农用地土壤重金属污染风险评价标准与风险划分

2021-06-15高琳琳周晓天孟源思杨庆波李丁马友华

安徽农学通报 2021年8期

高琳琳周晓天孟源思杨庆波李丁马友华

摘要：该文综述了近30年有关农用地重金属污染风险的评价标准及其研究进展，介绍了农用地土地重金属污染风险划分方法，将农用地土壤重金属污染环境划分为优先保护区、基本安全区、安全利用区、低风险区、中风险区和高风险区6个类别和分区管控措施。

关键词：农用地;重金属污染;风险评价与划分;分区管控

中图分类号 X53文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）08-0122-05

Abstract： Analysis of nearly 30 years about the risk of heavy metal pollution of farmland evaluation standard and methods， focus on evaluation standard， Soil heavy metal pollution on agricultural land was divided into six categories： priority protection area， basic safety area， safe utilization area， low risk area， medium risk area and high risk area， and scientific control measures were put forward respectively.

Key words： Agricultural land; Heavy metal pollution; Risk assessment and classification; Zoning control

1 引言

農用地土壤作为农业生产直接或间接利用的土壤，其质量关系生态安全。重金属通过人类活动进入到农用地土壤中，积累到一定程度，含量超过土壤自身的净化能力，导致土壤的性状和质量发生改变，从而对人体健康和生态环境产生负面影响，称为农用地重金属污染[1-3]。近年来，随着我国交通运输、石油开采和金属冶炼等行业的迅猛发展，严重增加了重金属的排放，引起工业和城市污染不断向农业产业渗透[4-7]。同时，我国每年因重金属污染而减产的粮食量达到数千万吨，经济损失逾百亿，影响粮食安全[8]。

“土十条”中也明确提出：实施农用地的分类管理工作，保护好未污染土地，加强农用地的保护管理。农用地的污染较为突出，关系着粮食与食品安全，因此，保障农业生产环境安全，根据土壤污染等级不同，对划分后的土地采用不同的治理修复措施就尤为重要[9]。

《中华人民共和国土壤污染防治法》在第四十九条中对国家建立农用地分类管理制度，依据土壤污染程度与相关标准，将农用地划分为优先保护类、安全利用类和严格管控类等内容也做出了明确规定，并要求各级人民政府层层夯实责任，切实推进当前土壤重金属污染问题的解决工作[10-11]。受污染耕地安全利用与管控工作也已经纳入各级政府考核指标。

21世纪以来，国家对生态环境保护的重视程度日益提高，为改善我国农用地土壤重金属污染状况，国务院专门印发了土壤污染防治行动计划，要求将农用地土壤环境质量类别按污染程度进行划定[12-13]。因此，修改完善农用地土壤污染风险评价标准与方法，实现对重金属污染风险的有效划分，对实现重金属污染土壤的分类分级治理，提出合理的管控措施，保障人民生命安全，具有重大意义[14-15]。

2 农用地土壤重金属污染评价标准

2.1 土壤重金属全量标准为保护土壤环境，保障农业生产与农产品质量安全，维护国民健康，国家环境保护局（现生态环境部）于1995年首次发布《土壤环境质量标准》。该标准在全国范围内选取10多个代表性土壤，分3个土壤pH值范围，检测不同污染途径对土壤产生危害的临界值，得出土壤基准值，并选取最低值定为标准值[17-19]，在我国土壤环境质量评价和保护领域发挥了历史性作用。但是，受当时我国科学水平及基础资料不足等因素的限制，该标准也存在污染物指标较少、标准值确定不合理（忽略了土壤个体间的差异）以及未考虑风险评估的方法学等诸多问题[17-20]。21世纪以来，随着工矿企业增多等原因导致的新的土壤污染问题的出现，完成对该标准的修订工作迫在眉睫。

