魏洪斌,羅 明,鞠正山,吳克寧
(1.國土資源部土地整治中心土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100035; 2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京 100083)
我國正處于全面建成小康社會的決勝階段,然而隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn),其引發(fā)的一系列環(huán)境問題開始受到科學(xué)家及民眾的關(guān)注,特別是農(nóng)用地污染,已經(jīng)成為當(dāng)前社會的熱點(diǎn)問題,提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全是人民群眾的熱切期盼,農(nóng)用地污染防治任務(wù)艱巨。2014年4月17日,環(huán)保部和國土資源部聯(lián)合發(fā)布全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào),報(bào)告顯示,全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀,部分地區(qū)土壤污染較重,土壤總超標(biāo)率為16.1%,其中耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率更是高達(dá)19.4%,其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%,主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴。2016年5月28日國務(wù)院發(fā)布了《土壤污染防治行動計(jì)劃》,摸家底、防增量、控風(fēng)險(xiǎn)、治重污是我國未來土壤環(huán)境保護(hù)工作重要內(nèi)容,其核心工作是進(jìn)行土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)等級劃分及風(fēng)險(xiǎn)控制區(qū)劃,并科學(xué)布局農(nóng)用地污染修復(fù)和風(fēng)險(xiǎn)管理,全面實(shí)現(xiàn)區(qū)域性土壤污染綜合治理。
針對當(dāng)前我國農(nóng)用地土壤重金屬污染的嚴(yán)峻形勢和污染特征,我國學(xué)者對土壤重金屬污染已開展大量相關(guān)研究,對我國農(nóng)用地重金屬污染的主要來源進(jìn)行了系統(tǒng)分析,并在綜述國內(nèi)外已有土壤修復(fù)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,提出了聯(lián)合修復(fù)技術(shù)[1],采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價(jià)不同功能區(qū)重金屬污染程度[2],依托我國典型區(qū)域的耕地土壤重金屬污染數(shù)據(jù)庫,測算我國耕地的土壤重金屬污染概況[3],進(jìn)行礦區(qū)土壤重金屬污染特征分析與模型評價(jià)的實(shí)證研究[4-5],評價(jià)了礦區(qū)、城市土壤重金屬污染及人體健康風(fēng)險(xiǎn)與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[6-8],采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價(jià)方法對湖南省湘江流域土壤重金屬污染生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)[9],介紹了國內(nèi)外典型的重金屬污染修復(fù)工程實(shí)踐[10],在分析國內(nèi)外土壤重金屬污染防治技術(shù)的方法與實(shí)踐基礎(chǔ)上,提出今后土壤重金屬污染修復(fù)領(lǐng)域的發(fā)展方向,分析了我國典型區(qū)域的污染現(xiàn)狀與特點(diǎn)及其成因,并提出了土壤重金屬污染防范措施和土壤不同污染類型的治理與調(diào)控措施[11],提出了污染場地國家分類體系的初步構(gòu)想[12],在農(nóng)用地方面采用土壤和農(nóng)產(chǎn)品綜合質(zhì)量指數(shù)的方法,研究農(nóng)田土壤重金屬污染影響評價(jià)新方法[13]。國內(nèi)在分區(qū)方面的研究主要是采用一定的模型或方法對非點(diǎn)源污染進(jìn)行評價(jià)或分區(qū),如采用SWAT模型對三峽庫區(qū)非點(diǎn)源污染進(jìn)行控制分區(qū)方案的研究[14],針對流域尺度的非點(diǎn)源污染物進(jìn)行排放特征分析與控制分區(qū)[15-16],或基于水污染控制總量,對流域尺度的分區(qū)方法及土地利用管制分區(qū)進(jìn)行探討[17-18],也有學(xué)者對農(nóng)業(yè)面源污染的成因進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行污染排放評價(jià)并提出調(diào)控對策[19-20]。當(dāng)前的研究主要圍繞土壤重金屬污染來源調(diào)查與累積、土壤重金屬污染與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、土壤重金屬污染修復(fù)與安全利用開展,而在污染分區(qū)方面主要集中在農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染分區(qū)的研究,對重金屬污染農(nóng)用地的風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)研究較少,特別是從土壤和農(nóng)作物污染的視角進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)與管控,更是鮮有報(bào)道。
