污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方法的篩選*

李 霽 高 超 李捍東 谷 秀 劉征濤#

(1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京 100875； 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012； 3.東北師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)系，吉林 長(zhǎng)春 130024)

污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方法的篩選*

李 霽1,2高 超3李捍東2谷 秀2劉征濤2#

(1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京 100875； 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012； 3.東北師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)系，吉林 長(zhǎng)春 130024)

污染場(chǎng)地環(huán)境的調(diào)查診斷是污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管理的重要環(huán)節(jié)和依據(jù)，迄今為止中國(guó)在污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方面尚未形成系統(tǒng)的技術(shù)方法。借鑒了發(fā)達(dá)國(guó)家在土壤生態(tài)毒性診斷方面的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，從保護(hù)土壤功能(保持功能、棲息地功能)的角度出發(fā)，結(jié)合污染場(chǎng)地現(xiàn)在或未來(lái)土地利用類型，建立了污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方法的篩選程序，包括污染場(chǎng)地初步調(diào)查、生態(tài)毒性診斷方法初篩和生態(tài)毒性診斷方法復(fù)篩3個(gè)階段。該篩選方法在某鉛蓄電池污染場(chǎng)地進(jìn)行了應(yīng)用，為中國(guó)污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷的規(guī)范化提供了參考。

污染場(chǎng)地 生態(tài)毒性 診斷方法 保持功能 棲息地功能

近年來(lái)，隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，許多原本位于城區(qū)的污染企業(yè)從城市中心遷出，遺留了大量污染場(chǎng)地。這類場(chǎng)地大多受到有毒有害物質(zhì)的污染，在再開(kāi)發(fā)利用的過(guò)程中可能會(huì)對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害，因此加強(qiáng)對(duì)污染場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)管理刻不容緩[1_4]。

污染場(chǎng)地環(huán)境的調(diào)查診斷是污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管理的重要環(huán)節(jié)和依據(jù)，其目的是為了確定場(chǎng)地是否被污染以及污染的程度和范圍?；瘜W(xué)分析是污染場(chǎng)地土壤調(diào)查診斷的常用手段，但是存在著諸如無(wú)法對(duì)土壤中各種污染物進(jìn)行全面測(cè)定、無(wú)法反映污染物對(duì)生物的毒性效應(yīng)、無(wú)法對(duì)污染物的代謝毒性進(jìn)行追蹤等局限性[5]690。因此，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始采用化學(xué)分析和生態(tài)毒性診斷相結(jié)合的方式來(lái)對(duì)污染場(chǎng)地土壤進(jìn)行綜合診斷[6_11]。我國(guó)對(duì)污染場(chǎng)地的管理工作正處于起步階段，尚未制定污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷的相關(guān)技術(shù)規(guī)范。面對(duì)眾多的生態(tài)毒性診斷方法，不同的污染場(chǎng)地該如何篩選沒(méi)有明確的規(guī)定。本研究對(duì)污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方法的篩選進(jìn)行了探索研究，以期為我國(guó)污染場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考。

1 污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方法的篩選

1.1 篩選原則

土壤生態(tài)毒性的診斷方法眾多，常見(jiàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍見(jiàn)表1。要從眾多方法中篩選出適宜污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性的診斷方法應(yīng)遵循以下原則：(1)敏感性原則。土壤生態(tài)毒性診斷應(yīng)采用對(duì)關(guān)注污染物有敏感性效應(yīng)的生物及相關(guān)毒理學(xué)終點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)考慮測(cè)試結(jié)果的可靠性。(2)可操作性原則。選擇的試驗(yàn)方法要具體、可實(shí)施，試驗(yàn)過(guò)程要可重復(fù)，同時(shí)需符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平，是國(guó)內(nèi)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室有能力完成的試驗(yàn)方法。(3)適用性原則。所采用的試驗(yàn)方法應(yīng)有必要的質(zhì)量保證規(guī)范要求，要充分考慮關(guān)注污染物及目標(biāo)土壤生態(tài)系統(tǒng)的特征，選擇適用的毒理學(xué)終點(diǎn)及相關(guān)的試驗(yàn)方法，確保評(píng)估結(jié)果可靠、有效、適用。(4)經(jīng)濟(jì)性原則。盡量選擇低成本試驗(yàn)方法，以最少的試驗(yàn)完成污染場(chǎng)地土壤污染的診斷，減少試驗(yàn)生物的消耗，降低試驗(yàn)成本。

