GIS在土壤重金属污染防治制度设计中的作用*

姬杰辉

(山东科技大学 文法学院，青岛 266590)

当今的中国经济发展成就卓著，同时也饱受环境污染的困扰。随着污染物在土壤中的累积，土壤污染的危害逐渐显现出来。《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤环境状况总体不容乐观，采样点位中无机型污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%[1]。我国土壤污染以重金属污染为主，其次是有机污染[2]。

土壤重金属污染是土壤污染中较严重的一种类型，对其的防护与治理更需要法律制度的保障。当前我国法律中尚无关于土壤重金属污染防治的明确规定，《中华人民共和国土壤污染防治法(草案)》为未来土壤污染问题的预防与治理拟定了方向。鉴于土壤重金属污染的分布广泛性和技术属性，利用GIS技术强大的数据分析功能，可以为揭示土壤重金属空间分布规律、完善我国土壤重金属污染防治法律制度提供参考。

一、我国土壤重金属污染现状

重金属污染问题随着我国工业化和城市化建设的不断推进愈发突出。分析梳理我国土壤重金属污染现实形势和防治立法现状，从制度与实践相结合的角度探讨其制度设计，尤其关注制度的可操作性，是讨论该问题的基本前提。

1.现实形势

重金属不仅会导致大气和水体污染，同时也可以通过大气降尘与降雨等途径进入土壤。土壤作为重要的环境介质受重金属污染颇为严重[3]。重金属含有毒性，会破坏土壤环境质量，汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、准金属砷(As)等是影响环境质量的主要元素，常见元素锌(Zn)、铜(Cu)、钴(Co)等含有一定毒性，也会影响土壤环境质量。土壤中的重金属无法被微生物分解且会通过食物链被动植物吸收，这不仅会导致土壤中的重金属不断累积影响土壤性质，而且会直接影响植物、动物甚至人类健康[4]。

土壤重金属污染不仅会破坏生态环境，造成重大的经济损失，而且威胁到生命健康。土壤重金属污染难以被察觉，经过长时间的累积易对生态环境造成难以估量的破坏。我国约有1.5亿亩耕地受到重金属污染，每年1 000多万吨粮食被污染，直接经济损失高达200余亿元[5]。更为严峻的是，近年来我国频发重金属污染事件。据环保部统计，自2005年起至2014年底，我国共发生50多起特大重金属污染和中毒事件、100余起各类群体性事件，9 000多人血铅超标，近2 000人镉超标[6]。随着我国经济的不断发展，可以预计在未来一定时期内我国重金属污染态势仍将保持一定程度的增长，如果不及时对其进行控制和治理，我国将为此付出更严峻的生态代价，由此带来的食品安全及人类健康问题会持续阻碍社会的稳健发展。

根据我国土壤污染实际状况，开展土壤重金属污染防控和修复工作、切实保障生态环境与食品安全已经变得十分迫切。这一方面需要技术上的支持，另一方面更离不开法律的保障。遗憾的是，目前我国在土壤重金属污染方面不仅缺乏相对系统的法律制度，而且某些相关规定在落实时缺乏技术支持。基于此，分析目前我国土壤污染立法现状及存在的问题，提出土壤重金属污染立法的完善方法，结合相关技术分析手段更具有操作性和实用性。

2.立法现状

当前我国并无专门土壤污染防治单行法律法规，关于土壤污染的法律制度分散在《环境保护法》《大气污染防治法》《水污染防治法》《固体废物污染环境防治法》《农业法》《土地管理法》《基本农田保护条例》等法律法规中，缺乏系统性和可操作性[7]。2017年出台的《中华人民共和国土壤污染防治法(草案)》虽然已于2018年1月进入二次审议稿征求意见阶段，但全文仅有17条，规定过于抽象笼统，关于土壤重金属污染防治方面的规定更是付之阙如。

其他大气污染、水污染防治、固体废弃物防治及海洋环境保护等法律文件中，也可以散见一些有关重金属污染防治的规定。其中涉及一些可以间接适用于土壤重金属污染防治的法律规定，但这些法律规定凌乱分散、缺乏系统性，无法为当前日趋严峻的重金属污染防治问题提供有效的法律保障[8]。与此同时也应看到，在某些地方性法规中，针对本地土壤重金属污染问题已明确一些较为具体的条款，如《浙江省固体废物污染环境防治条例》《安徽省农业生态环境保护条例》等，可以为未来的土壤重金属污染防治提供立法借鉴。

