吳健芳，王紅梅，李宇婷

（中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 水生態(tài)環(huán)境研究所，北京 100012）

0 引言

改革開放初期，社會(huì)整體環(huán)保意識(shí)薄弱、環(huán)境管理相對(duì)粗放，長(zhǎng)期劇烈的人為活動(dòng)導(dǎo)致土壤污染嚴(yán)重[1-3]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，土壤環(huán)境質(zhì)量日益受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，成為研究熱點(diǎn)和發(fā)展需求[4-5]。將人類生產(chǎn)生活排放的污染物限制在土壤環(huán)境所能容納的范圍內(nèi)，形成生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的良好態(tài)勢(shì)，是當(dāng)前我國(guó)土壤環(huán)境管理工作的核心要求。深入剖析土壤環(huán)境容量（soil environmental capacity, SEC）對(duì)國(guó)家及地方環(huán)境管理部門制訂相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)、污染物削減方案以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展等均具有重要價(jià)值和影響[6-9]。

20 世紀(jì)70 年代初，日本根據(jù)環(huán)境管理需求提出環(huán)境容量概念，隨著人們對(duì)環(huán)境系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)加深，環(huán)境容量的研究方向被細(xì)化為大氣環(huán)境容量、水環(huán)境容量及SEC，但對(duì)SEC 的概念、理論及核算方法的研究較少，尚無統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和量化方法[10-12]。然而，在構(gòu)建土壤環(huán)境“重金屬閾值”，研究土壤重金屬滲透率，制定土壤重金屬控制標(biāo)準(zhǔn)等方面運(yùn)用了類似方法[13]。在我國(guó)，隨著土壤環(huán)境污染問題的加劇和環(huán)境管理政策的完善，SEC的理論日益豐富，核算方法不斷成熟，并在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用，特別是在土壤環(huán)境質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定、科學(xué)合理的農(nóng)業(yè)種植、污染物的總量控制及累積趨勢(shì)預(yù)警等領(lǐng)域[14-18]。本研究基于土壤環(huán)境管理政策的演變歷程，系統(tǒng)梳理了不同階段SEC 理論、內(nèi)涵，總結(jié)歸納當(dāng)前SEC 各核算模型方法的特點(diǎn)及典型應(yīng)用，并深入探討存在的問題，以期為進(jìn)一步改進(jìn)SEC 理論和核算方法提供參考，同時(shí)也為土壤環(huán)境管理提供科技支撐。

1 土壤環(huán)境容量的理論

1.1 土壤環(huán)境容量概念

SEC 的概念具有發(fā)展性，目前仍沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。按照環(huán)境容量概念的延伸，廣義層面，SEC 是指有限的環(huán)境單元達(dá)到土壤標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所能容納的污染物最大負(fù)荷量[19-20]。狹義層面，研究者根據(jù)管理需求或保護(hù)目標(biāo)對(duì)其定義進(jìn)行調(diào)整。如夏增祿[21]針對(duì)農(nóng)用地SEC，將其定義為一定環(huán)境單元、一定時(shí)限內(nèi)、遵循環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、既保證農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，同時(shí)也不使環(huán)境污染的土壤所能容納污染物的最大負(fù)荷量。王淑瑩等[22]在《環(huán)境導(dǎo)論》一書中提到，土壤環(huán)境所能容納污染物的最大負(fù)荷量的前提是人類生存和自然生態(tài)系統(tǒng)不被破壞?？梢?，SEC 的內(nèi)涵隨研究對(duì)象的變化及人們對(duì)環(huán)境的期待值而變化，本質(zhì)上SEC 源于土壤本身的自凈和緩沖能力，是相對(duì)某土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)而言能夠容納污染物的量[11]。土壤SEC受限于自身的性質(zhì)，也取決于其所處環(huán)境條件，反映了污染物進(jìn)入土壤圈后對(duì)土壤本身、土壤生物（動(dòng)物、植物或微生物）或人類產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)，同時(shí)也揭示了污染物進(jìn)入土壤后對(duì)其他環(huán)境要素產(chǎn)生的次生環(huán)境效應(yīng)[23-26]?；诖?，本研究將SEC 定義為在遵循土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下，一定環(huán)境單元、一定時(shí)限內(nèi)，既能維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的正常結(jié)構(gòu)與功能、保障人類以及動(dòng)植物的生產(chǎn)生活，又不使污染物的量超出土壤環(huán)境所能容納污染物的最大負(fù)荷量。

