农用地块土壤污染分类标准制订方法探讨

夏家淇

(生态环境部南京环境科学研究所,江苏 南京 210042)

2016年5月国务院发布《土壤污染防治行动计划》[1],指出“土壤是经济社会可持续发展的物质基础,关系人民群众身体健康,关系美丽中国建设,保护好土壤环境是推进生态文明建设和维护国家生态安全的重要内容。当前,我国土壤环境总体状况堪忧,部分地区污染较为严重,已成为全面建成小康社会的突出短板之一”。这充分说明土壤资源的重要意义及保护土壤环境的迫切性。

GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》[2](简称《农用地标准》)于2018年6月22日发布。《土壤污染防治法》[3]于2018年8月31日由全国人民代表大会第13届常务委员会第5次会议通过。我国土壤环境保护工作将迈入执法有据、管理有章、标准可循的阶段,土壤法律和标准规范的出台将我国土壤环境保护事业推向正规化发展道路。但不可否认的是,在法律和标准执行过程中,还需要不断的补充、修订和完善。该文探讨了农用地块土壤污染分类标准制订方法,拟为该标准的完善提供参考。

1 我国土壤环境质量标准编制沿革

1989年,笔者接受编制土壤环境质量标准任务,应用“六五”、“七五”国家攻关专题“土壤环境容量”成果[4],编制GB 15618—1995《土壤环境质量标准》[5]。这一标准采用生态环境效应法制定,选取全国十几个代表性土壤,通过检测各个污染途径对受体的危害临界值,得出基于这十几个土壤的土壤基准值,选取其中的最低值定为标准值。这一标准在土壤环境保护工作中发挥了一定的积极作用。但从现在的观点看,还很不完善,问题颇多:一是标准值是全国统一值,实际上这只适合于制定时所依据的低环境容量土壤,而对绝大多数具有较高环境容量的土壤,就会因超标而成为污染土壤,忽视了土壤个体间的差异性;二是将少量数据外推设为全国性的标准值,然而局部土壤却无法替代总体土壤;三是在实施中将超过标准值的土壤,按污染指数大小来划分污染等级,实际上应以土壤的污染危害程度为准,而不应只看污染物含量高低,等等。

21世纪以来,建设用地再开发过程中发生了一些突出的土壤污染危害问题,客观要求标准应包括更多的污染物指标。人们普遍感到标准“不好用”、“不够用”。2006年,原国家环境保护总局科技司下达了修订任务。笔者参加了前期工作,从了解与学习发达国家的方法与经验做起,深感美国、英国、加拿大、荷兰等国基于风险评估制定筛选值的方法学给了我们很多启示。

2 农用地土壤环境质量标准及其特点

历时12年,基于土壤风险管控思路的土壤环境质量标准出台,其中,《农用地标准》分别制定了农用地土壤污染风险筛选值和管制值,以及监测、实施和监督要求,适用于耕地土壤污染风险筛查和分类。园地和牧草地可参照执行[2]。

根据GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》[6],从保护农产品质量安全角度,制定了镉、汞、砷、铅和铬5种重金属的土壤筛选值;从保护农作物生长的角度,制定了铜、锌和镍3种重金属的土壤筛选值,这8种重金属列为必测项目。同时,保留六六六、滴滴涕两项指标并增加苯并[a]芘指标作为选测项目。从保护农产品质量安全角度,《农用地标准》只规定了镉、汞、砷、铅和铬5种重金属的风险管制值[7]。

《农用地标准》设置固定的筛选值和管制值,只要有土壤污染物含量,就可及时地与筛选值和管制值进行比较,将土壤环境质量类别划分为I类(未超过筛选值的划分为优先保护类)、Ⅱ类(高于筛选值而未超过管制值的划分为安全利用类)和Ⅲ类(超过管制值的划分为严格管控类),便于尽早地对农用地土壤污染数据进行分析评价。依据《农用地标准》,可以初步划分土壤环境质量类别,估算不同质量类别土壤污染面积和分布,对于支撑土壤环境质量分类管理,实施农用地土壤优先保护、安全利用和风险管控具有重要意义。

3 筛选值的验证问题

为了评估农用地土壤污染风险筛选值的适用性以及能否应用于农用地块标准,笔者利用实测数据对《农用地标准》中土壤镉筛选值进行验证。该筛选值设定的土壤pH值可划分为pH≤5.5、5.57.5这4组,相应地土壤镉筛选值分别为0.3、0.4、0.6和0.8 mg·kg-1,笔者应用福建农林大学王果教授提供的406对福建省水稻土及其上种植的水稻协同监测数据(尚未发表),采用配对散点图解法对筛选值进行验证。

