農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價與類別劃分研究

應(yīng)蓉蓉,張曉雨,孔令雅,馮艷紅,張 亞,趙 欣,單艷紅①,夏 冰,林玉鎖

(1.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇 南京 210042;2.國家環(huán)境保護土壤環(huán)境管理與污染控制重點實驗室,江蘇 南京 210042;3.安徽省環(huán)境科學(xué)研究院,安徽 合肥 230071)

土壤是大自然的有機組成部分,是人類賴以生存發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著城市化工業(yè)化的發(fā)展,土壤污染問題越來越突出[1-4]。2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀,部分地區(qū)土壤污染較重,耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂,工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出[5]。2016年5月,我國發(fā)布了《土壤污染防治行動計劃》(簡稱“土十條”)[6],“土十條”第三條提出“實施農(nóng)用地分類管理,保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境安全實施農(nóng)用地分類管理,保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境安全”,第七條按污染程度將農(nóng)用地劃分為3個農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量類別,其中未污染和輕微污染劃為優(yōu)先保護類,輕度和中度污染劃為安全利用類,重度污染劃為嚴格管控類。以耕地為重點,對不同類別采取不同管理措施,保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。

近年來,國內(nèi)外在農(nóng)用地環(huán)境質(zhì)量評價及類別劃定方面,開展大量相關(guān)研究[7-10],并出臺相應(yīng)政策、標準等技術(shù)文件。我國也正對HJ/T 166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[11]中土壤環(huán)境質(zhì)量評價等部分進行修訂。結(jié)合國內(nèi)外對農(nóng)用地土壤質(zhì)量評價與類別劃分研究結(jié)果,對農(nóng)用地土壤質(zhì)量評估程序和類別劃分進行綜合性評述,并提出基于多源數(shù)據(jù)多維評價的土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分方法,以期為農(nóng)用地土壤質(zhì)量評價及資源合理開發(fā)利用方面工作提供幫助,為相關(guān)標準制修訂提供技術(shù)參考。

1 國內(nèi)外土壤環(huán)境質(zhì)量評價研究概況

20世紀90年代前,較早制訂土壤環(huán)境質(zhì)量標準的發(fā)達國家多是采用土壤中污染物最大允許含量的全國通用標準,如:加拿大1991年頒布的《污染場地的臨時性環(huán)境質(zhì)量標準》[12],荷蘭1983年頒布的《土壤修復(fù)臨時法》中包含的全國統(tǒng)一的A、B、C類土壤質(zhì)量標準[13]。英國1983年頒布土地觸發(fā)含量值、低限含量值和行動含量值,1990年頒布的《環(huán)境保護法》2A部分第57條介紹了英格蘭和威爾士對污染土地識別、評價和修復(fù)方面新的法定制度[14]。在此時期,土壤環(huán)境質(zhì)量評價方法是把更早(1960年代)開始的大氣和水質(zhì)量評價方法引入土壤環(huán)境質(zhì)量評價領(lǐng)域,采用的評價方法，包括單因子指數(shù)法、多因子指數(shù)法和模糊數(shù)學(xué)評判法等,核心方法都是實測值與標準值相比的方法,得出結(jié)論為:不超標即安全,超標即污染,應(yīng)采取修復(fù)等相應(yīng)措施。隨著對土壤區(qū)域性和復(fù)雜性研究的深入,人們意識到采用標準值來評判土壤環(huán)境質(zhì)量時,很難得到類似“適宜”還是“不適宜”,或者“污染”還是“不污染”的定論。

20世紀90年代以來,各國相繼接受和采納風(fēng)險評估理念,依據(jù)保守原則確定篩選含量,低于此含量則認為土壤基本是可以安全利用的,無需進行詳查;超過篩選含量值,需進行詳細調(diào)查和風(fēng)險評估,獲得該地污染含量閾值。如:美國將土壤污染物含量由低到高劃分為背景含量值(“zero” concentration)、篩選含量值(screening level)和響應(yīng)含量值(response level)3個區(qū)間[15-16]。

