耕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程

耕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程

農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量直接關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和安全質(zhì)量。由于土壤中重金屬污染引起的農(nóng)業(yè)安全和相關(guān)土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)日益引起人們的關(guān)注和興趣[1.3]。2001年農(nóng)業(yè)部啟動(dòng)了《無公害食品行動(dòng)計(jì)劃》，把無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)作為無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地建設(shè)的必要條件，當(dāng)前多以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618—1995)為評(píng)價(jià)依據(jù)，采用單項(xiàng)污染指數(shù)法或綜合污染指數(shù)法計(jì)算的評(píng)價(jià)結(jié)果來判定農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量的好壞和受污染的程度[4、5]。但由于我國幅員遼闊，土壤種類眾多，種植作物品種差異很大，制定全國統(tǒng)一的土壤中重金屬含量限量值，作為評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中重金屬污染的標(biāo)準(zhǔn)往往產(chǎn)生較大的誤差。鑒于耕地土壤重金屬污染現(xiàn)狀及其在農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中存在的種種問題，科技部在“十五”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目中設(shè)立了重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究專項(xiàng)：“農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境控制與安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究”課題。本研究就是基于此課題，在總結(jié)歸納前人研究工作的基礎(chǔ)上，對(duì)我國5種典型的重金屬污染土壤，2種作物種類，通過盆栽和田間小區(qū)試驗(yàn)，以及大量的大田污染調(diào)查，對(duì)土壤中重金屬在不同土壤類型、不同作物種類中，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的污染規(guī)律進(jìn)行了研究，提出了用土壤中重金屬有效態(tài)來評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量對(duì)種植作物適宜性的評(píng)價(jià)方法，并建立了一套適合我國國情的監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)體系，作為我國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評(píng)價(jià)的依據(jù)。1我國土壤硫污染評(píng)價(jià)的主要方法1.1土壤重金屬背景值研究取得了一定的成果我國早在20世紀(jì)70年代就開始了土壤背景值的調(diào)查研究，在國家環(huán)保總局、農(nóng)業(yè)部、中科院以及大專院校等多家科研、教學(xué)單位的共同努力下，20世紀(jì)80年代中期完成了我國各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）主要土壤類型的背景值調(diào)查工作，編輯出版了《中國土壤元素背景值》和《中華人民共和國土壤環(huán)境背景值圖集》。為我國土壤污染評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。近年來，進(jìn)一步開展了土壤重金屬背景值的調(diào)查和土壤環(huán)境容量研究，并取得了一定的成果。如夏增祿首次制定了我國主要土類的Cu、Pb、Cr、As4種重金屬元素的土壤臨界含量；陳慧選等開展了以太原市南郊為單位，以土屬為單元的8種重金屬元素背景值分布特征的研究，將土壤背景值的研究工作推進(jìn)了更為深入的階段。然而，以土壤背景值為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，僅是相對(duì)于背景水平的一種比較意義上的評(píng)價(jià)，雖然在單一污染物評(píng)價(jià)時(shí)能夠說明污染物是否增多的狀況，以及相對(duì)于背景增大的程度，也能夠比較不同污染物間相對(duì)增大的程度。但由于背景值缺少環(huán)境和生態(tài)意義，并不能真正體現(xiàn)污染程度對(duì)于農(nóng)作物的產(chǎn)量和安全質(zhì)量造成危害的程度和水平。另一方面，據(jù)一些科學(xué)工作者對(duì)土壤重金屬元素背景值及土壤重金屬生物影響臨界值的研究表明，不同地區(qū)、不同元素間的背景值與臨界值之比值并不相同，有的甚至相差極大。因此如果只用背景值作為標(biāo)尺去衡量土壤環(huán)境質(zhì)量的好壞，尤其是在進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量的適宜性評(píng)價(jià)時(shí)，很可能會(huì)得出一些混亂和錯(cuò)誤的結(jié)論。1.2土壤環(huán)境質(zhì)量我國于1995年頒布了中華人民共和國《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995），該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)土壤應(yīng)用功能和保護(hù)目標(biāo)將土壤環(huán)境質(zhì)量分為三類，同時(shí)進(jìn)行了三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的劃分。這一標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施無疑為我國土壤污染的分級(jí)提供了新的依據(jù)。國內(nèi)一些學(xué)者以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)開展了相應(yīng)的土壤污染分級(jí)評(píng)價(jià)的研究工作。