縣域尺度耕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)中的標(biāo)準(zhǔn)選擇研究

呂悅風(fēng),謝 麗,孫 華*,谷 瑋

縣域尺度耕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)中的標(biāo)準(zhǔn)選擇研究

呂悅風(fēng)1,2,謝 麗1,孫 華1*,谷 瑋2

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)土地管理學(xué)院,江蘇 南京 210095；2.浙江大學(xué)公共管理學(xué)院,浙江 杭州 3100158)

為提升區(qū)域土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性,本研究以太湖沿岸某產(chǎn)糧大縣為研究對(duì)象,分別基于國(guó)家《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)》(GB15618-2018)與地區(qū)土壤環(huán)境負(fù)載容量對(duì)研究區(qū)耕地土壤中As、Hg、Cr、Cd、Pb五種重金屬進(jìn)行污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).結(jié)果顯示,兩種評(píng)價(jià)方式在區(qū)域整體評(píng)價(jià)結(jié)果上趨于一致,卻在各類土壤重金屬污染程度評(píng)價(jià)上存在一定差異.有別于“一刀切式”的濃度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)模式,土壤環(huán)境負(fù)載容量法通過“雙界面”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行污染總量控制,可以在一定時(shí)空范圍內(nèi)較為準(zhǔn)確的反映外源污染累積變化情況.為提升區(qū)域耕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,建議相關(guān)評(píng)價(jià)在普適性國(guó)標(biāo)的基礎(chǔ)上引入土壤環(huán)境負(fù)載容量評(píng)價(jià)作為有益補(bǔ)充,繼而為縣、鎮(zhèn)尺度土壤污染責(zé)任主體認(rèn)定與風(fēng)險(xiǎn)控制區(qū)劃提供參考借鑒.

農(nóng)用地；土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；重金屬；環(huán)境容量；污染評(píng)價(jià)

隨著近年來頻發(fā)的“鎘米、血鉛、砷毒”等問題見諸報(bào)道,土壤重金屬污染引發(fā)民眾廣泛關(guān)注.為保障生態(tài)環(huán)境、社會(huì)發(fā)展與民生福祉[1],政府一直致力于建立與完善農(nóng)地土壤重金屬污染防治方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范:從1996年的《全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量》(GB15618-1995)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(現(xiàn)已廢止)[2]、2006年《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(HJ 332-2006)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3]、2015年《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬安全評(píng)估技術(shù)規(guī)定》中的安全評(píng)估參比值[4]再到2018年試行的《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)》(GB15618-2018)[5]中的風(fēng)險(xiǎn)篩選與風(fēng)險(xiǎn)管制標(biāo)準(zhǔn),相關(guān)部門與專家學(xué)者通過不斷完善污染風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍與閾值,以期為耕地重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與分區(qū)管控提供科學(xué)依據(jù)[6].然而考慮到我國(guó)幅員遼闊,區(qū)域間的土壤類型與成土母質(zhì)各不相同,土壤重金屬地區(qū)背景值也存在明顯差異.僅以重金屬Cd的全國(guó)土壤背景值研究為例[7],東南沿海的浙江省平均土壤背景值僅為0.070mg/kg,西南內(nèi)陸的貴州省平均土壤背景值則高達(dá)0.659mg/kg,本底差異接近十倍之多.由于現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)施行的土壤重金屬污染及風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)均為面向全域的普適性標(biāo)準(zhǔn),此類“一刀切”式的污染評(píng)價(jià)模式在較小尺度區(qū)域內(nèi)僅能根據(jù)土壤采樣數(shù)據(jù)反饋結(jié)果概述當(dāng)?shù)赝寥乐亟饘俚摹敖^對(duì)污染程度”,難以分辨人為及外源因素造成的“相對(duì)污染情況”,也無法為區(qū)域受污染農(nóng)地的安全利用提供精準(zhǔn)指導(dǎo).2019年起施行的《土壤污染防治法》[8]正式將確定土壤污染責(zé)任主體納入法制范疇,這就對(duì)“土壤污染責(zé)任”界定提出了更高要求,為此有必要因地制宜選擇更為科學(xué)靈活的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[9].

