不同國家基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的土壤篩選值研究及啟示

鄭麗萍，王國慶,*，龍濤,#，林玉鎖，馮艷紅，張亞，趙欣

1. 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京 210042 2. 國家環(huán)境保護(hù)土壤環(huán)境管理與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210042

基于風(fēng)險(xiǎn)的土壤篩選值是土壤中污染物濃度的指示值或警告值，是初步判斷和識(shí)別受污染土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的依據(jù)。由于生態(tài)受體(土壤微生物、土壤動(dòng)物及植物)數(shù)量眾多，且土壤屬于高異質(zhì)性介質(zhì)，故生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)的建立相對人體健康風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)更加復(fù)雜，目前也只有為數(shù)不多的國家建立了生態(tài)基準(zhǔn)，并基于此制定了旨在保護(hù)生態(tài)安全的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。目前，世界上已有10多個(gè)國家制定或正在制定土壤生態(tài)篩選基準(zhǔn)值，這些篩選值的公布促進(jìn)了污染土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)的發(fā)展，也給污染土壤的環(huán)境管理提供了有力支持。同時(shí)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)篩選值也是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的初步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)層次所依據(jù)的主要工具，初步篩選土壤中污染物的含量是否對生態(tài)環(huán)境存在風(fēng)險(xiǎn)。美國、英國、澳大利亞和荷蘭等國家都為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估導(dǎo)則配套制定了相應(yīng)的土壤生態(tài)篩選值，不同國家的土壤生態(tài)篩選值的叫法略有不同，但都是基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)而制定的土壤環(huán)境指導(dǎo)值。

2018年6月28日，生態(tài)環(huán)境部與國家市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)。該標(biāo)準(zhǔn)的制定是為保護(hù)農(nóng)用地土壤環(huán)境，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。目前，我國尚未制定主要保護(hù)目標(biāo)為生態(tài)受體的土壤篩選值。我國生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究起步較晚，目前還沒有國家權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的諸如生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則等文件。本文介紹了土壤生態(tài)篩選值的定義以及國外一些國家在污染土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估領(lǐng)域的相關(guān)土壤篩選值。由于地理生態(tài)、社會(huì)文化、行政法規(guī)以及標(biāo)準(zhǔn)制定的科學(xué)基礎(chǔ)等差異使各國基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的土壤篩選值的制定方法各有特色，導(dǎo)致各國基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的土壤篩選值名稱和篩選值之間存在較大差異。本文就目前國外一些權(quán)威機(jī)構(gòu)推出的并得到廣泛認(rèn)可的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、方法以及國內(nèi)污染土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究現(xiàn)狀做簡要介紹，對國際上不同國家的土壤生態(tài)篩選值的制定方法、理論體系、使用策略等進(jìn)行詳細(xì)描述，為我國制定相關(guān)篩選值的方法體系提供參考，旨在推動(dòng)我國基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的污染土壤篩選值的建立和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究。

1 美國生態(tài)土壤篩選值與制定方法(American ecological soil screening levels and formulation method)

針對超級(jí)基金場地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要求，美國EPA制定了生態(tài)土壤篩選值體系(Eco-SSL)。Eco-SSL是一套基于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的土壤污染物濃度篩選值，保護(hù)目標(biāo)為與土壤發(fā)生接觸的，或以土壤中、土壤上生物質(zhì)為食的生態(tài)受體[1]。Eco-SSL不但給出了通用篩選值，也同時(shí)給出了篩選值的推導(dǎo)方法，篩選值在制定時(shí)采用偏保守的假設(shè)，用于場地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的初篩。初篩確定潛在關(guān)注污染物后，有利于在隨后的場地專項(xiàng)基線生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作中將研究重點(diǎn)集中到關(guān)注的污染物上。超級(jí)基金生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序主要包括8步[2]：(1)初步篩選層次；(2)篩選層次；(3)問題描述；(4)研究設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)質(zhì)量分析；(5)確定現(xiàn)場采樣方案；(6)現(xiàn)場調(diào)查與數(shù)據(jù)分析；(7)風(fēng)險(xiǎn)表征；(8)風(fēng)險(xiǎn)管理。Eco-SSL主要被用于第2步，即初步篩選階段時(shí)進(jìn)行土壤污染物的篩選工作。

表1 各物種在土壤中的暴露途徑Table 1 Exposure pathways of species in the soil

注： Eco-SSL為生態(tài)土壤篩選值體系。

Note: Eco-SSL stands for ecological soil screening levels.

