土壤重金屬鎘標(biāo)準(zhǔn)值差異比較研究與建議
我國土地資源短缺,建立土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)是開展土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價的基礎(chǔ),是指導(dǎo)土地利用規(guī)劃和土壤污染治理,保護(hù)土地資源的重要手段。伴隨我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展,土壤污染物超標(biāo)等問題逐年加劇,由土壤鎘污染導(dǎo)致水稻出現(xiàn)“鎘米”等食品安全事件頻發(fā),引起社會對土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的廣泛關(guān)注。
如何正確認(rèn)識和科學(xué)確定土壤污染物的標(biāo)準(zhǔn)限值,更好地管理和利用土地資源,實現(xiàn)保護(hù)土壤生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的目標(biāo),已成為急需解決的重要課題。
發(fā)達(dá)國家土壤環(huán)境中鎘的標(biāo)準(zhǔn)限值
土壤環(huán)境鎘標(biāo)準(zhǔn)值通常是基于多種可能暴露途徑的生態(tài)風(fēng)險評價或健康風(fēng)險評價而制定的,由于土壤系統(tǒng)的復(fù)雜性,土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定需要一個不斷完善的過程,世界各國在制定土壤環(huán)境鎘標(biāo)準(zhǔn)時,多以保護(hù)土壤基本功能、生態(tài)系統(tǒng)安全、人體健康等為目標(biāo),通常要考慮鎘的化學(xué)毒性、環(huán)境背景值、影響遷移和暴露等環(huán)境因素,確定土壤鎘各級別標(biāo)準(zhǔn)限值。各國制定土壤標(biāo)準(zhǔn)的原則依據(jù)基本相同,即以鎘對動植物和人體健康產(chǎn)生影響的最大允許值作為定值的基礎(chǔ)依據(jù),但定值方法、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用目標(biāo)各有側(cè)重,標(biāo)準(zhǔn)限值差異較大(見表1)。
(1)美國是國家制定導(dǎo)則,由各州自行確定土壤鎘標(biāo)準(zhǔn)限值,由環(huán)保署頒布用于推導(dǎo)保護(hù)生態(tài)環(huán)境和用于推導(dǎo)保護(hù)人體健康的土壤篩選導(dǎo)則(soilscreeningguidance,SSG),規(guī)定了生態(tài)土壤篩選值(ecologicalsoilscreeningvalues-plant)為32mg˙kg-1;人體健康土壤篩選值(humanhealthsoilscreeningvalues-ingestion)為70mg˙kg-1;美國禁止殺蟲劑中含有鎘;規(guī)定工作環(huán)境空氣中鎘塵限值為200mg˙m-3。
(2)英國環(huán)保署(EnvironmentAgency,EA)2002年按照土地利用類型,考慮鎘對人體健康和對植物的影響,制定了土壤質(zhì)量指導(dǎo)值,規(guī)定土壤污染“起始濃度”為3.5mg˙kg-1,但未給出土壤修復(fù)所需的“修復(fù)值”。
(3)丹麥制定了由背景水平0.03~0.5mg˙kg-1、生態(tài)毒理學(xué)基準(zhǔn)(ecotoxicologicalbenchmark)0.3mg˙kg-1、土壤質(zhì)量基準(zhǔn)(soilqualitybenchmarks)0.5mg˙kg-1構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)限值體系,以確保準(zhǔn)確評判土地的利用目標(biāo)和受污染程度。
(4)日本土壤標(biāo)準(zhǔn)以保護(hù)土壤和地下水為目標(biāo),綜合考慮土壤鎘的生物活性,在制定土壤標(biāo)準(zhǔn)中采用了浸出液(將土壤和10倍量的水混合,將污染物浸出)標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)了土壤鎘有效態(tài)分析檢測,規(guī)定了土壤試樣溶出量鎘的標(biāo)準(zhǔn)限值為0.01mg˙L-1、大米為1.0mg˙kg-1。
