高琳琳 周曉天 孟源思 楊慶波 李丁 馬友華
摘 要:該文綜述了近30年有關農(nóng)用地重金屬污染風險的評價標準及其研究進展,介紹了農(nóng)用地土地重金屬污染風險劃分方法,將農(nóng)用地土壤重金屬污染環(huán)境劃分為優(yōu)先保護區(qū)、基本安全區(qū)、安全利用區(qū)、低風險區(qū)、中風險區(qū)和高風險區(qū)6個類別和分區(qū)管控措施。
關鍵詞:農(nóng)用地;重金屬污染;風險評價與劃分;分區(qū)管控
中圖分類號 X53文獻標識碼 A文章編號 1007-7731(2021)08-0122-05
Abstract: Analysis of nearly 30 years about the risk of heavy metal pollution of farmland evaluation standard and methods, focus on evaluation standard, Soil heavy metal pollution on agricultural land was divided into six categories: priority protection area, basic safety area, safe utilization area, low risk area, medium risk area and high risk area, and scientific control measures were put forward respectively.
Key words: Agricultural land; Heavy metal pollution; Risk assessment and classification; Zoning control
1 引言
農(nóng)用地土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)直接或間接利用的土壤,其質(zhì)量關系生態(tài)安全。重金屬通過人類活動進入到農(nóng)用地土壤中,積累到一定程度,含量超過土壤自身的凈化能力,導致土壤的性狀和質(zhì)量發(fā)生改變,從而對人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負面影響,稱為農(nóng)用地重金屬污染[1-3]。近年來,隨著我國交通運輸、石油開采和金屬冶煉等行業(yè)的迅猛發(fā)展,嚴重增加了重金屬的排放,引起工業(yè)和城市污染不斷向農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)滲透[4-7]。同時,我國每年因重金屬污染而減產(chǎn)的糧食量達到數(shù)千萬噸,經(jīng)濟損失逾百億,影響糧食安全[8]。
“土十條”中也明確提出:實施農(nóng)用地的分類管理工作,保護好未污染土地,加強農(nóng)用地的保護管理。農(nóng)用地的污染較為突出,關系著糧食與食品安全,因此,保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境安全,根據(jù)土壤污染等級不同,對劃分后的土地采用不同的治理修復措施就尤為重要[9]。
《中華人民共和國土壤污染防治法》在第四十九條中對國家建立農(nóng)用地分類管理制度,依據(jù)土壤污染程度與相關標準,將農(nóng)用地劃分為優(yōu)先保護類、安全利用類和嚴格管控類等內(nèi)容也做出了明確規(guī)定,并要求各級人民政府層層夯實責任,切實推進當前土壤重金屬污染問題的解決工作[10-11]。受污染耕地安全利用與管控工作也已經(jīng)納入各級政府考核指標。
21世紀以來,國家對生態(tài)環(huán)境保護的重視程度日益提高,為改善我國農(nóng)用地土壤重金屬污染狀況,國務院專門印發(fā)了土壤污染防治行動計劃,要求將農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量類別按污染程度進行劃定[12-13]。因此,修改完善農(nóng)用地土壤污染風險評價標準與方法,實現(xiàn)對重金屬污染風險的有效劃分,對實現(xiàn)重金屬污染土壤的分類分級治理,提出合理的管控措施,保障人民生命安全,具有重大意義[14-15]。
2 農(nóng)用地土壤重金屬污染評價標準
2.1 土壤重金屬全量標準 為保護土壤環(huán)境,保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全,維護國民健康,國家環(huán)境保護局(現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部)于1995年首次發(fā)布《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》。該標準在全國范圍內(nèi)選取10多個代表性土壤,分3個土壤pH值范圍,檢測不同污染途徑對土壤產(chǎn)生危害的臨界值,得出土壤基準值,并選取最低值定為標準值[17-19],在我國土壤環(huán)境質(zhì)量評價和保護領域發(fā)揮了歷史性作用。但是,受當時我國科學水平及基礎資料不足等因素的限制,該標準也存在污染物指標較少、標準值確定不合理(忽略了土壤個體間的差異)以及未考慮風險評估的方法學等諸多問題[17-20]。21世紀以來,隨著工礦企業(yè)增多等原因導致的新的土壤污染問題的出現(xiàn),完成對該標準的修訂工作迫在眉睫。