Eco-SSL在啟動(dòng)編制時(shí)考慮了24種污染物，其中包括7類有機(jī)污染物和17種無機(jī)金屬離子。保護(hù)對象主要考慮了四大類受體，即植物、土壤無脊椎動(dòng)物、鳥類和哺乳動(dòng)物。由于研究數(shù)據(jù)的不足，暫未納入兩棲及爬行動(dòng)物。各物種的暴露途徑如表1所示。

1.1 Eco-SSL毒性參數(shù)獲取

EPA首先通過一系列嚴(yán)格的篩選程序[3-4]，篩選出可信度較強(qiáng)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。其中必須包含土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)，包括土壤pH和有機(jī)質(zhì)百分比(%OM)。如果土壤pH <4或> 8.5或者土壤有機(jī)質(zhì)含量> 10%時(shí)，文獻(xiàn)數(shù)據(jù)不被采納。相關(guān)的毒性數(shù)據(jù)按照4種生態(tài)相關(guān)評(píng)估終點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)整理，即繁殖、數(shù)量、生長、生理。每項(xiàng)研究中的毒性參數(shù)，即污染物導(dǎo)致的不利作用的濃度-效應(yīng)關(guān)系，均被記錄下來。用于指定Eco-SSL的毒性參數(shù)包括EC20(即能引起20%最大效應(yīng)時(shí)的濃度)、EC10和MATC(最大可接受有毒物質(zhì)濃度)。其中，MATC值由NOAEC(無效應(yīng)濃度)和LOAEC(最低有害濃度)的幾何平均值確定。未納入Eco-SSL制定依據(jù)的毒性指標(biāo)包括LC50、EC50及ECx(x<5)。LC50與EC50被認(rèn)為對生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)性不足，而ECx(x<5)被認(rèn)為數(shù)據(jù)可靠程度略低。

在計(jì)算MATC時(shí)，選用的數(shù)據(jù)必須反映完整的劑量-效應(yīng)關(guān)系，以同時(shí)獲取NOAEC和LOAEC值。若文獻(xiàn)只報(bào)道NOAEC和LOAEC二者之一，則認(rèn)為確定毒性閾值，不能作為Eco-SSL的制定依據(jù)。

當(dāng)同一組毒性試驗(yàn)提供了多個(gè)毒性參數(shù)時(shí)，Eco-SSL的默認(rèn)選擇順序?yàn)镋C20>MATC>EC10。如果試驗(yàn)選用了多個(gè)可采用的生態(tài)相關(guān)評(píng)估終點(diǎn)，則選用其中最低的濃度閾值作為制定參考。此外，僅當(dāng)毒性參數(shù)與對照組存在顯著差異時(shí)，該毒性參數(shù)才可被選用。對土壤無脊椎動(dòng)物進(jìn)行毒性測試時(shí)，EPA認(rèn)可的試驗(yàn)方法包括國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)、美國測試與材料協(xié)會(huì)(ASTM)、以及聯(lián)邦生物研究合作組織(FBRC)的一系列生物毒性測試標(biāo)準(zhǔn)方法。對植物進(jìn)行毒性測試時(shí)，EPA也推薦了相應(yīng)的ISO、EPA和ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法。

1.2 Eco-SSL相關(guān)計(jì)算方法

計(jì)算植物和無脊椎動(dòng)物的Eco-SSL的方法[1]：由于美國采用打分制對所有文獻(xiàn)的土壤生物毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)分后篩選計(jì)算土壤生態(tài)篩選值，本文僅對該種計(jì)算方法做基本介紹，即采用土壤生物有效性最高(如4≤土壤pH<5、土壤有機(jī)質(zhì)小于2%)的所有生物毒性數(shù)據(jù)(EC20、EC10和MATC)的幾何平均值計(jì)算Eco-SSL，要求數(shù)據(jù)必須大于或者等于3個(gè)，如果有效數(shù)據(jù)少于3個(gè)，可從土壤生物有效性次高的土壤中(如5.5<土壤pH<7、土壤有機(jī)質(zhì)小于2%)尋找生物毒性數(shù)據(jù)(EC20、EC10和MATC)，尋找以上數(shù)據(jù)直到大于等于3個(gè)時(shí)可計(jì)算Eco-SSL。