我國自1995年頒布GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》[17]以來,配套的評價方法研究都以該標準為衡量尺度,主要使用單因子指數(shù)法、多因子指數(shù)加權(quán)(和)法及模糊綜合評價法等表征土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。由于評價方法本身有“以偏概全”的先天不足,得出的超標即污染、不超標就是不污染的評價結(jié)論也就并不客觀。隨著風(fēng)險評估理念的廣泛接受,我國也逐漸建立起層次更加豐富的土壤環(huán)境質(zhì)量標準和評價體系[11, 17-22]。2014年頒布的場地調(diào)查、監(jiān)測、風(fēng)險評估和修復(fù)系列導(dǎo)則,建立起針對建設(shè)用地的土壤環(huán)境質(zhì)量健康風(fēng)險評估方法[21-22]。針對農(nóng)作物生產(chǎn)安全的農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險評價雖然也積累了不少研究成果,推動了土壤環(huán)境質(zhì)量評價方法研究的進一步深入,但尚未形成農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險評價方法標準。

“十一五”期間,“全國土壤污染狀況調(diào)查”、“多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查”和“農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地產(chǎn)區(qū)劃分”等大規(guī)模土壤環(huán)境基礎(chǔ)調(diào)查為土壤環(huán)境質(zhì)量評價提供了大量科學(xué)數(shù)據(jù)。雖然區(qū)域性大數(shù)據(jù)的調(diào)查評估仍然沿用對照標準的超標評價,但小尺度的田塊級農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險評價在針對農(nóng)作物生態(tài)風(fēng)險評估方面已有嘗試,并積累了一些經(jīng)驗。

2 農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價標準

2.1 土壤環(huán)境質(zhì)量標準限值

長期以來,我國農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價的通用方法主要參照GB 15618—1995中二級標準或HJ/T 332—2006《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標準》[21]和HJ/T 333—2006《溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評估標準》[22]等農(nóng)用地環(huán)境質(zhì)量相關(guān)標準進行超標評價,根據(jù)超標倍數(shù)確定不同超標等級的土壤是否污染,并評價農(nóng)用地環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣。

2.2 土壤環(huán)境背景值

利用調(diào)查區(qū)環(huán)境質(zhì)量背景值為評價標準,評估土壤污染物累積程度,進而分析其污染等級,是產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評估與分類常用方法,如:利用“七五”全國背景值調(diào)查數(shù)據(jù),或利用GB 15618—1995的一級標準,或利用調(diào)查區(qū)內(nèi)無污染、同母質(zhì)的下層土壤污染物含量作為背景值。將監(jiān)測值與背景值進行比較,根據(jù)比值大小,判斷監(jiān)測點位污染物累積程度,判斷污染物是內(nèi)源還是外源。該方法在《土壤環(huán)境質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范(二次征求意見稿)》(環(huán)辦函〔2015〕1320號)[23]、HJ/T 332—2006和NY/T 395—2012《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[24]等標準中都有列舉。

3 農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價方法

我國環(huán)保部門的《土壤環(huán)境質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范(二次征求意見稿)》、HJ/T 332—2006、和HJ/T 333—2006以及農(nóng)業(yè)部門的NY/T 1634—2008《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》[25]等標準,使用了不同的農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價方法，其中使用較多的方法主要有單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、模糊模型指數(shù)法、層次分析法和灰色聚類法等。

3.1 單因子評價

3.1.1單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)是一種相對無量綱指數(shù),為我國土壤重金屬污染環(huán)境質(zhì)量評價中最常用評價方法。單因子指數(shù)法計算公式為

Pi=Ci/Si。

(1)

式(1)中,Pi為土壤中污染物i的單因子污染指數(shù);Ci為調(diào)查點位土壤中污染物i的實測含量;Si為污染物i的評價標準值或參考值。

根據(jù)Pi值的大小將土壤污染程度分級。單因子指數(shù)法對土壤污染物單一的土壤環(huán)境質(zhì)量評價很適用,簡便明了,作為無量綱指數(shù),具有可比較的等價特性,是其他環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量分級和綜合評價的基礎(chǔ)。