該標準于2018年完成第1次修訂,名稱調(diào)整為《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》(下面簡稱《標準》)[16]?!稑藴省穼σ?guī)范性引用文件進行了更新[16-18],以土壤環(huán)境基準為主要依據(jù),增加了農(nóng)用地、農(nóng)用地土壤污染風險等術語和定義,對農(nóng)用地土壤中鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳、鋅等基本項目規(guī)定了風險篩選值,并規(guī)定了鎘、汞、砷、鉛、鉻的風險管制值,同時更新了監(jiān)測、實施與監(jiān)督的要求[16],并將土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分為優(yōu)先保護類(未超過風險篩選值)、安全利用類(高于風險篩選值而未超過風險管制值)和嚴格管控類(超過風險管制值)3類,便于實現(xiàn)對農(nóng)用地土壤質(zhì)量的風險分析與評價[20]。但是,《標準》中鎘、汞、鉛等元素的風險管制值在一定pH范圍內(nèi)定為風險篩選值的4~5倍,但是未對定值標準進行說明。此外,土壤自然背景值作為制定土壤標準的1個重要依據(jù),在新標準中被省略,這一改變的合理性值得商榷。標準在6.4部分還提到,土壤環(huán)境質(zhì)量類別應該以該標準為基礎,結合食用農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測結果來劃分,其中并未考慮土壤有效態(tài)對類別劃分的重要影響。
2.2 農(nóng)產(chǎn)品重金屬限量標準 我國農(nóng)產(chǎn)品在地域、品種和耕作方式等方面具有優(yōu)勢,完善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量評價標準是促進我國農(nóng)業(yè)質(zhì)量提升的重要手段。但我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量評價標準嚴重滯后,農(nóng)產(chǎn)品分級標準研制工作迫在眉睫,農(nóng)產(chǎn)品中重金屬評價標準更是幾乎空白[21]。面對這一現(xiàn)狀,制定農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量判斷的專屬標準便顯得尤為重要。其實,我國于1981年便出了食品中重金屬汞的允許量標準(GB2762-1981)[22-26],但是該標準僅針對汞一種重金屬污染物在食品中的允許量進行了限定,其他重金屬污染物的限量標準仍是空白。20世紀90年代開始,食品中其他單項重金屬污染物的限量標準才逐一面世,包括標準(GB2762-1994)[27]、(GB14935-1994)、(GB15201-1994)、(GB4810-1994)和(GB14961-1994)等。2005年1月,食品中污染物限量標準(GB2762-2005)在上述標準的基礎上進行修改后發(fā)布,其內(nèi)容囊括了上述多種重金屬污染物在不同食品中的限量,是當前較為規(guī)范的食品中重金屬污染污染限值標準。2012年,衛(wèi)生部[28]根據(jù)《食品安全法》組織修訂了限量標準(GB2762-2012),修訂后的標準以風險評估為基礎,在已有標準的基礎上進行整合,結合食品中污染物的監(jiān)測結果確定了污染物在對應食品中的限量,重點突出對食品安全性的要求,對我國居民常日食用的諸多種類食品設置了限量規(guī)定。另外,該標準還對食品生產(chǎn)和加工者均應采取的控制措施提出要求。該標準于2017年被限量標準(GB2762-2017)[29-30]所代替,2017版標準為當前最新食品安全國家標準。和2005年的標準相比,新標準在刪除稀土限量要求的同時增加了螺旋藻、黃花菜、輔食營養(yǎng)補充品等食品中部分污染物的限量要求,并對應用原則進行了修改,對檢驗標準方法進行了更新,增加了無機砷限量檢驗要求的說明。該標準雖與《食品和飼料中污染物和毒素通用標準》和《食品法典標準》等[31-34]存在不同程度的差異,但對食品安全的管理要求較以往更加嚴格,很大程度上推動了我國食品產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[29]。