1.2 土壤環(huán)境容量的類別

隨著可持續(xù)發(fā)展理念的提出，人們對(duì)SEC 的認(rèn)識(shí)不斷深入。為滿足土壤環(huán)境管理需求，SEC 被細(xì)化、歸納為土壤靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、安全和相對(duì)環(huán)境容量。

（1）土壤靜態(tài)環(huán)境容量：是指僅考慮當(dāng)前土壤環(huán)境中污染物或元素的量而沒有外源污染物干擾時(shí)，單位土壤環(huán)境所能容納污染物最大負(fù)荷量，但其忽略了土壤環(huán)境的自凈和緩沖作用，具有一定局限性[27]。土壤靜態(tài)環(huán)境容量通常用來反映某一時(shí)刻的土壤環(huán)境容量。

（2）土壤動(dòng)態(tài)環(huán)境容量：土壤動(dòng)態(tài)環(huán)境容量是在土壤靜態(tài)環(huán)境容量的基礎(chǔ)上，綜合考慮了污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化。指一定土壤環(huán)境單元，受外源污染物或元素干擾時(shí)，土壤環(huán)境對(duì)污染物具有的最大容納量[28]。土壤動(dòng)態(tài)環(huán)境容量不僅反映了某一時(shí)段內(nèi)土壤環(huán)境中發(fā)生污染物輸入—輸出、累積、降解等動(dòng)態(tài)變化，也能用來預(yù)測(cè)未來若干年內(nèi)SEC 的變化[29]。

（3）土壤相對(duì)環(huán)境容量：土壤靜態(tài)、動(dòng)態(tài)環(huán)境容量?jī)H能反映單一污染物或元素的容量，而實(shí)際土壤環(huán)境容量是多種污染物或元素共同作用的結(jié)果。由此，相對(duì)環(huán)境容量的概念被提出，即基于選定的容量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出綜合判斷區(qū)域或土壤環(huán)境單元的多種污染物綜合環(huán)境容量[14,20]。

（4）土壤安全容量：在一定安全系數(shù)范圍內(nèi)，既保證土壤環(huán)境質(zhì)量不被損害，又不致影響初級(jí)生產(chǎn)者的質(zhì)量和產(chǎn)量以及人與自然的可持續(xù)發(fā)展，土壤環(huán)境所能容納污染物的最大負(fù)荷量稱為土壤安全容量[30]。通常用于指導(dǎo)土壤安全利用或評(píng)估對(duì)人和環(huán)境是否產(chǎn)生了危害。

1.3 影響土壤環(huán)境容量的因素

SEC 是土壤環(huán)境特性與功能作用的結(jié)果，是一個(gè)范圍值，屬于土壤的基本屬性。SEC 隨土壤性質(zhì)、環(huán)境因素以及污染物等要素的變化而變化。

（1）土壤類型：不同區(qū)域、不同土壤類型、物質(zhì)組成（如土壤陽離子交換量及有機(jī)質(zhì)含量等）均存在差異，并與SEC 具有顯著相關(guān)性。夏增祿[31]根據(jù)生物氣候條件將我國(guó)土壤分為硅鋁質(zhì)土區(qū)域、富鋁質(zhì)土區(qū)域、石膏鈣質(zhì)干旱土區(qū)域、高山土區(qū)域四個(gè)區(qū)域，并發(fā)現(xiàn)As、Cd、Cu、Pb 的SEC 在四個(gè)區(qū)域中分布差異顯著。蔡士悅等[32]也證實(shí)了這一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)不同土壤類型的物質(zhì)組成中的有機(jī)質(zhì)，通過影響重金屬在土壤中的行為、效應(yīng)來調(diào)整土壤對(duì)重金屬的容納能力。