3.1.2富集因子法[26]

選擇滿足一定條件的元素作為參比元素,然后將樣品中元素含量與參比元素含量進行對比, 以此來判斷表生環(huán)境介質(zhì)中元素的人為污染狀況。一般選擇表生過程中地球化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的元素,如Mn、Ti、Al、Fe、Ca和Sc等。富集因子(EF,EF)法計算公式為

(2)

式(2)中,Cn，s為待測元素在所測環(huán)境中的含量;Cref，s為參比元素在所測環(huán)境中的含量;Bn,b為待測元素在背景環(huán)境中的含量;Bref,b為參比元素在背景環(huán)境中的含量。

該方法優(yōu)點為能夠比較準確地判斷人為污染狀況。

3.1.3地累積指數(shù)法[26]

評價重金屬污染,除必須考慮到人為污染因素和環(huán)境地球化學(xué)背景值外,還應(yīng)考慮到由于自然成巖作用可能會引起背景值變動的因素。地累積指數(shù)(Igeo)法計算公式為

Igeo=log2(Cn/KBn)。

(3)

式(3)中,Cn為土壤中某元素含量;Bn為地殼中該元素含量;K為考慮各地巖石差異可能引起背景值的變動而取的系數(shù)(一般取K=1.5)。

地累積指數(shù)法考慮了人為污染因素和環(huán)境地球化學(xué)背景值,并考慮自然成巖作用對背景值的影響,給出很直觀的重金屬污染級別。

3.2 綜合污染指數(shù)法

土壤存在多種污染物情況下,可采用綜合污染指數(shù)法表征土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。綜合指數(shù)法因具有易懂、易學(xué)、易算和易操作等特殊優(yōu)點而被廣大科技工作者采用。

3.2.1多因子指數(shù)加和法

多因子指數(shù)加和法計算公式為

P=∑Ci/Si。

(4)

式(4)中,P為土壤中各參評污染物污染指數(shù)之和;Ci和Si意義同式(1)。

該方法優(yōu)點為方法簡單易操作,缺點為容易掩蓋存在單個污染物的問題,評價結(jié)果不具可比性。

3.2.2多因子指數(shù)算數(shù)平均法

多因子指數(shù)算數(shù)平均法計算公式為

(5)

該方法優(yōu)缺點同多因子指數(shù)加和法。

3.2.3加權(quán)平均法

引入加權(quán)值可以反映不同污染物對土壤環(huán)境的影響,但權(quán)重的確定不易做到客觀準確。加權(quán)平均法計算公式為

P加權(quán)=∑WiCi/Si。

(6)

式(6)中,P加權(quán)為土壤中各參評污染物污染指數(shù)加權(quán)和;Wi為污染物對土壤環(huán)境質(zhì)量影響的權(quán)重,∑Wi=1;Ci和Si意義同式(1)。

3.2.4均方根法

(7)

式(7)中,P均方根為土壤中各參評污染物污染指數(shù)均方根;Ci和Si意義同式(1)。

均方根法方法優(yōu)缺點與多因子指數(shù)加和法基本相同。

3.2.5內(nèi)梅羅指數(shù)法

該指數(shù)形式簡單,兼顧了最高單因子指數(shù)和平均單因子指數(shù)的影響,但過分強調(diào)了最高分指數(shù)的影響,掩蓋了污染物種類，其計算公式為

(8)

