周啟星，滕涌

（南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，環(huán)境污染過程與基準教育部重點實驗室/天津市城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與污染防治重點實驗室，天津300071）

不同土地利用類型污染土壤修復(fù)基準推導(dǎo)方法與標準值分析

周啟星*，滕涌

（南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，環(huán)境污染過程與基準教育部重點實驗室/天津市城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與污染防治重點實驗室，天津300071）

不同的土地利用類型，由于修復(fù)要求、暴露情景等的不同，污染土壤修復(fù)基準推導(dǎo)方法有較大不同，導(dǎo)致確立的標準值有很大的出入.因此，開展不同土地利用類型的污染土壤修復(fù)基準方法研究，并對其標準值進行分析，具有極其重要的實踐意義和先導(dǎo)作用.本文首先結(jié)合篩選值的初始功能，簡要闡述了污染土壤修復(fù)基準和標準的內(nèi)涵及其功能；接著概述了國外污染土壤修復(fù)基準/標準的主要土地利用類型及其適用范圍和國內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀，分析了國外不同土地利用類型污染土壤修復(fù)基準對我國不同土地利用類型下污染土壤修復(fù)基準推導(dǎo)方法上的借鑒；然后，結(jié)合基于人體健康、生態(tài)系統(tǒng)安全和地下水保護的污染土壤修復(fù)基準推導(dǎo)方法，舉例分析了在不同土地利用類型條件下推導(dǎo)方法的一些區(qū)別，并且以國外鎘（Cd）和苯污染土壤修復(fù)標準為例，比較了不同土地利用類型的污染土壤修復(fù)標準值的定性關(guān)系.最后，簡要歸納了不同土地利用類型污染土壤修復(fù)基準的方法和修復(fù)標準值的差異，并對今后的研究進行了展望.

土地利用；污染土壤；修復(fù)基準/標準；推導(dǎo)方法；標準值

SummaryMany countries such as USA，Canada，Denmark and Swiss，and their states or provinces，have carried out systematic researches on the remediation criteria of contaminated soils，and their relevant remediation standards for contaminated soils have also been enacted nationwide or statewide.Especially for USA，it has so many states that there are a series of methodologies provided for references，just as“soil cleanup levels”in Alaska，“soil remediation standards”in Arizona，“soil cleanup target levels”in Florida，“soil remediation goals”in North Carolina，and so do many other countries such as“Canada soil quality guidelines”and“Canada-wide standards for petroleum hydrocarbons”，“cut-off criteria”in Denmark，“action values”in Germany，“target cleanup levels”in Italy，“soil remediation intervention values”in Netherlands，and“clean-up values”in Swiss.Generally speaking，the protection of human health is the key point in most of the remediation standards among various countries orstates.Meanwhile，ecosystem safety is also included as the protected objects independently，and sometimes groundwater protection is also taken into consideration directly or indirectly.At the same time，the past，current or future land uses are often discriminated in the remediation criteria for most of the countries or states.Nevertheless，the remediation standard for contaminated soils is still a gap in China and thus it is of great urgency to carry out the systematic and comprehensive research on the remediation criteria to meet the need for contaminated soil remediation under various land uses.In general，the research about“derivation methods of remediation criteria/standards for contaminated soils under different land uses and analysis of their standard values”is of great significance and necessity.

Firstly，the connotation and function of remediation criteria and standards for contaminated soils are explained in brief combined with the screening values.Noticeably，the preliminary remediation goal is that remediation standards of contaminated soils intend for the protection of human health，was firstly developed at the national level in USA，while its guidance was commonly used to derive some screening levels under the similar supposed contexts and thus the screening values were used as the remediation goals for these soils.However，in 1996，the Soil Screening Guidance（SSG）was enacted by US EPA for the derivation of screening values specially，and stated that the function of soil screening levels is to screen out a contaminated site and its potential pollutants.And in most European countries，the screening values are regarded as soil-environmental quality standards rather than remediation standards of contaminated soils.In fact，remediation standards of contaminated soils should be the guidance for the nationwide or statewide remediation projects and the protection of plow lands.

Land uses should be considered in derivation and development of remediation standards for contaminated soils，and the reference methods are suggested for the development of remediation standards for contaminated soils under various land uses.Then，it is followed by deriving and enacting methods of remediation criteria for contaminated soils under different land uses and the analysis of their standard values.We set forth the variations of the methods and the standard values under various land uses as the result of various remedial requirements and exposure scenarios from three aspects，that is，human health，ecosystem safety and groundwater protection.Generally speaking，exposure scenarios are different in various land uses，and there are some discrimination on exposure population，exposure pathways，and exposure parameters based on human health，while the differences are mainly reflected on receptors，and toxic indicators for eco-based remediation criteria.As for groundwater protection based remediation criteria，water quality standards are often used for the back calculation of soil remediation criteria by the soil-water partition equation，and they are somewhat different in terms of the function of groundwater under various land uses. Otherwise，remediation standards for Cd and benzene contaminated soils in some countries and states are compared qualitatively.

In conclusion，many countries have enacted the nationwide or statewide remediation standards for contaminated soils，and are expressed by different denominations.In general，four types of land uses（agricultural，residential，commercial/industrial，groundwater-protection land uses）are considered in development of remediation standards，and there are some discrimination on the methods and the standard values under various land uses.