（2）污染物的性質(zhì)、種類：物質(zhì)的組成決定性質(zhì)，性質(zhì)決定其在土壤環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化能力。有研究發(fā)現(xiàn)相比于Cd 和Cu，重金屬As 在土壤中溶解性大、活性強(qiáng)、有效性相對(duì)大，表明污染物的類似影響其在土壤環(huán)境中的容量[31]。單一污染物的SEC亦受共存元素所制約。陳懷滿等[26]發(fā)現(xiàn)單一污染物存在時(shí)，水稻對(duì)其吸收量上升；在多種元素共存時(shí)，一旦元素的種類、比例發(fā)生改變，吸收量將有所變化。

（3）植物及土壤微生物：傳統(tǒng)意義上SEC 是由污染物的輸入—輸出決定，而土壤植物、微生物直接或間接影響著污染物遷移轉(zhuǎn)化。一方面，土壤植物、動(dòng)物可以直接利用其富集能力，吸收土壤中的重金屬并轉(zhuǎn)運(yùn)到植物地上部分，以達(dá)到提高SEC，改善土壤質(zhì)量的目的[33]；另一方面，土壤微生物—?jiǎng)游锿ㄟ^調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)、pH等因素對(duì)SEC 產(chǎn)生一定影響。潘飛等[34]發(fā)現(xiàn)蚯蚓的糞便具有較多的有機(jī)質(zhì)，提高了氯代苯酚在土壤中的吸附容量，從而降低土壤中的SEC。

（4）環(huán)境因素：土壤的環(huán)境容量不僅受限于土壤的性質(zhì)，還與土壤客觀環(huán)境條件有關(guān)，如土壤溫度、水分、pH 等。研究發(fā)現(xiàn)As 的SEC，隨pH 增大和溫度降低而呈現(xiàn)顯著性降低，也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)植物對(duì)一些重金屬的吸收為被動(dòng)吸收，受溫度、水分影響較大[20,35]。土壤環(huán)境的溫度、pH 通過直接調(diào)控污染物在土壤中的活性或間接影響土壤植物的吸收、富集能力來調(diào)控污染物或元素的SEC。

（5）人為活動(dòng)：不合理的農(nóng)藥、化肥使用加劇了農(nóng)田重金屬污染。植物對(duì)污染物的吸收在一定范圍內(nèi)隨濃度增加而上升，但污染嚴(yán)重的土壤直接損害植物根系使得植物的富集能力減弱[14]。

2 土壤環(huán)境容量的發(fā)展歷程

“環(huán)境容量”的概念最早由日本為了滿足環(huán)境管理的需求而提出。當(dāng)時(shí)環(huán)境容量研究主要集中在大氣、水環(huán)境的容量，對(duì)土壤相關(guān)研究較少[23,36]。隨著土壤污染問題日益突出，SEC 相關(guān)研究應(yīng)運(yùn)而生，其概念、核算方法于20 世紀(jì)70 年代相繼在日本、澳大利亞、美國(guó)等國(guó)家被提出，并得到發(fā)展[37]。有學(xué)者通過土地系統(tǒng)的凈化性能，計(jì)算出單位土壤內(nèi)某種污染物的負(fù)荷量，歸納總結(jié)提出SEC 核算數(shù)學(xué)模型，并得到實(shí)踐[38]；也有學(xué)者利用地塊土壤的理化性質(zhì)，對(duì)重金屬的物理、化學(xué)容量展開深入研究[29]?？傮w而言，國(guó)際上關(guān)于SEC 相關(guān)研究工作、成果的報(bào)道較少，但上述研究工作和成果不同程度為我國(guó)SEC 的研究和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，指明了方向。

與國(guó)外相比，SEC 在我國(guó)起步較晚，直到20 世紀(jì)80 年代末才得到一定的發(fā)展。隨著環(huán)境管理目標(biāo)由提高農(nóng)作物產(chǎn)量到保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人居環(huán)境安全的轉(zhuǎn)變，我國(guó)土壤污染管控模式大致經(jīng)歷了“排放濃度控制——排放總量控制——污染源監(jiān)管、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警”三個(gè)階段，與此同時(shí)，SEC 的相關(guān)理論和應(yīng)用也在不斷完善，總體而言，我國(guó)土壤環(huán)境容量相關(guān)研究經(jīng)歷以下四個(gè)時(shí)期（圖1）。

