不同土地利用类型污染土壤修复基准推导方法与标准值分析

周启星，滕涌

（南开大学环境科学与工程学院，环境污染过程与基准教育部重点实验室/天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室，天津300071）

不同土地利用类型污染土壤修复基准推导方法与标准值分析

周启星*，滕涌

（南开大学环境科学与工程学院，环境污染过程与基准教育部重点实验室/天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室，天津300071）

不同的土地利用类型，由于修复要求、暴露情景等的不同，污染土壤修复基准推导方法有较大不同，导致确立的标准值有很大的出入.因此，开展不同土地利用类型的污染土壤修复基准方法研究，并对其标准值进行分析，具有极其重要的实践意义和先导作用.本文首先结合筛选值的初始功能，简要阐述了污染土壤修复基准和标准的内涵及其功能；接着概述了国外污染土壤修复基准/标准的主要土地利用类型及其适用范围和国内的土地利用现状，分析了国外不同土地利用类型污染土壤修复基准对我国不同土地利用类型下污染土壤修复基准推导方法上的借鉴；然后，结合基于人体健康、生态系统安全和地下水保护的污染土壤修复基准推导方法，举例分析了在不同土地利用类型条件下推导方法的一些区别，并且以国外镉（Cd）和苯污染土壤修复标准为例，比较了不同土地利用类型的污染土壤修复标准值的定性关系.最后，简要归纳了不同土地利用类型污染土壤修复基准的方法和修复标准值的差异，并对今后的研究进行了展望.

土地利用；污染土壤；修复基准/标准；推导方法；标准值

SummaryMany countries such as USA，Canada，Denmark and Swiss，and their states or provinces，have carried out systematic researches on the remediation criteria of contaminated soils，and their relevant remediation standards for contaminated soils have also been enacted nationwide or statewide.Especially for USA，it has so many states that there are a series of methodologies provided for references，just as“soil cleanup levels”in Alaska，“soil remediation standards”in Arizona，“soil cleanup target levels”in Florida，“soil remediation goals”in North Carolina，and so do many other countries such as“Canada soil quality guidelines”and“Canada-wide standards for petroleum hydrocarbons”，“cut-off criteria”in Denmark，“action values”in Germany，“target cleanup levels”in Italy，“soil remediation intervention values”in Netherlands，and“clean-up values”in Swiss.Generally speaking，the protection of human health is the key point in most of the remediation standards among various countries orstates.Meanwhile，ecosystem safety is also included as the protected objects independently，and sometimes groundwater protection is also taken into consideration directly or indirectly.At the same time，the past，current or future land uses are often discriminated in the remediation criteria for most of the countries or states.Nevertheless，the remediation standard for contaminated soils is still a gap in China and thus it is of great urgency to carry out the systematic and comprehensive research on the remediation criteria to meet the need for contaminated soil remediation under various land uses.In general，the research about“derivation methods of remediation criteria/standards for contaminated soils under different land uses and analysis of their standard values”is of great significance and necessity.

Firstly，the connotation and function of remediation criteria and standards for contaminated soils are explained in brief combined with the screening values.Noticeably，the preliminary remediation goal is that remediation standards of contaminated soils intend for the protection of human health，was firstly developed at the national level in USA，while its guidance was commonly used to derive some screening levels under the similar supposed contexts and thus the screening values were used as the remediation goals for these soils.However，in 1996，the Soil Screening Guidance（SSG）was enacted by US EPA for the derivation of screening values specially，and stated that the function of soil screening levels is to screen out a contaminated site and its potential pollutants.And in most European countries，the screening values are regarded as soil-environmental quality standards rather than remediation standards of contaminated soils.In fact，remediation standards of contaminated soils should be the guidance for the nationwide or statewide remediation projects and the protection of plow lands.

Land uses should be considered in derivation and development of remediation standards for contaminated soils，and the reference methods are suggested for the development of remediation standards for contaminated soils under various land uses.Then，it is followed by deriving and enacting methods of remediation criteria for contaminated soils under different land uses and the analysis of their standard values.We set forth the variations of the methods and the standard values under various land uses as the result of various remedial requirements and exposure scenarios from three aspects，that is，human health，ecosystem safety and groundwater protection.Generally speaking，exposure scenarios are different in various land uses，and there are some discrimination on exposure population，exposure pathways，and exposure parameters based on human health，while the differences are mainly reflected on receptors，and toxic indicators for eco-based remediation criteria.As for groundwater protection based remediation criteria，water quality standards are often used for the back calculation of soil remediation criteria by the soil-water partition equation，and they are somewhat different in terms of the function of groundwater under various land uses. Otherwise，remediation standards for Cd and benzene contaminated soils in some countries and states are compared qualitatively.