在污染土壤修復(fù)標準制定方面，美國除了聯(lián)邦政府頒布的初步修復(fù)目標外，大部分州基于自身的特點，分別考慮了不同的土地利用類型、土壤自身的理化性質(zhì)、氣候水文條件、土壤環(huán)境背景值等因素，制定了各州的污染土壤修復(fù)標準，而且各州的叫法也不盡相同，如阿拉斯加州的土壤清潔水平（cleanup level）、亞利桑那州的土壤修復(fù)標準（soil remediation standard）、佛羅里達州的土壤清潔目標水平（soil cleanup target level）、北卡羅來納州的土壤修復(fù)目標（soil remediation goal）等.作為50個州、1個聯(lián)邦直轄特區(qū)（華盛頓哥倫比亞特區(qū)）及20個美屬海外領(lǐng)土組成的聯(lián)邦共和立憲制國家，其所涉及的修復(fù)基準/標準的推導(dǎo)和制定方法以及研究思路都是極其豐富的，對于我國污染土壤修復(fù)基準和標準制訂的研究具有很重要的參考價值.除此之外，還有加拿大的土壤質(zhì)量指導(dǎo)值（Canada soil quality guideline）和石油烴廣泛標準（Canada-wide standards for petroleum hydrocarbons）、丹麥的消減標準（cut-off criteria）、德國的行動值（action value）、意大利的目標清潔水平（target cleanup level）、荷蘭的土壤修復(fù)干涉值（soil remediation intervention value）、瑞士的清潔值（c lean-up value）等［1-6］.目前，大部分國家，包括美國在內(nèi)，在推導(dǎo)和制定污染土壤修復(fù)基準和標準時，主要是借用風(fēng)險評價的工具，以保護人體健康為核心，將生態(tài)系統(tǒng)作為單獨的保護對象納入研究范圍；同時，地下水也作為一個極其重要的考慮因素，直接或間接地參與到污染土壤修復(fù)基準的研究和標準制定中，并且大多考慮了過去的、當(dāng)前的和將來的土地利用類型［7］.如密歇根州分別制定了居住用地和工業(yè)用地的清潔標準水平，俄亥俄州制定了居住用地、商業(yè)用地和工業(yè)用地的廣泛性數(shù)值清潔濃度標準以及特定場地的濃度標準，德克薩斯州的降低風(fēng)險標準（risk reduction standard）包括居住/商業(yè)用地和工業(yè)用地.此外，不同的國家，甚至同一國家不同州或省劃分的土地利用類型也不是完全一致；而且，對于不同的土地利用類型，其修復(fù)基準/標準所運用的推導(dǎo)方法所考慮的一些變量因素也不完全相同，包括指標的選取、模型的類型、參數(shù)的取值等，而且標準/基準值等方面也存在一些定性或定量關(guān)系.

環(huán)境標準對環(huán)境管理的方向、模式和公平性等具有直接或間接的指導(dǎo)性作用［8］.污染土壤修復(fù)標準在功能作用和科學(xué)內(nèi)涵上都與土壤環(huán)境質(zhì)量標準存在本質(zhì)上的區(qū)別，需要科學(xué)認識，嚴肅對待.美國、加拿大、丹麥、德國、英國、荷蘭、意大利和瑞士等國家都投入了大量人力、物力和財力開展了污染土壤修復(fù)基準研究，并且已經(jīng)制定了污染土壤修復(fù)標準.國外的污染土壤修復(fù)標準是基于技術(shù)和經(jīng)濟方面的考量，是通過總結(jié)歷史經(jīng)驗和實踐工作研究制定的，具有科學(xué)性和必然性；同時，污染土壤修復(fù)標準也是我國污染土壤修復(fù)工程實踐尤其是其實施效果評價和耕地保護的迫切需求.而且，污染土壤修復(fù)標準的制定，也有利于我國環(huán)境法規(guī)與標準和國際接軌，促進我國在土壤環(huán)境標準方面和國際對話，提升我國在土地保護法律方面的國際地位［9］.但是，當(dāng)前我國污染土壤修復(fù)標準還是一塊空白.因此，全面系統(tǒng)的污染土壤修復(fù)基準研究工作勢在必行.

國外相關(guān)方面起步早，研究方法比較成熟.但是，有關(guān)基于不同土地利用類型污染土壤修復(fù)基準研究方法的論述，目前尚無報道.因此，開展不同土地利用類型污染土壤修復(fù)基準推導(dǎo)和制定方法與標準值的分析，對我國污染土壤修復(fù)基準研究具有方法學(xué)上的借鑒意義.也就是說，分析和學(xué)習(xí)國外污染土壤修復(fù)基準推導(dǎo)和標準制定方法是十分必要的，這對于我國污染土壤修復(fù)基準方法學(xué)體系的建立具有十分重要的指導(dǎo)意義.特別是，國外污染土壤修復(fù)標準幾乎均考慮了不同的土地利用類型，即每種土地利用類型，其土壤保護要求也不一樣.我國幅員遼闊，土地利用類型極其多樣化.在這種意義上，針對不同土地利用類型來研究污染土壤修復(fù)基準也是科學(xué)性使然.

