污染物的土壤负载容量亦称土壤环境容量，是指在一定环境单元、一定时限内遵循环境质量标准，既能保证土壤质量，又不产生次生污染时，土壤所能容纳污染物的最大负荷量。如从土壤圈物质循环来考虑，亦可简要的定义为“在保证土壤圈物质良性循环的条件下，土壤所能容纳污染物的最大允许量”。由于影响因素的复杂性，因而土壤负载容量不是一个固定值而是一个范围值。

(一)土壤负载容量的研究方法

土壤负载容量的研究通过对自然环境、社会经济与环境状况调查，对污染物生态效应、环境效应、物质平衡的研究，确定土壤临界含量。在此基础上，建立土壤重金属的物质平衡数学模型，制定出元素的土壤环境容量。

(1)自然环境、社会经济与污染状况调查

土壤环境容量具有显著的自然环境与社会经济的依存性，保持良好的自然环境和社会经济的持续发展，是土壤环境容量研究的主要目标之一，同时，不同自然环境与社会经济的发展，可能对容量的制定产生重要的影响，因而土壤环境容量具有显著的区域性特征。污染源的调查，是预测区域环境污染物的种类、来源与污染物控制所必需的内容，与环境质量现状有着十分密切的关系。

(2)污染物生态效应的研究

外源物质进入土壤生态系统后，不仅可能影响作物的产量与品质，同时亦可能会影响土壤动物、微生物以及酶的组成与活性。进入土壤的外源物质生态效应是通过不同浓度的物质对生物生长的影响和在生物各器官(尤其是可食部分)中残留积累的量来考察的。研究表明，不同污染载体、同样浓度的重金属进入土壤后的植物效应有着明显的差异，当以土壤直接添加纯化学物质为污染载体时，植物受的影响最大；而以尾矿和污泥为载体时所受的影响相对较小，这是因为尾矿砂的重金属有效态较低，而污泥对重金属的毒性有较大的缓冲性。重金属以纯化学试剂的形式添加到土壤中时，其可提取量最大，水稻吸收的Cu,Zn,Pb和Cd最多；而以污泥为污染载体的土壤中，植物吸收的Zn,Pb和Cd最少。农田系统中重金属的生态循环与外来物质来源是密切相关的，但在土壤负载容量的研究中，采用指定形态的化学试剂是一种较易统一、可取的方法，并在区域环境评价中有一定的可比性，由此确定的土壤负载容量亦较为安全。

(3)污染物环境效应的研究

主要是指土壤作为次生污染源对地表水、地下水和大气环境质量的影响，而在土壤负载容量的研究中，着重于考察外源物质进入土壤后对地表水和地下水的影响。通过模拟试验和研究区的实际调查与监测来获得临界含量，亦可利用陆地水文学中地表径流研究的成果和水文站观测资料，结合实际污染物进行综合分析与比较。

(4)物质平衡研究

土壤接受来自外源的所有污染物，同时通过自身的净化功能，包括外源物质在土壤中的迁移转化、形态变化及其影响因素，以及向水、大气和生物体的输出，使土壤中的物质处于动态平衡过程中，从而影响土壤的负载容量。

(5)土壤污染物临界含量的确定

土壤临界含量，又称基准值，是土壤所能容纳污染物的最大浓度，是决定土壤负载容量的关键因子。目前，临界含量是以特定的参比手段来获取的，是特定条件下的结果，随着环境条件的改变，该值有较大的变化。目前比较通用的方法是利用土壤中物质的剂量-效应关系来获取的，而且大多采用剂量-植物产量或可食部分的卫生标准来确定。

(6)土壤负载容量的计算

在实际工作中，将土壤负载容量分为静容量和动容量。土壤静容量是指在一定的环境单元和一定的时限内，假定特定物质不参与土壤圈物质循环情况下所能容纳污染物的最大负荷量，可表示为：

Q_si=W(C_ci-(C_oi)   (5-30)

式中，Q_Si为物质i的静负载容量；W为耕层土重；C_ci为特定物质i的临界含量；C_oi为特定物质i的原有含量。当C_oi等于土壤背景值时，即为区域土壤背景静容量。将Q_si除以预测年限(t)，即可获得在一定时限内的年静容量。土壤静负载容量虽与实际容量有距离，但参数简单而具有一定的参考价值。

土壤动容量是指一定的环境单元和一定时限内，假定特定物质参与土壤圈物质循环时，土壤所能容纳污染物的最大负荷量，其通式可表示为：

Q_di＝W{C_ci-[C_pi+f(I₁,I₂,I₃，…，I_n)-f'(O₁，O₂，…，O_n)]}      (5-31)

式中，氨Q_di为土壤动容量；C_ci为特定物质i的临界含量；C_pi为土壤中特定物质i的实测浓度；I和O分别为输入项和输出项，各输入和输出项可分别建立各自的子函数方程。通过计算可获得一定时限(t)内的动容量，将Q_di除以t，并假定每年的输入和输出量不变，即可得年动容量。不同区域有关重金属的土壤负载容量参见表1-10。