圖1 中國(guó)土壤環(huán)境容量研究發(fā)展史

（1）第一階段（1981—1991 年）：概念引入與探索期。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人口增加與糧食、土地資源緊缺、環(huán)境污染的矛盾日益突出。我國(guó)土壤污染防治工作的重心側(cè)重于綜合防治和生物防治。提倡合理利用污水灌溉，防止土壤和農(nóng)作物的污染，但研究發(fā)現(xiàn)僅濃度達(dá)標(biāo)排放還不足以控制污染[39]。由此，土壤環(huán)境容量的理念被提出。隨后，我國(guó)學(xué)者對(duì)SEC 的理論、結(jié)構(gòu)、研究方法以及核算模型等進(jìn)行深入探究，并在實(shí)踐中得到驗(yàn)證[19,40]。為促進(jìn)大范圍的推廣使用，楊志忠[30]、諸葉平等[41]基于SEC 理論和系統(tǒng)學(xué)方法從數(shù)學(xué)模型角度出發(fā)，構(gòu)建土壤環(huán)境容量計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)廣州、湛江等地區(qū)不同污染物的SEC 計(jì)算分析。

（2）第二階段（1992—1999 年）：發(fā)展與實(shí)踐期。土壤環(huán)境管理在“六五”“七五”期間，提出需要開展農(nóng)業(yè)土壤背景值、全國(guó)土壤環(huán)境背景值和土壤環(huán)境容量等基礎(chǔ)研究。這一時(shí)期，SEC 相關(guān)研究得到迅速的發(fā)展，從基礎(chǔ)理論性研究到模型估算等方面取得一系列的研究成果。有關(guān)學(xué)者對(duì)SEC 的內(nèi)涵、核算模型及影響因子等深入分析[21,42-44]。揭示了自然因素和人為活動(dòng)對(duì)土壤環(huán)境容量的影響，并基于SEC 理論、核算方法分別探討農(nóng)業(yè)土壤重金屬及油區(qū)土壤石油環(huán)境容量，為土壤防治污染提供科學(xué)依據(jù)。

（3）第三階段（2000—2013 年）：土壤環(huán)境容量研究的停滯期。自2007 年，我國(guó)相繼印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)土壤污染防治工作的意見》《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》《近期土壤環(huán)境保護(hù)和綜合治理工作安排》，開展了一系列的土壤污染調(diào)查及修復(fù)治理試點(diǎn)示范，出臺(tái)相關(guān)政策法律法規(guī)，重心也由“污染總量控制”到“加強(qiáng)污染源監(jiān)管”和“修復(fù)治理”。這一時(shí)期土壤污染科學(xué)防治得到深入開展，而SEC 理論和方法相關(guān)研究基本停滯，其側(cè)重于應(yīng)用相關(guān)方法估算不同省份、不同土地類型污染物環(huán)境容量，科學(xué)地評(píng)價(jià)了污染現(xiàn)狀，并為合理土地利用提供建議[20,35,45-46]。

（4）第四階段（2014 年至今）：以風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警為核心的探索期。2014年《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》公開以來，隨著《土壤污染和防治行動(dòng)計(jì)劃》和《中華人民共和國(guó)土壤污染防治法》相繼頒布，以及環(huán)境管理模式的不斷更新完善，我國(guó)土壤污染管控工作逐漸由現(xiàn)狀治理轉(zhuǎn)向風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，SEC 也在實(shí)踐中不斷地被豐富與完善。已有研究通過SEC 環(huán)境背景值與污染臨界值“雙值”管控，實(shí)現(xiàn)區(qū)域土壤重金屬污染的精準(zhǔn)預(yù)警[13,47-48]。