2.3 土壤重金屬有效態(tài)限值研究 重金屬生物有效性[35]是指環(huán)境中的重金屬被生物體吸收、在體內(nèi)積累或產(chǎn)生毒性的程度。近30~40年,國內(nèi)外學者在該方面開展了大量研究,李宗利[36]等用Sposito提取方法研究了不同形態(tài)Cd、Pb對黑麥幼苗吸收量的影響,李冰等[37]以稻谷Cd限量衛(wèi)生標準為限制條件,發(fā)現(xiàn)各活性形態(tài)Cd的限量區(qū)間限值有極大的差異關系;2012年,薛占軍[38]等學者結合已有土壤環(huán)境質(zhì)量標準與河北省主要污灌土壤中各形態(tài)重金屬的分布情況,通過農(nóng)產(chǎn)品與土壤重金屬不同形態(tài)間的回歸關系初步建立了土壤重金屬形態(tài)的臨界含量。該研究雖為當?shù)赝寥乐亟饘傩螒B(tài)的環(huán)境質(zhì)量標準制定提供了參考依據(jù),但由于不同農(nóng)產(chǎn)品種類間存在較大差異,未能對土壤重金屬形態(tài)的限量進行明確劃分[39];2016年,有學者嘗試對土壤重金屬形態(tài)有效性進行了劃分,按照離子吸附的強弱程度,在不同酸性土壤溶液是否被吸附與解吸,嘗試將土壤重金屬離子劃分為游離態(tài)、交換態(tài)、束縛態(tài)和禁錮態(tài)[40],并歸納了傳統(tǒng)形態(tài)和離子形態(tài)與植物吸收有效性的對應關系。
劉君[41-43]等研究表明,土壤中重金屬的有效態(tài)含量除受該金屬元素的總量影響以外,還受到其他諸多因素的影響,尤其是土壤pH值、有機質(zhì)等土壤理化性質(zhì)以及土壤類型、管理措施及灌溉水源等[43-46]。同時,受人力、物力等條件限制,重金屬有效態(tài)的研究多以室內(nèi)或小區(qū)試驗為主,研究多集中于重金屬含量較高的典型污染區(qū),且樣品數(shù)量和類型都相對較少,而且與農(nóng)田環(huán)境存在較大差異,其結論往往不具有普遍適用性[45],據(jù)此對農(nóng)用地重金屬污染風險進行劃分較為牽強,依據(jù)土壤重金屬有效態(tài)的劃分標準還需開展更多大田試驗進行支撐。
越來越多的研究證實,農(nóng)用地土壤中重金屬的生物污染風險除與土壤和農(nóng)產(chǎn)品中重金屬污染物含量有關,更與其賦存形態(tài)和土壤環(huán)境關系密切。
3 農(nóng)用地土壤重金屬污染風險劃分
此前,我國農(nóng)用地重金屬污染風險劃分工作仍處于探索階段[46-48],為實現(xiàn)對農(nóng)用地重金屬污染風險的有效劃分,為進一步的分區(qū)修復做好基礎工作,社會各界基于《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(3次征求意見稿)和最新評價標準對農(nóng)用地重金屬污染的評價和等級劃分結果,依據(jù)對農(nóng)用地土壤和水稻等農(nóng)產(chǎn)品中重金屬污染物的等級劃分,出現(xiàn)了對農(nóng)用地重金屬污染風險劃分的不同方式[49]。
2017年,農(nóng)用地土壤污染狀況詳查[50-52]工作在全國范圍內(nèi)開展,該工作結合農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量評價結果,在土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分的基礎上將農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分為優(yōu)先保護類、安全利用類和嚴格管控類,并據(jù)此對農(nóng)用地進行區(qū)域風險劃分;魏洪斌[1]等學者采用單因子指數(shù)綜合法,綜合土壤重金屬污染指數(shù)最大值和農(nóng)作物可食用部分重金屬限量污染評價指數(shù)最大值進行了評價,將農(nóng)用地劃分為5個等級,對應的農(nóng)用地分區(qū)為安全區(qū)、基本安全區(qū)、低風險區(qū)、中風險區(qū)和高風險區(qū)。這2種環(huán)境質(zhì)量類別劃分方式,第1種的嚴格管控類劃分過于粗糙,不能夠做到精準施策和精準管理;第2種則缺少了對無污染地塊的優(yōu)先保護。
結合實踐經(jīng)驗和詳查中的劃分方法,借助單項污染指數(shù)法,綜合考慮土壤中某種重金屬污染物的污染指數(shù)和農(nóng)產(chǎn)品中該種污染物的污染指數(shù),可將農(nóng)用地劃分為6個類別:當土壤中重金屬污染物低于風險篩選值且農(nóng)產(chǎn)品不超過限量標準值時,將農(nóng)用地劃分為優(yōu)先保護區(qū);當土壤中重金屬污染物超過風險篩選值但低于風險管制值,且農(nóng)產(chǎn)品低于限量標準值時,劃分為基本安全區(qū);當土壤中重金屬污染物超過風險篩選值但低于風險管制值,且農(nóng)產(chǎn)品低于限量標準值時,劃分為安全利用區(qū);當土壤中重金屬污染物超過風險管制值但農(nóng)產(chǎn)品低于限量標準值時,劃分為低風險監(jiān)控區(qū);當土壤中重金屬污染物超過風險篩選值但低于風險管制值,而農(nóng)產(chǎn)品超過限量標準值時,劃分為中風險管控區(qū);當土壤中重金屬污染物超過風險管制值且農(nóng)產(chǎn)品超過限量標準值時,劃分為高風險限制區(qū)。
4 農(nóng)用地土壤重金屬污染分區(qū)管控措施
4.1 優(yōu)先保護區(qū) 對于優(yōu)先保護區(qū),其土壤和農(nóng)產(chǎn)品情況均清潔無污染,說明其所在地區(qū)生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)良,農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì),對于優(yōu)先保護區(qū)不需要施用鈍化劑進行處理,在種植結構上可多種植易積累重金屬的糧食作物,提高這類糧食作物的種植面積和可食用性。從優(yōu)化施肥、水分調(diào)控、葉面調(diào)控、深翻耕等農(nóng)藝調(diào)控類措施方面在充分利用的基礎上加以重點保護,避免污染源的引入,實現(xiàn)可持續(xù)利用。