表1 常見(jiàn)土壤生態(tài)毒性診斷方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性

1.2 篩選程序和方法

基于上述4項(xiàng)原則，考慮不同類型污染場(chǎng)地的特點(diǎn)，兼顧污染場(chǎng)地土壤現(xiàn)在或未來(lái)土地利用方式，建立了污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方法篩選的程序，見(jiàn)圖1，主要包括污染場(chǎng)地初步調(diào)查、生態(tài)毒性診斷方法初篩和生態(tài)毒性診斷方法復(fù)篩3個(gè)階段。

1.2.1 污染場(chǎng)地初步調(diào)查

我國(guó)已于2014年頒布了《場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.1—2014)[12]和《場(chǎng)地環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.2—2014)[13]，詳細(xì)規(guī)定了場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查和監(jiān)測(cè)的方法。在污染場(chǎng)地初步調(diào)查階段，可采用資料收集與分析、人員訪談、土樣采集與分析的方式，參照上述導(dǎo)則中的相關(guān)要求和程序?qū)ξ廴緢?chǎng)地土壤環(huán)境進(jìn)行調(diào)查、采樣分析。調(diào)查至少應(yīng)包括下列內(nèi)容：(1)污染場(chǎng)地現(xiàn)在或未來(lái)土地利用方式；(2)污染場(chǎng)地內(nèi)主要生產(chǎn)活動(dòng)及污染源分布情況；(3)污染場(chǎng)地內(nèi)建筑物和設(shè)備設(shè)施情況；(4)污染場(chǎng)地的關(guān)注污染物及其在土壤中的含量和分布。

1.2.2 生態(tài)毒性診斷方法初篩

孫鐵珩等[5]691提出土壤生態(tài)毒理診斷的方法體系應(yīng)以診斷土壤的不同功能和特殊用途為出發(fā)點(diǎn)，方法的建立以健康土壤的功能為前提，并認(rèn)為一種健康的土壤應(yīng)具有如下的功能：可提供植物健康生長(zhǎng)，具有棲息功能(動(dòng)物、微生物)，具有持留、凈化污染物的功能，對(duì)污染物在土壤中積累及產(chǎn)生的影響具有反饋功能。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化研究組織(ISO)在《土壤質(zhì)量 土壤和土壤類物質(zhì)生態(tài)毒性試驗(yàn)導(dǎo)則》(ISO 15799—2003)[14]中也提到，應(yīng)該根據(jù)土地利用/再利用的類型和土壤功能選擇毒性試驗(yàn)。

借鑒上述理念，本研究根據(jù)污染場(chǎng)地現(xiàn)在或者未來(lái)土地再開(kāi)發(fā)利用類型的不同，進(jìn)行了污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方法的初篩。首先，參考我國(guó)的《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2007)[15]和國(guó)內(nèi)外污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)考慮的土地利用類別，將污染場(chǎng)地土地利用類型分為工業(yè)用地、商服用地、住宅及公共用地、園藝及農(nóng)業(yè)用地4個(gè)類型。其次，參考ISO 15799—2003提出的生態(tài)毒性試驗(yàn)與土地再利用類型的相關(guān)性，基于土地利用類型和土壤功能的不同，將試驗(yàn)分為土壤浸出液毒性試驗(yàn)和實(shí)際土壤原土毒性試驗(yàn)。通過(guò)土壤浸出液毒性試驗(yàn)可以表征土壤中可隨水相遷移的污染物含量、間隙水中污染物濃度和污染物的生物可利用性及其對(duì)地表生物的潛在危害，即反映土壤的保持功能。通過(guò)實(shí)際土壤原土毒性試驗(yàn)可以表征土壤為微生物、植物、土壤動(dòng)物及其生物群落提供生活或居住環(huán)境的能力，即反映土壤的棲息地功能。除了生物毒性試驗(yàn)，若污染場(chǎng)地關(guān)注污染物可能具有涉及人體健康的遺傳毒性效應(yīng)，要考慮選擇性開(kāi)展一些有關(guān)人體健康的遺傳毒性試驗(yàn)。綜上所述，基于土地利用類型和土壤功能，將污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方法分為生物毒性試驗(yàn)和遺傳毒性試驗(yàn)兩類，試驗(yàn)方法分為必測(cè)和選測(cè)兩個(gè)類型，見(jiàn)表2。