In conclusion，many countries have enacted the nationwide or statewide remediation standards for contaminated soils，and are expressed by different denominations.In general，four types of land uses（agricultural，residential，commercial/industrial，groundwater-protection land uses）are considered in development of remediation standards，and there are some discrimination on the methods and the standard values under various land uses.

在污染土壤修复标准制定方面，美国除了联邦政府颁布的初步修复目标外，大部分州基于自身的特点，分别考虑了不同的土地利用类型、土壤自身的理化性质、气候水文条件、土壤环境背景值等因素，制定了各州的污染土壤修复标准，而且各州的叫法也不尽相同，如阿拉斯加州的土壤清洁水平（cleanup level）、亚利桑那州的土壤修复标准（soil remediation standard）、佛罗里达州的土壤清洁目标水平（soil cleanup target level）、北卡罗来纳州的土壤修复目标（soil remediation goal）等.作为50个州、1个联邦直辖特区（华盛顿哥伦比亚特区）及20个美属海外领土组成的联邦共和立宪制国家，其所涉及的修复基准/标准的推导和制定方法以及研究思路都是极其丰富的，对于我国污染土壤修复基准和标准制订的研究具有很重要的参考价值.除此之外，还有加拿大的土壤质量指导值（Canada soil quality guideline）和石油烃广泛标准（Canada-wide standards for petroleum hydrocarbons）、丹麦的消减标准（cut-off criteria）、德国的行动值（action value）、意大利的目标清洁水平（target cleanup level）、荷兰的土壤修复干涉值（soil remediation intervention value）、瑞士的清洁值（c lean-up value）等［1-6］.目前，大部分国家，包括美国在内，在推导和制定污染土壤修复基准和标准时，主要是借用风险评价的工具，以保护人体健康为核心，将生态系统作为单独的保护对象纳入研究范围；同时，地下水也作为一个极其重要的考虑因素，直接或间接地参与到污染土壤修复基准的研究和标准制定中，并且大多考虑了过去的、当前的和将来的土地利用类型［7］.如密歇根州分别制定了居住用地和工业用地的清洁标准水平，俄亥俄州制定了居住用地、商业用地和工业用地的广泛性数值清洁浓度标准以及特定场地的浓度标准，德克萨斯州的降低风险标准（risk reduction standard）包括居住/商业用地和工业用地.此外，不同的国家，甚至同一国家不同州或省划分的土地利用类型也不是完全一致；而且，对于不同的土地利用类型，其修复基准/标准所运用的推导方法所考虑的一些变量因素也不完全相同，包括指标的选取、模型的类型、参数的取值等，而且标准/基准值等方面也存在一些定性或定量关系.

环境标准对环境管理的方向、模式和公平性等具有直接或间接的指导性作用［8］.污染土壤修复标准在功能作用和科学内涵上都与土壤环境质量标准存在本质上的区别，需要科学认识，严肃对待.美国、加拿大、丹麦、德国、英国、荷兰、意大利和瑞士等国家都投入了大量人力、物力和财力开展了污染土壤修复基准研究，并且已经制定了污染土壤修复标准.国外的污染土壤修复标准是基于技术和经济方面的考量，是通过总结历史经验和实践工作研究制定的，具有科学性和必然性；同时，污染土壤修复标准也是我国污染土壤修复工程实践尤其是其实施效果评价和耕地保护的迫切需求.而且，污染土壤修复标准的制定，也有利于我国环境法规与标准和国际接轨，促进我国在土壤环境标准方面和国际对话，提升我国在土地保护法律方面的国际地位［9］.但是，当前我国污染土壤修复标准还是一块空白.因此，全面系统的污染土壤修复基准研究工作势在必行.

国外相关方面起步早，研究方法比较成熟.但是，有关基于不同土地利用类型污染土壤修复基准研究方法的论述，目前尚无报道.因此，开展不同土地利用类型污染土壤修复基准推导和制定方法与标准值的分析，对我国污染土壤修复基准研究具有方法学上的借鉴意义.也就是说，分析和学习国外污染土壤修复基准推导和标准制定方法是十分必要的，这对于我国污染土壤修复基准方法学体系的建立具有十分重要的指导意义.特别是，国外污染土壤修复标准几乎均考虑了不同的土地利用类型，即每种土地利用类型，其土壤保护要求也不一样.我国幅员辽阔，土地利用类型极其多样化.在这种意义上，针对不同土地利用类型来研究污染土壤修复基准也是科学性使然.