如图1所示,通过稻米卫生标准值0.2 mg·kg-1(横线)和设定的土壤筛选值0.3 mg·kg-1(竖线)将所有数据点划分为4个区:在土壤镉含量超标(高于筛选值)前提下,若稻米镉含量超标,则是正确的(正确),若稻米镉含量未超标,则认为是误诊(假阳性错误);在土壤镉含量未超标(低于筛选值)前提下,若稻米镉含量超标,则是错误的(假阴性错误),若稻米镉含量未超标,则是正确的(正确)。仿照图1,再依次绘出酸性、中性和碱性土壤的各档散点图(从略)。

横线为稻米卫生标准值0.2 mg·kg-1，竖线为设定的土壤筛选值0.3 mg·kg-1。

按照《农用地标准》规定:风险筛选值基本内涵可表述为农用地土壤中污染物含量低于筛选值时,农产品超标的土壤污染风险一般情况下可忽略。就福建省406对数据而言,在土壤镉含量低于土壤筛选值前提下,仍有稻米镉含量超标,遗漏20个污染土壤数据,占全部406个土壤数据的4.9%(表1)。

在《农用地标准》编制说明[7]的表5-3中,应用调查数据检验镉标准,当土壤镉含量低于土壤筛选值时,有20%样本的稻米镉含量超标,且高于对福建数据的统计结果(4.9%)。可见,低于筛选值的土壤仍存在稻米超标现象。

一般说来,高于筛选值的土壤具有污染风险,包括有污染危害和无污染危害两类。按常规,对于高于筛选值的土壤还应进一步进行地块详细调查,确认该地块是否有污染危害。若不进行地块详细调查,会导致出现“高于筛选值的土壤上种植的农产品都会超标”的假阳性现象。由表1可知,有假阳性错误的土壤数据占全部土壤数据的9.4%;在此次土壤污染类型划分中,错划率为14.3%,正确率为85.7%,这个正确率是针对一个省得出的,若将多个省数据放在一起验证,正确率还会降低。可以看出,污染物含量低,不一定没有污染危害,污染物含量高,也不一定就有污染危害,这与土壤个体间的差异性密切相关。

土壤个体间因其组成和性质(包括pH值,有机质的质和量,砂土、壤土、黏土不同质地等土壤物理、化学和生物性质,或迭加等)的差别而使土壤具有异质性、复杂性。在我国土壤系统分类中,土系是基层分类单元,仅浙江省就有152个土系[8],初步估算全国约有2万多个土系。土系与土系间的形态特征和理化特性差别较大。再加上种植不同品种或种类的作物,使土壤污染评价变得更加复杂化。对于环境空气、地表水环境质量等国家标准,在实施中表明制定全国统一的标准值是可行的,但对于土壤环境却不可行。

表1土壤镉含量超标与稻米镉含量超标的关系

Table1RelationsbetweenexceedanceofsoilCdandexceedanceoffoodCdforrice

土壤筛选值土壤超标土壤不超标 稻米超标是否是否样本数稻米超标数假阴性占稻米超标数比例/% 分区正确(a)假阳性错误(b)假阴性错误(c)正确(d)a+b+c+da+cc/a+c 强酸性土壤土壤筛选值0.3 mg·kg-12430131682353735 酸性土壤土壤筛选值0.4 mg·kg-130361011403617 中性土壤土壤筛选值0.6 mg·kg-16511628714 碱性土壤土壤筛选值0.8 mg·kg-11002310 全部土壤6138202874068125 各占全部土壤数的比例/%正确率15.0假阳性错误率9.4假阴性错误率4.9正确率70.7———

在上述验证中,假阴性和假阳性错误的出现清楚地表明上述筛选值具有不确定性。基于此,笔者以学术与管理相结合的观念,提出一种具有确定性的农用地块土壤污染分类标准的制定方法,供大家讨论研究,共同加以完善。

4 农用地块土壤污染分类标准制定方法探讨

什么是衡量土壤环境质量的标准呢?不是土壤污染物含量多少,唯一能衡量的是土壤是否会对受体造成污染危害,并且这是针对每个具体土壤而言的。若要获取具体地块土壤污染实际状况,划定土壤环境质量类别,实现对受污染农用地块土壤的安全利用和修复,需要分三步走:(1)得出具体地块土壤是否有污染危害的确定性结论；(2)划清Ⅰ、Ⅱ类土壤环境质量类别；(3)在对受污染农用地块土壤的安全利用过程中,划清Ⅱ、Ⅲ类土壤环境质量类别,对Ⅲ类土壤采取相应的修复措施。