(二)土壤负载容量的影响因子

土壤负载容量受着多种因素的影响，包括土壤性质、指示物、外源物质的侵袭、累积或污染历程和化合物类型等。

(1)土壤性质的影响

不同类型土壤对负载容量有显著的影响，中国土壤Cd，Cu和Pb的容量大体上由南到北随土壤类型的变化而逐渐增大，而As的变动容量在南方酸性土壤的容量一般较高，北部土壤一般较低。即使同一母质发育的不同地区的黄棕壤，对重金属的土壤化学行为的影响和生物效应均有显著差异。例如Pb(500mg/kg)对三种盆栽黄棕壤硝化活性的影响明显不同，对下蜀黄棕壤的硝化作用有明显的抑制作用(为对照的63％)，而对盱眙黄棕壤和孝感黄棕壤则有明显的刺激作用(分别为158％和110％)。

(2)指示物的影响

土壤负载容量的制定中，多选用特定的参照作物为指示物，由于指示物不同，所得的临界含量有很大的差异。例如下蜀黄棕壤中在添加相同浓度的重金属时，麦粒中的Pb和Cd含量大于糙米，而糙米的As和Cu含量大于麦粒。因而若以糙米和麦粒含量来确定临界含量时，必然会产生容量值的差异。

(3)污染历程的影响

外源物质进入土壤后，可以溶解在土壤溶液中，吸附于胶体表面，闭蓄于土壤矿物中，与土壤中其他化合物产生沉淀，这些过程均与外源物质的侵袭、累积或污染历程有关。随着时间的推移，土壤中重金属的溶出量、形态和累积程度均会发生变化。由于土壤的吸持使得土壤中重金属的溶出浓度越来越小，对生物的危害相对来说也愈来愈轻。

(4)环境因素的影响

1)温度 植物对一些重金属的吸收为被动吸收，温度变化势必影响水分的蒸腾作用，从而影响土壤-植物系统中重金属的迁移。例如，进入土壤的外源As浓度为40 mg/kg时，早稻(成熟期月均温27.8～28℃)、中稻(成熟期月均温16.9～22.7℃)和晚稻(成熟期月均温10.5～16.9℃)糙米中As含量分别为0.67，0.43和0.33 mg/kg。

2) PH和Eh 一般情况下，随着土壤PH的升高，土壤对重金属阳离子的“固定”，能力增强。例如下蜀黄棕壤对Pb的吸附随着PH的上升，土壤对Pb的吸持能力明显增加。而As为变价元素，以阴离子形式存在；随着土壤渍水时间的延长，PH上升和Eh下降，从而使水溶性As在一定时间内明显上升。

(5)化合物类型的影响

化合物类型对土壤负载容量有明显的影响。例如当红壤中添加Cd浓度同为10mg/kg的CdCl₂和CdSO₄时，糙米中Cd浓度分别为0.65 mg/kg和1.26 mg/kg。

此外复合污染和农产品质量的标准对土壤负载容量均有明显的影响。国家制定的粮食卫生标准随着时间有变动，则土壤负载容量要作出相应的调整。

(三)土壤负载容量的应用

土壤负载容量可以用于制定土壤环境质量标准，同时也可用于控制区域污染重金属的总量、制定农田灌溉水质标准和污泥施用标准。

由于我国水资源缺乏，在农业生产中常利用污水进行灌溉。但是，未经处理或仪经初步处理的废水常常包含较高含量的重金属，过量或不合理使用将会导致土壤污染。根据土壤本身的动容量以及计划的灌溉年限，可以确定灌溉水中污染物的允许浓度，计算式可表示为：

C_w=(Q_d/t-q)/M_w     (5-32)

式中，C_w为灌溉水中某一重金属的浓度；Q_d/t为土壤中某一重金属元素的年变动容量；q为特定物质通过降水、施肥等途径的输入量；M_w为灌溉量。

同样，我们可以根据上述公式计算出污泥标准。

例题：某种土壤对镉的总动容量为1500 g/hm²，污染物通过降水和施肥等途径的输入量为7.5g/(hm²·a) ,假如污泥的使用量为30t/(hm²·a)，污泥使用年限分别为20、50和100年，那么污泥最大允许的镉浓度分别是多少？

解：根据公式Cw=(Qd/t-q)/M_w可知，当污水使用年限为20年时，

C_w=(1500/20-7.5)/30＝2.25 (mg/kg)

同理，可得当污泥使用年限分别为50年和100年时，C_w分别为0.75 mg/kg和0.25 mg/kg。

所以，当污泥使用年限分别为20、50和100年时，污泥中最大允许的镉浓度分别是2.25、0.75和0.25 mg/kg。

(四)土壤负载容量确定中存在的问题

土壤负载容量确定的基础是建立在“黑箱”理论上，即只管输入和输出而不涉及其间所发生的过程，而重金属的负载容量决定于或受控于“黑箱”中许多化学过程，在当前的土壤负载容量研究模式中缺乏这些过程的参数。

主要存在的间题：①缺乏长期试验结果；②选用化合物的类型有一定的局限性；③缺乏复合污染试验；④没有反映“总量”和“可提取态”关系中一系列反应和过程；⑤没有一个适合于不同类型土壤的从“表观容量”到“实用容量”的修正方法。