技术概述
环境背景值调查测定是环境科学研究和环境管理的基础性工作，是指在未受或很少受人类活动影响的条件下，对环境中各种介质（如土壤、水体、大气、沉积物等）中化学元素的天然含量水平和能量分布状况进行系统性调查与测定的过程。环境背景值也被称为环境本底值，它反映了环境在自然状态下的化学组成特征，是评价环境污染程度、制定环境质量标准、开展环境影响评价的重要参考依据。
随着工业化进程的加快和人类活动的加剧，寻找真正的环境背景值变得越来越困难。因此，现代环境背景值调查测定通常选择在远离污染源、人类活动干扰较小的区域进行采样分析，或者通过历史数据对比、深层样品分析等方式来确定背景水平。环境背景值的测定对于区分自然作用和人为活动对环境的影响程度具有重要意义，是环境科学研究中不可或缺的基础数据来源。
环境背景值调查测定工作具有系统性、科学性和代表性等特点。系统性体现在调查工作需要覆盖不同的环境介质和地理区域；科学性要求采样方法、分析测试方法和数据处理方法都必须符合相关技术规范；代表性则要求调查结果能够真实反映研究区域的环境背景特征。为了确保调查结果的可靠性，环境背景值调查测定通常需要制定详细的技术方案，包括采样点位布设、样品采集与保存、实验室分析测试、数据统计处理等环节。
从技术发展历程来看，环境背景值调查测定经历了从简单到复杂、从单一元素到多元素综合分析的发展过程。早期的环境背景值调查主要关注少数几种重金属元素，随着分析测试技术的进步，现在的调查工作可以同时测定数十种甚至上百种化学元素和化合物。同时，统计学方法在背景值数据处理中的应用也越来越广泛，如异常值检验、分布类型检验、背景值统计计算等，这些都大大提高了环境背景值调查测定的科学性和准确性。
检测样品
环境背景值调查测定涉及的样品类型多样，主要包括土壤样品、水体样品、大气样品和沉积物样品等。不同类型的样品具有不同的采集要求和保存方法，需要根据相关技术规范进行规范化操作，以确保样品的代表性和测试结果的准确性。
- 土壤样品：土壤是环境背景值调查最主要的介质之一，包括表层土壤和深层土壤。表层土壤通常采集0-20cm深度的土样，深层土壤可采集20-100cm甚至更深层次的土样。土壤样品的采集需要考虑土壤类型、土地利用方式、地形地貌等因素。
- 地表水样品：包括河流、湖泊、水库、沼泽等自然水体的水样。采集时需要避开明显的污染源，选择水流相对稳定、具有代表性的点位进行采样。水体样品需要根据测试项目添加相应的保存剂。
- 地下水样品：通过钻井或利用现有水井采集地下水样品，可以反映区域地下水的天然化学组成特征。采样前需要进行充分的洗井工作，确保采集的样品具有代表性。
- 大气沉降物样品：通过设置大气沉降采样点，收集大气干沉降和湿沉降样品，分析其中化学元素的背景含量，了解区域大气环境的本底状况。
- 沉积物样品：采集河流、湖泊、海洋等水体底部的沉积物样品，分析其中化学元素的背景含量。沉积物样品可以反映较长时间尺度上的环境背景特征。
- 岩石样品：在某些特定的背景值调查中，需要采集区域内的基岩样品，分析其中化学元素的含量，为判断土壤背景值提供参考依据。
样品采集过程中需要严格遵守技术规范要求，做好现场记录，包括采样点位坐标、采样深度、样品颜色和质地等描述信息。同时，需要采集平行样品和空白样品，用于质量控制。样品采集后应立即进行必要的预处理，并按照规定的条件进行保存和运输，尽快送至实验室进行分析测试。
检测项目
环境背景值调查测定的检测项目根据调查目的和环境介质的不同而有所差异。一般来说，检测项目主要包括重金属元素、营养元素、理化指标和有机污染物等几大类。选择合适的检测项目对于全面了解环境背景特征具有重要意义。