4.1 农用地块土壤环境质量类别的划分

首先,采用土壤污染危害临界值作为优先保护类与安全利用类的划分依据,若低于污染危害临界值,则属优先保护类。高于污染危害临界值时,则要考虑能否安全利用。以土壤污染安全利用临界值作为安全利用类与严格管控类的划分依据,低于污染安全利用临界值,可以采取各种有效措施,实现安全利用。可采用的措施包括:首先,考虑采用调整土壤pH值、增施有机肥料、砂土掺混黏土等农艺措施,以增大土壤环境容量;其次,可改变作物品种或种类,不同品种或种类作物对土壤污染物的污染敏感程度是不同的,若当地土壤种植小麦会发生籽粒超标,可考虑改种敏感程度低的玉米、大豆等,实现安全利用。若高于污染安全利用临界值,则该土壤将不适合种植食用作物,依据当地实际情况,种植经济作物,或进行生物修复,或退耕还林还草等。各地可根据实际情况,通过实验和调研,制订该地区适种的各类作物对污染物的敏感程度参照资料。笔者认为采用“污染危害临界值”和“污染安全利用临界值”名称,可清楚地显示其内涵。

4.2 土壤污染危害途径与土壤污染分类划定

笔者在编制GB 15618—1995[5]时认识到,土壤污染物在诸多污染途径(包括土壤微生物效应)中,存在着起决定性作用的关键危害途径。镉、汞、六六六、滴滴涕主要涉及食用农产品质量问题;砷、铬、铅既涉及作物生长问题,又涉及农产品质量问题;铜、锌、镍主要涉及作物生长问题。

4.2.1关于食用农产品质量问题

每个土壤都可以直接以其农产品污染物含量与食品卫生标准[6，9]相比较,得出该具体土壤是否有污染危害。土壤污染危害临界值是因具体土壤而异的,不是一个固定值。若农产品污染物含量低于其食品卫生标准,则该土壤应划分为优先保护类。同样,将采用农艺措施或改种作物后的农产品污染物含量与食品卫生标准相比较,可划分安全利用类或严格管控类。这是对土壤污染的定性分类。对于林业、草原土壤环境质量标准的制定,可将农产品改为食用林产品、食用畜产品[6，9]。关于在地块中土壤与农产品配对采样问题,应充分考虑地块中土壤污染物不均匀分布的状况,设置5～20个以上代表性采样点[10],并应在其农作物根系部20 cm厚表层采集土样及其上可食农产品样,再分别对土样和农产品样进行等量混合,取混合分析样。

4.2.2关于农作物生长问题

农作物生长问题主要表现为农作物减产。不能轻易地认为减产就是污染造成的,农作物减产的原因是十分复杂的,有病虫害、干旱、缺肥、栽培、管理和污染等不同原因。凡作物没有因受到污染危害而减产的土壤,都可划为优先保护类。同样,土壤污染安全利用临界值也是如此制定的,但应以采取农艺措施或改种作物后是否减产为依据,若减产则划为严格管控类,若不减产则划为安全利用类。这采用的也是定性分类法。土壤也应按上述方法采集。从上述农作物质量和产量两个方面分别得出按污染程度划分所得的类别,最终以其中的差者作为该土壤的污染类别。

标准的关键在于确定性。虽然采用的是定性分类法,由于具有确定性,则可方便地进行分类,是可靠的,有意义的,具有客观性、真实性。可认为这是一种完全适合我国国情的土壤污染分类标准的制定方法。总之,将土壤污染视作“自变体”,作用于其“应变体”的农作物上,根据农产品是否超标和农作物是否减产结果,可定性地划清该地块的土壤污染类型。

4.3 实施

《农用地标准》对于每一个具体地块的实施都有一个过程。第一步:从农产品质量或/和农作物产量来看,是否属于优先保护类;否则将进行第二步:进行必要的农艺措施或改种作物试验,若可行,则划为安全利用类;对于采用各种措施仍无法安全利用的土壤,将进行第三步:视当地实际情况,种植经济作物,进行生物修复或退耕还林还草等。实际上,分类的划定是与安全利用及修复措施等密切结合在一起的,做到使每块土地的土壤污染分类都能得到妥善处理,针对每一地块都建立相应档案。

该文只谈及土壤污染对农作物方面的影响,至于其对地下水等方面的影响也是很重要的,特别是对以地下水作为饮用水源或灌溉水源的地区。

致谢: 该文得到中国科学院南京土壤研究所骆永明研究员、宋静副研究员和生态环境部南京环境科学研究所王国庆研究员审阅、修正,笔者深表谢意。