計(jì)算野生生物的Eco-SSL時(shí)遵循5個(gè)基本步驟：(1)選擇野生生物風(fēng)險(xiǎn)模型。建立數(shù)學(xué)模型，在考慮食物鏈暴露途徑的前提下，定量描述土壤污染物濃度與可接受濃度閾值之間的關(guān)系。(2)選擇代表物種。選擇專門的指標(biāo)物種，為暴露模型提供相關(guān)參數(shù)。(3)估測暴露劑量。為暴露劑量模型提供相關(guān)參數(shù)，以評(píng)估各污染物的暴露劑量。(4)推導(dǎo)毒性參考值(TRV)，確認(rèn)一個(gè)可接受的閾值。(5)計(jì)算生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)篩選值。依據(jù)危害為1的前提條件計(jì)算生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)篩選值。

1.3 野生生物風(fēng)險(xiǎn)模型

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)商的基本計(jì)算公式為[1,5]：

危害商(HQ)=暴露劑量(mg·kg-1bw·d-1)/毒性參考值(mg·kg-1bw·d-1)

由上式可見，在危害商為1時(shí)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)篩選值與毒性參考值相等。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)商的詳細(xì)計(jì)算公式為：

其中：HQj為污染物j的危險(xiǎn)商值；Soilj為土壤中污染物j的濃度(mg·kg-1)；N為不同種野生生物數(shù)量；Bij為污染物j在生物i體內(nèi)的濃度(mg·kg-1)；Pi為攝食生物i的百分比；FIR為食物攝入量(kg food (dry weight)·kg-1(wet weight)·d-1)；AFij為從被食用的生物i吸收的污染物j的吸收比例(用于篩選值時(shí)設(shè)置等于1)；AFjs為從土壤直接吸收的污染物j的吸收比例(用于篩選值時(shí)設(shè)置等于1)；TRVj表示毒性參考值(mg·kg-1bw·d-1)；Ps為食物中攝入土壤的比例；AUF為面積利用率(用于篩選值設(shè)置等于1)。

在上式中，除了考慮動(dòng)物通過食物攝入污染物外，還附加考慮了土壤被動(dòng)物在進(jìn)食時(shí)無意識(shí)直接攝入的暴露。此外，野生生物對食物和土壤中污染物的吸收率AF被設(shè)置為1，以體現(xiàn)篩選值的保守性。面積利用率AUF表示的是野生生物攝食過程中受到污染物影響的比例，以保守起見，在計(jì)算篩選值時(shí)AUF也設(shè)為1。

1.4 選擇代表性物種

由于每個(gè)污染場地的生物物種都不同，因此EPA在推導(dǎo)Eco-SSL時(shí)，考慮選擇有代表性的物種，并期望以代表性物種代表同一類型的(哺乳動(dòng)物及鳥類)具有相似食物結(jié)構(gòu)的物種[1]。在Eco-SSL的構(gòu)建中，對哺乳動(dòng)物及鳥類分別考慮了3個(gè)營養(yǎng)類別，即草食類、食昆蟲類與肉食類。在這六大類動(dòng)物中，每一類選擇一個(gè)專一物種作為該營養(yǎng)類別的代表性物種。一般來講，體型較小的生物具有更高的代謝速率和更小的生存范圍，因此在制定Eco-SSL時(shí)通?？紤]采用體型較小的代表性物種，以期起到對同一營養(yǎng)類別中其他物種的保護(hù)性。

在選擇代表性物種時(shí)，必須考慮到可以為野生生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型提供相關(guān)的參數(shù)，即體重、食物攝入量、土壤攝入量等參數(shù)。代表性物種選擇時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

(1)暴露途徑與土壤直接或間接相關(guān)。直接暴露途徑包括：直接攝食土壤中生長生存的生物(比如植物和土壤無脊椎動(dòng)物)，無意識(shí)的直接攝入土壤。在不發(fā)生食物鏈富集的情況下，通常認(rèn)為直接暴露對生物產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最主要的來源。間接暴露包括肉食性動(dòng)物食入與土壤直接接觸的獵物。

