007；王帅等，2009；代杰瑞等，2011）。
1.2.1.4 土壤环境背景值的确定方法
尽管在野外采样时，已力求避开人为污染源，但也不排除混入污染样品。所以土壤环境背景值只是一个相对概念，是自然背景和外源污染物共同作用的结果（曹雪琴等，2009；代杰瑞等，2011），因此在计算土壤环境背景值的时候，要对样品进行异常值的剔除检验，按照相应的异常值剔除方法，直至数据满足正态分布或对数正态分布。若数据呈正态分布，则元素环境背景值采用算术平均值和算术标准差来表示，若数据呈对数正态分布，采用几何平均值和几何标准差来确定背景值（Díez M.et al.，2007；赵晓军等，2014；王佛鹏等，2018；Beygi M.，Jalali M.，2018）。而异常值的剔除检验，大部分研究采用均值标准差法，即对于正态分布的数据，剔除¯X±3S（¯X为算术平均值，S为标准偏差）以外的为异常值；对于对数正态分布的元素，剔除M/D3～MD3（M为几何平均值，D为几何标准偏差）范围以外的异常值（代杰瑞等，2011；周廷等，2014；Xu et al.，2017）。余国泰等（1989）结合平均值加减三倍标准差和上下层比较法来确定土壤背景值。对平均值加减三倍标准差，是指针对遵循正态分布的样点数据，将大于或小于算数平均值加减三倍标准差的点均定为可疑点。另外，将每个样点表底层两层的元素含量作为一个总体样本，进行T检验，综合来检验可疑样点。有些学者是按平均值±2倍标准偏差（¯X±2S）来剔除超出或低于这一范围的离群数据（高红霞等，2007；汪庆华等，2007；王喜宽等，2007；曹雪琴等，2009；盛奇等，2009；赵晓军等，2014）；其他异常值剔除方法还有四分位法、盒须图和Crubbs检验法（王帅等，2009；张山岭等，2012；Nogueira TAR et al.，2018；王佛鹏等，2018）。汪庆华等（2007）按¯X±2S（¯X为平均值，S为标准差）剔除异常值，最后计算其算术平均值和标准差，最终确定浙江省土壤背景值。高红霞等（2007）将超过或低于平均值±2倍标准差数值的样品进行剔除，直至所有样品无法剔除，数据满足正态分布，将计算出的平均值作为内蒙古河套地区的土壤环境背景值。其他确定土壤元素背景值的常用方法还有累计频率法和深层元素比较法。鄢亚玲（1998）采用富集系数法和表底土对比法同时对兰坪金顶地区的土壤背景值进行检验。代杰瑞等（2011）通过表层土壤和深层土壤元素含量差异分析，表层土壤元素含量不仅受母岩风化，还受人为作用的影响，因此表层土壤部分元素的背景值相对深层土壤中含量要高。
土壤环境背景值缺乏可比性，主要是因为各个地区土壤环境背景值的测定方法缺乏统一的分析标准，包括野外样品采集的随机性、样品的前处理及仪器设备的差异等。土壤环境背景值的研究没有一个统一的方法。