近年來許多專家針對(duì)“土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”的適用性與準(zhǔn)確性開展過一系列的改進(jìn)研究[9-13],“土壤負(fù)載容量法[10-15]”作為一種能夠衡量土壤重金屬相對(duì)污染狀況的基礎(chǔ)工具,能夠在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上實(shí)現(xiàn)污染物的臨界值(基準(zhǔn)值、標(biāo)準(zhǔn)值)與土壤背景值(自然質(zhì)量基準(zhǔn)值、標(biāo)準(zhǔn)值)的雙界面過程控制,并能考慮到外源污染物在一定范圍內(nèi)的累積與轉(zhuǎn)化過程,可以較好的兼顧土壤的自然環(huán)境質(zhì)量與資源的可持續(xù)利用性.馬輝英等[16]基于容量模型合理測(cè)算了精河縣內(nèi)不同類型土壤的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)容量、付傳城[17]等對(duì)溧水區(qū)土壤重金屬環(huán)境容量進(jìn)行估算和評(píng)價(jià),并對(duì)影響環(huán)境容量分布的主要因素進(jìn)行了分析、陳江[18]等利用湖州市區(qū)域土壤容量對(duì)未來污染趨勢(shì)進(jìn)行了有效預(yù)測(cè).為提升區(qū)域重金屬污染評(píng)價(jià)的客觀性與準(zhǔn)確性,本研究在運(yùn)用傳統(tǒng)方法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行重金屬污染評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,引入“土壤環(huán)境容量”的概念,通過“環(huán)境背景值”與“地區(qū)污染臨界值”的雙重標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)地區(qū)重金屬污染的精準(zhǔn)評(píng)價(jià),同時(shí)通過多種標(biāo)準(zhǔn)間的評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比,以期為縣、鎮(zhèn)等小尺度區(qū)域的土壤重金屬污染分區(qū)與精細(xì)化管控提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處環(huán)太湖經(jīng)濟(jì)圈,縣域總面積1430km2,其中耕地面積473.45km2.該區(qū)域?qū)賮啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候,溫暖濕潤(rùn)、光照充足、雨熱同期、四季分明,歷年平均氣溫為15.6℃,年均降水量為1309mm,年均日照時(shí)數(shù)1810.3h,耕地土壤類型以紅壤土和水稻土為主,適于作物生長(zhǎng).地區(qū)農(nóng)業(yè)集約化程度較高,是省內(nèi)重要的糧油魚桑基地.除此之外,該縣也具有較為成熟的工業(yè)體系,轄區(qū)內(nèi)工礦企業(yè)尤其是耐火材料、石礦、水泥、蓄電池等產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟.考慮到該縣既是產(chǎn)糧大縣,又存有一定的工業(yè)污染風(fēng)險(xiǎn)源,因此選擇研究區(qū)進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地重金屬污染評(píng)價(jià)及來源識(shí)別,能夠?yàn)檠芯繀^(qū)土地安全利用與污染防治提供科學(xué)依據(jù)[19].

1.2 樣本采集與分析

本研究所使用的土壤樣品采集時(shí)間為2015年6月.通過GPS精準(zhǔn)定位,網(wǎng)格化布置采樣地點(diǎn),避開明顯點(diǎn)狀污染地段以及新近擾動(dòng)過的土壤施用五點(diǎn)法進(jìn)行采樣.在綜合考慮種植方式、土壤類型以及連片耕地面積大小的情況下,共獲取耕地有效土壤采樣點(diǎn)合計(jì)267個(gè),考慮到重金屬調(diào)查的敏感性,各鎮(zhèn)名稱均由英文字母代替,其點(diǎn)位詳細(xì)分布情況如圖1所示:

圖1　研究縣區(qū)土壤采樣點(diǎn)分布

土壤樣品經(jīng)過自然陰干后由瑪瑙研缽壓碎并過100目尼龍篩備用待測(cè).土壤樣品經(jīng)消煮后,對(duì)As、Hg、Cr、Cd、Pb五種重金屬的含量進(jìn)行分析測(cè)試:其中As、Hg采用原子熒光光譜法(GBT22105-2008)測(cè)定,Cr采用原子吸收光譜法(HJ491-2009)測(cè)定,Cd、Pb采用石墨爐原子吸收光譜法(GB/T17141-1997)測(cè)定.土樣分析采用優(yōu)純級(jí)試劑進(jìn)行檢測(cè),并參照國(guó)家土壤樣品標(biāo)準(zhǔn)(GBW7401) 按比例隨機(jī)進(jìn)行樣品質(zhì)量監(jiān)控,確保檢驗(yàn)分析的準(zhǔn)確度和精密度符合研究要求[20].

1.3 研究方法

單因子指數(shù)法是最常用的一種土壤環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)方法,其計(jì)算過程簡(jiǎn)便,可直觀反映土壤中每種重金屬的污染情況,其計(jì)算公式如下[8]:

P= C/S(1)

式中:P為土壤中重金屬元素的環(huán)境質(zhì)量指數(shù);C為污染物實(shí)測(cè)濃度,S為土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).

由于單因子污染指數(shù)只能反映單個(gè)污染物對(duì)土壤的污染程度,不能綜合反映土壤整體污染狀況,因此單因子指數(shù)法具有一定的局限性.內(nèi)梅羅污染指數(shù)法(又稱綜合污染指數(shù)法)既考慮了單因子污染指數(shù)的平均值以及最高值,又能突出多種污染物的綜合作用,因此被廣泛應(yīng)用于重金屬污染的相關(guān)評(píng)價(jià)之中,其計(jì)算公式如公式2所示:

式中:綜為內(nèi)梅羅綜合指數(shù);ave與max分別為單因子污染指數(shù)中的平均值與最大值.

此外,為消除傳統(tǒng)“土壤標(biāo)準(zhǔn)管理法”在終端控制中存在的一定缺陷[11],本研究引入“環(huán)境負(fù)載容量法”,通過“環(huán)境背景值”與“地區(qū)污染臨界值”的雙重標(biāo)準(zhǔn)對(duì)區(qū)域重金屬污染的精準(zhǔn)評(píng)價(jià),其具體計(jì)算過程如下所示[16-17,22]:

式中:Q、Q、Q分別代表地區(qū)土壤中重金屬元素的的靜態(tài)環(huán)境容量、現(xiàn)存容量以及已消耗容量, kg/hm2;代表每公頃土地耕作層的重量,其值設(shè)定為2.25×106kg/hm2;C、C、C則代表土壤中重金屬元素的的基準(zhǔn)值、實(shí)測(cè)值與地區(qū)背景值.其他如P代表土壤中元素的單項(xiàng)環(huán)境容量指數(shù);PI為環(huán)境容量綜合指數(shù);為元素的數(shù)量.

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表1 各項(xiàng)評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的選擇及依據(jù)

土壤重金屬各項(xiàng)評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示.單因子指數(shù)法與內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法中涉及S土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)參照國(guó)家生態(tài)環(huán)境部于2018年8月頒發(fā)的《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018),按照pH值分四段區(qū)間進(jìn)行評(píng)價(jià).考慮到采樣點(diǎn)全為耕地(實(shí)際大部分為水田)且pH整體呈酸性(pH算術(shù)平均值為5.497),為體現(xiàn)耕地與農(nóng)用地間的細(xì)微差別,環(huán)境負(fù)載容量法中的污染臨界值綜合參考《浙江省農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)(DB33/T 558-2005)》、《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬安全評(píng)估技術(shù)規(guī)定》與《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018),按照pH值區(qū)間確定研究區(qū)耕地土壤中各類重金屬的風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)值分別為As 30、Hg 0.5、Cr 150、Cd 0.3、Pb 100mg/kg(表2).