4.2 基本安全區(qū) 基本安全區(qū)的土壤存在一定程度的污染,但污染程度不高,土壤環(huán)境未對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量造成威脅,因此可以加以利用,正常種植當?shù)卦械闹饕Z食作物。但是,區(qū)域內(nèi)耕地在利用時仍需避免加重土壤污染,保證農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。
4.3 安全利用區(qū) 該區(qū)土壤污染程度較高,說明生產(chǎn)地區(qū)土壤環(huán)境存在一定的污染風險,但農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量尚安全,可以作為農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地加以利用[1]。但是,需要避免種植易積累重金屬的糧食作物,可以種植一些不易積累重金屬的糧食作物品種和非食用的經(jīng)濟作物實現(xiàn)充分利用,同時在生產(chǎn)過程中可以使用相應的農(nóng)藝調(diào)控措施對土體的理化性質(zhì)進行改善,從而降低土壤中重金屬的污染程度,避免農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題的發(fā)生。
4.4 低風險監(jiān)控區(qū) 該區(qū)污染情況十分嚴重,土壤中重金屬污染物聚積程度高,產(chǎn)地周邊可能存在污染源,雖然農(nóng)產(chǎn)品污染物含量尚未超標,但存在污染風險,因此應對該區(qū)采取監(jiān)控措施,排查污染源,斷絕農(nóng)產(chǎn)品污染的可能,同時改變種植模式,在種植作物選擇上需要格外謹慎。在管理措施上,除了使用農(nóng)藝手段必要情況下還需加入土壤改良技術,基于土壤化學或微生物原理,通過調(diào)節(jié)土壤中的氧化還原、吸附、沉淀等過程,促進重金屬污染物由高有效性向低有效性轉化、由高毒性向低毒性轉化,定向控制土壤中重金屬元素的遷移以及農(nóng)作物的富集,全方位防治重金屬污染。
4.5 中風險管控區(qū) 該區(qū)土壤存在一定程度污染,且農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全出現(xiàn)問題,有可能對人和其他動物的健康造成明顯威脅,因此應加大管控力度,切斷污染源,并對該區(qū)的生產(chǎn)活動加以限制,同時開展重金屬污染風險評估,采取相應的農(nóng)藝修復措施[53-54],減少作物對重金屬的吸收;采用聯(lián)合修復等方法進行土壤修復,達到預期修復效果前嚴禁種植任何可食用植物。通過向土壤中添加鈍化材料,如黃鐵礦、海泡石、坡縷石、蒙脫土、黏土礦物粉、鐵錳氧化物、泥炭等,將土壤中有毒有害重(類)金屬離子由有效態(tài)轉化為化學性質(zhì)不活潑形態(tài),降低其在土壤環(huán)境中的遷移、植物有效性和生物毒性。
4.6 高風險限制區(qū) 該區(qū)不僅土壤污染程度高,農(nóng)產(chǎn)品安全也受到極大威脅,產(chǎn)生的糧食作物對人類的健康和其他動植物的生存產(chǎn)生嚴重影響,應停止該區(qū)的糧食作物生產(chǎn),全面種植非食用經(jīng)濟作物,尤其是耐重金屬吸收強的非食用經(jīng)濟作物,充分利用土地資源。并對該區(qū)采取綜合治理[55]的方法,將農(nóng)藝調(diào)控措施、土壤改良類措施和生物類措施相結合對土壤污染進行修復,甚至將其轉換為非農(nóng)業(yè)用地加以利用。
5 展望
目前,重金屬全量仍然是農(nóng)用地土壤重金屬污染風險劃分的主要依據(jù),在以后的研究中,有必要將重金屬生物有效性評價方法標準化,實現(xiàn)重金屬生物有效性的定量化評價,同時將土壤重金屬全量、農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量和土壤重金屬有效態(tài)含量評價標準相統(tǒng)一,權衡標準管控和負載容量管控的優(yōu)劣,以此完善農(nóng)用地重金屬污染風險劃分研究;根據(jù)各地生態(tài)環(huán)境條件,地方可制定風險劃分技術規(guī)范,實現(xiàn)更加科學的農(nóng)用地的質(zhì)量類別劃分,并對重金屬污染農(nóng)用地進行定期監(jiān)測,根據(jù)劃分確定各區(qū)管控措施,推進受污染耕地土壤的治理與修復工作,實現(xiàn)不同地區(qū)農(nóng)用地的安全利用,保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全與人類健康。但是,將3個因素結合為整體實現(xiàn)綜合質(zhì)量評價的難度極大,包括適用范圍的確定等仍有許多困難,農(nóng)用地污染土壤風險劃分與管控工作依然任重道遠。
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(責編:王慧晴)