(2)食物構(gòu)成。代表物種必須是在陸地環(huán)境攝食的，以便只考慮來自土壤的污染物暴露途徑，排除來自水生環(huán)境的暴露途徑。

(3)食物構(gòu)成可被用于簡化分組。根據(jù)代表物種的食物構(gòu)成，代表物種應(yīng)可以被劃分到草食類、食昆蟲類及肉食類三種之一。相應(yīng)的，攝取的食物類型也應(yīng)可以簡化為3類：植物、土壤無脊椎動(dòng)物和動(dòng)物。代表物種的食物類型應(yīng)基本屬于以上3種類型中的一種，以便對某一食物類型產(chǎn)生的最大潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。通常認(rèn)為，雜食動(dòng)物的食物來源較多，而依賴較單一食物來源的動(dòng)物，在其食物來源受到污染時(shí)，其受到的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)更大。

(4)包括哺乳動(dòng)物和鳥類。對同一污染物，不同的物種會(huì)有不同的毒性反應(yīng)。最終Eco-SSL選擇了3種哺乳動(dòng)物(meadow vole, short-tailed shrew, long-tailed weasel)及3種鳥類(mourning dove, American woodcock, red-tailed hawk)作為篩選值制定的代表性物種。

1.5 美國生態(tài)篩選值

Eco-SSL是為保護(hù)接觸或生活于土壤中生物體而設(shè)定的土壤污染物濃度。Eco-SSL由4組生態(tài)受體依生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則單獨(dú)推導(dǎo)而來，這4種生態(tài)受體是植物、土壤無脊椎動(dòng)物、鳥類和哺乳動(dòng)物。假設(shè)這些Eco-SSLs可為陸地生態(tài)系統(tǒng)提供足夠的保護(hù)。Eco-SSLs按可以保護(hù)受體的保守暴露終點(diǎn)和影響物種分布來推導(dǎo)，適合應(yīng)用于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的篩選階段。這些篩選值應(yīng)當(dāng)用于那些特殊場地基準(zhǔn)、根據(jù)特定導(dǎo)則[6-9]進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、需要進(jìn)一步評(píng)估來確定的特定潛在污染物(COPCs)。Eco-SSLs不可用作清潔水平值，并且US EPA強(qiáng)調(diào)也不能將其修改后用作聯(lián)邦清潔標(biāo)準(zhǔn)，目前美國已制定的生態(tài)土壤篩選值如表2所示。

2 澳大利亞土壤生態(tài)調(diào)查值與制定策略(Australian soil quality guidelines and strategies)

2.1 總體方法

土壤質(zhì)量指導(dǎo)值(soil quality guidelines, SQG)根據(jù)其目標(biāo)不同有多種類型。澳大利亞國家環(huán)境保護(hù)委員會(huì)(The National Environment Protection Measure, NEPM)其中包含基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的土壤質(zhì)量指導(dǎo)值，即土壤生態(tài)調(diào)查值(ecological investigation level, EIL)，用于指導(dǎo)澳大利亞污染場地的評(píng)估[10-12]。當(dāng)土壤污染物含量超過土壤生態(tài)調(diào)查值時(shí)，表明陸地生態(tài)系統(tǒng)可能遭受不利影響。土壤生態(tài)調(diào)查值可用于指示場地是否需要采取進(jìn)一步調(diào)查。

澳大利亞使用3組不同的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)來推導(dǎo)SQG，如表3所示。這3組SQG被稱為SQG(NOEC&EC10)，SQG(LOEC&EC30)和SQG(EC50)，下標(biāo)反映了該組數(shù)值所使用的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)的類型。表3列出了3種類型的SQG，其中最低觀察效應(yīng)濃度(LOEC)和30%效應(yīng)濃度數(shù)據(jù)(EC30)已被NEPM采用來推導(dǎo)土壤生態(tài)調(diào)查值(EILs)。

SQG推導(dǎo)方法如圖1所示。該推導(dǎo)方法關(guān)鍵是考慮污染物在被研究土壤中的生物有效性和生態(tài)毒性。該方法的另一個(gè)因素是背景濃度。因此，用于推導(dǎo)SQGs的數(shù)據(jù)是用外源添加到土壤中造成毒性的污染物的量。當(dāng)按照該方法使用該毒性數(shù)據(jù)時(shí)，所得到的值為外源添加濃度值(added contaminant level, ACL)。然后在ACL中加上所研究土壤的環(huán)境背景濃度(background concentration, ABC)以計(jì)算SQG。

