北京市土壤地质环境监测工作的实践与思考

马学利

摘 要：开展北京市土壤地质环境的长期监测，对于政府管理部门及时掌握土壤环境质量状况，制定相应的防治措施具有重要的意义。北京市土壤地质环境监测网建成后，连续6年的监测结果表明：全市区域土壤重金属元素环境质量整体优良，存在点状有机污染;典型工矿区、农业种植区、重要水源地等重点监测区土壤环境质量总体良好，局部存在安全风险。监测网包括区域监测和重点监测两个层次;监测范围已覆盖全市域;区域监测周期3年，重点监测周期1年;形成了以化学指标为主的监测指标体系;监测方法包括野外样品采集、样品加工处理、数据处理及图件编制、无机元素（指标）和有机物分布特征分析及对比、结果评价等。针对监测工作中存在的样品代表性问题、分析测试问题、重点工作区问题和评价标准统一问题，提出了应加强方法技术和质量监控体系研究;对重点监测区的选取和工作方法进行深入探讨;在评价规范化、技术方法创新方面进行尝试等思路。

关键词：土壤;环境;地质;监测;北京

Abstract： Long-term monitoring of the soil environment in Beijing is of great significance for the government management departments to timely obtain the soil environmental quality status and formulate corresponding prevention and treatment measures. As an important part of soil environment monitoring， soil geological environment monitoring network has been in continuous operation for 6 years in Beijing. The results indicate that the overall quality of heavy metal elements in the soil environment citywide is good but with dot organic pollution; the soil environmental quality in typical industrial and mining areas， agricultural planting areas， important water sources and other key monitoring areas is generally good but also with safety risks in some areas. This city-wide monitoring network provides two monitoring levels with a three-year period for regional monitoring and a one-year period for key monitoring. A monitoring index system has been formed mainly based on chemical index. Monitoring methods involve many factors such as field sample collection， sample processing， data processing， drawing compilation， analysis and comparison of element （index and organic matter） distribution characteristics， research and evaluation， etc. To solve the problems concerning samples representation， analysis and test， key work area and unification of evaluation criteria in monitoring， suggestions on improvement and optimization are put forth that focus on strengthened research of methodology and systematic quality control， in-depth discussion of the selection and working methods of key monitoring areas， and experiment of standardized evaluation and technique innovations.

Keyword： soil; environment; geological; monitoring; Beijing

土壤是環境的重要组成部分，是人类赖以生存和城市可持续发展的物质基础。北京市在疏解非首都核心功能绿色转型发展进程中，面临着诸多土壤环境问题（田媛等，2008）。由于土壤污染具有滞后性、隐蔽性、积累性、难恢复性的特点（刘琨等，2017），土壤又是大气污染、水体污染的最终受体，对其进行监测，对于及时掌握土壤环境质量状况尤为重要（陆泗进等，2018;赵靓等，2020）。我国土壤环境从调查到监测经历了一个较长的过程，2016 年 5 月 31日国务院发布了国发〔2016〕31 号《土壤污染防治行动计划》（简称“土十条”），明确了建立国家土壤环境质量监测网络，开展例行监测工作，对今后我国土壤环境质量监测网络建设工作做出了全面的战略部署（孙宁等，2017）。

北京市土壤环境质量监测相关工作，早期主要是由市农业部门开展的肥力监测工作，监测内容主要以养分指标为主。2001年，市环保部门系统开展了“菜篮子”基地、污灌区和有机食品生产基地等为主的土壤环境质量专项调查监测工作。2011年北京市地质矿产勘查开发局依托“北京市农业土地资源综合调查与评价”项目，开始筹建北京市土壤地质环境监测网，其目的是全面掌握土壤地质环境背景、质量状况及其变化规律，了解各类污染源对土壤地质环境的影响程度及其变化趋势，从地质环境角度，为构建全市监测网络体系提供基础数据支撑。

本文阐述了北京土壤地质环境监测网现状，总结了多年监测工作成果及存在问题，提出了改进思路，对全国各省市开展此项工作有一定的参考意义。

1 北京市土壤地质环境监测网现状

1.1 总体定位和体系构架

土壤地质环境监测网定位是“专业监测网”，是北京市土壤环境质量监测网络的重要组成部分。依据京政发〔2016〕63 号《北京市人民政府<北京市土壤污染防治工作方案>的通知》，地质勘查部门是建设土壤环境质量监测网络的责任部门。北京市土壤地质环境监测网2015年开始运行，至2020年已运行了6年。期间经过几次优化调整，已初步建成了包括区域监测和重点监测两个层次的网络体系，监测点从2015年的160个，2018年增至1470个，2019年再次调整完善达到目前2712个监测点的规模，已经覆盖包括山区在内的全市域，实现了对北京市土壤环境质量长期、系统的监测与评价。北京市土壤地质环境监测网见图1，监测方法体系见图2。

