華南地區(qū)高背景值土壤遷移途徑及人體健康風(fēng)險評價研究

關(guān)鍵詞：重金屬；污染物遷移；安全風(fēng)險

中圖分類號：X820.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

廣東省在“七五”期間，進(jìn)行了區(qū)域內(nèi)土壤環(huán)境背景值的研究，研究結(jié)果表明，省內(nèi)土壤重金屬環(huán)境背景值較高，以砷為例，土壤砷含量高于全國平均水平，而且隨著時間的遷移，土壤砷含量仍有上升的趨勢。

華南地區(qū)土壤砷含量偏高，主要與所屬區(qū)域土壤類型有關(guān)，華南地區(qū)主要為赤紅壤、紅壤、黃壤，根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 36600-2018）標(biāo)準(zhǔn)附錄，上述土壤對應(yīng)的砷背景值分別為60mg/kg、40 mg/kg、40 mg/kg；2020年，深圳市采集了600個土壤樣品，根據(jù)全市土壤環(huán)境背景調(diào)查結(jié)果發(fā)布了《土壤環(huán)境背景值》（DB 4403/T 68-2020），標(biāo)準(zhǔn)以土壤環(huán)境背景含量順序統(tǒng)計量的95%分位值作為砷土壤環(huán)境背景值，赤紅壤、紅壤、黃壤對應(yīng)的背景值分別為55.1mg/kg、59.2mg/kg、38.9 mg/kg。上述兩類標(biāo)準(zhǔn)顯示，赤紅壤、紅壤、黃壤砷背景值均高于其他類型土壤。此外，該背景值還高于農(nóng)用地土壤風(fēng)險篩選值30mg/kg以及建設(shè)用地第一類用地篩選值20mg/kg，意味著華南地區(qū)土壤背景值數(shù)值高，存在危害人體健康的風(fēng)險。高背景值土壤中重金屬遷移途徑見圖1。

1建設(shè)用地風(fēng)險評價

一般而言，建設(shè)用地由于其歷史用途，如化工、制革等，在生產(chǎn)活動中通過遺撒、滲漏等污染途徑，造成場內(nèi)土壤與地下水污染。但是有少數(shù)情況，建設(shè)用地重金屬超標(biāo)取決于地塊內(nèi)土壤自身性質(zhì)，由于土壤重金屬環(huán)境背景值較高造成的。根據(jù)《廣東省建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控和修復(fù)名錄》，廣州某地塊面積為73643平方米，對地塊歷史沿革進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，在地塊未進(jìn)行過與砷有關(guān)的生產(chǎn)經(jīng)營活動的情況下，砷污染面積近63500平方米，約占地塊面積86%，污染深度至18m，污染范圍大且埋藏深，這是由于區(qū)域地質(zhì)特殊，土壤中砷背景含量較高導(dǎo)致。與大氣污染、水污染不同，土壤污染具有隱蔽性和滯后性，不能簡單地通過肉眼觀察和嗅覺發(fā)現(xiàn)，往往經(jīng)過土壤樣品分析化驗后才能確定，因而在未經(jīng)檢測的情況下，用地的土壤質(zhì)量情況仍不清楚，高背景值土壤可能埋藏于生活、工作用地，存在影響人體健康的可能性。