如吳志峰等根據(jù)國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)廣州長(zhǎng)虹苗圃土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了分析，得出了相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果。我國幅員遼闊，土壤種類眾多，種植作物品種差異很大，土壤類型、作物品種、土壤pH值、陽離子代換量以及氣候條件、有機(jī)值含量等眾多因素均會(huì)影響作物對(duì)土壤中重金屬的吸收。因此，制定全國統(tǒng)一的土壤中重金屬含量限量值，作為評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中重金屬污染的標(biāo)準(zhǔn)往往產(chǎn)生較大的誤差，得出與實(shí)際情況不相符合的結(jié)論。此外，由于國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》給出的僅是土壤中8項(xiàng)重金屬總量的最高允許含量，只能提供重金屬在土壤中潛在儲(chǔ)量的信息，并不能反映土壤中重金屬進(jìn)入植物體有毒離子的量，而考慮土壤重金屬污染對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的影響，必須要揭示其有效態(tài)含量狀況。1.3農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)我國在20世紀(jì)80年代一些科學(xué)家就對(duì)土壤重金屬環(huán)境容量及其臨界值進(jìn)行了研究。夏增祿首次制定了我國主要土類的Cu、Pb、Cr、As4種重金屬元素的土壤臨界含量；葉嗣宗即以土壤的背景值和臨界值為基本參數(shù)，將土壤環(huán)境質(zhì)量分成五個(gè)級(jí)別，對(duì)農(nóng)田土壤的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)?？偨Y(jié)前人的研究成果，結(jié)合目前的工作需要和當(dāng)前在耕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)中存在的問題，提出了用重金屬有效態(tài)臨界值作為評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量適宜性的依據(jù)，建立了土壤重金屬有效態(tài)的測(cè)定規(guī)范，形成了一整套耕地土壤重金屬污染監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)體系。2耕作土壤中重金屬污染的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)技術(shù)本研究根據(jù)不同的需要，將耕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)分為兩大類，即耕地土壤累積性污染評(píng)價(jià)和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評(píng)價(jià)。2.1與當(dāng)?shù)赝寥牢廴境潭缺容^累積性污染評(píng)價(jià)用當(dāng)?shù)赝环N類土壤背景值（或?qū)φ拯c(diǎn)測(cè)定值）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)值，其用土壤重金屬全量（或王水消解液）測(cè)定值與當(dāng)?shù)赝环N類土壤背景值（或?qū)φ拯c(diǎn)測(cè)定值）比較，以反映耕地土壤累積性污染程度。比較單一污染物污染程度用單項(xiàng)污染指數(shù)法以全面反映各污染物的污染程度，比較多種污染物綜合污染程度用綜合污染指數(shù)法（這里采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法）。單項(xiàng)污染指數(shù)等級(jí)劃分按表1規(guī)定進(jìn)行，綜合污染指數(shù)等級(jí)劃分按表2規(guī)定進(jìn)行。2.2重金屬有效態(tài)臨界值農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評(píng)價(jià)用當(dāng)?shù)嘏c測(cè)定值相同土壤類型、同一作物種類的土壤重金屬有效態(tài)臨界值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)值，以反映土壤污染與作物可食部分污染物含量的關(guān)系及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量對(duì)種植作物的適宜性。其計(jì)算公式為：式中：Pi有效為耕地土壤中污染物i有效態(tài)的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci有效為耕地土壤中污染物i有效態(tài)的實(shí)測(cè)值（mg·kg-1);Si有效為耕地土壤中污染物i有效態(tài)臨界值（mg·kg-1）。Pi有效≤1表示土壤重金屬有效態(tài)沒有超過土壤的臨界值，土壤未受到該重金屬污染；Pi有效>1表示土壤中該重金屬有效態(tài)已經(jīng)超過該類土壤的臨界值，土壤已經(jīng)受到該重金屬的污染并可能導(dǎo)致種植的農(nóng)產(chǎn)品可食部分超標(biāo)；Pi有效越大表示土壤受重金屬污染程度越高，對(duì)該種植作物的適宜性就越差。由于不同種類的農(nóng)作物對(duì)土壤中重金屬吸收能力差異很大，為了更好地對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性做出合理地評(píng)價(jià)，并考慮實(shí)際操作中的可能性，本研究中將農(nóng)產(chǎn)品分為大田作物和蔬菜作物兩大類。在大田作物（水稻、小麥、玉米、大豆、高粱等糧食作物）中，選擇對(duì)重金屬吸收較為敏感、實(shí)際調(diào)查中污染面積相對(duì)較大的水稻作為代表作物，進(jìn)行重金屬有效態(tài)臨界值的制定；在蔬菜作物中品種，選擇既對(duì)重金屬吸收敏感，又普遍種植的大宗蔬菜品種———小白菜作為代表作物品種進(jìn)行重金屬有效態(tài)臨界值的制定。根據(jù)不同種類農(nóng)產(chǎn)品對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的要求，以土壤重金屬含量對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)或農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全所構(gòu)成威脅的程度，以土壤重金屬(DTPA提取)有效態(tài)單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果為依據(jù)，將農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量劃分為三個(gè)等級(jí)。