重金属污染农用地风险分区与管控研究*

2018-03-27魏洪斌鞠正山吴克宁

中国农业资源与区划 2018年2期

魏洪斌，罗明，鞠正山，吴克宁

(1.国土资源部土地整治中心土地整治重点实验室，北京 100035； 2.中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京 100083)

0 引言

我国正处于全面建成小康社会的决胜阶段，然而随着城镇化和工业化进程的推进，其引发的一系列环境问题开始受到科学家及民众的关注，特别是农用地污染，已经成为当前社会的热点问题，提高农产品质量安全是人民群众的热切期盼，农用地污染防治任务艰巨。2014年4月17日，环保部和国土资源部联合发布全国土壤污染状况调查公报，报告显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，土壤总超标率为16.1%，其中耕地土壤点位超标率更是高达19.4%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。2016年5月28日国务院发布了《土壤污染防治行动计划》，摸家底、防增量、控风险、治重污是我国未来土壤环境保护工作重要内容，其核心工作是进行土壤重金属污染风险等级划分及风险控制区划，并科学布局农用地污染修复和风险管理，全面实现区域性土壤污染综合治理。

针对当前我国农用地土壤重金属污染的严峻形势和污染特征，我国学者对土壤重金属污染已开展大量相关研究，对我国农用地重金属污染的主要来源进行了系统分析，并在综述国内外已有土壤修复技术研究的基础上，提出了联合修复技术[1]，采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价不同功能区重金属污染程度[2]，依托我国典型区域的耕地土壤重金属污染数据库，测算我国耕地的土壤重金属污染概况[3]，进行矿区土壤重金属污染特征分析与模型评价的实证研究[4-5]，评价了矿区、城市土壤重金属污染及人体健康风险与潜在生态风险[6-8]，采用内梅罗综合污染指数评价方法对湖南省湘江流域土壤重金属污染生态环境风险进行评价[9]，介绍了国内外典型的重金属污染修复工程实践[10]，在分析国内外土壤重金属污染防治技术的方法与实践基础上，提出今后土壤重金属污染修复领域的发展方向，分析了我国典型区域的污染现状与特点及其成因，并提出了土壤重金属污染防范措施和土壤不同污染类型的治理与调控措施[11]，提出了污染场地国家分类体系的初步构想[12]，在农用地方面采用土壤和农产品综合质量指数的方法，研究农田土壤重金属污染影响评价新方法[13]。国内在分区方面的研究主要是采用一定的模型或方法对非点源污染进行评价或分区，如采用SWAT模型对三峡库区非点源污染进行控制分区方案的研究[14]，针对流域尺度的非点源污染物进行排放特征分析与控制分区[15-16]，或基于水污染控制总量，对流域尺度的分区方法及土地利用管制分区进行探讨[17-18]，也有学者对农业面源污染的成因进行分析，在此基础上进行污染排放评价并提出调控对策[19-20]。当前的研究主要围绕土壤重金属污染来源调查与累积、土壤重金属污染与风险评价、土壤重金属污染修复与安全利用开展，而在污染分区方面主要集中在农业非点源污染分区的研究，对重金属污染农用地的风险分区研究较少，特别是从土壤和农作物污染的视角进行风险分区与管控，更是鲜有报道。

严格管控受污染农用地的利用风险，逐步改善农用地土壤环境质量，建立农用地重金属污染风险分区分级以及风险控制区划方法，开展区域农用地重金属污染风险评估方法和风险区划研究，为研究县级/乡镇级单元的农用地风险控制区划提供理论指导与实践示范，构建农用地重金属污染风险控制区划方法体系，对重金属污染农用地实施安全利用分区与管控。我国农用地急需形成分区、分类、分级的土壤污染防控修复技术体系与模式，形成土壤污染防控、修复与资源化利用的系统解决方案，提高农用地污染防治的管理技术水平，重金属污染农用地进行分级分类安全管控，对我国实施农用地分类管理，保障农业生产环境安全提供技术支持，为农用地重金属污染风险控制具有指导意义，为区域农业发展与环境协调优化提供具体指导模式。

1 农用地重金属污染与安全利用概念

农用地重金属污染指人类活动产生的重金属进入农用地土壤中，积累到一定程度，超过农用地土壤本身的自净能力，导致土壤性状和质量变化，造成农用地对人体和生态环境产生负面影响和危害。

农用地安全利用指农用地土壤中重金属含量在一定范围内，农用地在一定用途下生产出的农作物可食部分污染物含量低于食品安全国家标准(GB2762-2012)规定的食品中污染物限量，对人体和动物未造成健康危害的利用状态或方式。

2 农用地土壤与农作物重金属污染评价

2.1 农用地土壤重金属污染评价

(1)评价依据：农用地土壤重金属污染评价应综合考虑农用地类型(水田、耕地、园地、草地、林地)、土壤pH，基于已有的土壤环境质量标准，以《农用地土壤环境质量标准(三次征求意见稿)》作为农用地土壤重金属污染评估的依据(表1)。

表1 农用地土壤重金属含量限值 mg/kg

(2)评价方法：农用地土壤重金属污染评价方法采用单因子指数法，即：

(1)

