北京市土壤地質環(huán)境監(jiān)測工作的實踐與思考

馬學利

摘 要：開展北京市土壤地質環(huán)境的長期監(jiān)測，對于政府管理部門及時掌握土壤環(huán)境質量狀況，制定相應的防治措施具有重要的意義。北京市土壤地質環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)建成后，連續(xù)6年的監(jiān)測結果表明：全市區(qū)域土壤重金屬元素環(huán)境質量整體優(yōu)良，存在點狀有機污染;典型工礦區(qū)、農業(yè)種植區(qū)、重要水源地等重點監(jiān)測區(qū)土壤環(huán)境質量總體良好，局部存在安全風險。監(jiān)測網(wǎng)包括區(qū)域監(jiān)測和重點監(jiān)測兩個層次;監(jiān)測范圍已覆蓋全市域;區(qū)域監(jiān)測周期3年，重點監(jiān)測周期1年;形成了以化學指標為主的監(jiān)測指標體系;監(jiān)測方法包括野外樣品采集、樣品加工處理、數(shù)據(jù)處理及圖件編制、無機元素（指標）和有機物分布特征分析及對比、結果評價等。針對監(jiān)測工作中存在的樣品代表性問題、分析測試問題、重點工作區(qū)問題和評價標準統(tǒng)一問題，提出了應加強方法技術和質量監(jiān)控體系研究;對重點監(jiān)測區(qū)的選取和工作方法進行深入探討;在評價規(guī)范化、技術方法創(chuàng)新方面進行嘗試等思路。

關鍵詞：土壤;環(huán)境;地質;監(jiān)測;北京

Abstract： Long-term monitoring of the soil environment in Beijing is of great significance for the government management departments to timely obtain the soil environmental quality status and formulate corresponding prevention and treatment measures. As an important part of soil environment monitoring， soil geological environment monitoring network has been in continuous operation for 6 years in Beijing. The results indicate that the overall quality of heavy metal elements in the soil environment citywide is good but with dot organic pollution; the soil environmental quality in typical industrial and mining areas， agricultural planting areas， important water sources and other key monitoring areas is generally good but also with safety risks in some areas. This city-wide monitoring network provides two monitoring levels with a three-year period for regional monitoring and a one-year period for key monitoring. A monitoring index system has been formed mainly based on chemical index. Monitoring methods involve many factors such as field sample collection， sample processing， data processing， drawing compilation， analysis and comparison of element （index and organic matter） distribution characteristics， research and evaluation， etc. To solve the problems concerning samples representation， analysis and test， key work area and unification of evaluation criteria in monitoring， suggestions on improvement and optimization are put forth that focus on strengthened research of methodology and systematic quality control， in-depth discussion of the selection and working methods of key monitoring areas， and experiment of standardized evaluation and technique innovations.

Keyword： soil; environment; geological; monitoring; Beijing

土壤是環(huán)境的重要組成部分，是人類賴以生存和城市可持續(xù)發(fā)展的物質基礎。北京市在疏解非首都核心功能綠色轉型發(fā)展進程中，面臨著諸多土壤環(huán)境問題（田媛等，2008）。由于土壤污染具有滯后性、隱蔽性、積累性、難恢復性的特點（劉琨等，2017），土壤又是大氣污染、水體污染的最終受體，對其進行監(jiān)測，對于及時掌握土壤環(huán)境質量狀況尤為重要（陸泗進等，2018;趙靚等，2020）。我國土壤環(huán)境從調查到監(jiān)測經歷了一個較長的過程，2016 年 5 月 31日國務院發(fā)布了國發(fā)〔2016〕31 號《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”），明確了建立國家土壤環(huán)境質量監(jiān)測網(wǎng)絡，開展例行監(jiān)測工作，對今后我國土壤環(huán)境質量監(jiān)測網(wǎng)絡建設工作做出了全面的戰(zhàn)略部署（孫寧等，2017）。