1.2 监测层次

监测网络体系主要包括区域监测和重点监测两个层次。区域监测点2220个，重点监测点492个。可分别与生态环境部门监测网设置中的背景点位和基础点位+特定点位相对应（严春丽，2016）。

区域监测：主要掌握土壤地质环境总体规律，以反映地质背景为主，反映土壤化学物质在宏观层面上的变化规律。监测点以一定合理的密度大致均匀分布，在网格化基础上，结合水系流域、成土母质、地貌成因、土地利用等因素的数字化图件，按地质控制单元确定。平原区大致按照4 km×4 km（每个格2～4个点）网度进行监测点布设，丘陵区和山区按照4 km×4 km（每个格1～2个点）网度进行监测点布设，保证每个控制单元中都有一定数量的监测点。

重点监测：主要查明不同地质背景下元素高背景区或人为活动造成的污染区及污染隐患区的主要元素与指标含量现状及变化特征，监测指标主要是能够反映受人为活动干扰所带来的变化，变化程度相对明显。根据北京市特点，主要选取搬迁关闭的工厂矿山、农业种植、特色农作物产地、水源保护区、元素异常区等区域。

1.3 监测范围

2018年之前，监测范围限于平原区（包括延庆盆地）。2019年起至今，区域监测范围扩大到全市域;重点监测工矿区、农业种植区、水源保护区、元素异常区等重点区域。

1.4 监测周期（频次）

2015—2018年，区域监测和重点监测的周期均为1年。从2019年起至今，随着监测点大幅增加，监测范围扩大到全市域（包括山区），区域监测调整为3年一个周期，分大清河和永定河流域、北运河流域、潮白河和蓟运河流域3个区域开展年度工作，重点监测区周期保持为1年。

1.5 监测指标

（1）样品类型

区域监测：主要监测土壤与大气干湿沉降物，采集土壤样和大气干湿沉降样品，土壤样品包括表层土壤样品和垂向剖面（孔）样品。

重点监测：主要通过监测区内土壤、农作物、灌溉水、肥料等评价区内土壤环境质量，采集相应样品。采取农作物样品的同时采取同点根系土样品，土壤样品包括表层土壤样和垂向剖面（孔）样品;同时，在城区选择地坛、圆明园、仰山、北海、玉渊潭、天坛等6个公园，采集壤中气汞和大气汞样品。

大气干湿沉降物、灌溉水、化肥等样品，是为了评价大气、水、肥料等对土壤中元素和指标的影响水平。

（2）测试项目

如表1所示，区域监测和重点监测的监测指标有所不同。

1.6 监测方法体系

经过多年探索和实践，总结形成了较为完整的监测工作方法体系（图2），实质上该体系包括了从野外工作到室内数据整理，开展研究评价，到最终形成年度监测成果报告的全过程。方法体系主要包括：野外样品采集，样品加工处理，样品分析测试，数据处理及图件编制，无机元素（指标）和有机物分布特征及对比，以及结果评价等。

（1）野外样品采集

包括土壤样品、水样品、壤中气汞和大气汞样品、大气干湿沉降样品、肥料样品和农作物样品。不同的样品采集具有不同的要求。

（2）样品加工处理

样品加工包括样品干燥、过筛与拌匀、称重与装袋、送样分析、装箱入库等步骤，样品晾晒和加工场地确保无污染。

（3）样品分析测试

包括有机样品和无机样品分析测试。有机样品包括有机氯农药类（OCPs）、多環芳烃类（PAHs）、多氯联苯类（PCBs）和挥发性有机物类（VOCs）。根据相关规范和技术标准开展分析测试工作。

（4）数据处理及图件编制

包括原始资料整理、地球化学参数统计和图件编制3个步骤。

地球化学参数包括平均值、基线值、标准离差、变异系数、极大值、极小值、统计样品数、分布面积等。

图件编制包括基础图件和评价性图件。

（5）元素（指标、有机物）分布特征分析及对比

通过统计获取的主要地球化学参数，按区域、各重点监测区、水系、成土母质、土地利用类型等不同单元进行参数对比分析，寻求分布规律;与区域背景值、不同年度平均值、基线值，按时间维度进行对比，探求变化规律。