土壤背景值高于第一類用地篩選值時，意味著在特定土地利用方式下（土地用作居住、醫(yī)療衛(wèi)生等敏感用地），土壤對人體健康可能存在風(fēng)險。除去食物鏈途徑，根據(jù)《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 25.3-2019），污染物對人體健康造成的風(fēng)險主要從經(jīng)口攝入土壤、皮膚接觸土壤、吸入土壤顆粒物、吸入室外空氣中來自表層土壤的氣態(tài)污染物、吸入室外空氣中來自下層土壤的氣態(tài)污染物、吸入室內(nèi)空氣中來自下層土壤的氣態(tài)污染物六個途徑進(jìn)行評估。對于長期暴露在戶外且無防護(hù)措施的人來說，經(jīng)口腔攝人是其吸收重金屬的主要途徑。土壤砷經(jīng)口部進(jìn)入人體后，先后進(jìn)入胃、小腸，被逐步消化溶出，大量試驗通過體外消化方法模擬這一過程中器官吸收重金屬的過程，從而評估砷的生物有效性。在相同砷污染程度下，不同類型的土壤在砷的生物有效性上均存在極顯著差異，對人體的健康風(fēng)險也存在極顯著差異。陳曉晨等人研究發(fā)現(xiàn)，華南土壤中的黃壤遷移系數(shù)為63%～68%，紅壤為49%～52%，相較于其他類型土壤，其遷移系數(shù)較低，砷的生物有效性也較低，在人體的消化道環(huán)境中，相對不易進(jìn)入消化液被人體吸收。根據(jù)歐陽通等人研究結(jié)果，紅壤中鐵的含量較高，砷的生物有效性較低，土壤中砷含量118 mg/kg時，成人、兒童每日砷攝入量以及模擬消化系統(tǒng)內(nèi)的生物有效量，均未超出WHO規(guī)定的每日砷攝入量120.6μg·d^-1和30.2μg·d^-1。

個體的身體健康狀況、對重金屬的敏感性是不一樣的，個體差異影響砷對人體的毒性，《廣東省建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查、風(fēng)險評估及效果評估報告技術(shù)審查要點（試行）》中給出了有針對性的區(qū)域參數(shù)。經(jīng)過建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險評估、土壤修復(fù)實施及效果評估工作程序后，土壤中砷元素背景含量偏高的地塊達(dá)到修復(fù)目標(biāo)，其土壤和地下水人體健康風(fēng)險在可接受范圍內(nèi)，可以作為居住用地、商業(yè)用地、工業(yè)用地等再開發(fā)利用。但是，無論采用區(qū)域參數(shù)或是國家推薦參數(shù)，按照《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 25.3）推薦模型計算出來的風(fēng)險控制值往往很低，低于土壤環(huán)境背景值，而土壤修復(fù)中往往采用土壤環(huán)境背景值作為修復(fù)目標(biāo)，這一做法仍待完善。

2018年新修訂的《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 169-2018），新增環(huán)境風(fēng)險潛勢的概念，目的是對建設(shè)項目進(jìn)行分級管理，重點監(jiān)管可能存在重大環(huán)境風(fēng)險的項目。根據(jù)建設(shè)項目涉及的生產(chǎn)工藝、原輔材料情況，分析出環(huán)境敏感程度、危險物質(zhì)及工藝系統(tǒng)危險性，進(jìn)而判定建設(shè)項目風(fēng)險潛勢等級。潛勢等級為I時，對建設(shè)項目進(jìn)行簡單分析即可，等級為Ⅱ至Ⅳ時，則進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)險識別、事故情形分析等，構(gòu)建了建設(shè)項目和區(qū)域的防控體系，強(qiáng)調(diào)了建設(shè)項目與人、環(huán)境的關(guān)系。通過對建設(shè)項目進(jìn)行風(fēng)險識別、優(yōu)化調(diào)整，加強(qiáng)了環(huán)境風(fēng)險防控，對降低環(huán)境中人體健康風(fēng)險起了重要作用。但是，其常用于地塊建設(shè)為工業(yè)用地的環(huán)境風(fēng)險評價，且側(cè)重于有毒有害物質(zhì)在大氣、地表水及地下水遷移擴(kuò)散，對土壤的風(fēng)險預(yù)測較少。地塊用途變更為居住用地時，因建設(shè)項目無涉及危險物質(zhì)，其風(fēng)險潛勢初判往往很低，高背景值土壤中的砷主要來源于自然界中地質(zhì)作用、風(fēng)化作用等釋放的砷，未涉及生產(chǎn)工藝等人為生產(chǎn)活動因素，因而風(fēng)險識別中可能存在污染因子遺漏、未被納入風(fēng)險評價中的情況。