1 污染土壤修復(fù)基準/標準內(nèi)涵及其功能

隨著研究的深入和環(huán)境管理工作遇到的諸多瓶頸問題，制定合適的污染土壤清潔水平已成為研究的主要方向［9-11］.1 9 8 0年，美國通過了環(huán)境響應(yīng)、賠償和責(zé)任綜合法（Comprehensive Environmental Response，Compensation and Liability Act，CERCLA），它規(guī)定了“棕地”修復(fù)相關(guān)的問題［12］.初步修復(fù)目標（preliminary remediation goals，PRGs）是美國從國家水平首次基于人體健康制定的一種污染土壤修復(fù)標準［13］.美國的一些機構(gòu)則運用這個初步修復(fù)目標的導(dǎo)則來推導(dǎo)篩選水平，并且將這種篩選水平作為某些類似假設(shè)條件下特定場地的清潔水平［14］，但這不是初步修復(fù)目標當(dāng)初確定的真正目的之所在，也不是篩選值選定的初始功能.1996年［15］，美國EPA發(fā)布了土壤篩選導(dǎo)則（Soil Screening Guidance，SSG），作為協(xié)助機構(gòu)對國家優(yōu)先清單（national priorities list，NPL）上的場地污染土壤進行標準化和加快對其評估與清潔的一項工具.SSG為場地管理者提供了一個制定基于風(fēng)險的特定場地的土壤篩選水平（soil screening levels，SSLs）的分級框架.但是，SSLs不是國家清潔標準，而是用來鑒別NPL場地下需要進行深入調(diào)查以及CERCLA下不需要進一步關(guān)注的區(qū)域、化學(xué)物質(zhì)以及相關(guān)的暴露途徑［16］.美國亞拉巴馬州［17］在進行風(fēng)險管理時，運用了篩選水平和基于風(fēng)險的目標水平2種值.其中，篩選水平是基于美國EPA區(qū)域PRGs，主要用于確定潛在關(guān)注的化學(xué)物質(zhì)（chemicals of potential concern，COPCs）是否可以作為關(guān)注的化學(xué)物質(zhì)（chemicals of concern，COCs），以及場地是否有必要進行深入調(diào)查并且是否需要再推導(dǎo)或應(yīng)用已有的目標水平.愛達荷州的肖松尼部落自己制定了土壤清潔標準［18］，在制定時雖然也是基于美國聯(lián)邦和加利福尼亞州的相關(guān)篩選水平，但是這項標準的目標是為了使土壤恢復(fù)到初始水平.事實上，“恢復(fù)”和“修復(fù)”是2個具有本質(zhì)區(qū)別的概念，而且修復(fù)的程度不一定等于“初始水平”.因此，它也不是真正意義上的修復(fù)標準［7 10，19 20］.

事實上，污染土壤修復(fù)基準反映的是環(huán)境系統(tǒng)受到嚴重污染或發(fā)生突發(fā)事件后恢復(fù)其自然生態(tài)功能的過程中污染物急性、亞急性毒性的危害與作用，一般是指當(dāng)污染物超過一定閾值范圍導(dǎo)致人或生物產(chǎn)生不良或有害的反應(yīng).因此，污染土壤修復(fù)基準的賦值應(yīng)該建立在系統(tǒng)的急性、亞急性毒性試驗以及大量優(yōu)勢種群致毒濃度研究的基礎(chǔ)上，并適當(dāng)參照礦區(qū)和高背景值地區(qū)的背景水平（對于重金屬元素和無機營養(yǎng)元素而言）.污染土壤修復(fù)標準是基于污染土壤修復(fù)基準而制定的，其目的是在保證污染土地再利用的前提下，使受到較為嚴重污染土壤環(huán)境中的污染物降低或消減到不足以導(dǎo)致較大的或人們不可接受的生態(tài)損害和健康危害2方面的風(fēng)險［9］.雖然美國曾經(jīng)用推導(dǎo)初步修復(fù)目標的方法來推導(dǎo)篩選值，也曾把這種篩選值作為臨時的修復(fù)標準，但其功能決定了其作為一種場地調(diào)查和評價的篩選指導(dǎo)值更為合適，而不是污染土壤修復(fù)的保護目標.此外，基于保護人體最大允許濃度（maximum permissible concentration，MPC）和保護生態(tài)系統(tǒng)的危害濃度（hazardous concentration for 50%of t he spe c i es，HC50）的荷蘭干涉值，考慮了土壤人-體、土壤-植物途徑的德國行動值，雖然都是用來指導(dǎo)污染土壤修復(fù)行動，但其濃度水平從功能上考慮是十分接近于污染土壤修復(fù)標準的，也可以認為是修復(fù)標準的另一種形式.因此，其推導(dǎo)和制定方法對于我國污染土壤修復(fù)基準研究和修復(fù)標準制定具有指導(dǎo)意義.而污染土壤修復(fù)基準是污染土壤修復(fù)標準的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù).如華盛頓州制定的場地清潔標準［21］包括清潔水平（cleanup level）和依附點（point of compliance）這2個主要組成部分，并且指出：清潔水平是確定不威脅人體健康或環(huán)境的危險物質(zhì)的水平，依附點指的是場地上必須達到清潔水平的位置.這里的清潔水平相當(dāng)于污染土壤修復(fù)基準，它是污染土壤修復(fù)標準制定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù).