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤基本參數(shù)描述性統(tǒng)計(jì)

觀察表3研究區(qū)土壤基本參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,耕地土壤pH值變化范圍為3.86~7.87,算術(shù)平均值為5.50,93.6%的采樣點(diǎn)pH值小于7.0,研究區(qū)耕地土壤整體呈酸性.267個(gè)土壤樣點(diǎn)中As、Hg、Cr、Cd、Pb的算術(shù)均值分別為8.17、0.211、67.03、0.224、37.26mg/kg,全部低于國(guó)家規(guī)定的農(nóng)用地風(fēng)險(xiǎn)篩選值標(biāo)準(zhǔn).各元素中位數(shù)均小于平均值,濃度整體偏向最小值方向.

通過標(biāo)準(zhǔn)差與算術(shù)均值的比值可以有效反映各采樣點(diǎn)的變異系數(shù),變異系數(shù)排列順序從大到小依次為Cd(0.63)>Hg(0.52)>As(0.37)>Pb(0.20)>Cr (0.19),其中重金屬元素Cd、Hg變異系數(shù)較大,空間變異相對(duì)顯著,屬于強(qiáng)變異,易受人為活動(dòng)影響;Pb、Cr的變異系數(shù)較小,分別為0.20和0.19,空間變異相對(duì)不顯著,屬于弱變異,說明這兩種元素受外界影響較小,可能具有一定的同源性.

表3 研究區(qū)自然土壤基本參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(mg/kg)

此外,單一的含量統(tǒng)計(jì)缺乏實(shí)際意義,需將其與當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸颠M(jìn)行比較,才能有效地指導(dǎo)地區(qū)污染評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)及治理工作[24-25].對(duì)比2005~2006年浙江省地質(zhì)調(diào)查院的浙江省土壤化學(xué)基準(zhǔn)值調(diào)查結(jié)果[26]可知,研究區(qū)土壤重金屬As、Hg、Cr、Cd、Pb的含量均值分別超出背景值7.6%、31.9%、-13.6%、47.4%、22.6%;除Cr元素以外其余4種重金屬含量均有上升,Hg、Cd元素漲幅明顯,說明局部區(qū)域土壤可能遭受強(qiáng)烈的外源污染影響.

2.2 基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的重金屬污染評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)土壤pH與重金屬測(cè)定數(shù)據(jù),結(jié)合相關(guān)土地質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算得到單因子污染物指數(shù)法的計(jì)算結(jié)果(表4).根據(jù)結(jié)果可知:研究區(qū)重金屬含量較低,整體符合土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)篩選標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn),屬于清潔水平;觀察各類重金屬污染點(diǎn)位可知,As、Hg、Cr、Cd、Pb超標(biāo)樣點(diǎn)數(shù)量分別為1、4、0、34、0個(gè),研究區(qū)土壤重金屬污染主要以Cd為主,其點(diǎn)位超標(biāo)率為12.73%,高于《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》[27]顯示的全國(guó)點(diǎn)位平均超標(biāo)率7.0%,其余As、Hg、Cr、Pb等元素整體清潔.

表4 單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

通過內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對(duì)研究區(qū)耕地土壤重金屬污染情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),得到計(jì)算結(jié)果如表5所示.研究區(qū)內(nèi)梅羅綜合指數(shù)均值綜等于0.631,達(dá)到0.7的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),耕地土壤整體呈現(xiàn)清潔態(tài)勢(shì).本次采樣中72個(gè)采樣點(diǎn)(26.97%)不同程度地遭受污染,其中輕微污染、輕度污染、中度污染樣點(diǎn)數(shù)分別達(dá)到54個(gè)(20.22%)、15個(gè)(5.62%)與3個(gè)(1.12%).為了進(jìn)一步反映土壤重金屬污染空間分布、準(zhǔn)確描述重金屬的空間分布特征及地理位置,本研究利用ArcGIS的空間插值手段,根據(jù)重金屬污染性質(zhì)選取以插值點(diǎn)與樣本點(diǎn)的距離為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均的反距離插值法(IDW),得到重金屬污染分布情況(圖3).