2農(nóng)用地風(fēng)險評價

華南地區(qū)主食為稻米，主糧種植區(qū)多為水田，根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618-2018），農(nóng)用地（水田）土壤中砷含量超出30mg/kg時，農(nóng)作物生長或土壤生態(tài)環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可能存在風(fēng)險。

值得注意的是，高背景值土壤正越來越多地進(jìn)入到人類生活環(huán)境。自國家推行退耕還林，有效地遏制了開荒造田的行為，減少了人們在土壤狀況不明的土地上種植糧食作物的情況，但由于水土流失以及人為的開發(fā)利用活動，高背景區(qū)域土壤存在轉(zhuǎn)變或遷移至耕地等與人們生產(chǎn)、生活有關(guān)系的土壤的可能性，據(jù)廣東省水利廳和珠江水利科學(xué)研究院在2013年發(fā)布的《廣東省第四次水土流失遙感普查成果報告》，廣東省2013年遙感普查土壤侵蝕面積達(dá)20945. 91km²，因此高背景值土壤可能會給農(nóng)作物食用安全、人體健康帶來危害，研究高背景區(qū)域土壤砷的賦存形態(tài)及向農(nóng)產(chǎn)品的遷移情況十分必要。

2.1砷在土壤中賦存形態(tài)

在土壤中，砷的生物有效性從大到小依次是交換態(tài)砷、鈣結(jié)合態(tài)砷、鋁結(jié)合態(tài)砷、鐵結(jié)合態(tài)砷、殘渣態(tài)砷。土壤類型、成土母質(zhì)和氣候等自然因素，對土壤中砷的賦存形態(tài)有著直接和間接的影響，成土母質(zhì)在脫硅富鐵鋁化后，土壤中富含游離氧化鐵鋁，一般而言，華南地區(qū)土壤中鐵結(jié)合態(tài)砷的含量占比為33%以上，鈣結(jié)合態(tài)砷的含量則小于5%，而在植物根際土壤中，砷的賦存形態(tài)主要是殘渣態(tài)，占比達(dá)70%左右，其次是鐵結(jié)合態(tài)，占比在20%左右，活性最高的交換態(tài)僅占比為0.02%～0.04%。因此南方土壤中砷的生物有效性并不高。

此外，土壤pH是影響重金屬生物有效性的因素之一，土壤pH升高，會降低土壤對砷的吸附作用，促進(jìn)含砷陰離子的溶解，土壤溶液中三價砷、五價砷、總砷的濃度會增加，加重砷對植物的毒性。華南地區(qū)主要為鐵鋁性土壤，遇水顯酸性，外加酸雨影響，一般為酸性土壤，土壤對砷具有較好的吸附能力，所以砷對植物的毒性相對較弱。

2.2重金屬向農(nóng)作物的遷移

2014年，第一次全國土壤污染調(diào)查公報顯示，全國土壤砷超標(biāo)率為2.7%，其中耕地、林地、草地中的主要污染物是砷。水稻是廣東省種植面積最廣的作物，全省全年水稻種植面積為200多萬公頃，是群眾日常生活的主糧，在不同種植模式下，重金屬往稻米中的遷移情況值得注意。

2.2.1華南地區(qū)田間水分管理

水稻種植過程中采用不同水分管理模式，會影響水稻各部位及亞細(xì)胞組分砷含量，進(jìn)而造成水稻糙米中重金屬含量差異。華南地區(qū)水分管理多采用生長期淹水灌溉，灌漿期后期、結(jié)實期排水曬田的模式，即灌漿期后期、結(jié)實期會使土壤處在好氧條件下。有研究發(fā)現(xiàn)，在非淹水條件（即好氧條件）下，土壤溶液中的砷主要以五價砷的形式存在，在淹水條件下，土壤溶液中的砷主要為三價砷。由于五價砷易被土壤膠體吸附，導(dǎo)致其移動性比三價砷弱，不易被植物吸收，進(jìn)而導(dǎo)致糙米中砷含量不高。灌漿期是籽實吸收營養(yǎng)和污染物的主要時期，華南地區(qū)田間水分管理模式下，灌漿期排水曬田為土壤提供了好氧環(huán)境，降低了砷在土壤中的活性，減弱了砷往糙米的遷移。