(5)荷蘭國家土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)主要由土壤鎘的目標(biāo)值(targetvalue)、調(diào)解值(interventionvalue)、最高允許濃度(maximumpermissibleconcentration,MPC)等構(gòu)成,荷蘭國家土壤標(biāo)準(zhǔn)以保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康以及修復(fù)污染土壤為目標(biāo),綜合考慮了土壤質(zhì)地和有機(jī)質(zhì)組成,構(gòu)成了比較完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。
(6)澳大利亞國家環(huán)境保護(hù)委員會(NationalEnvironmentalProtectionCouncil,NEPC)對于土壤鎘設(shè)立了A級為土壤背景值0.04~2mg˙kg-1和B級為土壤調(diào)查值3mg˙kg-1。一般來說,當(dāng)測定區(qū)域土壤污染物濃度符合A級時,可認(rèn)為未受到污染;如高于B級,表示該區(qū)域土壤環(huán)境需進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查。由于澳大利亞不同地區(qū)的生態(tài)多樣性,各地還可以自行建立區(qū)域生態(tài)調(diào)研值(regionalecologicallyinvestigationlevels,REIL)。
(7)加拿大環(huán)境部長理事會(TheCanadianCouncilofMinistersoftheEnvironmentCCME)制定的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)名稱單一,稱作土壤質(zhì)量指導(dǎo)值,其標(biāo)準(zhǔn)限值為1.6mg˙kg-1，但在標(biāo)準(zhǔn)制定時同時考慮了人體健康風(fēng)險和生態(tài)風(fēng)險兩類受體,一般用于初步判斷污染場地是否需要進(jìn)一步的詳細(xì)風(fēng)險評估。
(8)瑞士現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是總量和有效態(tài)標(biāo)準(zhǔn)并用。土壤鎘總量的指導(dǎo)值(guidelinevalues)為0.8mg˙kg-1;臨界值(thecriticalvalue)為2mg˙kg-1;農(nóng)用地修復(fù)值(repairvalue)為30mg˙kg-1;土壤鎘可溶態(tài)指導(dǎo)值為0.02mg˙kg-1;臨界值為0.02mg˙kg-1;農(nóng)用地修復(fù)值為0.1mg˙kg-1。
從表1可以看出,各國標(biāo)準(zhǔn)中鎘的定值相差較大,這是由于各國在以人體日允許攝入總量為基準(zhǔn)時,所采取的暴露方式、攝入途徑(如食物、水、空氣、塵土等)及其比例有所不同,計算確定的土壤最大允許濃度就相差甚遠(yuǎn);加之最高允許濃度往往作為各國進(jìn)行土壤污染修復(fù)的行動值,標(biāo)準(zhǔn)的制定勢必受到土壤修復(fù)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)能力的影響.另外,國際上對土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值的命名各不相同,如美國的土壤篩選值、加拿大的土壤質(zhì)量指導(dǎo)值、澳大利亞土壤環(huán)境調(diào)查值、丹麥的土壤基準(zhǔn)值、荷蘭的土壤目標(biāo)值和調(diào)解值等,各國命名雖然不同,但實際上是涵蓋了兩個層次的內(nèi)容:一個是保護(hù)土壤生態(tài)功能,另一個層次是保護(hù)人體健康。如荷蘭的目標(biāo)值是指當(dāng)?shù)陀诖酥禃r,對環(huán)境的影響可忽略,土壤具有完善的生態(tài)環(huán)境功能;調(diào)解值是指當(dāng)高于此值時,有可能引起嚴(yán)重的污染事件,存在“潛在危險性”;一般土壤背景值多為評價基本標(biāo)準(zhǔn);指導(dǎo)值主要以預(yù)防土壤污染為目的,保護(hù)對象為土壤生態(tài)功能;臨界值代表可能存在風(fēng)險的域值;修復(fù)值是絕對的限值,當(dāng)土壤污染物總濃度或可溶態(tài)濃度超過修復(fù)值時,必須立即采取必要措施以規(guī)避風(fēng)險。