3 土壤環(huán)境容量核算方法

構(gòu)建精確的數(shù)學(xué)模型是研究與核算土壤環(huán)境容量最為重要的手段之一，現(xiàn)有SEC 核算數(shù)學(xué)模型主要分為兩類：一是基于污染物在土壤中殘留累積的動(dòng)態(tài)性特征構(gòu)建土壤污染動(dòng)力學(xué)模型；二是基于輸入—輸出守恒關(guān)系構(gòu)建的物質(zhì)平衡線性模型。

3.1 土壤污染動(dòng)力學(xué)模型

土壤污染是一個(gè)復(fù)雜的過程，其涉及的因素眾多。本質(zhì)上可概括為污染物輸入—輸出過程，其中污染物通過大氣沉降、化肥投入、畜禽糞便、灌溉水、污泥農(nóng)用、工業(yè)廢棄物等途徑輸入，而經(jīng)植物富集、地表排水、徑流等方式輸出。微觀上土壤環(huán)境時(shí)刻發(fā)生著物理、化學(xué)及生物反應(yīng)[49-50]。某一時(shí)間段間隔內(nèi)，污染物變化量為公式（1）。

式中：Si為污染物i在土壤中的累積量；Si(t)為t時(shí)刻污染物i在土壤中的累積量；Si(t+Δt)為t+Δt時(shí)刻污染物i在土壤中的累積量。周杰等[12]詳細(xì)闡述了該模型的構(gòu)建，但由于其主觀性較強(qiáng)、影響因素較多，在數(shù)據(jù)獲取上難度系數(shù)較大，難以廣泛推廣。

3.2 物質(zhì)平衡線性模型

物質(zhì)平衡線性模型是在假定污染物輸入、輸出之間呈現(xiàn)線性關(guān)系，且單元土壤環(huán)境污染物量的變化負(fù)荷物質(zhì)平衡方程，當(dāng)前污染物累積量=前一時(shí)刻累積量+輸入量-輸出量，現(xiàn)有研究在物質(zhì)平衡理論基礎(chǔ)上，又將其細(xì)分為其靜態(tài)環(huán)境容量法、動(dòng)態(tài)環(huán)境容量法、環(huán)境容量綜合指數(shù)法。

3.2.1 靜態(tài)環(huán)境容量法

靜態(tài)環(huán)境容量法由夏增祿[19]、王世耆等[51]提出，是以靜態(tài)視角表征土壤容納污染物或元素的能力。靜態(tài)環(huán)境容量可細(xì)分為靜態(tài)環(huán)境總?cè)萘亢同F(xiàn)存環(huán)境容量。前者指無外源污染物干擾下，土壤對(duì)污染物或元素具有的容納量，是在不考慮有外源輸入，通過土壤背景值與現(xiàn)狀值來計(jì)算。但目前大多土壤已受到人為或自然活動(dòng)的干擾，難以獲得污染物或元素的背景值則需要對(duì)靜態(tài)環(huán)境容量進(jìn)行修正?；谕寥牢廴疚铿F(xiàn)狀值，計(jì)算被輸入污染物消耗后剩余的部分，稱為靜態(tài)現(xiàn)存環(huán)境容量。其計(jì)算公式如下[35,47,52]，靜態(tài)總環(huán)境容量：

靜態(tài)現(xiàn)存環(huán)境容量：

式中：Qtotal為靜態(tài)總環(huán)境容量（kg/hm2）；Qextant為被外源污染物干擾后土壤的現(xiàn)存環(huán)境容量；M為耕作層土壤重量[48,53]，2.25×106kg/hm2；Cic為污染物i的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值（mg/kg）；Cib為該地區(qū)污染物i的土壤背景值（mg/kg）；Ci為污染物i的輸入的含量（mg/kg），Cii=Cib+Ci，即為土壤中該污染物的現(xiàn)狀值（mg/kg）。