式(1)中，Pi为土壤中第i种重金属的污染指数；Ci为土壤中第i种重金属的含量；Si为土壤中第i种重金属的评价标准值。

对某一点位，土壤若存在多种重金属，分别采用单因子指数法计算后，取污染指数中最大的值。即：

Pmax=MAX(Pi)

(2)

式(2)中，Pmax为土壤中多种重金属的污染指数；Pi为土壤中第i种重金属的污染指数。

农用地土壤污染程度划分如表2。

表2 农用地土壤重金属污染指数分级

超标等级PiPmax污染程度ⅠPi≤1 0Pmax≤1 0清洁Ⅱ1 05 0Pmax>5 0重度污染

2.2 农用地农作物重金属污染评价

(1)评价依据：重金属污染农用地农作物可食部分污染评价以《食品中污染物限量》(GB2762-2012)作为评价的执行标准(表3)。GB 2762-2012未规定的项目，可执行地方土壤环境标准或参照执行其他标准。

表3 农作物可食部分中重金属限量标准值 mg/kg

(2)评价方法：农作物可食部分重金属限量污染评价的评价方法也采用单因子指数法，即：

(3)

式(3)中，Ei为农作物可食部分中第i种重金属的污染指数；CCi为农作物可食部分中第i种重金属含量；CSi为农作物可食部分中第i种重金属的评价标准值。

对某一点位，农作物可食部分若存在多种重金属，分别采用单因子指数法计算后，取污染指数中最大的值。即：

Emax=MAX(Ei)

(4)

式(4)中，Emax为农作物可食部分中多种重金属的污染指数；Ei为农作物可食部分中第i种重金属的污染指数。

农用地农作物污染程度见表4。

表4 农作物可食部分重金属污染指数分级

超标等级EiEmax值污染程度ⅠEi≤1 0Emax≤1 0清洁Ⅱ1 05 0Emax>5 0重度污染

表5 重金属污染农用地安全利用等级

3 重金属污染农用地风险分区与管控对策

3.1 重金属污染农用地风险分区

基于农用地土壤与农作物的重金属污染评价结果，综合考虑区域农用地类型、土壤的理化性质、农产品种类，基于现有的《农用地土壤环境质量标准(2016年三次征求意见稿)》《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ/T332-2006)等标准，采用单因子指数法对农用地土壤环境质量现状进行评价，通过土壤与农作物污染评价法确定重金属污染农用地的安全利用等级，根据安全利用等级划分重金属污染农用地安全利用分区，提出不同安全利用分区的分级分类利用与管理的管控策略，以保障食用农产品质量安全为主要目的，对重金属农用地进行安全利用分区与管控。

采用土壤和农作物可食部分单因子指数综合法，结合土壤重金属污染指数最大值(Pmax)和农作物可食部分重金属限量污染评价指数最大值(Emax)进行综合评价，并划分为安全区、基本安全区、低风险区、中风险区和高风险区5个安全等级，具体划分结果见表5。

3.2 风险分区管控对策

(1)安全区：该区域农用地土壤重金属含量未超过参比值，农作物产品重金属含量达标，表明生产环境对农作物产品安全未构成危害。该区域土壤重金属含量较低，土壤及其周边环境状况对农作物产品质量基本没有影响，农作物产品中重金属含量符合食品卫生要求，因此应实施优先重点保护，防止新增污染，维护农用地土壤与农作物的安全状态。

(2)基本安全区：该区域农用地土壤重金属含量为参比值的1～2倍，但农作物产品重金属含量达标，表明土壤及其周边环境重金属含量已有轻微积累，稍微偏高于相关限量标准，产地环境具有一定的潜在安全风险，但尚未对农作物生长和人体健康构成威胁。此区域应控制污染源，防止新增污染物输入，监测重金属污染动态变化，优化农艺调控措施，确保安全利用。

(3)低风险监控区：该区域农用地土壤重金属含量略高于参比值，农作物产品超过限量标准的1～2倍，表明生产环境对农产品安全已造成一定的危害。该区域土壤重金属有一定积累，产地周边存在轻微重金属污染，已对农作物生长和人体健康构成一定威胁，因此应切断污染源并进行综合监控，采用一定措施修复治理，适当调整农作物种类，降低农用地利用风险。

(4)中风险预警区：该区域农用地土壤及农作物重金属含量为参比值或限量标准的1～2倍，或土壤重金属含量为参比值的2～3倍，但农产品未超标或超标在2倍以内，表明生产环境对农作物产品已构成较大的安全威胁，对农产品安全及人体健康的潜在风险很大。该区域作为土壤重金属含量较高地区，土壤及其周边环境对农产品质量安全已构成明显威胁，并导致部分农产品重金属含量超标，因此应开展重金属污染风险评估，实施风险预警防控管理，选择合适的工程修复措施对农用地土壤积极进行修复。

(5)高风险限制区：该区域农用地土壤重金属含量为参比值的3倍以上，农作物产品中重金属含量为限量标准的2倍以上，表明产地具有极高的风险，农产品安全已受到极大的安全威胁。该区域农用地土壤重金属含量严重超标，成为农产品质量安全的主要影响因素，周边重金属污染较重，农作物产品中重金属含量不符合相关限量标准，因此农用地应进行限制利用，采用综合整治措施，调整种植结构或进行由农用地转换为非农用地的地类转换，降低利用风险。