（6）结果评价

评价是监测工作最重要的成果。主要进行土壤环境质量评价、生态效应评价，并对可能的土壤环境质量影响因素：大气干湿沉降物、灌溉水、化肥進行年度通量计算评价。

①土壤环境质量评价分为单元素环境质量评价和综合环境质量评价。可参考国家标准、计算环境质量指数，编制环境质量分区图;进行综合环境质量评价时，还可依据“短板法则”进行单点评价，能更加直接的反映土壤的点状污染和具体部位。评价采用国家标准GB 15618-2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》和GB 36600-2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》。

土壤环境质量评价结果，分为4个等级质量区（表2）。以2018年国家标准中提供的风险筛选值和风险管制值为基础加以补充，设定了3个界限值，对土壤环境质量进行分级：第一界限值：为北京市平原区重金属元素背景值加2倍离差。其中背景值为2012年北京市农业土地资源综合调查与评价工作获取的各元素背景值;第二界限值：为2018年最新国家标准中不同pH值下重金属元素对应的风险筛选值;第三界限值：为2018年最新国家标准中不同pH值下重金属元素对应的风险管制值。

②生态效应评价主要是利用农作物（果品等）中Hg、Cd、As等重金属元素，和B、Fe、Mn等有益微量元素，以及F、Se健康元素的含量，结合根系土中元素含量，进行生态效应评价。农作物（果品等）评价采用了农业部标准和国家标准，如NY/T 421-2012《绿色食品 小麦及小麦粉》、GB 2762-2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》;根系土评价采用GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》;还可进行农作物对特定元素富集能力的评价。

③土壤环境质量影响因素评价，主要根据可能的影响因素大气干湿沉降物、灌溉水、肥料样品的分析结果，通过分别计算年输入通量，进行不同输入途径通量对比和总体影响评价。大气干湿沉降主要是Cd和Hg元素，肥料主要是Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni等8种重金属元素，灌溉水增加Cl-、NO2、NO3等阴离子和Cr6+离子态。灌溉水同时进行水质评价。

2 监测工作取得一些成果和认识

（1）区域土壤地球化学特征和环境质量

北京市土壤重金属元素环境质量整体优良。中心城区土壤Hg等重金属元素呈现明显的高含量。总体上尚不具有严重的危害性。有机污染呈点状，以农药残留为主。

（2）重点监测区土壤环境质量和生态效应

东南郊工厂区、首钢搬迁区、大台煤矿区等工矿区土壤环境质量总体较好，重金属等环境元素呈现富集特征。农业种植区土壤环境质量总体良好，部分地区存在安全风险。重要水源地密云水库周边土壤环境质量总体良好。所有重点监测区有机物以多环芳烃检出率较高，其次为有机氯农药指标，但含量均不高，污染风险不大。

3 存在问题探讨

（1）样点代表性的问题

如何保证样品具有足够的代表性是监测工作的一大难点。不同的元素地球化学性质、土地利用方式、采样精度都是主要的影响因素，虽说精度越高，采样代表性就越好，但不可能无限量增加样品，我们要做的就是在一定尺度下合理控制采样密度，还要能反映区域的元素地球化学特征。

目前北京平原区样品密度已达到

2～4个点/ 4 km×4 km，丘陵区和山区达到1～2个点/ 4 km×4 km，与之前相比，精度已大幅提高，不能再一味加密，如何进一步保证样品代表性需要认真思考。

（2）分析测试的问题

监测工作对分析测试质量要求较高，理论上不同年份的监测样品测试工作应当委托同一家实验室进行分析，可以减少不同实验室之间的系统误差，保证连续性和可靠性。

实际上由于项目绩效管理等因素，不同年份的监测样品测试工作往往是由不同的实验室承担，如何有效监控不同年份、不同实验室的样品分析测试工作，保证分析测试质量，还需要在参照相关规范、合规合法的基础上进一步完善。

（3）重点工作区的问题

目前，重点监测工作涉及到工矿、农业、水源地和元素异常区，但随着城市发展，还有一些未能覆盖到的类型，需要进一步优化完善。

同时，对重点监测区如何在投入实物工作量不变的条件下，进一步提高效率，对样品布置方式、研究方法、频次等如何进一步改进，还需要深入探讨和优化。

（4）评价标准的统一问题

监测工作由于年份跨度较大，存在评价方法、评价标准不统一的问题，导致评价结果难于直接对比。这主要是由于评价标准的升级更替，还有国家标准和行业标准之间对比和引用问题。

目前在具体监测工作中，因标准问题造成的影响主要体现在成果表达中，引用了多个评价标准，使得成果报告显得较为凌乱，且不同年份对比较为复杂。

4 改进优化的思考

4.1 重视样品采集工作，加强技术方法研究

样品的布置和采集应遵从“随机”“等量”原则。采样点布置必须“随机”，在符合一定间隔距离、方位要求的同时，避免主观因素;采样时注意“等量”，子样要求数量、质量相等;同时采样点深度等也要有统一要求，并严格执行。