式(8)中,PN為內(nèi)梅羅指數(shù);Pi均和Pi最大分別為平均單項污染指數(shù)和最大單項污染指數(shù)。

內(nèi)梅羅指數(shù)法為HJ/T 166—2004推薦評價方法之一,按內(nèi)梅羅污染指數(shù)劃定的污染等級見表1。

內(nèi)梅羅指數(shù)法適用于小尺度田塊農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查評估,各點位存在的污染物比較明確,參評的污染物種類也相同,內(nèi)梅羅指數(shù)能夠表達不同點位土壤環(huán)境質(zhì)量狀況的相對優(yōu)劣。而對于大尺度區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量狀況調(diào)查評價,由于不同單元環(huán)境問題差別較大,存在的污染物種類亦不盡相同,內(nèi)梅羅指數(shù)可能難以反映各單元土壤環(huán)境質(zhì)量的相對優(yōu)劣。

表1 土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價標準

Table 1 Standard of Nemerow pollution index

等級PN值污染等級 ⅠPN≤0.7清潔(安全) Ⅱ0.73.0重污染

3.2.6潛在危害生態(tài)指數(shù)法[27]

潛在危害生態(tài)指數(shù)法首先求單項污染系數(shù),然后引入重金屬毒性響應(yīng)系數(shù),得到潛在生態(tài)危害單項系數(shù),最后加權(quán)得到區(qū)域土壤中重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI，IR)。該方法考慮了不同重金屬毒性大小不同,計算公式為

(9)

式(9)中,IR為采樣點多種重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù);Tr，i為采樣點重金屬i的毒性響應(yīng)系數(shù),根據(jù)HAKANSON[28]制定的標準化重金屬毒性系數(shù)得到;Cr，i為該元素的污染系數(shù);C實測，i為該元素實測含量;Cn,i為該元素評價標準。

該方法將環(huán)境生態(tài)效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系起來,使評價更側(cè)重于毒理方面, 對其潛在生態(tài)危害進行評價, 不僅可以為環(huán)境的改善提供依據(jù), 還能夠為人們健康生活提供科學(xué)參考。

3.3 模糊綜合評價法[29]

農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量的復(fù)雜性和動態(tài)變化性使得農(nóng)用地環(huán)境質(zhì)量具有一定程度的模糊性,針對農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量與土壤環(huán)境質(zhì)量構(gòu)成因素之間的規(guī)律性,引入模糊綜合評價模型,以便較好地表現(xiàn)出其客觀實在性。

單項污染指數(shù)對于污染物而言,其指標值越高,表示質(zhì)量越差,但達到某一臨界值后,其副作用趨于恒定,其隸屬函數(shù)為

(10)

(11)

式(10)～(11)中,Mi為監(jiān)測點i的土壤綜合污染指數(shù);n為評價指標的總數(shù);Wj為第j個評價指標的權(quán)系數(shù);C(x)j為第j個評價指標的單項污染指數(shù);x為各單項指標的實測值;a、b分別為各單項指標的上限和下限值。指標權(quán)系數(shù)采用特爾菲咨詢法,通過問卷調(diào)查形式客觀綜合多數(shù)專家經(jīng)驗與主觀判斷,再由統(tǒng)計分析確定。

3.4 層次分析法[30]

層次分析法是將與評價(決策)有關(guān)的元素分解為目標、準則和指標等層次,在此基礎(chǔ)上進行定性和定量分析的評價(決策)方法。土壤環(huán)境是一個多成分復(fù)雜系統(tǒng),主要受到土壤組成、結(jié)構(gòu)和功能特性以及所處環(huán)境的綜合影響,每個系統(tǒng)內(nèi)部又存在多種對子系統(tǒng)的影響因子。評價步驟[9]為:

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型。將土壤環(huán)境質(zhì)量作為層次分析的目標層(A),將如Cd、Hg、Pb、Cr、Cu和Zn等評價因子作為準則層(B),將土壤環(huán)境質(zhì)量級別作為方案層(C),由這3個層次建立土壤環(huán)境質(zhì)量層次結(jié)構(gòu)模型。

(2)構(gòu)造判斷矩陣,并求出其最大特征根和特征向量。在A目標下,構(gòu)造各準則層(B)相對重要性的兩兩比較判斷矩陣(A-B)。構(gòu)造時根據(jù)土壤重金屬背景值和臨界含量確定評價標準。由此計算出各樣本特征向量和最大特征根。