圖1 污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方法篩選的程序Fig.1 Screening program of soil eco_toxicity diagnosis methods of contaminated sites

表2 污染場(chǎng)地土地利用類型及其相應(yīng)的生態(tài)毒性診斷方法

1.2.3 生態(tài)毒性診斷方法復(fù)篩

復(fù)篩的目的是基于具體污染場(chǎng)地污染源分布及土壤關(guān)注污染物含量不同，選擇敏感程度適合的生態(tài)毒性診斷方法和指標(biāo)。首先根據(jù)試驗(yàn)終點(diǎn)的敏感性不同，將試驗(yàn)方法分成3類。表3推薦了一些常見(jiàn)的試驗(yàn)方法，其中“1類方法”和“2類方法”為短期/急性毒性試驗(yàn)方法，“3類方法”為慢性/遺傳毒性試驗(yàn)方法，供參考選擇。

表3 推薦的土壤生態(tài)毒性診斷方法

根據(jù)污染場(chǎng)地污染源分布及土壤中關(guān)注污染物含量將污染場(chǎng)地分為核心污染區(qū)和遷移污染區(qū)。核心污染區(qū)指生產(chǎn)、使用、存放、排放污染物的區(qū)域，一般該區(qū)域土壤中關(guān)注污染物的含量較高，可通過(guò)土壤化學(xué)分析進(jìn)行驗(yàn)證。核心污染區(qū)推薦優(yōu)先采用“1類方法”進(jìn)行土壤生態(tài)毒性診斷，若診斷結(jié)果與對(duì)照組比較無(wú)顯著性差異或效應(yīng)響應(yīng)小于5%，再采用較敏感的“2類方法”進(jìn)行二次診斷。遷移污染區(qū)指核心污染區(qū)外圍受到污染源輻射和遷移的區(qū)域，該區(qū)域土壤中關(guān)注污染物含量一般相對(duì)低一些。遷移污染區(qū)推薦優(yōu)先采用較敏感的“2類方法”進(jìn)行土壤生態(tài)毒性診斷，若診斷結(jié)果顯示污染嚴(yán)重(如蚯蚓回避行為試驗(yàn)中蚯蚓回避率>80%或者蚯蚓死亡率>10%)，則應(yīng)采用“1類方法”進(jìn)行二次診斷。對(duì)于必須開(kāi)展慢性/遺傳毒性診斷的園地及農(nóng)業(yè)用地，當(dāng)“1類方法”或“2類方法”診斷顯示存在急性毒性，則表明該項(xiàng)土壤功能受到限制，無(wú)需進(jìn)行進(jìn)一步的其他測(cè)試。若“1類方法”或“2類方法”診斷顯示不存在急性毒性，才需進(jìn)一步選用“3類方法”進(jìn)行土壤的慢性/遺傳毒性診斷。

2 某鉛蓄電池污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方法的篩選

2.1 污染場(chǎng)地概況

某鉛蓄電池污染場(chǎng)地是目前我國(guó)蓄電池生產(chǎn)中心之一，屬于典型的重金屬潛在污染場(chǎng)地。2011年對(duì)該污染場(chǎng)地的調(diào)查顯示，其土壤存在不同程度的重金屬污染。兩種關(guān)注污染物鉛和鉻的質(zhì)量濃度分別為1.85～5 005.00、2.26～299.38 mg/kg，某些區(qū)域，如生產(chǎn)車間和廢棄物堆放區(qū)域土壤中鉛濃度約超過(guò)了《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)[21]中的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值的1～10倍，屬于核心污染區(qū)。