2.2 關(guān)鍵因素

該方法的關(guān)鍵步驟包括：(1)確定SQG的目的和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)水平；(2)確定主要暴露途徑；(3)整理和篩選毒性數(shù)據(jù)；(4)確定污染物是新鮮還是老化后的含量，以及是否有老化因子可用；(5)毒性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化；(6)計(jì)算外源添加濃度值；(7)考慮生物放大效應(yīng)；(8)測量或計(jì)算ABC；(9)計(jì)算不同土地用途土壤中新鮮污染的SQG(NOEC和EC10)、SQG(LOEC和EC30)和SQG(EC50)值；(10)計(jì)算不同土地用途土壤中老化污染物的SQG(NOEC&EC10)、SQG(LOEC&EC30)和SQG(EC50)值。

土地具有各種潛在的用途，適合每種土地利用類型的保護(hù)水平也各不相同。表4給出了在不同土地用途的土壤中要保護(hù)的物種的百分比。

一些土地用途的保護(hù)水平是相同的。因此，一些土地用途已經(jīng)合并。因此，實(shí)質(zhì)上只有4種不同的土地用途：1)具有高生態(tài)價(jià)值的國家公園/地區(qū)；2)城市住宅/公共休憩用地；3)商業(yè)/工業(yè)用地；4)農(nóng)業(yè)用地。NEPM側(cè)重于前3組。

圖1 SQG推導(dǎo)方法注：ACL、ABC分別表示外源添加濃度值和背景值。Fig. 1 Overview of the methodology for deriving SQGNote: ACL, ABC stand for added contaminant limits and ambient background concentration.

表2 美國生態(tài)土壤篩選值(mg·kg-1)[1]Table 2 Ecological soil screening levels in USA (mg·kg-1) [1]

注：NA表示不可獲得，指現(xiàn)有數(shù)據(jù)不能推導(dǎo)出其Eco-SSL。

Note: NA stands for not applicable, and refers to the inability of using the existing data to derive its Eco-SSL. PCP, PAHs, DDT stand for pentachlorophenol, polycyclic aromatic hydrocarbons, dichlorodipenyltrichloroethane.

2.3 當(dāng)前確定的EILs

許多污染場地的污染物不是新加入的，而是已經(jīng)存在于土壤中很多年。由于結(jié)合到土壤顆粒、或經(jīng)歷化學(xué)和生物降解以及一系列其他過程，許多污染物的生物有效性和毒性隨著時(shí)間的推移而降低。此外，土壤生物毒性數(shù)據(jù)基于許多可溶性金屬鹽的外源添加試驗(yàn)，由于缺乏可溶性鹽對金屬吸附的影響結(jié)果，因此高估了生態(tài)毒性。這些因素已經(jīng)在近期使用的“老化/浸出”因素土壤的金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中得到了解決，并且可以通過將老化/浸出因子乘以毒性數(shù)據(jù)來計(jì)算，從而得出老化污染物的SQG。污染物的生物有效性也可以通過特定地點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，但這些通常是作為更詳細(xì)的特定地點(diǎn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的一部分進(jìn)行的。當(dāng)研究中檢測的化學(xué)物質(zhì)的老化/浸出因子可用時(shí)，SQG是由于老化污染而產(chǎn)生的。

考慮到現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，對于8種污染物中的每一種污染物都得到了最完整的一組SQG[13-15]，如表5所示。

3 英國土壤篩選值與制定方法(Britain soil screening values and formulation method)

土壤篩選值(soil screening values)是一組土壤中化學(xué)物質(zhì)的濃度。土壤中化學(xué)物質(zhì)濃度低于該濃度時(shí)，認(rèn)為對土壤野生動(dòng)物、植物以及微生物功能沒有不利影響。若污染物濃度超過土壤篩選值，則應(yīng)進(jìn)行更高層次的調(diào)查評(píng)估，確定是否存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[16-19]。

當(dāng)土壤同時(shí)可能存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可使用土壤篩選值(SSVs)和土壤指導(dǎo)值(SGVs)同時(shí)進(jìn)行篩選。SGVs為基于人體健康風(fēng)險(xiǎn)的土壤篩選值。