(3)判斷矩陣一致性檢驗。在B準則下,構(gòu)造各評價級別(C)相對重要性的兩兩比較判斷矩陣(B-C)。構(gòu)造時采用各評價因子含量與其對應(yīng)的土壤質(zhì)量級別標準值間差值的倒數(shù)作為標度。計算得到判斷矩陣特征向量和最大特征根后,再計算得到一致性指標(C.I.)和平均一致性指標(R.I.),最后得到隨機一致性比值(C.R.)。對于1、2階判斷矩陣,規(guī)定C.R.值=0;當(dāng)C.R.值<0.1時,判斷矩陣有滿意的一致性;當(dāng)C.R.值≥0.1時,判斷矩陣的一致性偏差太大,需要對判斷矩陣進行調(diào)整,直至滿足C.R.值<0.1為止。

(4)層次單排列。將本層所有因素針對上層某因素通過判斷矩陣計算排出優(yōu)劣順序,可采用求和法或方根法進行簡便計算。

(5)層次總排序。計算同一層次所有因素對于高層(目標層)相對重要性權(quán)重值。

3.5 灰色聚類法[31]

基于環(huán)境質(zhì)量系統(tǒng)的灰色性,考慮多因子綜合影響,將聚類對象對于不同聚類指標所擁有的白化數(shù),按幾個灰類進行歸納,從而判斷該聚類對象屬于哪一級。這需經(jīng)過將實測值和評價標準進行無量綱化處理,通過建立白化函數(shù)來反映聚類指標(實測值)對灰類(評價標準)的親疏關(guān)系求取聚類權(quán),計算聚類系數(shù)等步驟。根據(jù)聚類系數(shù)來判斷土壤污染級別。污染級別取聚類系數(shù)中最大者。有等斜率灰色聚類法和寬域灰色聚類法兩種改進方法,其原理與灰色聚類法大致相同。等斜率灰色聚類法以等斜率方式構(gòu)造白化函數(shù),并以修正系數(shù)代替灰色法中聚類權(quán)而對白化函數(shù)進行修正。寬域灰色聚類法以寬域式結(jié)構(gòu)確定白化函數(shù)。

3.6 各方法優(yōu)缺點

不同評價方法優(yōu)缺點見表2。各評價方法不能完全相互替代,應(yīng)根據(jù)具體評估工作選擇方法組合。

表2 不同評價方法優(yōu)缺點

Table 2 Advantages and disadvantages of different evaluation methods

評價方法優(yōu)點缺點 單因子指數(shù)法識別單個污染物污染狀況,計算簡單不能反映綜合環(huán)境質(zhì)量 綜合污染指數(shù)法理想的綜合指數(shù)應(yīng)該能夠準確地反映特定區(qū)域的整體環(huán)境質(zhì)量,而且具有較好的通用性。易懂、易學(xué)、易算和易操作評價結(jié)果往往只是一個均值或簡單的累加,靈敏性較低,可能掩蓋某些污染因子質(zhì)變特征,從而使評價結(jié)果會不符合生態(tài)學(xué)原理,評價失效。計算綜合指數(shù)的方法不同,所得評分結(jié)果也不盡相同。各點位所屬污染級別既與綜合指數(shù)取值范圍有關(guān),又與綜合指數(shù)計算方法有關(guān),受人為因素影響頗大 模糊綜合評價法考慮土壤環(huán)境的模糊性和綜合性計算方法較復(fù)雜,每個監(jiān)測值分別對其相鄰兩個級別質(zhì)量標準建立多個隸屬函數(shù),過程繁瑣,不易掌握。復(fù)合運算基本方法是取大小值,只強調(diào)極值的作用,評價結(jié)果往往受控于個別因素而出現(xiàn)誤判。權(quán)重值的科學(xué)含義不夠明確 層次分析法簡單、有效、實用,應(yīng)用廣泛在理論方面,一般層次分析法最后是按層次權(quán)值的最大值,即“最大原則”來進行分類,忽略比它小的上一級別的層次權(quán)值,完全不考慮層次權(quán)值之間關(guān)聯(lián)性,因而導(dǎo)致分辨率降低,評價結(jié)果出現(xiàn)不盡合理的現(xiàn)象。一致性檢驗,是否考慮模糊性等還沒有得到滿意解決。應(yīng)用方面,能用于從已知方案中優(yōu)選,但不能生成方法。得到的結(jié)果過多依賴決策者偏好和主觀判斷 灰色聚類法考慮土壤環(huán)境的模糊性和綜合性,避免主觀隨意性;在確定各污染指標權(quán)重時,只與土壤質(zhì)量分級標準有關(guān),而與污染物實測值無關(guān),克服了用超標倍數(shù)確定權(quán)重的局限性計算方法較復(fù)雜,過程繁瑣,不易掌握。白化函數(shù)包含的污染范圍較窄,一般在j-1級到j(luò)+1級標準值之間,當(dāng)污染物監(jiān)測值超出該范圍時,相應(yīng)的白化函數(shù)值會為0。仍存在丟失信息的可能