嚴(yán)格管控受污染農(nóng)用地的利用風(fēng)險(xiǎn),逐步改善農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量,建立農(nóng)用地重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)分級以及風(fēng)險(xiǎn)控制區(qū)劃方法,開展區(qū)域農(nóng)用地重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評估方法和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究,為研究縣級/鄉(xiāng)鎮(zhèn)級單元的農(nóng)用地風(fēng)險(xiǎn)控制區(qū)劃提供理論指導(dǎo)與實(shí)踐示范,構(gòu)建農(nóng)用地重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)控制區(qū)劃方法體系,對重金屬污染農(nóng)用地實(shí)施安全利用分區(qū)與管控。我國農(nóng)用地急需形成分區(qū)、分類、分級的土壤污染防控修復(fù)技術(shù)體系與模式,形成土壤污染防控、修復(fù)與資源化利用的系統(tǒng)解決方案,提高農(nóng)用地污染防治的管理技術(shù)水平,重金屬污染農(nóng)用地進(jìn)行分級分類安全管控,對我國實(shí)施農(nóng)用地分類管理,保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境安全提供技術(shù)支持,為農(nóng)用地重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)控制具有指導(dǎo)意義,為區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展與環(huán)境協(xié)調(diào)優(yōu)化提供具體指導(dǎo)模式。
農(nóng)用地重金屬污染指人類活動產(chǎn)生的重金屬進(jìn)入農(nóng)用地土壤中,積累到一定程度,超過農(nóng)用地土壤本身的自凈能力,導(dǎo)致土壤性狀和質(zhì)量變化,造成農(nóng)用地對人體和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響和危害。
農(nóng)用地安全利用指農(nóng)用地土壤中重金屬含量在一定范圍內(nèi),農(nóng)用地在一定用途下生產(chǎn)出的農(nóng)作物可食部分污染物含量低于食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)(GB2762-2012)規(guī)定的食品中污染物限量,對人體和動物未造成健康危害的利用狀態(tài)或方式。
(1)評價(jià)依據(jù):農(nóng)用地土壤重金屬污染評價(jià)應(yīng)綜合考慮農(nóng)用地類型(水田、耕地、園地、草地、林地)、土壤pH,基于已有的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),以《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(三次征求意見稿)》作為農(nóng)用地土壤重金屬污染評估的依據(jù)(表1)。
表1 農(nóng)用地土壤重金屬含量限值 mg/kg
(2)評價(jià)方法:農(nóng)用地土壤重金屬污染評價(jià)方法采用單因子指數(shù)法,即:
(1)
式(1)中,Pi為土壤中第i種重金屬的污染指數(shù);Ci為土壤中第i種重金屬的含量;Si為土壤中第i種重金屬的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。
對某一點(diǎn)位,土壤若存在多種重金屬,分別采用單因子指數(shù)法計(jì)算后,取污染指數(shù)中最大的值。即:
Pmax=MAX(Pi)
(2)
式(2)中,Pmax為土壤中多種重金屬的污染指數(shù);Pi為土壤中第i種重金屬的污染指數(shù)。
農(nóng)用地土壤污染程度劃分如表2。
表2 農(nóng)用地土壤重金屬污染指數(shù)分級
超標(biāo)等級PiPmax污染程度ⅠPi≤1 0Pmax≤1 0清潔Ⅱ1 0
(1)評價(jià)依據(jù):重金屬污染農(nóng)用地農(nóng)作物可食部分污染評價(jià)以《食品中污染物限量》(GB2762-2012)作為評價(jià)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)(表3)。GB 2762-2012未規(guī)定的項(xiàng)目,可執(zhí)行地方土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)或參照執(zhí)行其他標(biāo)準(zhǔn)。