由于相關(guān)參數(shù)容易獲得，計(jì)算簡(jiǎn)便，靜態(tài)容量法被廣泛應(yīng)用于農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀評(píng)估，篩選主要污染因子，為土壤環(huán)境管理提供了科學(xué)指導(dǎo)[43,54-56]。靜態(tài)環(huán)境容量法是在不考慮污染物輸入前提下，土壤背景值或現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)值與土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的差值，其大小取決于土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)越寬松，SEC 越大；反之標(biāo)準(zhǔn)越嚴(yán)格，則容量越小。該方法的前提條件是將土壤環(huán)境視為靜態(tài)，其本質(zhì)忽略土壤系統(tǒng)本身具有的自凈和緩沖性能，且對(duì)遷移效應(yīng)較強(qiáng)的污染物具有一定局限性，僅能反映土壤污染物的生態(tài)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)所容許的水平，適用于土壤環(huán)境中穩(wěn)定性好污染物SEC 的核算。

3.2.2 動(dòng)態(tài)環(huán)境容量法

動(dòng)態(tài)環(huán)境容量法本質(zhì)上是一種改進(jìn)的靜態(tài)容量法，其充分考慮土壤環(huán)境中元素或污染物的累積過程中輸入和輸出、固定和釋放、累積和降解等行為[57-58]。污染物或元素在土壤環(huán)境中保持動(dòng)態(tài)平衡歸因于兩點(diǎn)，其一土壤生態(tài)系統(tǒng)本身具有一定的緩沖和凈化性能；其二污染物的輸入、輸出是一個(gè)多途徑、連續(xù)性過程。因此，土壤所能容納的量是一個(gè)變動(dòng)的范圍，即土壤動(dòng)態(tài)環(huán)境容量[51,59]。計(jì)算公式如下。

式中：Wt為單元土壤環(huán)境，預(yù)期某污染物或元素的總量（kg/hm2）；W0為初始污染物或元素的總量（kg/hm2）；Qt為土壤年均環(huán)境動(dòng)態(tài)容量[kg/(hm2·a)]；n為控制年限；K為污染物年平均殘留率（與污染物種類、濃度、形態(tài)、性質(zhì)以及自然環(huán)境、植物生長(zhǎng)狀態(tài)等有關(guān)）。

動(dòng)態(tài)環(huán)境容量法是在宏觀—微觀尺度下模擬污染物在土壤環(huán)境系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)過程，因其可模擬SEC 隨時(shí)間變化，反饋土壤環(huán)境實(shí)際變化，故而得到廣泛應(yīng)用。于光金等[35]探究不同植被類型土壤重金屬環(huán)境容量發(fā)現(xiàn)，平均動(dòng)態(tài)年容量是靜態(tài)年容量的7 ～20 倍，并由此推算出安全利用年限。馬輝英等[48]基于SEC 模型估算精河縣土壤重金屬動(dòng)態(tài)環(huán)境容量，發(fā)現(xiàn)土壤動(dòng)態(tài)凈化過程中污染物本身的物理化學(xué)性質(zhì)起著主要影響因素。雖然動(dòng)態(tài)環(huán)境容量法一定程度上彌補(bǔ)了靜態(tài)環(huán)境容量模型的缺陷，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些不足。由于缺乏長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，選擇參數(shù)時(shí)忽視了其差異性，使得計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)偏差。另外，現(xiàn)有研究多關(guān)注于單一污染物SEC 研究，而對(duì)復(fù)合污染型土壤環(huán)境容量研究較少，實(shí)際土壤環(huán)境中存在多種重金屬、有機(jī)污染物協(xié)同存在[60-62]。

3.2.3 環(huán)境容量綜合指數(shù)法

環(huán)境容量綜合指數(shù)法是在靜態(tài)環(huán)境容量法的基礎(chǔ)上，通過所選標(biāo)準(zhǔn)中污染物臨界值與土壤本底值之間的雙界面過程控制，來計(jì)算土壤中單因子污染物的容量指數(shù)和多種污染物的綜合指數(shù)[63]。通?？煞譃閱我蜃尤萘恐笖?shù)（Pi）、多因子容量綜合指數(shù)（PI），該方法將土壤污染物的容量分為五個(gè)等級(jí)，可對(duì)單因子、多因子進(jìn)行綜合性評(píng)估，從而能更全面地反映出實(shí)際土壤環(huán)境容量現(xiàn)狀。計(jì)算公式[46,64]如下：