北京市土壤環(huán)境質量監(jiān)測相關工作，早期主要是由市農業(yè)部門開展的肥力監(jiān)測工作，監(jiān)測內容主要以養(yǎng)分指標為主。2001年，市環(huán)保部門系統(tǒng)開展了“菜籃子”基地、污灌區(qū)和有機食品生產基地等為主的土壤環(huán)境質量專項調查監(jiān)測工作。2011年北京市地質礦產勘查開發(fā)局依托“北京市農業(yè)土地資源綜合調查與評價”項目，開始籌建北京市土壤地質環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，其目的是全面掌握土壤地質環(huán)境背景、質量狀況及其變化規(guī)律，了解各類污染源對土壤地質環(huán)境的影響程度及其變化趨勢，從地質環(huán)境角度，為構建全市監(jiān)測網(wǎng)絡體系提供基礎數(shù)據(jù)支撐。

本文闡述了北京土壤地質環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)現(xiàn)狀，總結了多年監(jiān)測工作成果及存在問題，提出了改進思路，對全國各省市開展此項工作有一定的參考意義。

1 北京市土壤地質環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)現(xiàn)狀

1.1 總體定位和體系構架

土壤地質環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)定位是“專業(yè)監(jiān)測網(wǎng)”，是北京市土壤環(huán)境質量監(jiān)測網(wǎng)絡的重要組成部分。依據(jù)京政發(fā)〔2016〕63 號《北京市人民政府<北京市土壤污染防治工作方案>的通知》，地質勘查部門是建設土壤環(huán)境質量監(jiān)測網(wǎng)絡的責任部門。北京市土壤地質環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)2015年開始運行，至2020年已運行了6年。期間經過幾次優(yōu)化調整，已初步建成了包括區(qū)域監(jiān)測和重點監(jiān)測兩個層次的網(wǎng)絡體系，監(jiān)測點從2015年的160個，2018年增至1470個，2019年再次調整完善達到目前2712個監(jiān)測點的規(guī)模，已經覆蓋包括山區(qū)在內的全市域，實現(xiàn)了對北京市土壤環(huán)境質量長期、系統(tǒng)的監(jiān)測與評價。北京市土壤地質環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)見圖1，監(jiān)測方法體系見圖2。

1.2 監(jiān)測層次

監(jiān)測網(wǎng)絡體系主要包括區(qū)域監(jiān)測和重點監(jiān)測兩個層次。區(qū)域監(jiān)測點2220個，重點監(jiān)測點492個。可分別與生態(tài)環(huán)境部門監(jiān)測網(wǎng)設置中的背景點位和基礎點位+特定點位相對應（嚴春麗，2016）。

區(qū)域監(jiān)測：主要掌握土壤地質環(huán)境總體規(guī)律，以反映地質背景為主，反映土壤化學物質在宏觀層面上的變化規(guī)律。監(jiān)測點以一定合理的密度大致均勻分布，在網(wǎng)格化基礎上，結合水系流域、成土母質、地貌成因、土地利用等因素的數(shù)字化圖件，按地質控制單元確定。平原區(qū)大致按照4 km×4 km（每個格2～4個點）網(wǎng)度進行監(jiān)測點布設，丘陵區(qū)和山區(qū)按照4 km×4 km（每個格1～2個點）網(wǎng)度進行監(jiān)測點布設，保證每個控制單元中都有一定數(shù)量的監(jiān)測點。

重點監(jiān)測：主要查明不同地質背景下元素高背景區(qū)或人為活動造成的污染區(qū)及污染隱患區(qū)的主要元素與指標含量現(xiàn)狀及變化特征，監(jiān)測指標主要是能夠反映受人為活動干擾所帶來的變化，變化程度相對明顯。根據(jù)北京市特點，主要選取搬遷關閉的工廠礦山、農業(yè)種植、特色農作物產地、水源保護區(qū)、元素異常區(qū)等區(qū)域。