4 已有農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分方法

4.1 基于超標評價和累積性評價的農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量等級劃分

根據(jù)點位超標評價和累積性評價結(jié)果,《土壤環(huán)境質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范(二次征求意見稿)》將土壤環(huán)境質(zhì)量劃分為4個類別(表3)。

表3 調(diào)查點位土壤環(huán)境質(zhì)量等級劃分

Table 3 Soil environmental quality classification of investigation spot

超標評價無明顯累積有明顯累積 未超標(篩選值)Ⅰ類Ⅱ類 超標(篩選值)Ⅲ類Ⅳ類

對于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ類點位所代表的區(qū)域,若有證據(jù)表明存在農(nóng)作物危害效應(yīng)(如某種農(nóng)作物產(chǎn)量明顯下降或農(nóng)產(chǎn)品中污染物含量超標),則農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量狀況調(diào)整為Ⅳ類。該方法是基于土壤污染物含量是否超過篩選值及是否有累積綜合評價的情況,但是對超過GB 15818—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準》中管制值的情況未有說明,并且也未給出“由點到面”、確定分類面積的方法。

4.2 基于土壤超標和農(nóng)產(chǎn)品超標的土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分

《全國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬安全評估技術(shù)規(guī)定》(農(nóng)辦科〔2015〕42號)[32]中土壤與農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同進行農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分方法見表4[10]。

表4 土壤與農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同進行農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分

Table 4 Soil environmental quality classification of agricultural land by soil and agricultural products

等級劃分依據(jù)土壤指數(shù)Pi,max農(nóng)產(chǎn)品指數(shù)Ei土壤安全水平 1Pi,max≤1.0Ei≤1.0無風(fēng)險 2Pi,max≤1.01.03.0任意高風(fēng)險任意Ei>2.0

Pi,max為土壤污染最大單項指數(shù);Ei為對應(yīng)土壤污染物i的農(nóng)產(chǎn)品單項污染指數(shù),為農(nóng)產(chǎn)品污染物含量與標準限量的比值。

該規(guī)定重點關(guān)注對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量有影響的Cd、Hg、As、Pb和Cr 5種有毒元素。綜合考慮土壤環(huán)境質(zhì)量超標、農(nóng)產(chǎn)品超標情況,劃分基于每種污染物的農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量類別。

該方法不僅考慮土壤污染物含量水平,同時考慮土壤污染物危害效應(yīng),即是否造成農(nóng)產(chǎn)品超標,是評價方法的一大進步。但實際應(yīng)用時可操作性較差,比較適用于點位層面的評價,若擴大到區(qū)域范圍則缺少具體操作層面的技術(shù)指南或技術(shù)規(guī)程,因此很難對評價區(qū)域總體分類面積進行統(tǒng)計。