1 污染土壤修复基准/标准内涵及其功能

随着研究的深入和环境管理工作遇到的诸多瓶颈问题，制定合适的污染土壤清洁水平已成为研究的主要方向［9-11］.1 9 8 0年，美国通过了环境响应、赔偿和责任综合法（Comprehensive Environmental Response，Compensation and Liability Act，CERCLA），它规定了“棕地”修复相关的问题［12］.初步修复目标（preliminary remediation goals，PRGs）是美国从国家水平首次基于人体健康制定的一种污染土壤修复标准［13］.美国的一些机构则运用这个初步修复目标的导则来推导筛选水平，并且将这种筛选水平作为某些类似假设条件下特定场地的清洁水平［14］，但这不是初步修复目标当初确定的真正目的之所在，也不是筛选值选定的初始功能.1996年［15］，美国EPA发布了土壤筛选导则（Soil Screening Guidance，SSG），作为协助机构对国家优先清单（national priorities list，NPL）上的场地污染土壤进行标准化和加快对其评估与清洁的一项工具.SSG为场地管理者提供了一个制定基于风险的特定场地的土壤筛选水平（soil screening levels，SSLs）的分级框架.但是，SSLs不是国家清洁标准，而是用来鉴别NPL场地下需要进行深入调查以及CERCLA下不需要进一步关注的区域、化学物质以及相关的暴露途径［16］.美国亚拉巴马州［17］在进行风险管理时，运用了筛选水平和基于风险的目标水平2种值.其中，筛选水平是基于美国EPA区域PRGs，主要用于确定潜在关注的化学物质（chemicals of potential concern，COPCs）是否可以作为关注的化学物质（chemicals of concern，COCs），以及场地是否有必要进行深入调查并且是否需要再推导或应用已有的目标水平.爱达荷州的肖松尼部落自己制定了土壤清洁标准［18］，在制定时虽然也是基于美国联邦和加利福尼亚州的相关筛选水平，但是这项标准的目标是为了使土壤恢复到初始水平.事实上，“恢复”和“修复”是2个具有本质区别的概念，而且修复的程度不一定等于“初始水平”.因此，它也不是真正意义上的修复标准［7 10，19 20］.

事实上，污染土壤修复基准反映的是环境系统受到严重污染或发生突发事件后恢复其自然生态功能的过程中污染物急性、亚急性毒性的危害与作用，一般是指当污染物超过一定阈值范围导致人或生物产生不良或有害的反应.因此，污染土壤修复基准的赋值应该建立在系统的急性、亚急性毒性试验以及大量优势种群致毒浓度研究的基础上，并适当参照矿区和高背景值地区的背景水平（对于重金属元素和无机营养元素而言）.污染土壤修复标准是基于污染土壤修复基准而制定的，其目的是在保证污染土地再利用的前提下，使受到较为严重污染土壤环境中的污染物降低或消减到不足以导致较大的或人们不可接受的生态损害和健康危害2方面的风险［9］.虽然美国曾经用推导初步修复目标的方法来推导筛选值，也曾把这种筛选值作为临时的修复标准，但其功能决定了其作为一种场地调查和评价的筛选指导值更为合适，而不是污染土壤修复的保护目标.此外，基于保护人体最大允许浓度（maximum permissible concentration，MPC）和保护生态系统的危害浓度（hazardous concentration for 50%of t he spe c i es，HC50）的荷兰干涉值，考虑了土壤人-体、土壤-植物途径的德国行动值，虽然都是用来指导污染土壤修复行动，但其浓度水平从功能上考虑是十分接近于污染土壤修复标准的，也可以认为是修复标准的另一种形式.因此，其推导和制定方法对于我国污染土壤修复基准研究和修复标准制定具有指导意义.而污染土壤修复基准是污染土壤修复标准的基础数据和科学依据.如华盛顿州制定的场地清洁标准［21］包括清洁水平（cleanup level）和依附点（point of compliance）这2个主要组成部分，并且指出：清洁水平是确定不威胁人体健康或环境的危险物质的水平，依附点指的是场地上必须达到清洁水平的位置.这里的清洁水平相当于污染土壤修复基准，它是污染土壤修复标准制定的基础数据和科学依据.