表3 農(nóng)作物可食部分中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)值 mg/kg
(2)評價(jià)方法:農(nóng)作物可食部分重金屬限量污染評價(jià)的評價(jià)方法也采用單因子指數(shù)法,即:
(3)
式(3)中,Ei為農(nóng)作物可食部分中第i種重金屬的污染指數(shù);CCi為農(nóng)作物可食部分中第i種重金屬含量;CSi為農(nóng)作物可食部分中第i種重金屬的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。
對某一點(diǎn)位,農(nóng)作物可食部分若存在多種重金屬,分別采用單因子指數(shù)法計(jì)算后,取污染指數(shù)中最大的值。即:
Emax=MAX(Ei)
(4)
式(4)中,Emax為農(nóng)作物可食部分中多種重金屬的污染指數(shù);Ei為農(nóng)作物可食部分中第i種重金屬的污染指數(shù)。
農(nóng)用地農(nóng)作物污染程度見表4。
表4 農(nóng)作物可食部分重金屬污染指數(shù)分級
超標(biāo)等級EiEmax值污染程度ⅠEi≤1 0Emax≤1 0清潔Ⅱ1 0
表5 重金屬污染農(nóng)用地安全利用等級
基于農(nóng)用地土壤與農(nóng)作物的重金屬污染評價(jià)結(jié)果,綜合考慮區(qū)域農(nóng)用地類型、土壤的理化性質(zhì)、農(nóng)產(chǎn)品種類,基于現(xiàn)有的《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(2016年三次征求意見稿)》《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(HJ/T332-2006)等標(biāo)準(zhǔn),采用單因子指數(shù)法對農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià),通過土壤與農(nóng)作物污染評價(jià)法確定重金屬污染農(nóng)用地的安全利用等級,根據(jù)安全利用等級劃分重金屬污染農(nóng)用地安全利用分區(qū),提出不同安全利用分區(qū)的分級分類利用與管理的管控策略,以保障食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全為主要目的,對重金屬農(nóng)用地進(jìn)行安全利用分區(qū)與管控。
采用土壤和農(nóng)作物可食部分單因子指數(shù)綜合法,結(jié)合土壤重金屬污染指數(shù)最大值(Pmax)和農(nóng)作物可食部分重金屬限量污染評價(jià)指數(shù)最大值(Emax)進(jìn)行綜合評價(jià),并劃分為安全區(qū)、基本安全區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)5個安全等級,具體劃分結(jié)果見表5。
(1)安全區(qū):該區(qū)域農(nóng)用地土壤重金屬含量未超過參比值,農(nóng)作物產(chǎn)品重金屬含量達(dá)標(biāo),表明生產(chǎn)環(huán)境對農(nóng)作物產(chǎn)品安全未構(gòu)成危害。該區(qū)域土壤重金屬含量較低,土壤及其周邊環(huán)境狀況對農(nóng)作物產(chǎn)品質(zhì)量基本沒有影響,農(nóng)作物產(chǎn)品中重金屬含量符合食品衛(wèi)生要求,因此應(yīng)實(shí)施優(yōu)先重點(diǎn)保護(hù),防止新增污染,維護(hù)農(nóng)用地土壤與農(nóng)作物的安全狀態(tài)。
(2)基本安全區(qū):該區(qū)域農(nóng)用地土壤重金屬含量為參比值的1~2倍,但農(nóng)作物產(chǎn)品重金屬含量達(dá)標(biāo),表明土壤及其周邊環(huán)境重金屬含量已有輕微積累,稍微偏高于相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)地環(huán)境具有一定的潛在安全風(fēng)險(xiǎn),但尚未對農(nóng)作物生長和人體健康構(gòu)成威脅。此區(qū)域應(yīng)控制污染源,防止新增污染物輸入,監(jiān)測重金屬污染動態(tài)變化,優(yōu)化農(nóng)藝調(diào)控措施,確保安全利用。
(3)低風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū):該區(qū)域農(nóng)用地土壤重金屬含量略高于參比值,農(nóng)作物產(chǎn)品超過限量標(biāo)準(zhǔn)的1~2倍,表明生產(chǎn)環(huán)境對農(nóng)產(chǎn)品安全已造成一定的危害。該區(qū)域土壤重金屬有一定積累,產(chǎn)地周邊存在輕微重金屬污染,已對農(nóng)作物生長和人體健康構(gòu)成一定威脅,因此應(yīng)切斷污染源并進(jìn)行綜合監(jiān)控,采用一定措施修復(fù)治理,適當(dāng)調(diào)整農(nóng)作物種類,降低農(nóng)用地利用風(fēng)險(xiǎn)。