政策是我国当前防治重金属污染较为常见的制度工具。近几年，因重金属事故频发，国家将重金属污染防治工作提上日程，陆续出台相关政策。2008年，环保部发布了《关于加强土壤污染防治工作的意见》，土壤污染防治“预防为主，防治结合”的原则被确定下来[3]。《意见》体现了对土壤重金属污染的预防，并突出“控制”，即一是控制污染物的排放并从源头上预防，二是对污染物可能造成的风险进行有效管控。2011年2月，国务院批复《重金属污染综合防治“十二五”规划》，其中提出了铅、汞、镉、砷等重金属污染排放控制的总体目标，铺垫了未来我国有效控制重金属污染之路[8]。《土壤污染防治行动计划》(简称“土十条”)于2016年5月发布，其中也规定了土壤污染防治应预防为主、保护优先，土壤重金属污染防治也被写进“土十条”。

3.防治制度存在的问题

土壤重金属污染的法律法规散见于不同法律条文中，虽然在现实中起到一定作用，但是随着土壤重金属污染问题日渐凸显，法律缺陷不断显现。通过对我国土壤重金属污染立法工作进行梳理，发现存在的问题主要有以下几个方面：

(1) 法律规定缺乏系统性和针对性。针对土壤重金属污染防治的法律法规大都零散分布在有关法律规定中，如土壤重金属污染可能来源于污水灌溉或大气沉降，因此在大气和水污染防治法律法规中都涉及土壤重金属污染的规定，但这些零散的法律规定无法切实满足土壤重金属污染防治工作的法律需求。反观在大气、水、固体废弃物等方面均有专项的法律法规，这些专项法律法规内容统一、具体而且呈现一定的系统性，发挥了良好的立法效果。

现有关重金属污染的法律法规设计缺乏针对性，《水污染防治法》《固体废物污染环境防治法》《大气污染防治法》等法律，其立法对象为水、固体废物、大气等环境要素，在防治土壤重金属污染方面发挥的作用微乎其微。《农业法》《基本农田保护条例》局限于对农业用地的污染防治，未涉及对工矿区、城市及其周边地区土壤重金属污染的防治，对整体重金属污染防治作用不大[9]。现实情况中，仅通过对废水、废气和固体废物等进行控制并不能有效达到控制土壤污染的目的，前三类污染物可以通过感官直接察觉到，土壤污染则往往需要通过监测等手段才能最终确定。再者，土壤重金属污染往往在某一段时间内并不显现，等到重金属在土壤中累积到一定程度导致农产品残留超标、人类患病等情况发生时才被相关部门察觉，而目前来说对责任主体的溯源仍然没有完善的措施[10]。今后对土壤重金属污染的法律制度设计应更具针对性和确定性。

(2) 现有土壤标准呈现滞后性。环境标准通过科学的方法确定环境要素中污染物的基本量值，将污染物的排放控制在保证人体健康不受损害的范围以内，是解决环境与健康问题的基本准则。正因为其重要性，环境标准才被赋予了法律地位和效力——上升为法律的技术规范[11]。因此，科学、合理、完善的土壤质量标准在土壤重金属污染防治中必不可少。目前国内进行土壤污染评价一般采用土壤背景值和土壤环境质量二级标准值(GB 15618-1995)，认为只要超过土壤背景值的上限值或超过标准值就是污染[12]。我国的《土壤环境质量标准》于1995年颁布，时隔多年标准单一且缺乏灵活性的局限显露无疑，相对于我国土壤类型多样化的基本情况，标准不仅无法适应这一要求，且无法满足我国土壤污染防治与土壤环境保护的需要[13]。土壤镉、汞、砷、铅、铬、铜标准的制定主要依据国家“七五”科技攻关课题《土壤环境容量研究》提供的资料[14]，采用二级标准评价土壤是否受到污染过于严苛，同时也未考量一定环境容量[15]。然而，现有各地区土壤背景值数据相对陈旧，需要对土壤背景值信息进行更新，使各地区的土壤背景值更加精准，从而使评价结果更加具有说服力。

(3) 法律规定缺乏可操作性。现有土壤污染法律条文，其规定大都以概括性立法为主，侧重于对土壤污染的原则性规定，政策指导性意味较大，缺乏可操作性。法律是世俗的实践智慧，法要服务于社会生活。环境法意义在于走出环保问题和经济发展之间的困境，确立基本原则，合理论证环境立法条款，因而环境法研究必须高度关注和面向社会生活[16]。现有关于土壤污染防治的法律条款只是对“防止土壤污染”“改良土壤”等进行了原则性的概括，对保护土壤免受污染的措施、如何修复治理等未提出明确规定，这也使得这些条款流于形式、无法落实[10]。防治土壤重金属污染的法律制度必须是可实践的，但现有规定大多比较抽象，缺乏可操作性。