2 污染土壤修复标准所考虑的土地利用类型

国外推导出的这些修复基准或者标准值大多均考虑了不同的土地利用类型.但是，其类型划分不是完全一致的.而且，即使对于同一种土地利用类型，不同国家或地区（州或省）所规定的具体适用范围也有大有小，各有侧重.美国纽约州的土壤清洁目标分为非限制性用地、居住用地、限制性居住用地、商业用地和工业用地［22］5类.其中，“非限制性用地”指没有施加限制使用；“居住用地”是指除了用于喂养牲畜或生产人类消费的动物产品外的其他任何用途；“限制性居住用地”的限制性条件包括禁止场地用作菜园和独户住宅，还包括娱乐用途；“商业用地”主要用于购买、销售或交易商品或服务；“工业用地”指主要用于制造、生产、装配过程和辅助服务的土地，不包括用作任何娱乐活动用地.亚拉巴马州在污染土壤修复标准中［17］分为居住用地和商业用地2种土地利用类型，其中居住用地包括学校、住宅、家庭、医院、儿童看护中心、养老院、操场、娱乐中心和其他任何人类活动敏感的区域或构筑物等；商业用地包括前加油站、工业作业、商店、交易场所、汽车运输公司等的用地，以及某人1个星期停留的时间不超过5 d和每天不超过10 h的地方、旅馆、汽车旅馆和其他短暂活动的场地；新泽西州的石油烃污染土壤修复标准［23］，考虑了居住用地和非居住用地2种土地利用类型下直接接触（吸入、摄入和皮肤接触）暴露途径和对地下水的影响.内布拉斯加州的自主清洁计划修复目标（voluntary cleanup program remediation goals，VCP RGs）［24］，居住用地、商业/工业和娱乐用地是主要考虑的土地利用类型.密歇根州和德克萨斯州的污染土壤清洁标准也考虑了居住、工业和商业用地［25］.加拿大土壤质量指导值［26］还考虑了农业用地，将土地利用类型划分为农业用地、居住/公园用地、商业用地和工业用地4大类.其中，农业用地主要指种植庄稼或饲养牲畜的土地，也包括用于居住和野生生物和本土植物短暂停留的农业土地；居住/公园用地主要指居住或娱乐活动用地，公园指住处的缓冲区域，包括操场，但是不包括国家或省立公园的野外地；商业用地主要指商业活动，不包括食物种植区域；而工业用地指商品生产、制造或建筑活动.亚伯达省的一级修复指导值［27］是一般性的指导值，将土地利用分为自然区域用地、农业用地、居住/公共用地、商业用地和工业用地5大类，二级修复指导值是特定场地的修复指导值.德国的基于土壤-人体健康途径（直接接触）的行动值考虑了操场、居住区域、公园和娱乐设施用地、工业和商业用地4种土地利用类型.其中，操场指用于儿童玩耍、沙坑中没有砂的场地；居住区域指住房用途，包括屋后庭园或其他具有相似用途的园子，但排除公园和娱乐设施、操场和铺设的交通表面；公园和娱乐设施，尤其指公共和私人绿化区，但也包括具有类似暴露途径的定期接触和使用的未铺设的区域；工业和商业用地指工地或制造厂内仅在工作时间使用的未铺设区域.而基于土壤-植物途径的行动值是基于农业、菜园和草地，其中农业用地指耕作各种农作物，包括蔬菜和田间草料植物的区域，以及用作商业园艺的区域；菜园指屋后庭园和任何其他用作种植食用作物的庭院；草地指永久性绿化区.荷兰2008年实施的土壤修复干涉值也考虑了居住、自然环境或农牧以及工业等不同土地利用功能.

2007年，我国国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会基于本国的实际情况联合发布了《土地利用现状分类》（GB/T 21010—2007）［28］，指出：我国土地利用类型主要包括农用地、建设用地、未利用地3大类（《中华人民共和国土地管理法》），12个一级类和57个二级类.其中，农用地具体包括耕地（水田、水浇地、旱地）、园地（果园、茶园、其他园地）、林地（有林地、灌木林地、其他林地）、草地（天然牧草地、人工牧草地）、交通用地（农村道路）、水域及水利设施用地（坑塘水面、沟渠）、其他土地（设施农用地、田坎）；建设用地细分为商服用地（批发零售用地、住宿餐饮用地、商务金融用地、其他商服用地）、工矿仓储用地（工业用地、采矿用地、仓储用地）、住宅用地（城镇住宅用地、农村住宅基地）、公共管理与公共服务用地（机关团体用地、新闻出版用地、科教用地、医卫慈善用地、文体娱乐用地、公共设施用地、公园与绿地、风景名胜设施用地）、特殊用地（军事设施用地、使领馆用地、监教场所用地、宗教用地、殡葬用地）、交通运输用地（铁路用地、公路用地、街巷用地、机场用地、港口码头用地和管道运输用地）、水域及水利设施用地（水库水面、水工建筑物用地）、其他土地（空闲地）；未利用地则包括草地（其他草地）、水域及水利设施用地（河流水面、湖泊水面、沿海滩涂、内陆滩涂、冰川及永久积雪）、其他土地（盐碱地、沙地和裸地）.