(4)中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警區(qū):該區(qū)域農(nóng)用地土壤及農(nóng)作物重金屬含量為參比值或限量標(biāo)準(zhǔn)的1~2倍,或土壤重金屬含量為參比值的2~3倍,但農(nóng)產(chǎn)品未超標(biāo)或超標(biāo)在2倍以內(nèi),表明生產(chǎn)環(huán)境對農(nóng)作物產(chǎn)品已構(gòu)成較大的安全威脅,對農(nóng)產(chǎn)品安全及人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)很大。該區(qū)域作為土壤重金屬含量較高地區(qū),土壤及其周邊環(huán)境對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全已構(gòu)成明顯威脅,并導(dǎo)致部分農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量超標(biāo),因此應(yīng)開展重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評估,實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警防控管理,選擇合適的工程修復(fù)措施對農(nóng)用地土壤積極進(jìn)行修復(fù)。
(5)高風(fēng)險(xiǎn)限制區(qū):該區(qū)域農(nóng)用地土壤重金屬含量為參比值的3倍以上,農(nóng)作物產(chǎn)品中重金屬含量為限量標(biāo)準(zhǔn)的2倍以上,表明產(chǎn)地具有極高的風(fēng)險(xiǎn),農(nóng)產(chǎn)品安全已受到極大的安全威脅。該區(qū)域農(nóng)用地土壤重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo),成為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的主要影響因素,周邊重金屬污染較重,農(nóng)作物產(chǎn)品中重金屬含量不符合相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn),因此農(nóng)用地應(yīng)進(jìn)行限制利用,采用綜合整治措施,調(diào)整種植結(jié)構(gòu)或進(jìn)行由農(nóng)用地轉(zhuǎn)換為非農(nóng)用地的地類轉(zhuǎn)換,降低利用風(fēng)險(xiǎn)。
該文在界定重金屬污染農(nóng)用地與農(nóng)用地安全利用基本概念的基礎(chǔ)上,提出從土壤與農(nóng)作物的角度對重金屬污染農(nóng)用地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分區(qū),通過土壤與農(nóng)作物污染評價(jià)的方法、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與污染等級的劃分,建立重金屬污染農(nóng)用地風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)與管控的理論方法。
采用單因子污染指數(shù)法對重金屬污染農(nóng)用地的土壤與農(nóng)作物進(jìn)行評價(jià),根據(jù)國內(nèi)已有的評價(jià)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn),其評價(jià)結(jié)果可分別劃分為清潔、尚清潔、輕度、中度和重度污染5個等級,并反映了不同等級下土壤與農(nóng)作物的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
綜合重金屬污染農(nóng)用地土壤與農(nóng)作物的污染評價(jià)結(jié)果,將重金屬污染農(nóng)用地劃分為安全、基本安全、低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)5個類型區(qū),依據(jù)不同風(fēng)險(xiǎn)區(qū)等級的高低,應(yīng)優(yōu)先保護(hù)安全和基本安全區(qū),對低、中、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)采用監(jiān)控、預(yù)警和限制利用的管控對策。
該文初步構(gòu)建了重金屬污染農(nóng)用地風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)與管控的理論框架,同時考慮了重金屬污染對土壤和農(nóng)作物的影響,但農(nóng)用地作為一個復(fù)雜的土地利用系統(tǒng),其污染來源復(fù)雜,污染特性、污染遷移、污染受體等受諸多因素影響,在實(shí)際應(yīng)用中需進(jìn)一步驗(yàn)證。
該文提出的風(fēng)險(xiǎn)管控對策較為粗淺,應(yīng)針對不同風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)的利用方式進(jìn)一步細(xì)化管控策略,結(jié)合農(nóng)藝調(diào)控、作物調(diào)整、技術(shù)修復(fù)與地類轉(zhuǎn)換等具體模式進(jìn)行安全利用管控對策的制定,在保障重金屬污染農(nóng)用地安全利用下開展綜合整治。