土壤重金属污染问题的解决，离不开具体可行的法律制度指导，需要以一系列防治制度作为法律依据，而土壤重金属调查监测制度、土壤重金属污染评价制度、土壤重金属污染区域划分制度、责任主体认定制度以及土壤重金属污染防治监督机制等基础制度的缺失，使得土壤重金属污染防治工作无法有效展开。

二、GIS在土壤重金属污染防治中的技术价值

作为一门通用技术，地理信息系统(GIS)可以用来分析处理海量的地理数据[17]。GIS应用于土壤重金属污染评价，可以使点状数据以二维面状数据或三维立体数据的形式展示出来，从而使土壤重金属空间分布和评价结果更具直观性和可读性。GIS的空间分析功能可以定量化描述土壤重金属的空间分布，并可据此对污染状况进行分级显示，从而有针对性地对不同区域采取不同的保护或治理修复策略[18]。GIS的应用还可以快速高效地计算出每一种污染级别土壤的面积，为治理修复效果提供重要的辅助信息，为后续政策的制定和法律措施的实施提供指导和帮助。

2013年12月首次完成的全国土壤污染普查，使得全国土壤重金属污染数据被初步掌握。虽然目前尚缺乏可供公开使用的全国范围土壤重金属污染调查数据，但是我们可以从国内外已发布的结果中获取完成土壤重金属污染监测和调查工作的区域相关数据[19]。2017年10月，国务院下发了《国务院关于开展第三次全国土地调查的通知》，这意味着未来我国对土壤环境数据的掌握将更加全面，也使得GIS数据的来源更有保障。

为更加清晰地呈现出GIS分析方法对于土壤重金属污染制度构建的意义，本文以北京市土壤重金属污染作为案例。出于最新数据保密性考量，选取北京市2003年土壤重金属数据进行分析，旨在提供一种技术性的法律思考手段。通过对北京市整体土壤重金属的评价，得出北京市土壤整体污染等级分布图；以土壤重金属典型污染元素Cd和Pb为例对其空间分布进行分析，旨在得出不同重金属的空间分布情况。北京市土壤重金属污染评价方法采用内梅罗方法[20](表1)，单项重金属元素基于背景值(基线值)进行评价，相关操作运用ArcGIS 10.2软件完成。北京市土壤重金属污染情况如图1所示。

表1 内梅罗指数等级划分

图1 北京市土壤重金属污染情况

由图1可以看出，北京市土壤大部分处于尚清洁(警戒线)以及轻度污染的范围内，清洁土壤分布较为分散，中度污染的土壤在东北部有少许分布，不存在重度污染的区域。根据此评价结果，可以大致看出北京市需要进行优先保护和监管治理的区域。

对于某些危害性较大的重金属元素，需要对其进行重点控制。本文以北京市土壤重金属Cd和Pb作为代表性元素进行分析，结果如表2所示，旨在为单一元素的污染分析提供技术手段。北京市土壤Cd和Pb元素含量空间分布情况如图2所示。

表2 北京市土壤Cd和Pb含量统计

图2 北京市土壤Cd和Pb元素含量空间分布

由表2可以看出，与北京市土壤重金属基线值相比，分别有33个Cd样品和123个Pb样品超过土壤重金属基线值，占总样品个数比例分别5.1%和18.9%。由此可见，研究区域Cd和Pb元素均存在不同程度的累积现象，其中Pb元素累积现象较为突出，应该受到重视。

由图2可以看出，Cd元素高值区域主要分布在偏北部及西部部分地区；Pb元素高值区域分布范围较广，主要分布在南部和西部地区。通过这些高值区域，不仅可以直观地看出不同行政区域土壤污染概况，而且可以结合相关部门统计整理的工业企业地理位置，为执法过程中责任主体的溯源提供依据，使执法人员、监管人员的工作得以有效开展。

以上分析结果可以为法律的执行和完善提供指导和依据。基于此方法，立法工作者能够更好地了解全国土壤质量状况，从而提出完善防治土壤重金属污染法律制度的建议，做好清洁土壤和尚清洁土壤的保护工作，同时有针对性地对不同区域的土壤污染采取相应措施，进而有条理地开展重金属污染防治制度的设计工作。

此外，由于不同污染物的毒害作用不同，对毒害作用较大的污染物要特别关注，这就需要对单一污染物的分布状况进行分析研究。图2列出了相关污染区域，为土壤重金属污染防治区域的划定提供了数据支持，颜色越深意味着该区域污染越严重。锁定这些污染区域可以为法律中责任主体的追溯提供依据，从而可以使相关部门有根据地采取措施进行监管和治理，提高相关法律制度设计的针对性和实效性。