多因子容量綜合指數(shù)法公式：

式中：Qi代表現(xiàn)存環(huán)境容量；Qib代表靜態(tài)總環(huán)境容量；Pi為土壤中元素i的單項(xiàng)環(huán)境容量指數(shù)；M為每公頃0 ～20 厘米層土壤重量取2.25×106kg/hm2；Cic為土壤中元素i的風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)值（mg/kg）；Cip為土壤中元素i的現(xiàn)狀實(shí)測(cè)值（mg/kg）；Cib為土壤中元素i的背景值（mg/kg）；n為元素的種類。

環(huán)境容量綜合指數(shù)法是在靜態(tài)、動(dòng)態(tài)環(huán)境容量的基礎(chǔ)上建立指數(shù)評(píng)價(jià)體系，用于單一或多種污染物的容量核算、分級(jí)，進(jìn)而篩選出主要污染因子和污染管控區(qū)。如安外爾·艾力等[47]、麥爾哈巴·圖爾貢等[65]基于環(huán)境容量綜合指數(shù)，對(duì)葡萄園不同容量級(jí)別土壤面積進(jìn)行排序，并分析了土壤重金屬空間分布規(guī)律，劃分了SEC等級(jí)（表1），該方法雖能單一或綜合評(píng)估多種污染物SEC，但不能直觀地反映出區(qū)域容量大小，無法滿足土壤環(huán)境管理的分功能、量化控制的需求。

表1 土壤綜合環(huán)境容量指數(shù)

4 土壤環(huán)境容量的應(yīng)用

土壤環(huán)境容量是一個(gè)具有明顯經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的自然資源。它有助于合理地開發(fā)、利用土壤本身所具有的潛在自凈能力，為土壤污染源的防控提供依據(jù)，同時(shí)也能為修復(fù)治理提供合理的指導(dǎo)，降低土壤治理成本。

4.1 相關(guān)土壤管理標(biāo)準(zhǔn)的制訂

土壤環(huán)境容量可作為指導(dǎo)制定區(qū)域污灌水質(zhì)、污泥施用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。SEC 可以推算出區(qū)域環(huán)境能夠容許輸入污染物最大濃度，從而靈活地為農(nóng)田灌溉水及農(nóng)用污泥調(diào)試合適處理量，同時(shí)，該指標(biāo)也可用來制定肥料和粉煤灰及其他固體廢物的農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)[16,66]?！捌呶濉逼陂g，我國(guó)在SEC 研究的基礎(chǔ)上制定了多種土壤重金屬標(biāo)準(zhǔn)[15]。

4.2 科學(xué)農(nóng)業(yè)種植，化肥農(nóng)藥的合理施用

農(nóng)藥、化肥的使用是農(nóng)田土壤重金屬污染及質(zhì)量下降的一個(gè)重要原因[67]。相關(guān)學(xué)者通過模擬重金屬或含氮化合物土壤環(huán)境容量變化趨勢(shì)對(duì)農(nóng)作物質(zhì)量—產(chǎn)量的影響，以土壤安全容量為目標(biāo)，嚴(yán)格管控有機(jī)肥的施用量及施用年限，從而保障土壤環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品以及人類的安全[18,68]。由于缺乏科學(xué)的指導(dǎo)，在農(nóng)業(yè)種植過程中農(nóng)藥、化肥的使用缺乏規(guī)范性，使得耕地土壤質(zhì)量下降。通過科學(xué)評(píng)估農(nóng)田的SEC，利用土壤的自凈能力，以達(dá)到規(guī)范、量化農(nóng)藥和化肥的合理使用。