1.3 監(jiān)測范圍

2018年之前，監(jiān)測范圍限于平原區(qū)（包括延慶盆地）。2019年起至今，區(qū)域監(jiān)測范圍擴大到全市域;重點監(jiān)測工礦區(qū)、農業(yè)種植區(qū)、水源保護區(qū)、元素異常區(qū)等重點區(qū)域。

1.4 監(jiān)測周期（頻次）

2015—2018年，區(qū)域監(jiān)測和重點監(jiān)測的周期均為1年。從2019年起至今，隨著監(jiān)測點大幅增加，監(jiān)測范圍擴大到全市域（包括山區(qū)），區(qū)域監(jiān)測調整為3年一個周期，分大清河和永定河流域、北運河流域、潮白河和薊運河流域3個區(qū)域開展年度工作，重點監(jiān)測區(qū)周期保持為1年。

1.5 監(jiān)測指標

（1）樣品類型

區(qū)域監(jiān)測：主要監(jiān)測土壤與大氣干濕沉降物，采集土壤樣和大氣干濕沉降樣品，土壤樣品包括表層土壤樣品和垂向剖面（孔）樣品。

重點監(jiān)測：主要通過監(jiān)測區(qū)內土壤、農作物、灌溉水、肥料等評價區(qū)內土壤環(huán)境質量，采集相應樣品。采取農作物樣品的同時采取同點根系土樣品，土壤樣品包括表層土壤樣和垂向剖面（孔）樣品;同時，在城區(qū)選擇地壇、圓明園、仰山、北海、玉淵潭、天壇等6個公園，采集壤中氣汞和大氣汞樣品。

大氣干濕沉降物、灌溉水、化肥等樣品，是為了評價大氣、水、肥料等對土壤中元素和指標的影響水平。

（2）測試項目

如表1所示，區(qū)域監(jiān)測和重點監(jiān)測的監(jiān)測指標有所不同。

1.6 監(jiān)測方法體系

經過多年探索和實踐，總結形成了較為完整的監(jiān)測工作方法體系（圖2），實質上該體系包括了從野外工作到室內數(shù)據(jù)整理，開展研究評價，到最終形成年度監(jiān)測成果報告的全過程。方法體系主要包括：野外樣品采集，樣品加工處理，樣品分析測試，數(shù)據(jù)處理及圖件編制，無機元素（指標）和有機物分布特征及對比，以及結果評價等。

（1）野外樣品采集

包括土壤樣品、水樣品、壤中氣汞和大氣汞樣品、大氣干濕沉降樣品、肥料樣品和農作物樣品。不同的樣品采集具有不同的要求。

（2）樣品加工處理

樣品加工包括樣品干燥、過篩與拌勻、稱重與裝袋、送樣分析、裝箱入庫等步驟，樣品晾曬和加工場地確保無污染。

（3）樣品分析測試

包括有機樣品和無機樣品分析測試。有機樣品包括有機氯農藥類（OCPs）、多環(huán)芳烴類（PAHs）、多氯聯(lián)苯類（PCBs）和揮發(fā)性有機物類（VOCs）。根據(jù)相關規(guī)范和技術標準開展分析測試工作。

（4）數(shù)據(jù)處理及圖件編制

包括原始資料整理、地球化學參數(shù)統(tǒng)計和圖件編制3個步驟。

地球化學參數(shù)包括平均值、基線值、標準離差、變異系數(shù)、極大值、極小值、統(tǒng)計樣品數(shù)、分布面積等。

圖件編制包括基礎圖件和評價性圖件。

（5）元素（指標、有機物）分布特征分析及對比

通過統(tǒng)計獲取的主要地球化學參數(shù)，按區(qū)域、各重點監(jiān)測區(qū)、水系、成土母質、土地利用類型等不同單元進行參數(shù)對比分析，尋求分布規(guī)律;與區(qū)域背景值、不同年度平均值、基線值，按時間維度進行對比，探求變化規(guī)律。