2.2 生態(tài)毒性診斷方法的篩選

污染場(chǎng)地目前土地利用現(xiàn)狀為工業(yè)用地，根據(jù)篩選方法，若污染場(chǎng)地作為工業(yè)用地，建議主要評(píng)價(jià)土壤的保持功能，需開(kāi)展土壤浸出液毒性試驗(yàn)，實(shí)際土壤原土毒性試驗(yàn)為選測(cè)項(xiàng)目。為了更好地驗(yàn)證篩選方法，假定該污染場(chǎng)地未來(lái)可能用作住宅用地，在這種情況下對(duì)污染場(chǎng)地土壤進(jìn)行診斷時(shí)，就需同時(shí)關(guān)注土壤的保持功能和棲息地功能，應(yīng)開(kāi)展土壤浸出毒性試驗(yàn)、實(shí)際土壤原土的植物、動(dòng)物短期/急性毒性試驗(yàn)。

根據(jù)污染場(chǎng)地污染源分布情況和土壤重金屬含量分析結(jié)果，對(duì)于生產(chǎn)車間和廢棄物堆放區(qū)域這類核心污染區(qū)應(yīng)該優(yōu)先采用“1類方法”進(jìn)行診斷，如蚯蚓急性毒性試驗(yàn)和種子發(fā)芽試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在核心污染區(qū)土壤暴露下，受試蚯蚓未發(fā)生死亡，受試植物種子發(fā)芽抑制也不明顯，因此應(yīng)采用較敏感的“2類方法”進(jìn)行二次診斷。對(duì)于倉(cāng)庫(kù)、辦公區(qū)域等遷移污染區(qū)，可直接采用“2類方法”進(jìn)行診斷，包括反映土壤保持功能的發(fā)光菌急性毒性試驗(yàn)，表征土壤棲息地功能的陸生植物生長(zhǎng)試驗(yàn)和蚯蚓回避行為試驗(yàn)。

2.3 診斷結(jié)果

以遠(yuǎn)離污染場(chǎng)地的距地表20 cm處未受污染的農(nóng)田土壤作為對(duì)照組，開(kāi)展了陸生植物生長(zhǎng)試驗(yàn)、蚯蚓回避行為試驗(yàn)和發(fā)光菌急性毒性試驗(yàn)，結(jié)果表明，植物根伸長(zhǎng)抑制率為_(kāi)19.6%～75.5%，蚯蚓的回避率為5.0%～64.7%，發(fā)光菌的發(fā)光抑制率為9.3%～94.4%。

3 結(jié) 語(yǔ)

污染場(chǎng)地的環(huán)境修復(fù)和再開(kāi)發(fā)在我國(guó)尚屬新生事物。污染場(chǎng)地的診斷、評(píng)估、管理及修復(fù)方面都還需要很大程度的完善和提高，特別是污染場(chǎng)地土壤的生態(tài)毒性診斷方面，缺乏規(guī)范的篩選程序、試驗(yàn)方法和評(píng)判依據(jù)。本研究從保護(hù)土壤功能的角度出發(fā)，結(jié)合污染場(chǎng)地實(shí)際或未來(lái)土地利用類型，建立了污染場(chǎng)地土壤生態(tài)毒性診斷方法的篩選程序，以期為我國(guó)污染場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考。

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Screeningofsoileco_toxicitydiagnosismethodsofcontaminatedsites

LIJi1,2,GAOChao3,LIHandong2,GUXiu2,LIUZhengtao2.

(1.CollegeofWaterSciences,BeijingNormalUniversity,Beijing100875; 2.StateKeyLaboratoryofEnvironmentalCriteriaandRiskAssessment,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012;3.DepartmentofEnvironmentalScience,NortheastNormalUniversity,ChangchunJilin130024)

Investigation and diagnosis was the basis and an important part of the risk management of contaminated sites. However,the systematic soil eco_toxicity diagnosis methods of contaminated sites had not been formed in China． By referencing the experience of developed countries,the screening program for soil eco_toxicity diagnosis methods of contaminated sites was established based on the soil function (retention and habitat function) and land_use types. The program comprised three stages:preliminary investigation of contaminated sites,preliminary screening and further screening of soil eco_toxicity diagnosis methods. A lead battery contaminated site was analyzed for demonstration of screening program. The study will provide technological support for normalization of soil eco_toxicity diagnosis of contaminated sites in China.

contaminated sites; eco_toxicity; diagnosis methods; retention function; habitat function

10.15985/j.cnki.1001_3865.2017.01.021

2016_05_03)

李 霽，女，1978年生，博士研究生，副研究員，主要從事污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究。#

。

*國(guó)家環(huán)境保護(hù)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(No.201109052)。