2.2.2砷向糙米的遷移

砷限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762-2017）規(guī)定糙米無機(jī)砷限量為0.2 mg/kg，農(nóng)業(yè)部頒布的糧食中砷限量標(biāo)準(zhǔn)（NY861-2004）中糙米總砷限量為0.7mg/kg。當(dāng)前，篩選并種植低累積水稻品種是降低重金屬往糙米遷移重要方法之一，已有室內(nèi)盆栽試驗、大田試驗證實在中輕度污染農(nóng)田中，選擇合適的品種去種植，糙米砷含量能達(dá)到食品安全標(biāo)準(zhǔn)。在周珍華等人研究中，供試土壤超出全國土壤環(huán)境背景值11.2mg/kg的情況下，供試的糙米中總砷含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，供試土壤52.65 mg/kg時，在分蘗末期和成熟期排水曬田的模式下，低累積水稻種植出的籽粒砷含量也低于總砷限量。蔣毅等人研究結(jié)果顯示，供試土壤超出華南地區(qū)背景值60mg/kg時，糙米中總砷及無機(jī)砷含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。土壤砷含量高背景值下，出現(xiàn)糙米砷含量較低的情況，主要是由于水稻根表鐵膜中的鐵、錳可以有效降低糙米砷積累，以及水稻體內(nèi)存在砷的代謝，能夠通過還原、甲基化、絡(luò)合反應(yīng)降低砷的毒性。

華南地區(qū)土壤因其pH、砷賦存形態(tài)等特性、農(nóng)作物管理模式及植物自身保護(hù)機(jī)制，阻礙了高背景區(qū)域土壤中砷的遷移。此外，隨著農(nóng)田環(huán)境調(diào)查工作不斷鋪開，農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量將越來越明晰，能夠掌握其主要污染因子、污染范圍和程度等信息。在此基礎(chǔ)上，按照《中華人民共和國土壤污染防治法》等有關(guān)規(guī)定，農(nóng)用地劃分為優(yōu)先保護(hù)類、安全利用類和嚴(yán)格管控類后，根據(jù)不同土壤質(zhì)量、土地利用類型采取管控和治理措施。其中安全利用類農(nóng)田地塊主要采用低累積作物種植、重金屬鈍化和葉面阻隔技術(shù)等進(jìn)行組合治理與修復(fù)，減少重金屬進(jìn)入農(nóng)作物可食用部分，這一系列措施落實后，區(qū)域農(nóng)田土壤環(huán)境安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全將得到保障，土壤環(huán)境風(fēng)險得到管控。

3結(jié)語

2016年國務(wù)院發(fā)布《土壤污染防治行動計劃》，2018年提出打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見，2019年土壤污染防治法實施，多地在污染防治、環(huán)境背景值研究上做了大量工作，而且富有成效，6年的環(huán)保行動使中國土壤環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善。但由于高背景土壤分布的不確定性，該土壤可能存在于各類土地，依靠詳實的數(shù)據(jù)，區(qū)域的土壤環(huán)境背景值才能更有針對性，才能進(jìn)一步厘清其分布范圍。隨著建設(shè)用地、農(nóng)業(yè)用地等調(diào)查不斷深入，調(diào)查結(jié)果會提供更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)，環(huán)境風(fēng)險將得到全面管控。今年的第三次全國土壤普查是再一次對土壤的“體檢”，相信“體檢結(jié)果”出來后，會幫助國家進(jìn)一步了解中國土壤重金屬賦存狀況，進(jìn)而制定高背景值區(qū)土壤安全利用與管控措施。