总的来看，国外总体上把污染土壤修复基准/标准考虑的土地利用类型归为农业用地、居住用地、商业用地、工业用地以及地下水保护5大类.与国外的土地利用类型相比，我国土地利用分类系统总体上大致相当，即包括了农用地、商服用地、工矿仓储用地、住宅用地、水域及水利设施用地等类似于国外所划分的土地利用类型.因此，对于这几种一级或二级类土地利用类型与国外的这几类土地利用类型的污染土壤修复基准/标准的推导，具有较为直接的方法学上的借鉴意义.不过，我国还有一些一级类/二级类土地利用类型没有被完全涵盖，如建设用地类下的公共管理与公共服务用地、特殊用地、交通运输用地，以及未利用地.在推导和确定这些土地利用类型的污染土壤修复基准/标准时，基于污染土壤修复基准/标准的功能作用，需要考虑以下2个方面的问题（图1）：一是否需要单独研究、推导此种土地利用类型的污染土壤修复基准.因为它们不能完全归为农业用地、居住用地、商业用地、工业用地、地下水保护用地类型之一，一般为混合土地利用类型.可以针对具体情况，分别研究、推导特定土地利用类型的污染土壤修复基准，也可以分别基于不同土地利用类型制订通用型污染土壤修复标准进行其风险评价、判定修复的效果.二是否总体上可以归为农业、居住、商业、工业或地下水保护几类中的一种或几种.事实上，这种情形大多情况是成立的.例如，公共管理与公共服务用地中的文体娱乐用地，大部分国家在污染土壤修复基准推导与标准制订时将其列入商业用地，即根据商业用地的暴露情景和参数来推导其修复基准或进行标准制订.

图1 基于土地利用类型的污染土壤修复基准推导的参考方法Fig.1 Reference method for derivation of remediation criteria for contaminated soils under different land-use types

3 基于土地利用类型的污染土壤修复基准推导与制定方法和标准值分析

目前，基于不同土地利用类型的污染土壤修复基准/标准，呈现出不同的分级分类特点.美国宾夕法尼亚州在清洁项目中用到了4类清洁标准：1）全州的健康标准（statewide health standard），这项标准基于使用和非使用以及居住用地和非居住用地暴露情景推导而来；2）特定场地标准（site-specific standard），这项标准允许修复者考虑特定土地利用的暴露和风险因子；3）背景标准（background standard），这种标准需要清洁到自然发生或历史浓度，适用于污染物会迁移到附近场地表面或下方的情况；4）特殊工业区域情况，这种情况适用于没有责任所有者的场地或处于企业区域的场地［29］.其中，在土地循环计划中使用得最为频繁的清洁标准是基于健康的全州标准，其次是特定场地标准和背景标准［30］.新泽西州在制定土壤清洁标准时有2个选择，一是使用适合所有场地的已经有的一般性标准，另一选择是形成整合了特定场地条件和信息或最近科学发展的另一标准；而且，在推导土壤清洁基准时，也考虑了不同价态的金属具有不同的毒性和溶解度，如分别确定了三价和六价铬的土壤修复基准［31］.华盛顿州提出了A、B、C 3种确定清洁水平的方法，采用方法A和方法B推导非限制性用地的土壤清洁水平［32］、采用方法A和方法C推导工业用地的土壤清洁水平以及利用7种模型方法推导地下水保护的土壤浓度［33］.但是，其最终保护对象都是一致的，主要为人体健康、生态系统和地下水3大类.

对于不同的土地利用类型，其在推导和制定过程中所选用的受体、指标、统计分析方法、模型及其参数等都有所差异，需要区别对待，分别考虑.在美国，大部分州在推导基于人体健康的修复基准值时，主要参考美国试验材料学会（American Society for Testing Material，ASTM）发布的基于风险的校正行动（risk based corrective action，RBCA）的一些模型方法，然后针对本州的一些特点，进行模型和/或参数的修正.此外，由于不同的土地利用类型，其暴露情景不一样.因此所涉及的暴露人群和暴露途径以及暴露频率等参数都会因为土地利用类型的不同有所不同（图2）.

图2 不同土地利用类型下基于人体健康的污染土壤修复基准/标准推导方法Fig.2 Deriving methods of remediation criteria/standards for contaminated soils under different land-use types based on human health