（6）結果評價

評價是監(jiān)測工作最重要的成果。主要進行土壤環(huán)境質量評價、生態(tài)效應評價，并對可能的土壤環(huán)境質量影響因素：大氣干濕沉降物、灌溉水、化肥進行年度通量計算評價。

①土壤環(huán)境質量評價分為單元素環(huán)境質量評價和綜合環(huán)境質量評價?？蓞⒖紘覙藴省⒂嬎悱h(huán)境質量指數(shù)，編制環(huán)境質量分區(qū)圖;進行綜合環(huán)境質量評價時，還可依據(jù)“短板法則”進行單點評價，能更加直接的反映土壤的點狀污染和具體部位。評價采用國家標準GB 15618-2018《土壤環(huán)境質量 農用地土壤污染風險管控標準》和GB 36600-2018《土壤環(huán)境質量 建設用地土壤污染風險管控標準》。

土壤環(huán)境質量評價結果，分為4個等級質量區(qū)（表2）。以2018年國家標準中提供的風險篩選值和風險管制值為基礎加以補充，設定了3個界限值，對土壤環(huán)境質量進行分級：第一界限值：為北京市平原區(qū)重金屬元素背景值加2倍離差。其中背景值為2012年北京市農業(yè)土地資源綜合調查與評價工作獲取的各元素背景值;第二界限值：為2018年最新國家標準中不同pH值下重金屬元素對應的風險篩選值;第三界限值：為2018年最新國家標準中不同pH值下重金屬元素對應的風險管制值。

②生態(tài)效應評價主要是利用農作物（果品等）中Hg、Cd、As等重金屬元素，和B、Fe、Mn等有益微量元素，以及F、Se健康元素的含量，結合根系土中元素含量，進行生態(tài)效應評價。農作物（果品等）評價采用了農業(yè)部標準和國家標準，如NY/T 421-2012《綠色食品 小麥及小麥粉》、GB 2762-2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》;根系土評價采用GB 15618-2018《土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準》;還可進行農作物對特定元素富集能力的評價。

③土壤環(huán)境質量影響因素評價，主要根據(jù)可能的影響因素大氣干濕沉降物、灌溉水、肥料樣品的分析結果，通過分別計算年輸入通量，進行不同輸入途徑通量對比和總體影響評價。大氣干濕沉降主要是Cd和Hg元素，肥料主要是Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni等8種重金屬元素，灌溉水增加Cl-、NO2、NO3等陰離子和Cr6+離子態(tài)。灌溉水同時進行水質評價。

2 監(jiān)測工作取得一些成果和認識

（1）區(qū)域土壤地球化學特征和環(huán)境質量

北京市土壤重金屬元素環(huán)境質量整體優(yōu)良。中心城區(qū)土壤Hg等重金屬元素呈現(xiàn)明顯的高含量。總體上尚不具有嚴重的危害性。有機污染呈點狀，以農藥殘留為主。

（2）重點監(jiān)測區(qū)土壤環(huán)境質量和生態(tài)效應

東南郊工廠區(qū)、首鋼搬遷區(qū)、大臺煤礦區(qū)等工礦區(qū)土壤環(huán)境質量總體較好，重金屬等環(huán)境元素呈現(xiàn)富集特征。農業(yè)種植區(qū)土壤環(huán)境質量總體良好，部分地區(qū)存在安全風險。重要水源地密云水庫周邊土壤環(huán)境質量總體良好。所有重點監(jiān)測區(qū)有機物以多環(huán)芳烴檢出率較高，其次為有機氯農藥指標，但含量均不高，污染風險不大。

3 存在問題探討

（1）樣點代表性的問題

如何保證樣品具有足夠的代表性是監(jiān)測工作的一大難點。不同的元素地球化學性質、土地利用方式、采樣精度都是主要的影響因素，雖說精度越高，采樣代表性就越好，但不可能無限量增加樣品，我們要做的就是在一定尺度下合理控制采樣密度，還要能反映區(qū)域的元素地球化學特征。