2 污染土壤修復(fù)標準所考慮的土地利用類型

國外推導(dǎo)出的這些修復(fù)基準或者標準值大多均考慮了不同的土地利用類型.但是，其類型劃分不是完全一致的.而且，即使對于同一種土地利用類型，不同國家或地區(qū)（州或?。┧?guī)定的具體適用范圍也有大有小，各有側(cè)重.美國紐約州的土壤清潔目標分為非限制性用地、居住用地、限制性居住用地、商業(yè)用地和工業(yè)用地［22］5類.其中，“非限制性用地”指沒有施加限制使用；“居住用地”是指除了用于喂養(yǎng)牲畜或生產(chǎn)人類消費的動物產(chǎn)品外的其他任何用途；“限制性居住用地”的限制性條件包括禁止場地用作菜園和獨戶住宅，還包括娛樂用途；“商業(yè)用地”主要用于購買、銷售或交易商品或服務(wù)；“工業(yè)用地”指主要用于制造、生產(chǎn)、裝配過程和輔助服務(wù)的土地，不包括用作任何娛樂活動用地.亞拉巴馬州在污染土壤修復(fù)標準中［17］分為居住用地和商業(yè)用地2種土地利用類型，其中居住用地包括學(xué)校、住宅、家庭、醫(yī)院、兒童看護中心、養(yǎng)老院、操場、娛樂中心和其他任何人類活動敏感的區(qū)域或構(gòu)筑物等；商業(yè)用地包括前加油站、工業(yè)作業(yè)、商店、交易場所、汽車運輸公司等的用地，以及某人1個星期停留的時間不超過5 d和每天不超過10 h的地方、旅館、汽車旅館和其他短暫活動的場地；新澤西州的石油烴污染土壤修復(fù)標準［23］，考慮了居住用地和非居住用地2種土地利用類型下直接接觸（吸入、攝入和皮膚接觸）暴露途徑和對地下水的影響.內(nèi)布拉斯加州的自主清潔計劃修復(fù)目標（voluntary cleanup program remediation goals，VCP RGs）［24］，居住用地、商業(yè)/工業(yè)和娛樂用地是主要考慮的土地利用類型.密歇根州和德克薩斯州的污染土壤清潔標準也考慮了居住、工業(yè)和商業(yè)用地［25］.加拿大土壤質(zhì)量指導(dǎo)值［26］還考慮了農(nóng)業(yè)用地，將土地利用類型劃分為農(nóng)業(yè)用地、居住/公園用地、商業(yè)用地和工業(yè)用地4大類.其中，農(nóng)業(yè)用地主要指種植莊稼或飼養(yǎng)牲畜的土地，也包括用于居住和野生生物和本土植物短暫停留的農(nóng)業(yè)土地；居住/公園用地主要指居住或娛樂活動用地，公園指住處的緩沖區(qū)域，包括操場，但是不包括國家或省立公園的野外地；商業(yè)用地主要指商業(yè)活動，不包括食物種植區(qū)域；而工業(yè)用地指商品生產(chǎn)、制造或建筑活動.亞伯達省的一級修復(fù)指導(dǎo)值［27］是一般性的指導(dǎo)值，將土地利用分為自然區(qū)域用地、農(nóng)業(yè)用地、居住/公共用地、商業(yè)用地和工業(yè)用地5大類，二級修復(fù)指導(dǎo)值是特定場地的修復(fù)指導(dǎo)值.德國的基于土壤-人體健康途徑（直接接觸）的行動值考慮了操場、居住區(qū)域、公園和娛樂設(shè)施用地、工業(yè)和商業(yè)用地4種土地利用類型.其中，操場指用于兒童玩耍、沙坑中沒有砂的場地；居住區(qū)域指住房用途，包括屋后庭園或其他具有相似用途的園子，但排除公園和娛樂設(shè)施、操場和鋪設(shè)的交通表面；公園和娛樂設(shè)施，尤其指公共和私人綠化區(qū)，但也包括具有類似暴露途徑的定期接觸和使用的未鋪設(shè)的區(qū)域；工業(yè)和商業(yè)用地指工地或制造廠內(nèi)僅在工作時間使用的未鋪設(shè)區(qū)域.而基于土壤-植物途徑的行動值是基于農(nóng)業(yè)、菜園和草地，其中農(nóng)業(yè)用地指耕作各種農(nóng)作物，包括蔬菜和田間草料植物的區(qū)域，以及用作商業(yè)園藝的區(qū)域；菜園指屋后庭園和任何其他用作種植食用作物的庭院；草地指永久性綠化區(qū).荷蘭2008年實施的土壤修復(fù)干涉值也考慮了居住、自然環(huán)境或農(nóng)牧以及工業(yè)等不同土地利用功能.

2007年，我國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會基于本國的實際情況聯(lián)合發(fā)布了《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2007）［28］，指出：我國土地利用類型主要包括農(nóng)用地、建設(shè)用地、未利用地3大類（《中華人民共和國土地管理法》），12個一級類和57個二級類.其中，農(nóng)用地具體包括耕地（水田、水澆地、旱地）、園地（果園、茶園、其他園地）、林地（有林地、灌木林地、其他林地）、草地（天然牧草地、人工牧草地）、交通用地（農(nóng)村道路）、水域及水利設(shè)施用地（坑塘水面、溝渠）、其他土地（設(shè)施農(nóng)用地、田坎）；建設(shè)用地細分為商服用地（批發(fā)零售用地、住宿餐飲用地、商務(wù)金融用地、其他商服用地）、工礦倉儲用地（工業(yè)用地、采礦用地、倉儲用地）、住宅用地（城鎮(zhèn)住宅用地、農(nóng)村住宅基地）、公共管理與公共服務(wù)用地（機關(guān)團體用地、新聞出版用地、科教用地、醫(yī)衛(wèi)慈善用地、文體娛樂用地、公共設(shè)施用地、公園與綠地、風(fēng)景名勝設(shè)施用地）、特殊用地（軍事設(shè)施用地、使領(lǐng)館用地、監(jiān)教場所用地、宗教用地、殯葬用地）、交通運輸用地（鐵路用地、公路用地、街巷用地、機場用地、港口碼頭用地和管道運輸用地）、水域及水利設(shè)施用地（水庫水面、水工建筑物用地）、其他土地（空閑地）；未利用地則包括草地（其他草地）、水域及水利設(shè)施用地（河流水面、湖泊水面、沿海灘涂、內(nèi)陸灘涂、冰川及永久積雪）、其他土地（鹽堿地、沙地和裸地）.