4.3 土壤污染現(xiàn)狀評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

通過土壤環(huán)境容量數(shù)學(xué)模型估算出土壤污染一定年限后土壤污染物可積累的程度，并推算出安全利用，同時(shí)基于土壤背景值與風(fēng)險(xiǎn)閾值的雙重標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)地區(qū)重金屬污染的精準(zhǔn)預(yù)警。目前，已有學(xué)者模擬農(nóng)田污染物輸入—輸出，結(jié)合靜態(tài)、動(dòng)態(tài)土壤環(huán)境容量計(jì)算不同省份農(nóng)田土壤重金屬環(huán)境容量，評(píng)估了土壤污染等級(jí)[46,69]，并進(jìn)一步預(yù)測(cè)不同重金屬元素在未來幾十或幾百變化年的趨勢(shì)[47-49,70]，為土壤污染差別化環(huán)境保護(hù)和管理提供依據(jù)。

4.4 合理的場(chǎng)地修復(fù)

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的不斷加快，大量工業(yè)企業(yè)搬遷拆除，遺留下的土壤污染問題備受關(guān)注[71]。2014年全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)顯示，我國(guó)部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，其中，工礦業(yè)廢棄地土壤重金屬污染問題較為突出。因此，在工業(yè)城市發(fā)展的過程中充分了解、利用土壤環(huán)境的容量變得越來越必要。奉大博等[72]對(duì)礦區(qū)土壤重金屬環(huán)境容量深入剖析，篩選出重點(diǎn)污染地塊及污染元素，避免了“一刀切式”的過度場(chǎng)地修復(fù)和不必要的成本投入，但目前相關(guān)研究、應(yīng)用較少。

5 結(jié)論與展望

隨著土壤污染問題和土壤管控目標(biāo)、政策的變化，土壤環(huán)境容量的理論、核算方法不斷成熟和完善。目前，SEC 相關(guān)研究多側(cè)重于靜態(tài)年總環(huán)境容量、動(dòng)態(tài)年總環(huán)境容量及綜合環(huán)境容量估算，在參數(shù)的選擇、復(fù)合型污染SEC 量化等方面存在一定的局限性，無法滿足當(dāng)前土壤污染特征及精細(xì)化管控、合理修復(fù)措施的需求。結(jié)合上述問題，建議未來土壤環(huán)境容量研究重點(diǎn)關(guān)注以下三方面。

（1）基于多目標(biāo)耦合技術(shù)優(yōu)化SEC 核算方法。探討在健康損害、生態(tài)破壞等多種因素約束下SEC 核算方法。SEC 可用來指示土壤環(huán)境中污染物的含量，管控人為輸入，同時(shí)還能指示潛在風(fēng)險(xiǎn)。但指示物、計(jì)算參數(shù)的選擇直接影響著SEC 的大小。土壤環(huán)境容量受土壤性質(zhì)、指示物之間的差異、化合物的類型等多種因素的影響。因此，需考慮多種要素的影響，構(gòu)建基于多目標(biāo)、多因素約束下修正的SEC 算法。

（2）構(gòu)建復(fù)合污染型土壤的SEC 量化核算方法。環(huán)境容量綜合指數(shù)法可綜合評(píng)估區(qū)域土壤環(huán)境容量，但其未能量化區(qū)域的SEC，而靜態(tài)環(huán)境容量、動(dòng)態(tài)環(huán)境容量核算法僅能反映單一污染物或元素SEC。實(shí)際環(huán)境污染問題中，尤其土壤污染往往是多種污染物協(xié)同作用的結(jié)果，因此，需要針對(duì)復(fù)合污染型土壤構(gòu)建可量化SEC的核算方法。

（3）進(jìn)一步擴(kuò)展土壤環(huán)境容量的內(nèi)涵，推動(dòng)區(qū)域SEC 動(dòng)態(tài)預(yù)警。土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出，但目前我國(guó)SEC 相關(guān)研究多側(cè)重農(nóng)用地重金屬環(huán)境容量現(xiàn)狀評(píng)估，而對(duì)區(qū)域環(huán)境不同功能土地利用，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建設(shè)用地的SEC 研究較為有限。結(jié)合我國(guó)相關(guān)環(huán)境管控要求，推動(dòng)區(qū)域SEC動(dòng)態(tài)預(yù)警，科學(xué)評(píng)估場(chǎng)地修復(fù)范圍和程度，減少不必要的成本投入和避免過度修復(fù)。