该标准于2018年完成第1次修订，名称调整为《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（下面简称《标准》）[16]。《标准》对规范性引用文件进行了更新[16-18]，以土壤环境基准为主要依据，增加了农用地、农用地土壤污染风险等术语和定义，对农用地土壤中镉、汞、砷、铅、铬、铜、镍、锌等基本项目规定了风险筛选值，并规定了镉、汞、砷、铅、铬的风险管制值，同时更新了监测、实施与监督的要求[16]，并将土壤环境质量类别划分为优先保护类（未超过风险筛选值）、安全利用类（高于风险筛选值而未超过风险管制值）和严格管控类（超过风险管制值）3类，便于实现对农用地土壤质量的风险分析与评价[20]。但是，《标准》中镉、汞、铅等元素的风险管制值在一定pH范围内定为风险筛选值的4～5倍，但是未对定值标准进行说明。此外，土壤自然背景值作为制定土壤标准的1个重要依据，在新标准中被省略，这一改变的合理性值得商榷。标准在6.4部分还提到，土壤环境质量类别应该以该标准为基础，结合食用农产品协同监测结果来划分，其中并未考虑土壤有效态对类别划分的重要影响。

2.2 农产品重金属限量标准我国农产品在地域、品种和耕作方式等方面具有优势，完善农产品质量评价标准是促进我国农业质量提升的重要手段。但我国农产品质量评价标准严重滞后，农产品分级标准研制工作迫在眉睫，农产品中重金属评价标准更是几乎空白[21]。面对这一现状，制定农产品质量判断的专属标准便显得尤为重要。其实，我国于1981年便出了食品中重金属汞的允许量标准（GB2762-1981）[22-26]，但是该标准仅针对汞一种重金属污染物在食品中的允许量进行了限定，其他重金属污染物的限量标准仍是空白。20世纪90年代开始，食品中其他单项重金属污染物的限量标准才逐一面世，包括标准（GB2762-1994）[27]、（GB14935-1994）、（GB15201-1994）、（GB4810-1994）和（GB14961-1994）等。2005年1月，食品中污染物限量标准（GB2762-2005）在上述标准的基础上进行修改后发布，其内容囊括了上述多种重金属污染物在不同食品中的限量，是当前较为规范的食品中重金属污染污染限值标准。2012年，卫生部[28]根据《食品安全法》组织修订了限量标准（GB2762-2012），修订后的标准以风险评估为基础，在已有标准的基础上进行整合，结合食品中污染物的监测结果确定了污染物在对应食品中的限量，重点突出对食品安全性的要求，对我国居民常日食用的诸多种类食品设置了限量规定。另外，该标准还对食品生产和加工者均应采取的控制措施提出要求。该标准于2017年被限量标准（GB2762-2017）[29-30]所代替，2017版标准为当前最新食品安全国家标准。和2005年的标准相比，新标准在删除稀土限量要求的同时增加了螺旋藻、黄花菜、辅食营养补充品等食品中部分污染物的限量要求，并对应用原则进行了修改，对检验标准方法进行了更新，增加了无机砷限量检验要求的说明。该标准虽与《食品和饲料中污染物和毒素通用标准》和《食品法典标准》等[31-34]存在不同程度的差异，但对食品安全的管理要求较以往更加严格，很大程度上推动了我国食品产业的健康发展[29]。

2.3 土壤重金属有效态限值研究重金属生物有效性[35]是指环境中的重金属被生物体吸收、在体内积累或产生毒性的程度。近30～40年，国内外学者在该方面开展了大量研究，李宗利[36]等用Sposito提取方法研究了不同形態Cd、Pb对黑麦幼苗吸收量的影响，李冰等[37]以稻谷Cd限量卫生标准为限制条件，发现各活性形态Cd的限量区间限值有极大的差异关系;2012年，薛占军[38]等学者结合已有土壤环境质量标准与河北省主要污灌土壤中各形态重金属的分布情况，通过农产品与土壤重金属不同形态间的回归关系初步建立了土壤重金属形态的临界含量。该研究虽为当地土壤重金属形态的环境质量标准制定提供了参考依据，但由于不同农产品种类间存在较大差异，未能对土壤重金属形态的限量进行明确划分[39];2016年，有学者尝试对土壤重金属形态有效性进行了划分，按照离子吸附的强弱程度，在不同酸性土壤溶液是否被吸附与解吸，尝试将土壤重金属离子划分为游离态、交换态、束缚态和禁锢态[40]，并归纳了传统形态和离子形态与植物吸收有效性的对应关系。