研究區(qū)耕地總面積為473.45km2,其中無污染耕地面積達(dá)到329km2(占比69.49%,下同),主要分布于研究區(qū)西部與南部的大部分區(qū)域,輕微污染耕地面積121.7km2(25.71%),主要分布在位于研究縣中部的O、P、H、E四鎮(zhèn)以及南部C鎮(zhèn)的小塊;輕度污染與中度污染面積分別為22.44km2(4.74%)與0.01km2(0.06%),主要分布在研究縣中心的O、P兩鎮(zhèn).

2.3 基于負(fù)載容量的重金屬污染評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)前文設(shè)定的地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)值與土壤背景值,將具體數(shù)據(jù)代入土壤重金屬環(huán)境容量模型之中,可得估算結(jié)果如表5所示.由表可知,研究區(qū)土壤重金屬平均容量指數(shù)Cr(1.140)>As(0.982)> Pb(0.901)>Hg(0.848)>Cd(0.517),Cr元素現(xiàn)存容量超出理論值,As、Pb現(xiàn)存容量較大,整體情況較為良好.土壤重金屬Cd、Hg存在部分采樣點(diǎn)數(shù)值高于環(huán)境基準(zhǔn)值,部分區(qū)域環(huán)境容量出現(xiàn)負(fù)值,重金屬Cd的平均容量指數(shù)僅為0.517,存在大量處于低容量狀態(tài)的點(diǎn)位.

利用Arcgis的地統(tǒng)計(jì)學(xué)模塊,對(duì)各重金屬元素的環(huán)境容量指數(shù)進(jìn)行反距離權(quán)重插值(IDW),可得研究區(qū)環(huán)境容量指數(shù)的空間分布如表6與圖4所示.

研究區(qū)耕地土壤重金屬As的環(huán)境容量包含3個(gè)等級(jí)(低容量、中容量、高容量).中容量耕地面積達(dá)到314.17km2,占全域耕地總面積的66.36%;高容量耕地面積為157.15km2,占全域耕地總面積的33.19%;僅有0.45%(2.13km2)的耕地As元素處于低容量狀態(tài).

圖3 基于IDW的內(nèi)梅羅污染指數(shù)空間分布

表5 研究區(qū)土壤重金屬環(huán)境容量狀況統(tǒng)計(jì)(kg/hm2)

研究區(qū)耕地土壤重金屬Hg的環(huán)境容量包含5個(gè)等級(jí)(超載級(jí)、警戒級(jí)、低容量、中容量、高容量).其中0.59%(2.81km2)與1.33%(6.30km2)的耕地中Hg元素處于超載與警戒狀態(tài),Hg的低容量區(qū)、中容量區(qū)、高容量區(qū)耕地面積分別為50.48km2、202.18km2與211.68km2,占比分別達(dá)到10.66%、42.70%以及44.71%.

研究區(qū)耕地土壤重金屬Cr的環(huán)境容量包含3個(gè)等級(jí)(低容量、中容量、高容量).低容量區(qū)、中容量區(qū)、高容量區(qū)耕地面積分別為1.28km2、193.93km2、278.24km2,占比分別達(dá)到0.27%、40.96%以及58.77%,整體情況較為良好.

研究區(qū)耕地土壤重金屬Cd的環(huán)境容量包含5個(gè)等級(jí)(超載級(jí)、警戒級(jí)、低容量、中容量、高容量).15.77%(74.67km2)與7.02%(33.24km2)的耕地處于Cd超載以及Cd警戒狀態(tài),這一部分污染主要出現(xiàn)在研究區(qū)中部與東部的O、P、H、E四鎮(zhèn),并呈現(xiàn)有規(guī)律的帶狀分布.另外Cd低容量區(qū)、中容量區(qū)、高容量區(qū)耕地面積分別為79.29km2、79.35km2、206.90km2,占比分別達(dá)到16.72%、16.76%以及43.70%.