美国纽约州的土壤清洁目标（soil cleanup objectives，SCOs）在推导标准值时主要考虑的是成年人、青少年和儿童3类暴露人群.其中，对于商业用地、非限制性用地、限制性和非限制性居住用地，成年人和儿童是主要的暴露人群；而在工业用地下，暴露人群主要为成年人和青少年.华盛顿州在制定非限制性用地的土壤清洁水平时是基于居住用地条件下的最大暴露假设，是基于儿童暴露情景的；而对于工业用地（例如商业、娱乐或农业）的土壤清洁水平，是基于工业用地条件下的成年工人的最大暴露情景.亚拉巴马州的基于风险的目标水平，将土地利用分为商业和居住用地，暴露人群包括居民（儿童、成人）、闯入者和/或娱乐者（青少年）、商业工人（成人）、建筑工人（成人），并且规定，儿童的年龄≤6岁、闯入者的年龄在7～17岁、成人的年龄≥18岁.其中，居住用地仅考虑成人和儿童，对于商业用地，主要考虑在商业工作的成人以及成年的建筑工人.无论哪种土地利用类型，一般是不考虑闯入者的，但在RM-1评估中，如果场地存在娱乐机会，则使用闯入者默认值来评估娱乐情景，如果娱乐或闯入者是重要的暴露人群则需要开展RM-2评估.加拿大亚伯达省在制定一级和二级指导值时，对于农业用地、居住/公共用地和商业用地，考虑所有年龄层的暴露人群，而对于工业用地，暴露人群不包括儿童，自然区域用地，不考虑人类暴露.

不同的土地利用类型考虑的暴露人群的暴露途径也是有所不同的.美国阿拉斯加州在计算居住用地清洁水平时，考虑直接接触土壤中非致癌和致癌污染物、直接吸入土壤中致癌和非致癌挥发性污染物以及用土壤-水分配方程计算无机和有机污染物向地下水的迁移.其中，直接接触包括土壤摄入和皮肤接触2种途径，当皮肤吸收不显著时，仅用土壤摄入途径来反映直接接触水平.加拿大亚伯达省的指导值考虑的暴露途径包括直接接触、饮用水、吸入以及风或水蚀导致的异地迁移，其中直接接触涉及偶然摄入、皮肤接触或吸入空气中的土壤颗粒，除了自然区域用地外，其他4种土地利用（农业用地、居住/公共用地、商业用地、工业用地）都要考虑直接接触途径，饮用水和吸入途径适用于所有土地利用，而迁移途径主要针对商业和工业用地.

对于不同的暴露人群，其体质量、摄入率、暴露频率、暴露表面积和土壤附着因子等也是不同的.一般情况下，居住用地的暴露频率高于商业用地的，而工业用地的则低于商业用地情景.即使是同一暴露人群，在不同土地利用情景下，相同参数的取值及所要求的危险系数和斜率因子等也可能不是完全一样的.华盛顿州在运用标准方法B和方法C计算土壤直接接触途径的清洁水平时，要分别计算通过土壤摄入、危险系数为1时非致癌物的土壤清洁水平，额外癌症风险为1×10-6（对于非限制性用地）和1×10-5（对于工业用地）时的致癌物的土壤清洁水平，以及通过摄入和皮肤接触的致癌和非致癌石油混合物的土壤清洁水平，但如果分别使用修正方法B和C来计算土壤清洁水平时，还需要用特定化学物质和特定场地信息来修正标准方法B和C计算公式中的一些参数值.内布拉斯加州居住用地的VCP RGs（自主清洁计划修复目标），在居住用地、商业/工业和娱乐用地下，居民和工人是主要的暴露人群，其危害商（HQ）和危害指数（HI）要分别≤0.25和1，癌症风险和累积癌症风险（暴露于多种污染物）要分别低于或等于1×10-6和1×10-5；而在工业用地下，HQ和HI均不大于1，癌症风险和累积癌症风险分别≤1×10-5和1×10-4.亚伯达省规定人体暴露水平不能超过容许的日摄入量，致癌物的额外癌症风险不能超过1×10-5.污染物质在进入土壤后会发生吸附/解吸（平衡和非平衡）、离子化、共溶剂化作用和化学形态（沉淀/溶解）等化学过程［34］，有些反应可以通过降低生物可利用性而降低摄入和吸入的健康风险，因此，生物有效性在制定经济合理的修复标准时也是一个重要的考虑因素.

生态受体的修复基准值主要是基于毒理实验数据，主要以植物/作物、无脊椎动物（蚯蚓和跳虫最为常用）和微生物作为研究受体，将毒理指标进行统计分析推导得到（图3）.目前，各国的相关修复基准值在推导时采用最多的是物种敏感性分布法，但由于截取点的选择不同，因此各国的保护程度也有所差异.如加拿大土壤质量指导值为50%～75%，美国为80%左右，荷兰为50%，总体上，保护范围主要集中在50%～80%之间.