重金属元素是环境背景值调查最常关注的检测项目，主要包括镉、汞、铅、砷、铬、铜、锌、镍等元素。这些元素在环境中具有累积性，对人体健康和生态系统可能产生较大影响。通过测定重金属元素的背景值，可以为环境质量评价和污染治理提供基准参考。此外，一些稀有元素和稀土元素也逐渐被纳入背景值调查的检测范围，用于判断环境的地球化学特征。
营养元素的测定对于了解环境的基础化学特征具有重要作用。土壤中的氮、磷、钾等大量元素，以及钙、镁、硫等中量元素和铁、锰、硼、钼、铜、锌等微量元素，都是常见的检测项目。水体中的营养盐指标如氨氮、硝酸盐氮、总氮、总磷、溶解氧等也是重要的检测项目。
- 重金属元素：镉、汞、砷、铅、铬、铜、锌、镍、锰、钴、钒、锑、铊、铍等
- 营养元素：总氮、有效氮、总磷、有效磷、速效钾、有机质等
- 理化指标：pH值、电导率、氧化还原电位、阳离子交换量、颗粒组成等
- 水溶性盐：氯离子、硫酸根、碳酸根、碳酸氢根、钙离子、镁离子、钠离子、钾离子等
- 有机污染物：多环芳烃、农药残留、石油烃等（特定区域调查时）
- 其他项目：氟化物、氰化物、挥发酚等特殊指标
检测项目的选择需要根据调查目的、区域环境特征和相关技术规范来确定。在进行背景值调查时，应该尽可能全面地覆盖可能对环境质量产生影响的化学指标，同时也要考虑分析测试的可行性和经济性。对于一些特殊区域，如矿区周边、工业集中区等，还需要根据实际情况增加特定的检测项目。
检测方法
环境背景值调查测定的检测方法需要遵循国家标准、行业标准和相关技术规范的要求，确保测试结果的准确性和可比性。不同的检测项目采用不同的分析方法，常用的检测方法包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等。
重金属元素的测定是环境背景值调查的核心内容之一。对于土壤和沉积物样品，通常需要先进行消解处理，将样品中的目标元素转化为可测定的形态。常用的消解方法包括酸消解法、微波消解法等。消解后的样品可以采用原子吸收光谱法测定铜、锌、铅、镉等元素；原子荧光光谱法测定砷、汞、硒等元素；电感耦合等离子体质谱法可以同时测定多种元素，具有灵敏度高、线性范围宽等优点。
水体样品的分析方法相对较为成熟。金属元素可以采用原子吸收光谱法或电感耦合等离子体质谱法进行测定；营养盐指标如氨氮、硝酸盐氮、总氮、总磷等通常采用分光光度法测定；常规理化指标如pH值、电导率、溶解氧等可以采用便携式仪器现场测定或实验室测定。
- 原子吸收光谱法（AAS）：用于测定铜、锌、铅、镉、铬、镍等金属元素，分为火焰原子吸收法和石墨炉原子吸收法
- 原子荧光光谱法（AFS）：用于测定砷、汞、硒、锑、铋等易形成氢化物的元素
- 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）：可同时测定多种元素，灵敏度高，适用于痕量元素分析
- 电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）：可同时测定多种元素，线性范围宽
- X射线荧光光谱法（XRF）：可进行无损分析，适用于土壤中多种元素的快速筛查
- 分光光度法：用于测定营养盐、氰化物、挥发酚等指标
- 离子色谱法：用于测定水溶性阴离子和阳离子
检测方法的选择需要考虑多种因素，包括检出限、精密度、准确度、分析效率等。在背景值调查中，由于目标元素的含量通常较低，因此需要选择灵敏度较高的分析方法。同时，需要建立完善的质量控制体系，包括空白试验、平行样分析、加标回收试验、标准物质分析等，确保测试结果的可靠性。
样品前处理是检测过程中的关键环节，直接影响测试结果的准确性。土壤样品需要进行风干、研磨、过筛等处理，然后根据检测项目选择合适的消解方法。水体样品通常需要经过过滤、酸化等处理。所有前处理操作都需要在洁净的环境中进行，避免样品受到污染或目标元素损失。
检测仪器