三、GIS对于土壤重金属污染防治制度的指导意义

立法者要“表述”法律，用一个个共同的规则概括归纳出人们一些好的做法或成功经验，以法律的形式将其表述并上升为法律规范，作为准则要求人们在今后的同类活动中遵守[21]。土壤重金属污染防治的法律完善同样需要建立在多年土壤保护实践活动经验与成功做法的基础上。GIS强大的空间数据处理分析能力在土壤重金属污染防治的实践中被广泛应用，积累了较多的成功经验，从技术层面给予土壤重金属污染防治法律制度的完善以一定的启发。

1.更新相关标准和土壤背景值，完善土壤质量标准体系

土壤污染或土壤重金属污染的评价建立在各种土壤环境标准之上，图1、2对北京市土壤重金属污染的评价参照了北京土壤重金属背景值和基线值，GIS的应用一方面依赖于各标准的制定，同时也检验标准的合理性，因此在总结GIS实践的基础上，更新完善相关标准意义重大。

我国在颁布《土壤环境质量标准》后，陆续制定了《食用农产品产地环境质量评价标准》《绿色食品产地环境技术条件》等作为补充[22]。随着对土壤研究的深入，土壤环境质量标准的更新以及土壤环境标准体系的完善变得十分必要。因《土壤环境质量标准》制定时间较为久远，缺陷逐渐显露，修订时要考虑几方面因素：一是标准因土壤性质差异难以一致；二是考虑到多样的土地利用方式，扩大标准适用范围；三是适当修改不合理的重金属标准值以及增加有效态重金属。除此，与之相呼应的土壤环境标准也要不断更新，以形成完善的土壤环境标准体系，为土壤污染防治工作提供科学可靠的参照标准。《全国农产品产地土壤重金属安全评估技术规定》的出台推进了土壤环境标准体系完善进程[18]。土壤元素背景值作为土壤污染评价的另一重要指标，其更新和完善同样重要，如可以通过在未受人类影响或受人类活动影响较小的地区增加一定采样量，以提高背景值数据的精度。

2.进行土壤重金属污染评价，建立土壤重金属污染防治区域划定制度

土壤重金属污染防护与治理区域的划定建立在土壤重金属污染评价基础之上，而开展土壤重金属污染评价工作离不开技术操作。目前GIS被广泛应用于土壤重金属污染评价中，利用GIS技术将抽象的理论概说变成具体的可操作实践，结合土壤重金属污染状况及单一重金属元素空间分布规律，可以为土壤重金属污染防治区的划定提供依据。

在土壤重金属污染防治区的划定方面，日本早有先例。为治理土壤重金属污染问题，日本建立了完善的由法律、法规和标准等组成的土壤污染防治政策体系[23]，制定了《农业用地土壤污染防治法》《土壤污染对策法》两部针对土壤污染的专门法律。前者规定了保护土壤环境的具体制度，如农业用地土壤污染对策地区指定制度、调查监测制度等；后者规定了污染土壤净化制度、土壤污染状况调查制度、区域指定制度等[24]。我国国情虽与日本有所不同，但可以参考其预防和污染区域指定制度的相关做法，建立土壤重金属污染防治区域划定制度。

GIS在土壤重金属污染评价中形成的土壤重金属污染分布图，为划分特定污染物防护区提供了直观的数字图形依据。后续在土壤重金属污染区域划分的实际应用与法律制度的设计中，可以利用GIS分析综合的土壤重金属污染状况及单一的重金属元素空间分布，其客观性和普遍性适用于多区域及多金属。

3.实施长效治理追踪措施，构建土壤重金属污染防治监督机制

土壤重金属污染防治工作是艰巨的、持久的，其不同于水或大气污染在实施治理措施之后短时间内就能看到成效，被重金属污染的土壤可能需要几年甚至几十年的修复才能显现效果。因此，只有对于被重金属污染的土壤实施长效治理追踪措施，对治理效果进行监督，才能真正确认土壤重金属污染问题是否得以改善和解决。

利用GIS将空间数据可视化的功能，对划定的某一土壤重金属污染区域在实施治理措施达到一定期限后，重新进行土壤采样、分析与评价，与之前的污染状况进行比对，从而将土壤重金属污染的治理成果直观反映出来，可以为责任主体的溯源提供依据，为监管部门工作的开展提供方向，如根据比对结果对某些污染范围扩大、污染加重的工业企业加大处罚力度等。对土壤重金属污染法律制度的设计具有普适性，可以将此技术方法在全国范围内应用，为实施长效治理土壤重金属污染问题、构建土壤重金属污染防治监督机制、完善相关法律制度提供切实可行的技术手段。

土壤重金属污染防治制度的设计在总结现实防治土壤重金属污染的经验基础上，上升到法律理论高度，制定出来的法律制度才不会被束之高阁。GIS在土壤重金属污染评价中的广泛应用为相关法律制度的设计锦上添花。