我國各類標(biāo)準(zhǔn)中鎘的限值比較
標(biāo)準(zhǔn)限值的選擇是土壤環(huán)境質(zhì)量評價的關(guān)鍵,現(xiàn)行《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)過于強(qiáng)調(diào)全國標(biāo)準(zhǔn)限值統(tǒng)一性,由于我國不同區(qū)域地球化學(xué)條件差異顯著,土壤鎘背景含量地區(qū)差異明顯,采用同一標(biāo)準(zhǔn)限值來評價全國不同地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量顯然不十分科學(xué)。我國相關(guān)產(chǎn)地環(huán)境行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)大多直接引用國標(biāo)GB15618,在指標(biāo)選取、確定標(biāo)準(zhǔn)限值方面大致相同,缺少各行業(yè)保護(hù)目標(biāo)的暴露量評估試驗。如:《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》(HJ332-2006)、《溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》(HJ333-2006)、《無公害食品蔬菜產(chǎn)地環(huán)境條件》(NY5010-2002)、《畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)地環(huán)境評價規(guī)范》(HJ568-2010)等(見表2)均屬于直接引用國標(biāo)GB15618。在《污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則》(報批稿)中雖然給出了“住宅類用地土壤啟動值和工業(yè)及其他用地土壤啟動值”,但導(dǎo)則中缺少對各地方政府制定相應(yīng)地方標(biāo)準(zhǔn)值的強(qiáng)制要求。
土壤鎘背景含量范圍值
1土壤鎘背景含量范圍值計算
土壤環(huán)境背景值是在不受或很少受到人類活動影響下的土壤化學(xué)組成或元素含量水平,是判定土壤是否受到外源污染的基本依據(jù)。
由于我國土壤環(huán)境背景值成因復(fù)雜,元素含量空間分布差異明顯,因此,土壤環(huán)境背景值對于一定區(qū)域來講應(yīng)該以范圍值表示，其范圍值獲得方法為:
首先在調(diào)查單元內(nèi)盡可能地采集較多的代表性樣本,然后采用地球化學(xué)統(tǒng)計法對樣品的原始分析數(shù)據(jù)進(jìn)行順序量統(tǒng)計,確定含量最小值、最大值和數(shù)據(jù)分散程度,計算出均值和標(biāo)準(zhǔn)差,然后根據(jù)樣品數(shù)據(jù)分布情況,若是近似對數(shù)正態(tài)分布的調(diào)查單元,采用幾何均值和幾何標(biāo)準(zhǔn)差確定95%置信度范圍值,即:“95%置信度范圍值=幾何均值/幾何標(biāo)準(zhǔn)差的平方~幾何均值×幾何標(biāo)準(zhǔn)差的平方”;若是近似正態(tài)分布的調(diào)查單元,采用算術(shù)均值和算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)用“X±2S”公式計算95%置信度范圍值。
全國各省(市、區(qū))土壤表層鎘樣品數(shù)據(jù)均屬于近似對數(shù)正態(tài)分布,因此,其95%置信度范圍值應(yīng)以幾何均值和幾何標(biāo)準(zhǔn)差計算,其結(jié)果見表3,土壤環(huán)境背景范圍值可作為各省(市、區(qū))土壤環(huán)境質(zhì)量評價的基準(zhǔn),用以保護(hù)土壤自然背景狀態(tài)。
2土壤鎘背景含量區(qū)域分布不均
土壤成土母質(zhì)類型是影響土壤鎘背景值的重要因素之一,不同自然條件下發(fā)育的土類其土壤鎘背景含量有明顯的差異,即使是同一土類由于發(fā)育母巖不同其背景元素含量也有很大不同,從全國20個主要土壤類型來看(見表4),不同土壤類型鎘背景含量差異顯著,明顯高于全國均值(0.074mg˙kg-1)的土類有石灰土、水稻土、灰褐土、灰棕漠土;明顯低于全國均值的土類有紅壤、赤紅壤、栗鈣土等。