纽约州在推导基于生态的SCOs时，主要考虑了植物、无脊椎动物（主要为蚯蚓）、鸟类和哺乳动物.考虑到土壤微生物和微生物过程没有蚯蚓和植物的毒性基准灵敏，因此，在推导SCOs时没有考虑其毒性基准.SCOs的推导主要用到20%效应浓度（EC20）、半数致死浓度（LC50）、最小有作用浓度（LOEC）3个指标，将EC20作为LOEC，把LC50/5得到基于20%效应浓度的LOEC.以LOEC值进行排序，10%作为截取点.加拿大环境部长理事会（Canadian Council of Ministers of the Environment，CCME）的基于生态系统的土壤质量指导值（eco-basedsoil quality guidelines，SQGE）需要计算每种土地利用下各种暴露途径的SQG，涉及的暴露途径包括植物和无脊椎动物与土壤的直接接触，野生动物对污染食物和土壤的摄入，还要考虑对营养和能量的循环过程的影响.在考虑摄入途径时，初级、次级和三级消费者要根据情况分别考虑，农业和居住/公园用地还要考虑污染物质的生物放大、溶解性等性质，而工业和商业用地主要考虑溶解性和挥发性.其推导方法主要是采用证据权重法，将25%效应浓度（EC25）、25%致死浓度（LC25）和25%抑制浓度（IC25）3类指标进行物种敏感性分布，对于农业、居住或公园用地，取25%作为截取点，而50%截取点则用于商业或工业土地利用类型的推导.除此之外，也可以选择LOEC法或半数效应法来推导，这2种方法也分别用到了LOEC、半数效应浓度（EC50）和半数致死浓度（LC50）.加拿大亚伯达省的修复指导值对生态保护包括2个方面，一是保护土地利用下的生态受体，包括植物、土壤无脊椎动物、陆生和鸟类野生生物和牲畜，如果考虑场地下面的地下水对地表水的影响，还需要考虑鱼、水生无脊椎动物和植物；二是要保护场地的生态功能和生态系统组成，如营养循环和相关的微生物活动.基于以上受体和功能，其考虑的暴露途径包括直接接触、营养与能量循环、牲畜/野生生物摄入土壤和食物、水生生命、灌溉、牲畜/野生生物用水.荷兰优先选择陆生毒理数据，用到了最大无作用浓度（NOEC）、LC50和EC503种指标，并且NOECs的优先级要大于EC50，EC50则大于LC50.

图3 不同土地利用类型下基于生态系统安全的污染土壤修复基准/标准推导方法Fig.3 Deriving methods of remediation criteria/standards for contaminated soils under different land-use types based on ecosystem safety

图4 基于地下水保护的污染土壤修复基准/标准推导方法Fig.4 Deriving methods of remediation criteria/standards for contaminated soils based on the protection of groundwater

在推导污染土壤修复基准时，还应该考虑土壤淋溶对地下水的影响.目前，有些国家和地区还特别将地下水作为研究对象单独考虑，这主要是应用土壤水分配方程和一些模型方法来推导基于地下水保护的污染土壤修复基准（图4）.模型方法包括季节性土壤分区模型（SESOIL）、含水层中废弃物1-2-3维瞬时迁移分析模型（AT 123D）、渗流层淋溶模型（VLEACH）等［35-37］.其中，SESOIL模型是用来模拟污染物从包气带向地下水位的归趋和迁移，AT 123D用来模拟污染物在地下水中的混合以及在饱和区域内的迁移.Hugg i n s等［38］开展了土壤-水分配方程来计算可接受的土壤清洁水平的研究.Pascoe等［39］推算了一种基于风险的、特定场地的水文地质模型来推导亚表层土壤中污染物的清洁水平.Korfiatis等［40］则使用土壤污染物对地下水影响模型（IMPACT）来辅助土壤清洁水平的推导.Connor等［41］运用多种模型同时推导污染土壤修复基准值，以分析土壤衰减模型（SAM）的适用性.华盛顿州还提出了7种推导地下水保护的土壤浓度的方法：1）固定参数的三相分配模型；2）可变参数的三相分配模型；3）四相分配模型，适合于石油烃污染场地，但需要特定场地数据；4）淋溶试验，主要用来确定某些金属的土壤浓度，也可以用于其他污染物，如石油烃等；5）交替性归趋和迁移模型；6）经验证明；7）残留物饱和度.纽约州SCO对于地下水的影响主要是基于地下水和/或饮用水标准或指导值反推得到的，但无论是有机物还是无机物，主要是运用土壤-水分配理论来确定土壤中污染物质的值.新泽西州［42］也考虑了对地下水的影响，将美国环保署（US EPA）土壤筛选水平（SSL）土壤水分配方程修正后来推导基于地下水保护的土壤修复标准.在推导时，主要使用默认场地条件和假设，以及基于健康的二级地下水质量标准反推得到，一级和三级地下水质量标准主要用于特定场地修复标准的制定.马萨诸塞州允许多种方法来推导基于地下水保护的土壤修复标准，但是，对于不同方法推导的值也有些特别说明，规定运用人造降雨淋溶过程和土壤 水分配方程推导的修复标准在应用前不需要得到部门的批准，而使用SESOIL和AT 123D模型推导的修复标准，在应用之前则需要部门的批准.

