土壤元素背景值分为自然背景值和表观背景值。从概念角度考虑，自然背景浓度是指土壤在自然成土过程中所形成之物质的含量，它仅仅来自天然源(例如母质)；而自然背景值通常以一种物质的天然土壤地球化学含量的统计特征值来表示，有时亦称本底值。事实上，自从18世纪工业革命以来，人类对环境的千扰越来越大，目前要找到一个绝对没有遭受人类影响的土壤非常困难。所以，一般所指的背景值只是一个相对的概念，即表观背景值。表观背景浓度是指某一特定时间点上、一个地区或区域范围内一类土壤物质的特征浓度，它既来自天然源(例如母质)，亦可能包括非天然的面源物质(例如大气沉降)。表观背景值通常是以统计特征值表示的表观背景浓度的上限，当统计单元内元素含量服从正态分布时，以“X+2S”来表示；当元素含量服从对数正态分布时，以“几何平均值×几何标准差(或几何标准差的平方)”来表示；亦可以统计单元内90％的值来表示。事实上，在实际工作中很难区分自然背景值和表观背景值，因而往往笼统地称为元素背景值。在实际样品的采集中应尽量寻找受人为影响较少的地区和土壤样品。我国土壤元素环境背景值的研究始于20世纪70年代，采集了4095个土壤剖面，获得了41个土类中60余种元素的背景值，研究了土壤元素背景值的区域分异性，并探讨了在环境健康、环境评价和农业利用等方面的应用前景。

(一)土壤元素背景值的研究法

土壤元素背景值的研究涉及面广、技术难度要求高，并需要多学科支撑。但由于人类活动和现代工业发展的影响，加上土壤本身所具有的多样性和不均匀性等所固有的特征，因而土壤元素的背景值是统计性的，它是一个范围值，而不是一个确定值。土壤背景值的研究是一项相当复杂的系统工程，它必须按照研究区域的具体情况来确定布点原则、采样方法、分析测试方法的选择和质量控制，以及数据处理等。

1．样点布设和采集

首先确定采样单元，在划分单元时应注意减少同一单元的差异性，样点要均匀地分布在调查区内。布点时要综合考虑土壤类型、母质母岩、地质地貌、植被类型和土地利用类型等因素。每个采样单元所包括的样点数越多，所获得的背景值将越接近真值，但是费用会增加；因而应根据科学数据的基本保证和经济条件来综合考虑。每个采样单元内样点的数目可按下式计算：

n＝[ct/d]²          (5-28)

式中，n为样本数；c为样本的变异系数；t为可靠性指标；d为允许误差。若抽样精度不低于80％，则d=1-0.8=0.2。当置信水平为95％时，可靠性指标t=1.96。若设总体样本中测定元素的变异系数不超过0.50，则样本数n为25便可满足要求，元素含量的变异系数可通过速查已发表的资料和经验来估算，也可事先测定一部分样品通过计算而获得。有关样点数的确定。

现场的样品布设一般采用网格法和代表剖面法。样点不应安排在多种土类和多种母质母岩交叉分布的边缘地带；应避开工业污染源的影响；既要考虑交通便利，同时样点又必须远离铁路、公路至少300 m以外。采集的土壤剖面一般长1.5 m，宽0.8 m和高1.2 m，按A,B和C三层分别采集样品。采集的样品装入布袋、塑料袋或土壤标本盒中(视分析测试的实际需要)，并装好标签，拿回实验室内风干、磨细、过筛、混合和分装，用于化学分析。

2．样品分析和数据处理

样品分析方法的可靠性和稳定性是获得土壤环境中化学元素准确含量的重要环节。在样品的分析过程中应严格执行质量控制，包括全程序空白值控制、精密度控制和准确度控制等。由于在采样过程中可能包括污染样品或高背景样品，所以要对分析数据进行数理统计，剔除异常值。