5 基于多源數(shù)據(jù)多維評價的土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分方法

參考上述方法,參照GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準(試行)》規(guī)定的土壤風(fēng)險篩選值和管制值,提出基于多源數(shù)據(jù)多維評價的土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分新方法:利用土壤污染物含量數(shù)據(jù)、農(nóng)產(chǎn)品含量數(shù)據(jù)、土壤環(huán)境背景數(shù)據(jù)和污染源分布信息等多源數(shù)據(jù),綜合評判土壤環(huán)境質(zhì)量,并實現(xiàn)“由點到面”,得到各土壤環(huán)境質(zhì)量類別的面積和分布情況。

5.1 農(nóng)用地土壤點位單因子評價

對照GB 15818—2018中篩選值(Si)和管制值(Gi)或其他標準,利用單因子評價法評價農(nóng)用地土壤調(diào)查點位的污染風(fēng)險,并將其土壤環(huán)境質(zhì)量類別分為3類(表5)。

5.2 農(nóng)用地土壤點位多因子綜合評價

土壤的Cd、Hg、Pb、As和Cr分別按4.1節(jié)方法進行點位單因子評價,然后以評價結(jié)果最差的因子確定該點位綜合評價結(jié)果。

表5 單因子土壤污染風(fēng)險評價及環(huán)境質(zhì)量分類

Table 5 Single factor method of agricultural soil pollution evaluation and environmental quality category

污染物含量風(fēng)險質(zhì)量分類 Ci≤Si無風(fēng)險或風(fēng)險可忽略優(yōu)先保護類(Ⅰ) SiGi1)污染風(fēng)險較大嚴格管控類(Ⅲ)

Si為篩選值,Gi為管制值，Ci為污染物實測含量。1)沒有管制值的污染物,則不歸為嚴格管控類。

5.3 確定評價單元

根據(jù)點位評價結(jié)果,基于聚類原則,將處于同類型地貌單元、同種土地利用方式上連續(xù)的同類別點位歸為1個評價單元。為保證評價單元的均一性和代表性,1個評價單元點位不宜超過30個,點位類別即為單元類別,從而實現(xiàn)“由點到面”。

5.4 按多因子綜合評價結(jié)果初步判定評價單元內(nèi)農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量類別

在初步判定單因子評價單元劃分和農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量類別的基礎(chǔ)上,將多因子疊合形成新的評價單元,評價單元農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量綜合類別按最差類別確定。

5.5 利用農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量進行土壤環(huán)境質(zhì)量類別調(diào)整

若有農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù),參照GB 2761—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》,利用單因子評價法根據(jù)評價單元農(nóng)產(chǎn)品安全性評價結(jié)果(農(nóng)產(chǎn)品指數(shù),Ei)分為Ⅰ(Ei≤1.0,未超標)、Ⅱ(1.02.0,重度超標)3類,并根據(jù)表6進行土壤環(huán)境質(zhì)量類別調(diào)整。

表6 利用農(nóng)產(chǎn)品安全評價調(diào)整單元土壤環(huán)境質(zhì)量類別

Table 6 Adjusting unit soil environmental quality category by safety evaluation of agricultural products