监测工作要求不同年度采样点位一致，即同点取样，可利用先进定位设备精准定位，并留周边环境照片以验证。

在传统采样方法的基础上，加强先进技术应用，改进、优化采样方法，保证采样精准性，如取样钻机的引进，可以最大限度避免人为取样的主观影响。

4.2 加强第三方测试的监控

对于可能存在的不同的实验室承担不同年份的样品分析测试的问题，可引入第三方测试监控（汪月桂等，2012;刘英男，2014;陈皓等，2010），采取以下综合手段加强分析测试质量监控：

（1）对实验室的要求

实验室选取应有连续性，原则上以地矿实验室为主，除了要求具有基本的CMA资质外，还要求具有中国地质调查局颁发的多目标地球化学52项指标的测试资质，这类实验室无论从硬件设备上还是从人员经验上都达到了地球化学测试工作的基本要求。

（2）测试质量的内部、外部监控

通过插入标准样来完善监测样品的测试监控方案，对于土壤样品全量，除了正常插入实验室的内部监控样外，另外按批次插入国家级实验室的外部监控样，通过计算不同批次不同指标的合格率，判定样品测试质量，这是对不同实验室进行监控的有效手段之一。另外还可以通过插入往年的样品副样作为密码样，用以监控不同实验室的测试误差。

（3）第三方外检

对于土壤有效态、形态和有机污染物分析，进行第三方外检是控制分析质量较好的措施。为保障分析质量可靠，进行外检的实验室尽量选择行业内经验较丰富的测试单位。

4.3 强化重点工作区的动态监测

重点监测区部署工作应遵从综合布样、加密采样、重点突破、动态选区的原则。目前重点区工作周期为1年，对选定的区域每年进行一轮采样，目的在于了解区内元素含量变化，查明元素异常成因，这样一般每个区需要连续监测1～3年。如在3年内没有多大变化，并查明了异常原因和其生态效应，可以停止工作，列为长期观察区，间隔3～5年后再次布置工作进行一轮评价。

重点监测区应综合布置各类样品，从土壤、水、植被、农作物、果品、蔬菜，到人体毛发、血液等，查明元素和污染物的“来龙去脉”——元素富集的原因，是否进入人体，对人体的影响等。样品布置应以浓集中心为中心展开，考虑各类影响因素如地下水流向等进行加密采样。

对于经监测连续出现高异常、超过风险管制值、可能影响人身健康安全的重点地区，可以适当调整年度工作量进行重点突破。

重点监测区的选取和布置应是动态的，不是一成不变的，要及时优化调整。可以增加基本农田保护区、垃圾填埋场、交通主干线周边等环境敏感区，纳入重点监测区范畴。

4.4 加强综合研究及评价规范化

（1）加强误差研究

在保证野外采样和分析测试质量的前提下，受客观和主观因素的影响，采样误差和分析误差仍是难于避免的，因此要将误差研究纳入监测工作的长期研究领域，提高监测工作质量，不断减小误差对分析评价的影响。

（2）规范评价方法

监测工作初期进行评价时，并未按照不同土地利用方式，缺乏针对性。今后应区分农用地和建设用地，选择合适的标准进行评价，使监测成果为生态环境管理服务的同时，也可为土地管理服务。

建立健全规范统一的监测评价方法，以国家标准作为评价依据。进行单因子评价时，参照值统一按国家标准划分质量区;综合评价时采用内梅罗指数或利用短板法则进行评价。

5 结论

（1）北京市土壤地质环境监测网建成运行历时6年，经过不断调整优化，形成了较为完整的监测体系和方法体系。监测网由区域监测和重点监测2个层次构成，已覆盖了包括山区在内的全市域。区域监测分流域开展，周期为3年，重点监测周期为1年。

（2）经过多年监测，对北京市土壤地质环境背景、质量状况和元素分布、富集规律取得初步成果。北京市土壤地质环境质量整体优良，但有些区存在重金属超标，中心城区存在Hg元素含量异常等现象，主要呈点状分布;有机污染物以多环芳烃为主，有机氯农药超标呈点状。

今后，为确保监测网高质量运行，對现状网络应从样品采集、分析质量上加强方法技术和质量监控体系研究;对重点监测区的选取和工作方法，应进行重点关注、深入探讨;加强综合研究，在评价规范化、技术方法创新方面进行尝试，满足土壤环境质量和土地管理的需求。

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