表6 研究區(qū)土壤重金屬環(huán)境容量面積分布

研究區(qū)耕地土壤重金屬Pb的環(huán)境容量包含2個(gè)等級(jí)(中容量與高容量).中容量區(qū)與高容量區(qū)耕地面積分別為255.27km2(53.94%)與218.18km2(46.06%),整體情況清潔.

研究區(qū)耕地土壤重金屬綜合環(huán)境容量包含5個(gè)等級(jí)(超載級(jí)、警戒級(jí)、低容量、中容量、高容量).情況良好的高容量區(qū)主要位于研究區(qū)西部的B、M兩鎮(zhèn),占地面積共計(jì)81.08km2,情況較好的中容量區(qū)主要位于研究區(qū)南北的大片區(qū)域,占地275.05km2,占到全縣耕地總量的58.12%,研究區(qū)中東部的O、P、H、E四鎮(zhèn)土壤重金屬屬含量較高,其中位于O鎮(zhèn)與P鎮(zhèn)交界處的耕地土壤重金屬污染情況最為嚴(yán)重,整體環(huán)境容量處于警戒與超載級(jí)別.

2.4 評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

表7反映了兩種不同的評(píng)價(jià)模式下的耕地土壤重金屬污染程度的識(shí)別面積占比結(jié)果.基于國(guó)家管控標(biāo)準(zhǔn)的單因子評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,研究區(qū)As、Hg、Cr、Cd、Pb五種重金屬污染評(píng)價(jià)結(jié)果良好,大部分區(qū)域?qū)儆跓o污染級(jí)別,僅少量區(qū)域出現(xiàn)輕微Hg、Cd污染;土壤負(fù)載容量結(jié)果顯示,全域土壤As、Cr、Pb元素處于高容量與中容量之間,Hg、Cd元素出現(xiàn)部分處于Ⅲ級(jí)(輕度污染)、Ⅳ級(jí)(中度污染)以及Ⅴ級(jí)(重度污染)的耕地地塊.兩種評(píng)價(jià)方式在區(qū)域整體評(píng)價(jià)結(jié)果上趨于一致,卻在各類土壤重金屬污染程度方面存在明顯差異——標(biāo)準(zhǔn)管理評(píng)價(jià)模式下無污染耕地面積高達(dá)73.03%,僅有不足7%的耕地處于輕度污染及以上狀態(tài);負(fù)載容量評(píng)價(jià)模式下僅有17.13%的耕地土壤重金屬處于高容量狀態(tài),更多的耕地(58.12%)重金屬總量只屬于中等容量,甚至還有約1/4的耕地處于低容量及以下狀態(tài).這主要是由于部分采樣點(diǎn)重金屬檢測(cè)濃度符合國(guó)家管控標(biāo)準(zhǔn),實(shí)際承載總量卻超過地區(qū)理想負(fù)載能力所致.

表7 不同評(píng)價(jià)方法下的耕地識(shí)別面積占比

考慮到標(biāo)準(zhǔn)管理法屬于依托土壤重金屬濃度開展的終端控制,通過國(guó)標(biāo)GB15618中的風(fēng)險(xiǎn)篩選值確保區(qū)域土壤風(fēng)險(xiǎn)控制與安全利用,而土壤負(fù)載容量管理法則屬于依托土壤重金屬總量進(jìn)行的過程控制,在小區(qū)域土壤污染認(rèn)定與重金屬外源污染物控制上更具針對(duì)性.兩種污染評(píng)價(jià)模式的評(píng)價(jià)指標(biāo)與側(cè)重方向各不相同,因此需綜合考慮兩種評(píng)價(jià)模式的反饋結(jié)果,最終科學(xué)準(zhǔn)確地落實(shí)縣域耕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià).

3 結(jié)論

3.1 基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)污染評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,研究區(qū)土壤中As、Hg、Cr、Cd、Pb五種重金屬的算術(shù)均值均小于國(guó)家管控標(biāo)準(zhǔn),各元素均屬于清潔狀態(tài),僅Cd元素出現(xiàn)12.73%的點(diǎn)位超標(biāo)率,略高于全國(guó)土壤污染普查公報(bào)中的Cd平均超標(biāo)率.研究區(qū)69.49%的耕地處于無污染狀態(tài),另有25.71%、4.74%與0.06%的耕地分別處于輕微污染、輕度污染與中度污染狀態(tài).