單元土壤環(huán)境質(zhì)量初步評價單元內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量調(diào)整條件1調(diào)整條件2調(diào)整方向建議的管理類別 優(yōu)先保護類———優(yōu)先保護類Ⅰ1 安全利用類單元內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品點位≥3,Ⅰ(未超標)類的點位≥65%,且無Ⅲ(重度超標)類的點位單元內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)不足3個,都滿足Ⅰ(未超標)類,且周邊臨近單元農(nóng)產(chǎn)品點位滿足Ⅰ(未超標)類調(diào)整為較好類別優(yōu)先保護類Ⅰ2單元內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品點位≥3,Ⅲ(重度超標)類的點位≥65%單元內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)不足3個,但都滿足Ⅲ(重度超標)類,且周邊臨近單元農(nóng)產(chǎn)品點位滿足Ⅲ(重度超標)類調(diào)整為較差類別嚴格管控類Ⅲ1上述條件都不滿足的其他情形不調(diào)整安全利用類Ⅱ1 嚴格管控類單元內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品點位≥3,Ⅰ(未超標)類的點位≥65%,且無Ⅲ(重度超標)類的點位單元內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)不足3個,都滿足Ⅰ(未超標)類,且周邊臨近單元農(nóng)產(chǎn)品點位滿足Ⅰ(未超標)類調(diào)整為較好類別安全利用類Ⅱ2其他情形不調(diào)整嚴格管控類Ⅲ2

6 問題與建議

農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評估程序首先要確定評價目標,其次根據(jù)目標獲取調(diào)查數(shù)據(jù),然后選擇合適的評價方法,最后劃分類別。在確定評價目標方面,我國土壤環(huán)境管理實踐中經(jīng)常遇到不同目標、不同尺度的土壤環(huán)境質(zhì)量評價工作。較大尺度的區(qū)域性土壤環(huán)境質(zhì)量評價包括區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查、土壤環(huán)境例行監(jiān)測中的土壤環(huán)境質(zhì)量評價。較小尺度場地或田塊級土壤環(huán)境質(zhì)量評價包括農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地質(zhì)量認證、建設(shè)項目土壤環(huán)境影響評價、場地土壤環(huán)境調(diào)查和土壤污染事故調(diào)查等。

在數(shù)據(jù)方面,我國已積累大量全國性大調(diào)查數(shù)據(jù),例如“全國土壤污染狀況調(diào)查”“多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查”“農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地產(chǎn)區(qū)劃分”和“全國土壤污染狀況詳查”。但是,由于土壤質(zhì)地、有機質(zhì)含量和陽離子交換量等特性會影響土壤中污染物毒性效應(yīng),而依據(jù)污染物全量水平得出的評價結(jié)論可能產(chǎn)生偏差,所以需要用土壤污染的危害受體——農(nóng)產(chǎn)品是否超標輔助調(diào)整類別。但由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,影響農(nóng)產(chǎn)品超標的因素除了土壤污染含量以外,還與灌溉水質(zhì)量、大氣質(zhì)量、投入農(nóng)業(yè)品質(zhì)量和農(nóng)作物品種等因素有關(guān)。所以,土壤污染物(重金屬)含量數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定,而農(nóng)產(chǎn)品污染物含量存在較大變數(shù)。因此在農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價過程中,多源數(shù)據(jù)的選擇存在較大困難,應(yīng)科學(xué)嚴謹,選擇合適的歷史數(shù)據(jù),必要時進行補充調(diào)查,盡可能減少數(shù)據(jù)偶然性和不確定性。

在評估方法上,雖然GB 15618—2018已修訂發(fā)布,但《土壤環(huán)境質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》進行了兩輪征求意見后尚沒有下文,HJ/T 166—2004中農(nóng)用地評價方法適用性也不強,目前尚沒有配套農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價工作且針對性強的標準。農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價工作缺乏一致標準,這為“土十條”發(fā)布后的土壤環(huán)境質(zhì)量分類管理帶來較大工作難度,相關(guān)評價工作與美國等發(fā)達國家也存在較大差距,建議我國盡快出臺相應(yīng)評價技術(shù)文件。

在農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分上,目前劃分思路從以往只關(guān)注土壤自身,逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r兼顧保護目標安全性方面,因此制定類別劃定標準、指南或規(guī)范等技術(shù)文件時,應(yīng)充分考慮土壤中污染物特性和農(nóng)作物對不同污染物的吸收特性,利用多源數(shù)據(jù),綜合評判土壤環(huán)境質(zhì)量,切實做到保護農(nóng)產(chǎn)品安全的同時對土壤資源合理利用和開發(fā)。