總的來看，國外總體上把污染土壤修復(fù)基準/標準考慮的土地利用類型歸為農(nóng)業(yè)用地、居住用地、商業(yè)用地、工業(yè)用地以及地下水保護5大類.與國外的土地利用類型相比，我國土地利用分類系統(tǒng)總體上大致相當(dāng)，即包括了農(nóng)用地、商服用地、工礦倉儲用地、住宅用地、水域及水利設(shè)施用地等類似于國外所劃分的土地利用類型.因此，對于這幾種一級或二級類土地利用類型與國外的這幾類土地利用類型的污染土壤修復(fù)基準/標準的推導(dǎo)，具有較為直接的方法學(xué)上的借鑒意義.不過，我國還有一些一級類/二級類土地利用類型沒有被完全涵蓋，如建設(shè)用地類下的公共管理與公共服務(wù)用地、特殊用地、交通運輸用地，以及未利用地.在推導(dǎo)和確定這些土地利用類型的污染土壤修復(fù)基準/標準時，基于污染土壤修復(fù)基準/標準的功能作用，需要考慮以下2個方面的問題（圖1）：一是否需要單獨研究、推導(dǎo)此種土地利用類型的污染土壤修復(fù)基準.因為它們不能完全歸為農(nóng)業(yè)用地、居住用地、商業(yè)用地、工業(yè)用地、地下水保護用地類型之一，一般為混合土地利用類型.可以針對具體情況，分別研究、推導(dǎo)特定土地利用類型的污染土壤修復(fù)基準，也可以分別基于不同土地利用類型制訂通用型污染土壤修復(fù)標準進行其風(fēng)險評價、判定修復(fù)的效果.二是否總體上可以歸為農(nóng)業(yè)、居住、商業(yè)、工業(yè)或地下水保護幾類中的一種或幾種.事實上，這種情形大多情況是成立的.例如，公共管理與公共服務(wù)用地中的文體娛樂用地，大部分國家在污染土壤修復(fù)基準推導(dǎo)與標準制訂時將其列入商業(yè)用地，即根據(jù)商業(yè)用地的暴露情景和參數(shù)來推導(dǎo)其修復(fù)基準或進行標準制訂.

圖1 基于土地利用類型的污染土壤修復(fù)基準推導(dǎo)的參考方法Fig.1 Reference method for derivation of remediation criteria for contaminated soils under different land-use types

3 基于土地利用類型的污染土壤修復(fù)基準推導(dǎo)與制定方法和標準值分析

目前，基于不同土地利用類型的污染土壤修復(fù)基準/標準，呈現(xiàn)出不同的分級分類特點.美國賓夕法尼亞州在清潔項目中用到了4類清潔標準：1）全州的健康標準（statewide health standard），這項標準基于使用和非使用以及居住用地和非居住用地暴露情景推導(dǎo)而來；2）特定場地標準（site-specific standard），這項標準允許修復(fù)者考慮特定土地利用的暴露和風(fēng)險因子；3）背景標準（background standard），這種標準需要清潔到自然發(fā)生或歷史濃度，適用于污染物會遷移到附近場地表面或下方的情況；4）特殊工業(yè)區(qū)域情況，這種情況適用于沒有責(zé)任所有者的場地或處于企業(yè)區(qū)域的場地［29］.其中，在土地循環(huán)計劃中使用得最為頻繁的清潔標準是基于健康的全州標準，其次是特定場地標準和背景標準［30］.新澤西州在制定土壤清潔標準時有2個選擇，一是使用適合所有場地的已經(jīng)有的一般性標準，另一選擇是形成整合了特定場地條件和信息或最近科學(xué)發(fā)展的另一標準；而且，在推導(dǎo)土壤清潔基準時，也考慮了不同價態(tài)的金屬具有不同的毒性和溶解度，如分別確定了三價和六價鉻的土壤修復(fù)基準［31］.華盛頓州提出了A、B、C 3種確定清潔水平的方法，采用方法A和方法B推導(dǎo)非限制性用地的土壤清潔水平［32］、采用方法A和方法C推導(dǎo)工業(yè)用地的土壤清潔水平以及利用7種模型方法推導(dǎo)地下水保護的土壤濃度［33］.但是，其最終保護對象都是一致的，主要為人體健康、生態(tài)系統(tǒng)和地下水3大類.

對于不同的土地利用類型，其在推導(dǎo)和制定過程中所選用的受體、指標、統(tǒng)計分析方法、模型及其參數(shù)等都有所差異，需要區(qū)別對待，分別考慮.在美國，大部分州在推導(dǎo)基于人體健康的修復(fù)基準值時，主要參考美國試驗材料學(xué)會（American Society for Testing Material，ASTM）發(fā)布的基于風(fēng)險的校正行動（risk based corrective action，RBCA）的一些模型方法，然后針對本州的一些特點，進行模型和/或參數(shù)的修正.此外，由于不同的土地利用類型，其暴露情景不一樣.因此所涉及的暴露人群和暴露途徑以及暴露頻率等參數(shù)都會因為土地利用類型的不同有所不同（圖2）.

圖2 不同土地利用類型下基于人體健康的污染土壤修復(fù)基準/標準推導(dǎo)方法Fig.2 Deriving methods of remediation criteria/standards for contaminated soils under different land-use types based on human health