3.2 基于地區(qū)土壤背景值的環(huán)境負(fù)載容量法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,研究區(qū)土壤中As、Hg、Cr、Cd、Pb的含量均值分別超出當(dāng)?shù)乇尘爸?.6%、31.9%、-13.6%、47.4%、22.6%;除Cr元素以外其余4種重金屬含量均顯著高于地區(qū)背景值.全域土壤僅17.13%的耕地處于高容量狀態(tài),中容量狀態(tài)下的耕地?cái)?shù)量最多,面積占到了全縣耕地總量的58.12%,另有22.37%與2.38%的耕地重金屬負(fù)載容量等級(jí)為“低容量”以及“警戒級(jí)”.

3.3 比較標(biāo)準(zhǔn)管理法與土壤環(huán)境負(fù)載容量法對(duì)研究區(qū)耕地土壤重金屬污染的評(píng)價(jià)結(jié)果后發(fā)現(xiàn),兩種方法在污染分布趨勢(shì)上較為一致,但在污染程度定級(jí)上存在較大差異.這主要是由于部分采樣點(diǎn)重金屬檢測(cè)濃度符合國(guó)家管控標(biāo)準(zhǔn),實(shí)際承載總量卻超出地區(qū)理想負(fù)載能力所致.由此可見,單一的土壤標(biāo)準(zhǔn)管理法在小區(qū)域重金屬污染評(píng)價(jià)過程中仍存在一定的不足之處,可以借助以地區(qū)環(huán)境背景值與土壤風(fēng)險(xiǎn)臨界值為依據(jù)的“雙界面”管控模式作為有益補(bǔ)充,這對(duì)于小尺度區(qū)域及特殊背景值區(qū)域的重金屬污染評(píng)價(jià)、土壤污染責(zé)任主體認(rèn)定、農(nóng)地污染修復(fù)程度及風(fēng)險(xiǎn)控制區(qū)劃等工作都具有重要的意義.

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Criterion selection in assessment of soil heavy metal pollution in farmland on county scale.

Lü Yue-feng1,2, XIE Li1, SUN Hua1*, GU Wei2

(1.College of Land Management, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China；2.School of Public Affairs, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)., 2019,39(11)：4743~4751

To improve the scientific validity and accuracy of regional risk assessment of soil heavy metal pollution, a county with high grain yield along Taihu Lake was chosen as a research site to assess the risks of pollution associated with five heavy metals: As, Hg, Cr, Cd, and Pb. Pollution risks were assessed according to two sets of criteria as stipulated by a national regulation (GB15618-2018) and Regional Soil Environment Load Capacity, respectively. Results show that while the two sets of criteria produce converging assessments for the region as a whole, there were considerable differences across different types of heavy metals. In contrast to the “One Size Fits All” model that relied exclusively on concentration criteria, the Soil Environment Load Capacity’s approach, which relied on “dual interface” criteria to control the total stock of pollution, could more accurately capture changes in the accumulation of external-source pollution within certain ranges of temporal and spatial dimensions. To improve the accuracy of regional farmland soil heavy metal pollution assessment, it is recommended that Soil Environment Load Capacity assessment be introduced as a valuable complement to assessment based on general national criteria. This would provide a source of reference for determining soil pollution responsible parties and for drawing risk control zones at the county and township levels.

farmland；soil environmental quality；heavy metals；soil environmental capacity；pollution

X820.2

A

1000-6923(2019)11-4743-09

呂悅風(fēng)(1993-),浙江杭州人,浙江大學(xué)博士研究生,主要從事生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與土地可持續(xù)利用研究.發(fā)表論文5篇.

2019-04-22

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201503121);農(nóng)業(yè)農(nóng)村部產(chǎn)地環(huán)境污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金課題(18nybcdhj-9)

* 責(zé)任作者, 教授, sh@njau.edu.cn