目前北京平原區(qū)樣品密度已達到

2～4個點/ 4 km×4 km，丘陵區(qū)和山區(qū)達到1～2個點/ 4 km×4 km，與之前相比，精度已大幅提高，不能再一味加密，如何進一步保證樣品代表性需要認真思考。

（2）分析測試的問題

監(jiān)測工作對分析測試質量要求較高，理論上不同年份的監(jiān)測樣品測試工作應當委托同一家實驗室進行分析，可以減少不同實驗室之間的系統(tǒng)誤差，保證連續(xù)性和可靠性。

實際上由于項目績效管理等因素，不同年份的監(jiān)測樣品測試工作往往是由不同的實驗室承擔，如何有效監(jiān)控不同年份、不同實驗室的樣品分析測試工作，保證分析測試質量，還需要在參照相關規(guī)范、合規(guī)合法的基礎上進一步完善。

（3）重點工作區(qū)的問題

目前，重點監(jiān)測工作涉及到工礦、農業(yè)、水源地和元素異常區(qū)，但隨著城市發(fā)展，還有一些未能覆蓋到的類型，需要進一步優(yōu)化完善。

同時，對重點監(jiān)測區(qū)如何在投入實物工作量不變的條件下，進一步提高效率，對樣品布置方式、研究方法、頻次等如何進一步改進，還需要深入探討和優(yōu)化。

（4）評價標準的統(tǒng)一問題

監(jiān)測工作由于年份跨度較大，存在評價方法、評價標準不統(tǒng)一的問題，導致評價結果難于直接對比。這主要是由于評價標準的升級更替，還有國家標準和行業(yè)標準之間對比和引用問題。

目前在具體監(jiān)測工作中，因標準問題造成的影響主要體現(xiàn)在成果表達中，引用了多個評價標準，使得成果報告顯得較為凌亂，且不同年份對比較為復雜。

4 改進優(yōu)化的思考

4.1 重視樣品采集工作，加強技術方法研究

樣品的布置和采集應遵從“隨機”“等量”原則。采樣點布置必須“隨機”，在符合一定間隔距離、方位要求的同時，避免主觀因素;采樣時注意“等量”，子樣要求數(shù)量、質量相等;同時采樣點深度等也要有統(tǒng)一要求，并嚴格執(zhí)行。

監(jiān)測工作要求不同年度采樣點位一致，即同點取樣，可利用先進定位設備精準定位，并留周邊環(huán)境照片以驗證。

在傳統(tǒng)采樣方法的基礎上，加強先進技術應用，改進、優(yōu)化采樣方法，保證采樣精準性，如取樣鉆機的引進，可以最大限度避免人為取樣的主觀影響。

4.2 加強第三方測試的監(jiān)控

對于可能存在的不同的實驗室承擔不同年份的樣品分析測試的問題，可引入第三方測試監(jiān)控（汪月桂等，2012;劉英男，2014;陳皓等，2010），采取以下綜合手段加強分析測試質量監(jiān)控：

（1）對實驗室的要求

實驗室選取應有連續(xù)性，原則上以地礦實驗室為主，除了要求具有基本的CMA資質外，還要求具有中國地質調查局頒發(fā)的多目標地球化學52項指標的測試資質，這類實驗室無論從硬件設備上還是從人員經驗上都達到了地球化學測試工作的基本要求。

（2）測試質量的內部、外部監(jiān)控

通過插入標準樣來完善監(jiān)測樣品的測試監(jiān)控方案，對于土壤樣品全量，除了正常插入實驗室的內部監(jiān)控樣外，另外按批次插入國家級實驗室的外部監(jiān)控樣，通過計算不同批次不同指標的合格率，判定樣品測試質量，這是對不同實驗室進行監(jiān)控的有效手段之一。另外還可以通過插入往年的樣品副樣作為密碼樣，用以監(jiān)控不同實驗室的測試誤差。

（3）第三方外檢

對于土壤有效態(tài)、形態(tài)和有機污染物分析，進行第三方外檢是控制分析質量較好的措施。為保障分析質量可靠，進行外檢的實驗室盡量選擇行業(yè)內經驗較豐富的測試單位。