刘君[41-43]等研究表明，土壤中重金属的有效态含量除受该金属元素的总量影响以外，还受到其他诸多因素的影响，尤其是土壤pH值、有机质等土壤理化性质以及土壤类型、管理措施及灌溉水源等[43-46]。同时，受人力、物力等条件限制，重金属有效态的研究多以室内或小区试验为主，研究多集中于重金属含量较高的典型污染区，且样品数量和类型都相对较少，而且与农田环境存在较大差异，其结论往往不具有普遍适用性[45]，据此对农用地重金属污染风险进行划分较为牵强，依据土壤重金属有效态的划分标准还需开展更多大田试验进行支撑。

越来越多的研究证实，农用地土壤中重金属的生物污染风险除与土壤和农产品中重金属污染物含量有关，更与其赋存形态和土壤环境关系密切。

3 农用地土壤重金属污染风险划分

此前，我国农用地重金属污染风险划分工作仍处于探索阶段[46-48]，为实现对农用地重金属污染风险的有效划分，为进一步的分区修复做好基础工作，社会各界基于《农用地土壤环境质量标准》（3次征求意见稿）和最新评价标准对农用地重金属污染的评价和等级划分结果，依据对农用地土壤和水稻等农产品中重金属污染物的等级划分，出现了对农用地重金属污染风险划分的不同方式[49]。

2017年，农用地土壤污染状况详查[50-52]工作在全国范围内开展，该工作结合农产品质量评价结果，在土壤环境质量类别划分的基础上将农用地土壤环境质量类别划分为优先保护类、安全利用类和严格管控类，并据此对农用地进行区域风险划分;魏洪斌[1]等学者采用单因子指数综合法，综合土壤重金属污染指数最大值和农作物可食用部分重金属限量污染评价指数最大值进行了评价，将农用地划分为5个等级，对应的农用地分区为安全区、基本安全区、低风险区、中风险区和高风险区。这2种环境质量类别划分方式，第1种的严格管控类划分过于粗糙，不能够做到精准施策和精准管理;第2种则缺少了对无污染地块的优先保护。

结合实践经验和详查中的划分方法，借助单项污染指数法，综合考虑土壤中某种重金属污染物的污染指数和农产品中该种污染物的污染指数，可将农用地划分为6个类别：当土壤中重金属污染物低于风险筛选值且农产品不超过限量标准值时，将农用地划分为优先保护区;当土壤中重金属污染物超过风险筛选值但低于风险管制值，且农产品低于限量标准值时，划分为基本安全区;当土壤中重金属污染物超过风险筛选值但低于风险管制值，且农产品低于限量标准值时，划分为安全利用区;当土壤中重金属污染物超过风险管制值但农产品低于限量标准值时，划分为低风险监控区;当土壤中重金属污染物超过风险筛选值但低于风险管制值，而农产品超过限量标准值时，划分为中风险管控区;当土壤中重金属污染物超过风险管制值且农产品超过限量标准值时，划分为高风险限制区。

4 农用地土壤重金属污染分区管控措施

4.1 优先保护区对于优先保护区，其土壤和农产品情况均清洁无污染，说明其所在地区生产环境优良，农产品优质，对于优先保护区不需要施用钝化剂进行处理，在种植结构上可多种植易积累重金属的粮食作物，提高这类粮食作物的种植面积和可食用性。从优化施肥、水分调控、叶面调控、深翻耕等农艺调控类措施方面在充分利用的基础上加以重点保护，避免污染源的引入，实现可持续利用。