3.1 總體方法

英國SSV的制定主要是根據(jù)歐盟的相關(guān)技術(shù)文件European Commission Technical Guidance Document (TGD)來獲得PNECsoil(Predicted No Effect Concentration for soil，預(yù)計(jì)無效應(yīng)土壤濃度)。其推導(dǎo)步驟如圖2所示，主要包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)選擇、數(shù)據(jù)歸一化、數(shù)據(jù)外推、SSV值確定等[20-27]。

表3 三類土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(SQG)之間的關(guān)系Table 3 The relationship between the three types of soil quality guidelines (SQG)

注：NOEC、LOEC、EC10、EC30表示最大無效應(yīng)濃度、最低觀察效應(yīng)濃度、10%效應(yīng)濃度、30%效應(yīng)濃度。

Note: NOEC, LOEC, EC10, EC30stand for no observed effect concentrations, lowest observed effect concentration, 10% effective dose, 30% effective dose.

表4 基于不同土地利用類型的物種保護(hù)百分比例Table 4 Percentage of species and soil processes to be protected for different land uses

注： a 污染物存在生物放大效應(yīng)的情景；b 面積超過250 m2；c 面積超過1 000 m2；d 農(nóng)作物；e表示土壤過程和陸生動(dòng)物。

Note: a if a contaminant meets the criteria for biomagnification; b if surface area exceeds 250 m2; c if surface area exceeds 1 000 m2; d aguircultural crops; e for soil processes and terrestrial fauna.

圖2 英國土壤生態(tài)篩選值推導(dǎo)流程Fig. 2 General approach for the derivation of soil screening values (SSVs) in Britain

3.2 數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)從國際范圍內(nèi)的文獻(xiàn)資料和數(shù)據(jù)庫中獲得，例如European Chemicals Bureau’s International Uniform Chemical Information Database (IUCLID)，并對其充分性、完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

由于關(guān)于土壤的毒性數(shù)據(jù)較少，并且已有的數(shù)據(jù)也大多是基于短期毒性試驗(yàn)的結(jié)果，因此在土壤毒性數(shù)據(jù)不足時(shí)，采用水環(huán)境中的毒性數(shù)據(jù)，在平衡分配假設(shè)下推導(dǎo)土壤中的相應(yīng)濃度值。但該方法只是指導(dǎo)性的，僅根據(jù)該方法推導(dǎo)的土壤限值在ERA(Ecological Risk Assessment)評(píng)估框架中被認(rèn)為不充分不可靠。

具有生物富集、生物放大可能的污染物將對食物鏈高級(jí)別的物種構(gòu)成威脅，這種情況被稱為二次毒害。如果污染物可能生物富集(例如logKow≥3)，該污染物通過蚯蚓被動(dòng)物經(jīng)口攝入的濃度值將與相應(yīng)獵食蚯蚓的鳥類、獸類的預(yù)測無效應(yīng)濃度(PNEC)值做比較。

在制定最終SSV時(shí)，二次毒害作用已被考慮，因此無需再進(jìn)行單獨(dú)考慮。只有Cd，當(dāng)有二次毒害效應(yīng)時(shí)，SSV應(yīng)從1.15降低到0.9 mg·kg-1。

表5 各種土地利用類型中新鮮和老化土壤污染物的生態(tài)調(diào)查值Table 5 Summary of the ecological investigation level (EILs) for fresh and aged contamination in soil with various land uses

注：1 鋅、鉻(III)、銅、鎳和鉛呈現(xiàn)的數(shù)值是根據(jù)添加濃度添加的污染物限值(ACL)。EIL通過計(jì)算ACL和環(huán)境背景濃度(ABC)來計(jì)算；2 砷、萘和DDT的數(shù)值是基于總濃度的通用EIL。沒有足夠的信息來計(jì)算這些污染物的ACL；3 標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)等級(jí)為99%；4 標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)等級(jí)為80%；5 標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)等級(jí)是60%。

Note: 1 The values presented for zinc, chromium(III), copper, nickel and lead are added contaminant limits (ACLs) based on added concentrations. The EIL is calculated from summing the ACL and the ambient background concentration (ABC). 2 The values presented for arsenic, naphthalene and DDT are generic EILs based on total concentrations. Insufficient information was available to calculate ACLs for these contaminants. 3 The standard protection level is 99%. 4 The standard protection level is 80%. 5 The standard protection level is 60%.