全世界多數(shù)土壤鎘含量在0.01~2.0mg˙kg-1之間,中值為0.35mg˙kg-1,我國土壤的自然鎘含量在0.01~1.80mg˙kg-1之間,平均為0.163mg˙kg-1,比世界多數(shù)土壤的平均鎘含量低。土壤中鎘一般以可給態(tài)、交換態(tài)和難溶態(tài)存在,其對大氣沉降和隨水流遷移到土壤中的鎘有較強(qiáng)的吸附力,吸附率在85%~95%,吸附的鎘一般停留在表層0~15cm土壤,15cm以下含量顯著減少.根據(jù)全國“七五”土壤背景值調(diào)查結(jié)果,我國土壤表層(0~20cm)鎘的背景含量最小值為0.001mg˙kg-1,最大值為13.430mg˙kg-1,相差巨大。
各省(市、區(qū))土壤鎘背景含量超過全國均值(0.074mg˙kg-1)的有20個省(市、區(qū)),表層鎘含量范圍值如:貴州(0.015~2.977mg˙kg-1)、廣西(0.005~1.263mg˙kg-1)、云南(0.011~0.959mg˙kg-1)、湖北(0.018~0.713mg˙kg-1)等省區(qū)最大值遠(yuǎn)高出現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn),但其屬高背景值,并非外來污染所致,各省(市、區(qū))轄區(qū)內(nèi)土壤鎘含量分布也十分不均。
由于土壤背景值缺少環(huán)境學(xué)和生態(tài)學(xué)意義,并不能真正體現(xiàn)污染對土壤生態(tài)環(huán)境及人體健康造成危害的程度,土壤自然背景高與人為活動污染超標(biāo)有本質(zhì)上的不同,在制定標(biāo)準(zhǔn)和各類總結(jié)報告中不可混為一談。我國臺灣省在2011年頒布的《土壤污染監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)》中第二條規(guī)定:“本標(biāo)準(zhǔn)所列土壤中物質(zhì)(包含鎘等8種)濃度,受區(qū)域土壤地質(zhì)條件及環(huán)境背景因素影響,經(jīng)具體科學(xué)性數(shù)據(jù)研判,屬非因外來污染而達(dá)本標(biāo)準(zhǔn)值,經(jīng)中央主管機(jī)關(guān)同意,不適用本標(biāo)準(zhǔn)”。即:自然背景超標(biāo)土壤不執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)。
由此可見,臺灣省是將土壤自然背景超標(biāo)與人為污染超標(biāo)區(qū)別對待的一個例證。同時,為了進(jìn)一步防控土壤的外源污染,保護(hù)土壤生態(tài)環(huán)境安全和人體健康,還必須在土壤環(huán)境背景基準(zhǔn)值之上制定第二級和第三級標(biāo)準(zhǔn)限值。
我國土壤鎘標(biāo)準(zhǔn)的主要問題
1標(biāo)準(zhǔn)中鎘含量定值偏嚴(yán)
我國現(xiàn)行《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)中規(guī)定耕地土壤執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn),其中“鎘”標(biāo)準(zhǔn)值為0.3~0.6mg˙kg-1。而在國外的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中荷蘭和瑞士均為0.8mg˙kg-1、加拿大為1.6mg˙kg-1、臺灣省食用作物農(nóng)地管制基準(zhǔn)值為2.5mg˙kg-1、管制標(biāo)準(zhǔn)值為5mg˙kg-1、澳大利亞環(huán)境調(diào)查值為3mg˙kg-1、歐共體規(guī)定為1~3mg˙kg-1,綜合比較我國標(biāo)準(zhǔn)可能偏嚴(yán)。應(yīng)該根據(jù)我國各類土地利用目標(biāo)進(jìn)行土壤生態(tài)環(huán)境和人體健康風(fēng)險評估,研究修訂我國土壤鎘的標(biāo)準(zhǔn)限值,以適應(yīng)實際工作的需要。
2土壤鎘的超標(biāo)與污染
土壤環(huán)境中鎘含量的自然高背景值超標(biāo)與人為污染超標(biāo)有本質(zhì)上的不同。目前,按照現(xiàn)行《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)評價土壤鎘元素含量,會出現(xiàn)高背景值點位無外源污染超標(biāo)情況。因為該國標(biāo)中規(guī)定的鎘元素標(biāo)準(zhǔn)值,是根據(jù)土壤中鎘的平均背景含量及95%置信水平來確定的,該標(biāo)準(zhǔn)是我國首個土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),在保護(hù)土壤環(huán)境方面起了重要作用。但是,我國地域遼闊,氣候、植被、成土因素及土壤類型復(fù)雜多樣,同一元素在不同區(qū)域、不同類型土壤中的背景含量存在較大差異,許多地區(qū)土壤自然背景值高于國家標(biāo)準(zhǔn)值,必然出現(xiàn)即使土壤沒有受到外源污染其評價結(jié)果依然超標(biāo)的現(xiàn)象,應(yīng)該使大家清楚地認(rèn)識到以現(xiàn)行國標(biāo)評價的結(jié)果超標(biāo)不一定是污染。