美國紐約州的土壤清潔目標（soil cleanup objectives，SCOs）在推導(dǎo)標準值時主要考慮的是成年人、青少年和兒童3類暴露人群.其中，對于商業(yè)用地、非限制性用地、限制性和非限制性居住用地，成年人和兒童是主要的暴露人群；而在工業(yè)用地下，暴露人群主要為成年人和青少年.華盛頓州在制定非限制性用地的土壤清潔水平時是基于居住用地條件下的最大暴露假設(shè)，是基于兒童暴露情景的；而對于工業(yè)用地（例如商業(yè)、娛樂或農(nóng)業(yè)）的土壤清潔水平，是基于工業(yè)用地條件下的成年工人的最大暴露情景.亞拉巴馬州的基于風(fēng)險的目標水平，將土地利用分為商業(yè)和居住用地，暴露人群包括居民（兒童、成人）、闖入者和/或娛樂者（青少年）、商業(yè)工人（成人）、建筑工人（成人），并且規(guī)定，兒童的年齡≤6歲、闖入者的年齡在7～17歲、成人的年齡≥18歲.其中，居住用地僅考慮成人和兒童，對于商業(yè)用地，主要考慮在商業(yè)工作的成人以及成年的建筑工人.無論哪種土地利用類型，一般是不考慮闖入者的，但在RM-1評估中，如果場地存在娛樂機會，則使用闖入者默認值來評估娛樂情景，如果娛樂或闖入者是重要的暴露人群則需要開展RM-2評估.加拿大亞伯達省在制定一級和二級指導(dǎo)值時，對于農(nóng)業(yè)用地、居住/公共用地和商業(yè)用地，考慮所有年齡層的暴露人群，而對于工業(yè)用地，暴露人群不包括兒童，自然區(qū)域用地，不考慮人類暴露.

不同的土地利用類型考慮的暴露人群的暴露途徑也是有所不同的.美國阿拉斯加州在計算居住用地清潔水平時，考慮直接接觸土壤中非致癌和致癌污染物、直接吸入土壤中致癌和非致癌揮發(fā)性污染物以及用土壤-水分配方程計算無機和有機污染物向地下水的遷移.其中，直接接觸包括土壤攝入和皮膚接觸2種途徑，當(dāng)皮膚吸收不顯著時，僅用土壤攝入途徑來反映直接接觸水平.加拿大亞伯達省的指導(dǎo)值考慮的暴露途徑包括直接接觸、飲用水、吸入以及風(fēng)或水蝕導(dǎo)致的異地遷移，其中直接接觸涉及偶然攝入、皮膚接觸或吸入空氣中的土壤顆粒，除了自然區(qū)域用地外，其他4種土地利用（農(nóng)業(yè)用地、居住/公共用地、商業(yè)用地、工業(yè)用地）都要考慮直接接觸途徑，飲用水和吸入途徑適用于所有土地利用，而遷移途徑主要針對商業(yè)和工業(yè)用地.

對于不同的暴露人群，其體質(zhì)量、攝入率、暴露頻率、暴露表面積和土壤附著因子等也是不同的.一般情況下，居住用地的暴露頻率高于商業(yè)用地的，而工業(yè)用地的則低于商業(yè)用地情景.即使是同一暴露人群，在不同土地利用情景下，相同參數(shù)的取值及所要求的危險系數(shù)和斜率因子等也可能不是完全一樣的.華盛頓州在運用標準方法B和方法C計算土壤直接接觸途徑的清潔水平時，要分別計算通過土壤攝入、危險系數(shù)為1時非致癌物的土壤清潔水平，額外癌癥風(fēng)險為1×10-6（對于非限制性用地）和1×10-5（對于工業(yè)用地）時的致癌物的土壤清潔水平，以及通過攝入和皮膚接觸的致癌和非致癌石油混合物的土壤清潔水平，但如果分別使用修正方法B和C來計算土壤清潔水平時，還需要用特定化學(xué)物質(zhì)和特定場地信息來修正標準方法B和C計算公式中的一些參數(shù)值.內(nèi)布拉斯加州居住用地的VCP RGs（自主清潔計劃修復(fù)目標），在居住用地、商業(yè)/工業(yè)和娛樂用地下，居民和工人是主要的暴露人群，其危害商（HQ）和危害指數(shù)（HI）要分別≤0.25和1，癌癥風(fēng)險和累積癌癥風(fēng)險（暴露于多種污染物）要分別低于或等于1×10-6和1×10-5；而在工業(yè)用地下，HQ和HI均不大于1，癌癥風(fēng)險和累積癌癥風(fēng)險分別≤1×10-5和1×10-4.亞伯達省規(guī)定人體暴露水平不能超過容許的日攝入量，致癌物的額外癌癥風(fēng)險不能超過1×10-5.污染物質(zhì)在進入土壤后會發(fā)生吸附/解吸（平衡和非平衡）、離子化、共溶劑化作用和化學(xué)形態(tài)（沉淀/溶解）等化學(xué)過程［34］，有些反應(yīng)可以通過降低生物可利用性而降低攝入和吸入的健康風(fēng)險，因此，生物有效性在制定經(jīng)濟合理的修復(fù)標準時也是一個重要的考慮因素.

生態(tài)受體的修復(fù)基準值主要是基于毒理實驗數(shù)據(jù)，主要以植物/作物、無脊椎動物（蚯蚓和跳蟲最為常用）和微生物作為研究受體，將毒理指標進行統(tǒng)計分析推導(dǎo)得到（圖3）.目前，各國的相關(guān)修復(fù)基準值在推導(dǎo)時采用最多的是物種敏感性分布法，但由于截取點的選擇不同，因此各國的保護程度也有所差異.如加拿大土壤質(zhì)量指導(dǎo)值為50%～75%，美國為80%左右，荷蘭為50%，總體上，保護范圍主要集中在50%～80%之間.