[1] 樊霆, 葉文玲,陳海燕,等.農(nóng)田土壤重金屬污染狀況及修復(fù)技術(shù)研究.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2013, 22(10): 1727~1736
[2] 郭偉, 孫文惠,趙仁鑫,等.呼和浩特市不同功能區(qū)土壤重金屬污染特征及評價(jià).環(huán)境科學(xué), 2013, 34(4): 1561~1567
[3] 宋偉, 陳百明,劉琳.中國耕地土壤重金屬污染概況.水土保持研究, 2013, 20(2): 293~298
[4] 郭偉, 趙仁鑫,張君,等.內(nèi)蒙古包頭鐵礦區(qū)土壤重金屬污染特征及其評價(jià).環(huán)境科學(xué), 2011, 32(10): 3099~3105
[5] 胡淼, 吳家強(qiáng),彭佩欽,等.礦區(qū)耕地土壤重金屬污染評價(jià)模型與實(shí)例研究.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 34(2): 423~430
[6] 徐友寧, 張江華,柯海玲,等.某金礦區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染的人體健康風(fēng)險(xiǎn).地質(zhì)通報(bào), 2014, 33(8): 1239~1252
[7] 劉勇, 岳玲玲,李晉昌.太原市土壤重金屬污染及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià).環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 31(6): 1285~1293
[8] 李一蒙, 馬建華,劉德新,等.開封城市土壤重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià).環(huán)境科學(xué), 2015, 36(3): 1037~1044
[9] 劉春早, 黃益宗,雷鳴,等.湘江流域土壤重金屬污染及其生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià).環(huán)境科學(xué), 2012, 33(1): 260~265
[10]黃益宗, 郝曉偉,雷鳴,等.重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)及其修復(fù)實(shí)踐.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 32(3): 409~417
[11]杭小帥, 王火焰,周健民.長江三角洲地區(qū)土壤重金屬污染的防治與調(diào)控.土壤通報(bào), 2013, 44(1): 245~251
[12]余勤飛, 侯紅,白中科,等.中國污染場地國家分類體系框架構(gòu)建.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2013, 29(12): 228~234
[13]王玉軍, 劉存,周東美,等.一種農(nóng)田土壤重金屬影響評價(jià)的新方法:土壤和農(nóng)產(chǎn)品綜合質(zhì)量指數(shù)法.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 35(7): 1225~1232
[14]謝慧, 郭秀銳,程水源,等.基于SWAT模型的三峽庫區(qū)非點(diǎn)源污染控制分區(qū)及方案研究.安全與環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 14(4): 170~175
[15]張汪壽, 耿潤哲,王曉燕,等.基于多準(zhǔn)則分析的非點(diǎn)源污染評價(jià)和分區(qū)——以北京懷柔區(qū)北宅小流域?yàn)槔?環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 33(1): 258~266
[16]王夏暉, 陸軍,張慶忠,等.基于流域尺度的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染物空間排放特征與總量控制研究.環(huán)境科學(xué), 2011, 32(9): 2554~2561
[17]王金南, 吳文俊,蔣洪強(qiáng),等.中國流域水污染控制分區(qū)方法與應(yīng)用.水科學(xué)進(jìn)展, 2013, 24(4): 459~468
[18]歐維新, 連鵬,逄謙.基于水污染總量控制的土地利用管控分區(qū)——以無錫市為例.自然資源學(xué)報(bào), 2014, 29(1): 1~12
[19]魏瑞. 河南省農(nóng)業(yè)面源污染成因分析.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃, 2016,37(8): 67~71
[20]賴敏,王偉力,郭靈輝.長江中下游城市群農(nóng)業(yè)面源污染氮排放評價(jià)及調(diào)控.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃, 2016,37(8):1~11