3.3 數(shù)據(jù)選擇

TGD對評(píng)價(jià)生態(tài)毒性數(shù)據(jù)的可靠性與相關(guān)性提供了總體指導(dǎo)。一些毒性試驗(yàn)結(jié)果并不是來自ISO或OECD方法，但有足夠證據(jù)證明其可靠性與相關(guān)性，也可以用于制定SSV。為評(píng)估土壤生物的毒性效應(yīng)，TGD推薦毒性測試數(shù)據(jù)應(yīng)包括初級(jí)生產(chǎn)者(植物)、消費(fèi)者(如無脊椎動(dòng)物)和分解者(如微生物)。

3.4 數(shù)據(jù)歸一化

土壤是一類非均質(zhì)的介質(zhì)。不同的有機(jī)質(zhì)含量、粘粒含量、pH、含水率都會(huì)造成土壤污染物被生物吸收的量的差異，導(dǎo)致不同的觀測毒性。TGD推薦在進(jìn)行毒性試驗(yàn)時(shí)，有毒物質(zhì)是可被生物獲得的。TGD也推薦在可能的情況下，將毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，使在不同土壤條件下獲得的毒性數(shù)據(jù)具有可比性。

3.5 數(shù)據(jù)外推

基于各單一物種的毒性數(shù)據(jù)經(jīng)過外推，用于推導(dǎo)用于保護(hù)當(dāng)?shù)厣锏纳锒鄻有缘腟SV。

(1)當(dāng)土壤生物毒性數(shù)據(jù)無法獲得時(shí)，可采用基于水生毒性的平衡分配法(EqP)。根據(jù)現(xiàn)有物質(zhì)規(guī)定(Existing Substances Regulations, ESR)，這種方法為“篩選方法”，可能需要補(bǔ)充使用陸生生物的毒性測試。有證據(jù)認(rèn)為，根據(jù)EqP制定SSV并不充分可靠，因此該方法未被納入ERA(Ecological Risk Assessment)框架。

(2)當(dāng)只有一組使用土壤生物進(jìn)行試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可獲得時(shí)，通常采用較大的評(píng)估因子(AF)，以充分保障數(shù)據(jù)使用的安全性。這意味著所獲得的限值并沒有充足的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，并且可能低于常用的檢測限，因此該方法也未被納入ERA評(píng)價(jià)框架。

(3)當(dāng)生產(chǎn)者、消費(fèi)者和(或)分解者的數(shù)據(jù)可獲得，PNEC值的計(jì)算采用了相應(yīng)較低的AF值(小于或等于50)，該方法認(rèn)為是可靠的，可納入ERA評(píng)價(jià)框架。

(4)當(dāng)數(shù)據(jù)充足時(shí)，可采用統(tǒng)計(jì)外推方法，或物種敏感度分布SSDs方法。這些方法用于推導(dǎo)PNEC比較可靠，且AF值通常小于等于2。

表6 土壤生態(tài)篩選值與定值依據(jù)Table 6 Proposed soil screening value (SSVs) and the basis for their derivation

注：1該值用于含有2%有機(jī)碳的土壤(土壤中有機(jī)質(zhì)比率為3.5%)，需對不同特性土壤的毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換。2二次毒性的SSV是基于陸地哺乳動(dòng)物的腎閾值，括號(hào)內(nèi)的值應(yīng)用于有二次毒性的情景。3通用SSV對某些土壤的保護(hù)可能不足，數(shù)值可根據(jù)場地情況進(jìn)行調(diào)整。括號(hào)內(nèi)的數(shù)值是用于pH值為6.5，有機(jī)質(zhì)含量為2%和粘土含量為10%的砂壤。4 AF表示評(píng)估因子。SSD表示物種敏感度分布法。

Note: 1 These SSVs were established for soil with 2% organic carbon (equating to 3.5% organic matter, assuming the latter contains 58% carbon). Therefore the predicted environmental concentration (PEC) should be normalized according to the percentage of organic matter in the soil under assessment. 2 The secondary poisoning SSV is based on renal thresholds of terrestrial mammals. The value in brackets should be used where secondary poisoning is suspected. 3 The generic SSV are insufficiently protective for certain soils and should be adjusted to the site-specific conditions. The values in brackets are specific for a sandier soil with a pH of 6.5, an organic matter content of 2 percent and a clay content of 10 percent. 4 AF stands for assessment factor. SSD stands for species sensitivity distribution.