紐約州在推導(dǎo)基于生態(tài)的SCOs時，主要考慮了植物、無脊椎動物（主要為蚯蚓）、鳥類和哺乳動物.考慮到土壤微生物和微生物過程沒有蚯蚓和植物的毒性基準靈敏，因此，在推導(dǎo)SCOs時沒有考慮其毒性基準.SCOs的推導(dǎo)主要用到20%效應(yīng)濃度（EC20）、半數(shù)致死濃度（LC50）、最小有作用濃度（LOEC）3個指標，將EC20作為LOEC，把LC50/5得到基于20%效應(yīng)濃度的LOEC.以LOEC值進行排序，10%作為截取點.加拿大環(huán)境部長理事會（Canadian Council of Ministers of the Environment，CCME）的基于生態(tài)系統(tǒng)的土壤質(zhì)量指導(dǎo)值（eco-basedsoil quality guidelines，SQGE）需要計算每種土地利用下各種暴露途徑的SQG，涉及的暴露途徑包括植物和無脊椎動物與土壤的直接接觸，野生動物對污染食物和土壤的攝入，還要考慮對營養(yǎng)和能量的循環(huán)過程的影響.在考慮攝入途徑時，初級、次級和三級消費者要根據(jù)情況分別考慮，農(nóng)業(yè)和居住/公園用地還要考慮污染物質(zhì)的生物放大、溶解性等性質(zhì)，而工業(yè)和商業(yè)用地主要考慮溶解性和揮發(fā)性.其推導(dǎo)方法主要是采用證據(jù)權(quán)重法，將25%效應(yīng)濃度（EC25）、25%致死濃度（LC25）和25%抑制濃度（IC25）3類指標進行物種敏感性分布，對于農(nóng)業(yè)、居住或公園用地，取25%作為截取點，而50%截取點則用于商業(yè)或工業(yè)土地利用類型的推導(dǎo).除此之外，也可以選擇LOEC法或半數(shù)效應(yīng)法來推導(dǎo)，這2種方法也分別用到了LOEC、半數(shù)效應(yīng)濃度（EC50）和半數(shù)致死濃度（LC50）.加拿大亞伯達省的修復(fù)指導(dǎo)值對生態(tài)保護包括2個方面，一是保護土地利用下的生態(tài)受體，包括植物、土壤無脊椎動物、陸生和鳥類野生生物和牲畜，如果考慮場地下面的地下水對地表水的影響，還需要考慮魚、水生無脊椎動物和植物；二是要保護場地的生態(tài)功能和生態(tài)系統(tǒng)組成，如營養(yǎng)循環(huán)和相關(guān)的微生物活動.基于以上受體和功能，其考慮的暴露途徑包括直接接觸、營養(yǎng)與能量循環(huán)、牲畜/野生生物攝入土壤和食物、水生生命、灌溉、牲畜/野生生物用水.荷蘭優(yōu)先選擇陸生毒理數(shù)據(jù)，用到了最大無作用濃度（NOEC）、LC50和EC503種指標，并且NOECs的優(yōu)先級要大于EC50，EC50則大于LC50.

圖3 不同土地利用類型下基于生態(tài)系統(tǒng)安全的污染土壤修復(fù)基準/標準推導(dǎo)方法Fig.3 Deriving methods of remediation criteria/standards for contaminated soils under different land-use types based on ecosystem safety

圖4 基于地下水保護的污染土壤修復(fù)基準/標準推導(dǎo)方法Fig.4 Deriving methods of remediation criteria/standards for contaminated soils based on the protection of groundwater

在推導(dǎo)污染土壤修復(fù)基準時，還應(yīng)該考慮土壤淋溶對地下水的影響.目前，有些國家和地區(qū)還特別將地下水作為研究對象單獨考慮，這主要是應(yīng)用土壤水分配方程和一些模型方法來推導(dǎo)基于地下水保護的污染土壤修復(fù)基準（圖4）.模型方法包括季節(jié)性土壤分區(qū)模型（SESOIL）、含水層中廢棄物1-2-3維瞬時遷移分析模型（AT 123D）、滲流層淋溶模型（VLEACH）等［35-37］.其中，SESOIL模型是用來模擬污染物從包氣帶向地下水位的歸趨和遷移，AT 123D用來模擬污染物在地下水中的混合以及在飽和區(qū)域內(nèi)的遷移.Hugg i n s等［38］開展了土壤-水分配方程來計算可接受的土壤清潔水平的研究.Pascoe等［39］推算了一種基于風(fēng)險的、特定場地的水文地質(zhì)模型來推導(dǎo)亞表層土壤中污染物的清潔水平.Korfiatis等［40］則使用土壤污染物對地下水影響模型（IMPACT）來輔助土壤清潔水平的推導(dǎo).Connor等［41］運用多種模型同時推導(dǎo)污染土壤修復(fù)基準值，以分析土壤衰減模型（SAM）的適用性.華盛頓州還提出了7種推導(dǎo)地下水保護的土壤濃度的方法：1）固定參數(shù)的三相分配模型；2）可變參數(shù)的三相分配模型；3）四相分配模型，適合于石油烴污染場地，但需要特定場地數(shù)據(jù)；4）淋溶試驗，主要用來確定某些金屬的土壤濃度，也可以用于其他污染物，如石油烴等；5）交替性歸趨和遷移模型；6）經(jīng)驗證明；7）殘留物飽和度.紐約州SCO對于地下水的影響主要是基于地下水和/或飲用水標準或指導(dǎo)值反推得到的，但無論是有機物還是無機物，主要是運用土壤-水分配理論來確定土壤中污染物質(zhì)的值.新澤西州［42］也考慮了對地下水的影響，將美國環(huán)保署（US EPA）土壤篩選水平（SSL）土壤水分配方程修正后來推導(dǎo)基于地下水保護的土壤修復(fù)標準.在推導(dǎo)時，主要使用默認場地條件和假設(shè)，以及基于健康的二級地下水質(zhì)量標準反推得到，一級和三級地下水質(zhì)量標準主要用于特定場地修復(fù)標準的制定.馬薩諸塞州允許多種方法來推導(dǎo)基于地下水保護的土壤修復(fù)標準，但是，對于不同方法推導(dǎo)的值也有些特別說明，規(guī)定運用人造降雨淋溶過程和土壤 水分配方程推導(dǎo)的修復(fù)標準在應(yīng)用前不需要得到部門的批準，而使用SESOIL和AT 123D模型推導(dǎo)的修復(fù)標準，在應(yīng)用之前則需要部門的批準.