环境背景值调查测定需要使用多种分析仪器，不同的检测项目需要不同的仪器设备。现代化的分析仪器具有自动化程度高、分析速度快、灵敏度高、可同时测定多种元素等优点，能够满足大规模环境背景值调查的需要。
原子吸收光谱仪是测定金属元素的常用仪器，包括火焰原子吸收光谱仪和石墨炉原子吸收光谱仪两种类型。火焰原子吸收光谱仪适用于含量较高的元素测定，具有分析速度快、操作简便等优点；石墨炉原子吸收光谱仪适用于痕量元素的测定，检出限比火焰法低2-3个数量级。原子荧光光谱仪则主要用于测定砷、汞、硒等元素，具有灵敏度高、干扰少、线性范围宽等优点。
电感耦合等离子体质谱仪是目前元素分析领域最先进的仪器之一，可以同时测定周期表中的大部分元素，具有极高的灵敏度和极低的检出限。在环境背景值调查中，电感耦合等离子体质谱仪被广泛应用于多元素同时测定，大大提高了分析效率。电感耦合等离子体发射光谱仪也是一种重要的多元素分析仪器，具有线性范围宽、分析速度快等优点。
- 原子吸收光谱仪：包括火焰原子吸收光谱仪和石墨炉原子吸收光谱仪，用于测定金属元素
- 原子荧光光谱仪：用于测定砷、汞、硒、锑、铋等元素
- 电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）：用于多元素同时测定，具有极高的灵敏度
- 电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）：用于多元素同时测定，线性范围宽
- X射线荧光光谱仪：用于土壤中元素的快速筛查和无损分析
- 紫外可见分光光度计：用于测定营养盐、氰化物、挥发酚等指标
- 离子色谱仪：用于测定水溶性阴离子和阳离子
- 测汞仪：专门用于测定汞元素，具有很高的灵敏度
- pH计、电导率仪、溶解氧仪：用于测定常规理化指标
- 微波消解仪：用于样品的快速消解处理
仪器的日常维护和校准是保证分析质量的重要环节。需要定期对仪器进行检定和校准，建立仪器设备档案，记录仪器的使用情况和维护情况。同时，需要配备标准物质和标准溶液，用于仪器的校准和分析过程的质量控制。实验室还应具备良好的环境条件，包括恒温恒湿、洁净通风等，确保分析测试工作的顺利进行。
应用领域
环境背景值调查测定的成果在环境保护、资源开发、农业生产、科学研究等领域具有广泛的应用价值。通过环境背景值调查，可以建立区域环境质量基准，为环境管理决策提供科学依据，是环境科学研究的基础性工作。
在环境质量评价方面，环境背景值是判断环境污染程度的重要基准。通过将环境样品的测试结果与背景值进行对比，可以判断环境是否受到污染以及污染的程度。环境背景值也是制定环境质量标准的重要参考依据，为土壤环境质量标准、地表水环境质量标准等的制定提供基础数据支撑。
在环境影响评价中，环境背景值调查是必不可少的基础工作。通过调查项目建设前的环境背景状况，可以为项目建设后的环境影响评价提供对比基准。同时，环境背景值调查结果也是预测项目环境影响的重要输入参数。
- 环境质量评价：为环境污染程度判断提供基准，支持环境质量状况评价
- 环境标准制定：为土壤、水体、大气等环境质量标准的制定提供参考依据
- 环境影响评价：为建设项目环境影响评价提供背景数据和对比基准
- 土壤污染防治：为污染地块的识别、风险管控和修复治理提供依据
- 农业生产指导：为农产品产地环境质量评估和农业生产布局提供参考
- 矿产资源勘查：通过元素背景值分布特征判断矿产资源潜力
- 科学研究：为环境地球化学、生态学、医学等领域研究提供基础数据
- 国土空间规划：为土地利用规划、生态保护红线划定等提供依据
在土壤污染防治领域，环境背景值调查具有特别重要的意义。《土壤污染防治法》明确要求开展土壤污染状况详查，建立土壤环境信息共享机制。环境背景值调查是土壤污染状况详查的重要组成部分，为识别污染地块、划定污染范围、评估污染风险提供基准依据。通过对比土壤污染状况调查数据与背景值，可以判断土壤是否受到人为污染，为污染地块的管理决策提供科学支撑。