4.3 強化重點工作區(qū)的動態(tài)監(jiān)測

重點監(jiān)測區(qū)部署工作應遵從綜合布樣、加密采樣、重點突破、動態(tài)選區(qū)的原則。目前重點區(qū)工作周期為1年，對選定的區(qū)域每年進行一輪采樣，目的在于了解區(qū)內元素含量變化，查明元素異常成因，這樣一般每個區(qū)需要連續(xù)監(jiān)測1～3年。如在3年內沒有多大變化，并查明了異常原因和其生態(tài)效應，可以停止工作，列為長期觀察區(qū)，間隔3～5年后再次布置工作進行一輪評價。

重點監(jiān)測區(qū)應綜合布置各類樣品，從土壤、水、植被、農作物、果品、蔬菜，到人體毛發(fā)、血液等，查明元素和污染物的“來龍去脈”——元素富集的原因，是否進入人體，對人體的影響等。樣品布置應以濃集中心為中心展開，考慮各類影響因素如地下水流向等進行加密采樣。

對于經監(jiān)測連續(xù)出現(xiàn)高異常、超過風險管制值、可能影響人身健康安全的重點地區(qū)，可以適當調整年度工作量進行重點突破。

重點監(jiān)測區(qū)的選取和布置應是動態(tài)的，不是一成不變的，要及時優(yōu)化調整。可以增加基本農田保護區(qū)、垃圾填埋場、交通主干線周邊等環(huán)境敏感區(qū)，納入重點監(jiān)測區(qū)范疇。

4.4 加強綜合研究及評價規(guī)范化

（1）加強誤差研究

在保證野外采樣和分析測試質量的前提下，受客觀和主觀因素的影響，采樣誤差和分析誤差仍是難于避免的，因此要將誤差研究納入監(jiān)測工作的長期研究領域，提高監(jiān)測工作質量，不斷減小誤差對分析評價的影響。

（2）規(guī)范評價方法

監(jiān)測工作初期進行評價時，并未按照不同土地利用方式，缺乏針對性。今后應區(qū)分農用地和建設用地，選擇合適的標準進行評價，使監(jiān)測成果為生態(tài)環(huán)境管理服務的同時，也可為土地管理服務。

建立健全規(guī)范統(tǒng)一的監(jiān)測評價方法，以國家標準作為評價依據(jù)。進行單因子評價時，參照值統(tǒng)一按國家標準劃分質量區(qū);綜合評價時采用內梅羅指數(shù)或利用短板法則進行評價。

5 結論

（1）北京市土壤地質環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)建成運行歷時6年，經過不斷調整優(yōu)化，形成了較為完整的監(jiān)測體系和方法體系。監(jiān)測網(wǎng)由區(qū)域監(jiān)測和重點監(jiān)測2個層次構成，已覆蓋了包括山區(qū)在內的全市域。區(qū)域監(jiān)測分流域開展，周期為3年，重點監(jiān)測周期為1年。

（2）經過多年監(jiān)測，對北京市土壤地質環(huán)境背景、質量狀況和元素分布、富集規(guī)律取得初步成果。北京市土壤地質環(huán)境質量整體優(yōu)良，但有些區(qū)存在重金屬超標，中心城區(qū)存在Hg元素含量異常等現(xiàn)象，主要呈點狀分布;有機污染物以多環(huán)芳烴為主，有機氯農藥超標呈點狀。

今后，為確保監(jiān)測網(wǎng)高質量運行，對現(xiàn)狀網(wǎng)絡應從樣品采集、分析質量上加強方法技術和質量監(jiān)控體系研究;對重點監(jiān)測區(qū)的選取和工作方法，應進行重點關注、深入探討;加強綜合研究，在評價規(guī)范化、技術方法創(chuàng)新方面進行嘗試，滿足土壤環(huán)境質量和土地管理的需求。

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