总之，国外的修复基准在推导和确定时，无论是基于人体健康，还是生态系统或是地下水保护，都考虑了不同土地利用类型的特点.正因为此，所确定的不同土地利用类型的修复标准值也具有一些定性关系.以目前国外制定的重金属镉（表1）和有机物苯（表2）的修复标准值为例，可以看出，基于地下水保护的修复标准最为严格，与其他土地利用类型相比，甚至相差几个数量级.如怀俄明州基于地下水保护的苯的修复标准值为0.000 23 mg/kg，与居住用地的1.1 mg/kg相比，相差4个数量级，而其他国家或州的地下水保护与居住用地的修复标准值也在1～3个数量级之间.除了土地利用类型自身特点导致的差异外，这也与苯的自身物理化学性质有关.苯的标化分配系数（KOC）值较低并且溶解度值较高，易迁移到地下水中，因此它对地下水污染影响较大，控制也较严格［43］，在与水源地相关的场地，有些国家甚至以饮用水标准来反推土壤修复标准.此外，商业/工业用地普遍比居住用地的标准值宽松一些，表1和表2中所列的标准值，二者中最大相差2个数量级，其他的标准值则比居住用地略微高一些，在一个数量级上变动，甚至完全一样.部分因为在居住用地，儿童是主要的暴露人群，暴露量大而且他们的体质量小，所以修复标准值要相对敏感些.但是在商业或工业场地，成人是主要的暴露人群，与儿童相比，成人承受污染强度要大些.因此，商业或工业用地的修复标准值通常较居住用地的高［44］.

表1 一些国家和地区镉的土壤修复标准值Table 1 Remediation standards for cadmium in soils of some countries and areas mg/kg

表2 一些国家和地区土壤苯的修复标准值Table 2 Remediation standards for benzene in soils of some countries and areas mg/kg

4 研究展望

迄今为止，美国、加拿大、丹麦、瑞士和德国等国均已制定了污染土壤修复标准.尤其在美国，州的数量较多，而且大部分州都基于自身特点制定了相应的污染土壤修复标准.因此，这对于我国污染土壤修复标准的制定具有极为重要的参考价值.

污染土壤修复标准主要可以归为3大类型：清洁目标、行动值和干涉值.而筛选值不是修复标准，它主要用于确定需要深入调查的污染场地和污染物质，一般划归为土壤质量标准.而修复标准才是污染场地修复的目标值.特别是国外大部分国家在修复基准研究和标准制定中均考虑了过去的、当前的或将来的土地利用类型，总体分为农业用地、居住用地、商业/工业用地和地下水保护等4大土地利用类型.

在污染土壤修复标准推导和制定过程中，主要以人体健康、生态系统和地下水为3大保护对象.在基于人体健康的修复基准推导时，不同的土地利用类型考虑的暴露情景是不同的，具体表现在暴露人群、暴露途径、暴露参数和毒性指标等的差异上；基于生态系统健康的修复基准，不同的土地利用类型所研究的生态受体、毒理指标的选择、使用的推导方法等也有一些不同；而基于地下水保护的土壤修复基准，受到的土地利用类型的影响相对于人体健康和生态系统较小，但对于不同的土地利用类型，其使用的基本推导方法是基本一致的，主要的区别在于反推时应用的标准类别的不同，如采用地下水一/二/三级标准或者地表水标准或者饮用水标准等.就不同土地利用下Cd和苯的污染土壤修复标准，当前主要呈现2大特点：一是地下水标准最为严格；二是商业/工业用地的标准值较居住用地的标准值高.

我国一直沿用《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）来指导土壤保护工作，污染土壤修复标准还是一块空白，并且所制定的《土壤环境质量标准》没有考虑不同的土地利用类型.由于它主要是基于背景值和生态效应，也没有考虑人体健康和对地下水的影响.因此，我国需要借鉴国外污染土壤修复标准推导和制定的方法，分析不同土地利用类型在推导和制定中的差异性［45］，以尽快制定出合乎我国实际的基于不同土地利用类型的污染土壤修复标准.

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land use；contaminated soil；remediation criteria/standard；derivation method；standard value

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10.3785/j.issn.1008-9209.2014.03.282

国家自然科学基金委员会（NSFC）—广东省人民政府自然科学联合基金重点项目（U1133006）；国家高技术研究发展计划（863）资助项目（2013AA06A205）.

周启星，E-mail：zhouqx@nankai.edu.cn

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日期（Published online）：2014 10 14

URL：http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.3785/j.issn.1008-9209.2014.03.282.html