總之，國外的修復(fù)基準在推導(dǎo)和確定時，無論是基于人體健康，還是生態(tài)系統(tǒng)或是地下水保護，都考慮了不同土地利用類型的特點.正因為此，所確定的不同土地利用類型的修復(fù)標準值也具有一些定性關(guān)系.以目前國外制定的重金屬鎘（表1）和有機物苯（表2）的修復(fù)標準值為例，可以看出，基于地下水保護的修復(fù)標準最為嚴格，與其他土地利用類型相比，甚至相差幾個數(shù)量級.如懷俄明州基于地下水保護的苯的修復(fù)標準值為0.000 23 mg/kg，與居住用地的1.1 mg/kg相比，相差4個數(shù)量級，而其他國家或州的地下水保護與居住用地的修復(fù)標準值也在1～3個數(shù)量級之間.除了土地利用類型自身特點導(dǎo)致的差異外，這也與苯的自身物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān).苯的標化分配系數(shù)（KOC）值較低并且溶解度值較高，易遷移到地下水中，因此它對地下水污染影響較大，控制也較嚴格［43］，在與水源地相關(guān)的場地，有些國家甚至以飲用水標準來反推土壤修復(fù)標準.此外，商業(yè)/工業(yè)用地普遍比居住用地的標準值寬松一些，表1和表2中所列的標準值，二者中最大相差2個數(shù)量級，其他的標準值則比居住用地略微高一些，在一個數(shù)量級上變動，甚至完全一樣.部分因為在居住用地，兒童是主要的暴露人群，暴露量大而且他們的體質(zhì)量小，所以修復(fù)標準值要相對敏感些.但是在商業(yè)或工業(yè)場地，成人是主要的暴露人群，與兒童相比，成人承受污染強度要大些.因此，商業(yè)或工業(yè)用地的修復(fù)標準值通常較居住用地的高［44］.

表1 一些國家和地區(qū)鎘的土壤修復(fù)標準值Table 1 Remediation standards for cadmium in soils of some countries and areas mg/kg

表2 一些國家和地區(qū)土壤苯的修復(fù)標準值Table 2 Remediation standards for benzene in soils of some countries and areas mg/kg

4 研究展望

迄今為止，美國、加拿大、丹麥、瑞士和德國等國均已制定了污染土壤修復(fù)標準.尤其在美國，州的數(shù)量較多，而且大部分州都基于自身特點制定了相應(yīng)的污染土壤修復(fù)標準.因此，這對于我國污染土壤修復(fù)標準的制定具有極為重要的參考價值.

污染土壤修復(fù)標準主要可以歸為3大類型：清潔目標、行動值和干涉值.而篩選值不是修復(fù)標準，它主要用于確定需要深入調(diào)查的污染場地和污染物質(zhì)，一般劃歸為土壤質(zhì)量標準.而修復(fù)標準才是污染場地修復(fù)的目標值.特別是國外大部分國家在修復(fù)基準研究和標準制定中均考慮了過去的、當(dāng)前的或?qū)淼耐恋乩妙愋?，總體分為農(nóng)業(yè)用地、居住用地、商業(yè)/工業(yè)用地和地下水保護等4大土地利用類型.

在污染土壤修復(fù)標準推導(dǎo)和制定過程中，主要以人體健康、生態(tài)系統(tǒng)和地下水為3大保護對象.在基于人體健康的修復(fù)基準推導(dǎo)時，不同的土地利用類型考慮的暴露情景是不同的，具體表現(xiàn)在暴露人群、暴露途徑、暴露參數(shù)和毒性指標等的差異上；基于生態(tài)系統(tǒng)健康的修復(fù)基準，不同的土地利用類型所研究的生態(tài)受體、毒理指標的選擇、使用的推導(dǎo)方法等也有一些不同；而基于地下水保護的土壤修復(fù)基準，受到的土地利用類型的影響相對于人體健康和生態(tài)系統(tǒng)較小，但對于不同的土地利用類型，其使用的基本推導(dǎo)方法是基本一致的，主要的區(qū)別在于反推時應(yīng)用的標準類別的不同，如采用地下水一/二/三級標準或者地表水標準或者飲用水標準等.就不同土地利用下Cd和苯的污染土壤修復(fù)標準，當(dāng)前主要呈現(xiàn)2大特點：一是地下水標準最為嚴格；二是商業(yè)/工業(yè)用地的標準值較居住用地的標準值高.

我國一直沿用《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 15618—1995）來指導(dǎo)土壤保護工作，污染土壤修復(fù)標準還是一塊空白，并且所制定的《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》沒有考慮不同的土地利用類型.由于它主要是基于背景值和生態(tài)效應(yīng)，也沒有考慮人體健康和對地下水的影響.因此，我國需要借鑒國外污染土壤修復(fù)標準推導(dǎo)和制定的方法，分析不同土地利用類型在推導(dǎo)和制定中的差異性［45］，以盡快制定出合乎我國實際的基于不同土地利用類型的污染土壤修復(fù)標準.

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land use；contaminated soil；remediation criteria/standard；derivation method；standard value

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10.3785/j.issn.1008-9209.2014.03.282

國家自然科學(xué)基金委員會（NSFC）—廣東省人民政府自然科學(xué)聯(lián)合基金重點項目（U1133006）；國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863）資助項目（2013AA06A205）.

周啟星，E-mail：zhouqx@nankai.edu.cn

2014 03 28；接受日期（Accepted）：2014 06 09；

日期（Published online）：2014 10 14

URL：http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.3785/j.issn.1008-9209.2014.03.282.html