土壤元素背景浓度可以用平均值[算术平均值()或几何平均值(M)]、典型值和中值等来表示。就平均值来说，对元素含量测定值呈正态分布或近似正态分布的元素，剔除±3s(s为算术标准差)以外的异常值，可连续剔除至无异常值为止；用算术平均值()表示数据分布的集中趋势，用算术均值标准差(s)表示数据的分布散度，用±2s表示95％置信度数据的范围。对元素测定值呈对数正态或近似对数正态分布的元素，剔除M/D³～M×D³(D为几何标准差)以外的异常值，可连续剔除至无异常值为止；用几何平均值(M)表示数据分布的集中趋势，用几何标准差(D)表示数据分散度，用M/D²～M×D²表示95％置信度数据的范围值。在剔除异常值时，样品量的不同，采用的方法亦有所不同。

已经发表的资料记载了60余种中国土壤元素背景值，外加总稀土、铈组和钇组稀土。土壤是地壳表层岩石风化与成土作用的产物，总体上化学组成相对稳定，元素含量水平与变化幅度也相对固定，除了污染点外，世界各地土壤化学元素之间有较高的可比性。中国土壤各主要元素环境背景值和美国本土、日本和英国土壤的含量水平大体相当，在数量级上更为一致。与日本和英国相比，中国土壤中汞、镉明显偏低，而铬、铅比日本、美国含量偏高，比英国含量偏低。表5-7列出了中国土壤有关土类典型重金属元素的背景值(平均值与标准差)；中国土壤元素背景值(平均值与标准差)(A层)。

表5-7 中国土壤(A层)元素背景值

(二)土壤元素背景值的应用

土壤元素背景值是环境科学的一项基础性研究工作，它为土壤环境质量评价，农、林和牧业生产的合理规划，微量元素肥料的合理施用，地方病的土壤环境病因和防治的探讨，地球化学找矿，土壤元素的分布和迁移规律研究，以及工农业生产布局和环境区划与规划提供科学依据，同时，也是土壤学、地球化学、化学地理学、环境生态学和生物学等重要的参考资料。

(1)制定土壤环境质量标准

根据我国土壤元素背景值和土壤环境容量的研究结果，结合国际上的有关资料，国家环境保护总局于1995年制定了我国第一个土壤环境质量标准，其中包括Cd, Hg, As, Cu, Pb，Cr，Zn和Ni等8个重金属元素与六六六、DDT两种有机化合物，经过了近10年的实践，从2003年开始了它的修订工作，但目前尚无可资引用的资料发表。

(2)在环境质量评价中的应用

建立土壤的评价方法是土壤环境质量保护的一个重要内容，而评价方法的基础就是土壤元素背景值和土壤环境质量标准。

重金属的侵袭、累积或污染对土壤环境质量影响的评价目前普遍采用因子指数法，包括

单因子和多因子。现将单因子指数法应用示例如下：

计算公式为：P_i=C_i/S_i                  (5-29)

式中，P_i为土壤中元素i的环境质量指数；C_i为元素i的实测浓度(mg/kg)；S_i为元素i的评价标准(mg/kg)。在采用当地土壤背景值(即背景浓度的上限值)作为评价标准时，土壤环境质量可按以下儿级划分：I·P_i≤1，背景状况；Ⅱ.1<P_i≤2，轻度累积；Ⅲ.2<P_i≤3，中度累积；Ⅳ.P_i≥3，重度累积。需要注意的是，虽然P_i的大小可表征测量值与背景值的偏离程度，但它不涉及土壤的污染状况。

(3)人体健康研究中的应用

土壤元素背景值与人类健康密切相关。由于成土母质和成土条件等的影响，一些土壤元素表现异常，从而影响人类的健康，引起地方性疾病。如人类生活在低硒背景中将导致地方性克山病、大骨节病以及动物的白肌病等；在低碘背景区，将导致人体地方性甲状腺肿，并影响人的智力。