等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表3。3菜田稻田土壤中有效態(tài)鉛和鎘臨界值的確定農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)值，即是用當(dāng)?shù)赝寥李愋?、同一種類農(nóng)產(chǎn)品的重金屬有效態(tài)臨界值作為產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)值。由于土壤臨界值測(cè)定極其復(fù)雜，本研究制定了菜田（稻田）土壤中有效態(tài)鎘（鉛）臨界值制定技術(shù)規(guī)范以規(guī)定盆栽試驗(yàn)和田間小區(qū)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和測(cè)定，即通過盆栽實(shí)驗(yàn)初步確定菜田（稻田）土壤中有效態(tài)鉛和鎘的臨界值，經(jīng)小區(qū)調(diào)查驗(yàn)證后形成最終有效態(tài)鉛和鎘的臨界值，并用以農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評(píng)價(jià)，以確保較敏感的種植作物水稻和小白菜可食用部分中污染物鉛和鎘不超過GB2762規(guī)定的食品中污染物限量值。3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)3.1.1種植作物選擇盆栽土壤選擇待評(píng)價(jià)地區(qū)的土壤類型，采集接近背景值的試驗(yàn)土壤進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。本研究中，供試土壤來自遼寧張士、江蘇蘇州、天津東麗、湖北大冶和廣西刁江五個(gè)地區(qū)，盆栽試驗(yàn)的種植作物選擇對(duì)重金屬相對(duì)敏感的、當(dāng)?shù)胤N植量較大的小白菜和水稻。盆栽試驗(yàn)污染物濃度梯度根據(jù)試驗(yàn)地土壤類型和土壤環(huán)境質(zhì)量普查、例行監(jiān)測(cè)的結(jié)果，設(shè)計(jì)8個(gè)濃度梯度，以使臨界含量在這8個(gè)濃度范圍之間。同時(shí)為避免盆栽試驗(yàn)的偶然性與不穩(wěn)定性，盆栽試驗(yàn)每個(gè)濃度梯度設(shè)計(jì)4個(gè)平行。3.1.2種植土壤重金屬有效態(tài)與作物重金屬有效態(tài)的相關(guān)關(guān)系根據(jù)盆栽試驗(yàn)土壤有效態(tài)和作物中重金屬的測(cè)定結(jié)果，擬合土壤中重金屬有效態(tài)和作物中重金屬有效態(tài)的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)國家食品污染物限量標(biāo)準(zhǔn)分別得出五區(qū)水稻和小白菜種植土壤中Pb和Cd的臨界含量的相關(guān)關(guān)系分別見表4和表5。3.1.3作物樣品同地采集根據(jù)前期盆栽的試驗(yàn)結(jié)果，在上述五區(qū)分別選擇污染程度基本均勻一致的蔬菜地和水稻田，土壤和種植作物（小白菜或水稻）同步、同地采集，小區(qū)土壤采集0～20cm耕作層土壤，每個(gè)點(diǎn)位采集水稻和小白菜各2kg，水稻全株保留，土壤和作物樣品統(tǒng)一編號(hào)。每個(gè)小區(qū)取5個(gè)樣品，點(diǎn)位用GPS定位。測(cè)定采集小區(qū)土壤和種植作物的重金屬有效態(tài)含量，對(duì)盆栽試驗(yàn)得出的重金屬有效態(tài)臨界值進(jìn)行驗(yàn)證。3.25個(gè)區(qū)農(nóng)產(chǎn)品布局的環(huán)境質(zhì)量適應(yīng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)盆栽試驗(yàn)和五區(qū)小區(qū)驗(yàn)證試驗(yàn)的分析結(jié)果，最終確定五區(qū)水稻和小白菜種植土壤的適宜性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值見表6。4建立耕地土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)體系，為評(píng)價(jià)結(jié)果提供依據(jù)我國是一個(gè)耕地資源緊缺的國家，保護(hù)耕地早已成為我國的一項(xiàng)基本國策。建立一套較完善的耕地土壤監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)體系，隨時(shí)掌握我國耕地土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，根據(jù)不同的種植需要對(duì)其產(chǎn)地環(huán)境的適宜性作出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)，將有力推動(dòng)我國《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全法》的順利實(shí)施，而將農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行分等分級(jí)，這樣既能合理有效地使用寶貴的耕地資源，又不會(huì)生產(chǎn)出不符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)產(chǎn)品。同時(shí)還要建立全國耕地土壤環(huán)境質(zhì)量狀況信息平臺(tái)，建立長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，掌握耕地土壤環(huán)境污染狀況及發(fā)展趨勢(shì)，建立預(yù)警系統(tǒng)，防患于未然，為政府有關(guān)部門決策服務(wù)。然而，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)體系的建立，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要將其補(bǔ)充完善，需要大量的研究成果作支撐，還需要做很多的工作，例如：(1）對(duì)《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行修訂，以適應(yīng)耕地土壤的累積性評(píng)價(jià)和產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量適宜性評(píng)價(jià)的需求。(2）需要建立與該評(píng)價(jià)方法相匹配的檢測(cè)方法，