在农业生产领域，环境背景值调查成果可以用于农产品产地环境质量评估。了解土壤中各元素的本底含量水平，有助于判断农产品生产环境的安全性，指导农业生产布局。对于背景值异常的区域，可以采取针对性的农业管理措施，保障农产品质量安全。
常见问题
在环境背景值调查测定实践中，经常会遇到一些技术问题和概念性问题。正确理解和处理这些问题，对于保证调查工作的质量和成果的正确应用具有重要作用。以下对一些常见问题进行解答和说明。
环境背景值与环境基线值是两个容易混淆的概念。环境背景值是指在未受或很少受人类活动影响的情况下，环境中化学元素的天然含量水平；环境基线值则是指在某一特定时间点或时间段内，环境中化学元素的实际含量水平，可能已经受到一定程度的人类活动影响。在实际工作中，由于完全未受人类活动影响的环境越来越少，因此环境背景值的确定通常需要通过多种方法综合判断，包括选择远离污染源的区域采样、采集深层土壤样品、利用历史数据对比等。
关于环境背景值的统计方法，需要根据数据的分布类型选择合适的统计方法。对于服从正态分布的数据，可以采用算术平均值加减标准差来表示背景值范围；对于服从对数正态分布的数据，则需要采用几何平均值乘除几何标准差来表示。在进行统计计算之前，还需要对数据进行异常值检验，剔除可能受到污染影响的异常数据，确保背景值的代表性。常用的异常值检验方法包括平均值加标准差法、格拉布斯检验法、狄克松检验法等。
- 环境背景值与污染起始值有何区别？污染起始值通常是在背景值的基础上，综合考虑多种因素确定的判断污染的临界值，一般情况下污染起始值会高于背景值的上限。
- 如何确定采样点位？采样点位的选择应遵循代表性、均匀性、可比性原则，避开明显的污染源和人为干扰区域，同时考虑区域的环境特征和调查目的。
- 深层土壤背景值与表层土壤背景值有何不同？深层土壤受人类活动影响较小，更能反映区域的真实背景特征；表层土壤可能受到一定程度的人类活动影响，其背景值可能已经发生变化。
- 不同土壤类型的背景值是否相同？不同土壤类型的背景值通常存在差异，这与土壤的成土母质、成土过程、气候条件等因素有关，因此在进行背景值调查时需要考虑土壤类型的影响。
- 如何判断一个区域是否适合进行背景值调查？应选择远离城市、工矿企业、交通干线等污染源的区域，同时考虑区域的环境特征、土地利用历史等因素。
- 背景值调查的质量控制措施有哪些？包括采样过程质量控制、样品保存与运输质量控制、实验室分析质量控制、数据处理质量控制等环节，每个环节都需要采取相应的质量控制措施。
在进行环境背景值调查测定时，还需要注意样品的采集和保存。土壤样品采集时应使用不锈钢或木质工具，避免使用可能污染样品的器具；样品应装入洁净的样品袋中，标注清晰的样品标签。水体样品采集后应根据测试项目添加相应的保存剂，如测定金属元素的水样需要酸化保存。所有样品应尽快送至实验室进行分析测试，避免样品在保存过程中发生变化。
环境背景值调查成果的应用需要注意区域适用性问题。不同地区的环境背景值可能存在较大差异，这是因为不同地区的地质背景、土壤类型、气候条件等存在差异。因此，在应用背景值成果时，应注意其适用范围，不宜简单地将一个地区的背景值套用到另一个地区。对于没有背景值调查数据的区域，可以参考临近区域或相似环境条件下的背景值数据，但需要注意可能存在的差异。
随着环境管理要求的不断提高和环境科学研究的深入发展，环境背景值调查测定工作的重要性日益凸显。建立健全环境背景值数据库，定期开展环境背景值更新调查，对于科学评估环境质量状况、有效防控环境风险具有重要意义。未来，随着分析测试技术的进步和数据统计方法的发展，环境背景值调查测定工作将更加科学化、规范化，为环境管理和决策提供更加有力的技术支撑。