3.6 當(dāng)前確定的SSVs

英國環(huán)保署將根據(jù)上述方法確定的PNEC直接作為SSVs。部分SSV是由歐盟推導(dǎo)的(鈣、銅、鉛、鎳、四氯乙烯、甲苯、鋅)，其他已獲準(zhǔn)在ERA框架中使用。

在經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的物質(zhì)中，除鋅以外，推導(dǎo)的PNEC值都被直接作為SSV值使用。因?yàn)闅W盟風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)采用了微生物數(shù)據(jù)中微生物敏感性和背景鋅水平適應(yīng)能力之間的一個(gè)弱相關(guān)性。建議的SSV值雖然采用的是同一套毒性數(shù)據(jù)，但沒有采納微生物對背景鋅水平的適應(yīng)，以獲得更謹(jǐn)慎的取值[28-29]，如表6所示。

4 討論(Discussion)

表7對上述3個(gè)國家制訂土壤生態(tài)篩選值的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行比較，由于地理生態(tài)、社會(huì)文化、行政法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)制定的科學(xué)基礎(chǔ)等差異使各國基于土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的土壤篩選值的制定方法各有特色，導(dǎo)致各國基于土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的土壤篩選值名稱和篩選值之間存在較大差異。各國針對不同元素的基礎(chǔ)研究情況不同，不同國家已有土壤生態(tài)篩選值的元素個(gè)數(shù)差別較大。有些國家在制定土壤生態(tài)篩選值時(shí)已考慮了土地利用方式，筆者認(rèn)為由于不同的土地后續(xù)利用方式不盡相同，在推導(dǎo)土壤生態(tài)篩選值的時(shí)候考慮土地利用方式是較為合理的篩選值制定策略。

5 不同國家土壤生態(tài)篩選值對我國的啟示(References from the ecological soil screening values of different countries for China)

目前，我國基于保護(hù)生態(tài)環(huán)境的土壤篩選值尚未制定，建立適合我國國情的污染土壤生態(tài)篩選值和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法體系成為當(dāng)前的迫切需求。在引進(jìn)國外成熟的方法體系的同時(shí)，根據(jù)我國的現(xiàn)實(shí)國情對它們進(jìn)行本土化改進(jìn)[30-33]。建議當(dāng)前的土壤生態(tài)篩選值制定中應(yīng)該重點(diǎn)考慮以下內(nèi)容：

(1) 鑒于我國當(dāng)前土壤重金屬污染隱患凸顯，局部地區(qū)重金屬污染暴發(fā)的趨勢(如重金屬Cd等)，建議重點(diǎn)研究污染地區(qū)重金屬特定的污染來源、暴露途徑[34-36]，保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)敏感受體，針對需要優(yōu)先控制的污染物質(zhì)進(jìn)行土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法探索和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積累，有針對性地制定我國基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的土壤篩選值和最佳污染應(yīng)對與管理策略。

(2) 生態(tài)篩選值的制定需要大量的土壤生態(tài)毒性數(shù)據(jù)作支撐，因此，不同污染物在我國不同類型土壤中的毒性數(shù)據(jù)需要更多的基礎(chǔ)研究，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的研究工作可為建立我國陸地生態(tài)系統(tǒng)毒理數(shù)據(jù)庫奠定基礎(chǔ)，制定更加切合實(shí)際的區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 在積累研究數(shù)據(jù)和建立理論模型的基礎(chǔ)上，可著手研發(fā)適合我國的污染土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)交流和風(fēng)險(xiǎn)管理，推動(dòng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在特定污染場地/土壤上的應(yīng)用，指導(dǎo)特定污染場地/土壤修復(fù)決策支持系統(tǒng)的建立，服務(wù)于基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的土壤環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)預(yù)測和標(biāo)準(zhǔn)制定。

(4) 土地具有各種潛在的用途，適合每種土地利用的保護(hù)水平也各不相同，可根據(jù)不同土地用途對土壤中要保護(hù)的物種的百分比進(jìn)行劃分，使得土壤環(huán)境管理更加精細(xì)化，有針對性地制定我國基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的土壤篩選值和有效地應(yīng)對管理策略。

表7 3個(gè)國家制訂土壤生態(tài)篩選值的技術(shù)要點(diǎn)比較Table 7 Comparison of key technical points for ecological soil screening levels in three countries