4.2 基本安全区基本安全区的土壤存在一定程度的污染，但污染程度不高，土壤环境未对农产品质量造成威胁，因此可以加以利用，正常种植当地原有的主要粮食作物。但是，区域内耕地在利用时仍需避免加重土壤污染，保证农产品的质量安全。

4.3 安全利用区该区土壤污染程度较高，说明生产地区土壤环境存在一定的污染风险，但农产品质量尚安全，可以作为农产品产地加以利用[1]。但是，需要避免种植易积累重金属的粮食作物，可以种植一些不易积累重金属的粮食作物品种和非食用的经济作物实现充分利用，同时在生产过程中可以使用相应的农艺调控措施对土体的理化性质进行改善，从而降低土壤中重金属的污染程度，避免农产品质量安全问题的发生。

4.4 低风险监控区该区污染情况十分严重，土壤中重金属污染物聚积程度高，产地周边可能存在污染源，虽然农产品污染物含量尚未超标，但存在污染风险，因此应对该区采取监控措施，排查污染源，断绝农产品污染的可能，同时改变种植模式，在种植作物选择上需要格外谨慎。在管理措施上，除了使用农艺手段必要情况下还需加入土壤改良技术，基于土壤化学或微生物原理，通过调节土壤中的氧化还原、吸附、沉淀等过程，促进重金属污染物由高有效性向低有效性转化、由高毒性向低毒性转化，定向控制土壤中重金属元素的迁移以及农作物的富集，全方位防治重金属污染。

4.5 中风险管控区该区土壤存在一定程度污染，且农产品质量安全出现问题，有可能对人和其他动物的健康造成明显威胁，因此应加大管控力度，切断污染源，并对该区的生产活动加以限制，同时开展重金属污染风险评估，采取相应的农艺修复措施[53-54]，减少作物对重金属的吸收;采用联合修复等方法进行土壤修复，达到预期修复效果前严禁种植任何可食用植物。通过向土壤中添加钝化材料，如黄铁矿、海泡石、坡缕石、蒙脱土、黏土矿物粉、铁锰氧化物、泥炭等，将土壤中有毒有害重（类）金属离子由有效态转化为化学性质不活泼形态，降低其在土壤环境中的迁移、植物有效性和生物毒性。

4.6 高风险限制区该区不仅土壤污染程度高，农产品安全也受到极大威胁，产生的粮食作物对人类的健康和其他动植物的生存产生严重影响，应停止该区的粮食作物生产，全面种植非食用经济作物，尤其是耐重金属吸收强的非食用经济作物，充分利用土地资源。并对该区采取综合治理[55]的方法，将农艺调控措施、土壤改良类措施和生物类措施相结合对土壤污染进行修复，甚至将其转换为非农业用地加以利用。

5 展望

目前，重金属全量仍然是农用地土壤重金属污染风险划分的主要依据，在以后的研究中，有必要将重金属生物有效性评价方法标准化，实现重金属生物有效性的定量化评价，同时将土壤重金属全量、农产品重金属含量和土壤重金属有效态含量评价标准相统一，权衡标准管控和负载容量管控的优劣，以此完善农用地重金属污染风险划分研究;根据各地生态环境条件，地方可制定风险划分技术规范，实现更加科学的农用地的质量类别划分，并对重金属污染农用地进行定期监测，根据划分确定各区管控措施，推进受污染耕地土壤的治理与修复工作，实现不同地区农用地的安全利用，保障农产品的质量安全与人类健康。但是，将3个因素结合为整体实现综合质量评价的难度极大，包括适用范围的确定等仍有许多困难，农用地污染土壤风险划分与管控工作依然任重道远。

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