3土壤鎘標(biāo)準(zhǔn)限值層次單一
現(xiàn)行《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)中規(guī)定了“鎘”有5個標(biāo)準(zhǔn)限值,但均屬于同一層次,只是區(qū)分了不同土地利用類型和不同酸堿度條件下分別執(zhí)行不同的標(biāo)準(zhǔn)限值。荷蘭國家土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)分為目標(biāo)值、調(diào)解值;瑞士制定了土壤鎘總量的指導(dǎo)值、臨界值、農(nóng)用地污染修復(fù)值;澳大利亞國家對于土壤鎘設(shè)立了A級為土壤背景值和B級為土壤調(diào)查值;丹麥制定了由背景水平值、生態(tài)基準(zhǔn)值、土壤質(zhì)量基準(zhǔn)值三位一體的土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值;美國規(guī)定了生態(tài)土壤篩選值;人體健康土壤篩選值等。以上國家均制定了土壤鎘標(biāo)準(zhǔn)的梯度限值,分別用以保護(hù)土地的不同利用目標(biāo)。
4土壤鎘缺少有效態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值
我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中鎘是以全量制定的標(biāo)準(zhǔn)值,全量只能代表該元素的總貯量,并不能真正表達(dá)鎘的供給水平.土壤中鎘一般以可給態(tài)、交換態(tài)和難溶態(tài)存在,不同存在形態(tài)的鎘其遷移、轉(zhuǎn)化、吸附、解吸能力各不相同,其受土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量影響較大。在監(jiān)測與評價中有效態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值無疑優(yōu)于土壤鎘全量值,因為有效態(tài)含量可以避免因土壤母質(zhì)類型和土壤理化性質(zhì)的不同而帶來的實際危害差異,更能表達(dá)土壤功能及土壤環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣程度。
建議
(1)建議制修訂適合我國現(xiàn)階段土壤鎘的各級標(biāo)準(zhǔn)值。以我國敏感人群對土壤重金屬鎘的每日允許攝入劑量(非致癌性污染物)或可接受風(fēng)險水平(致癌性污染物)為基本出發(fā)點,根據(jù)不同土地利用方式,確定暴露風(fēng)險受體、暴露途徑及遷移轉(zhuǎn)化特性等參數(shù),并進(jìn)行模型計算,最后對計算的標(biāo)準(zhǔn)值再參考國外標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)合國內(nèi)經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平進(jìn)行必要的調(diào)整。
(2)當(dāng)實測土壤鎘含量值超過國家土壤標(biāo)準(zhǔn)限值時,建議首先與該地域土壤背景值比較,區(qū)別是外來污染還是自然高背景值,在確認(rèn)是高背景情況下,應(yīng)與有明顯外源污染土壤區(qū)別對待;確系有污染源污染要進(jìn)一步進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量綜合評價和各類風(fēng)險評估。
(3)設(shè)立土壤鎘的梯度標(biāo)準(zhǔn)限值。如:一級:土壤自然背景值(自然背景保護(hù));二級:土壤環(huán)境指導(dǎo)值(受污染但可使用);三級:土壤污染修復(fù)值(高風(fēng)險必須治理)。分別作為保護(hù)土壤功能自然背景,保護(hù)土壤生態(tài)環(huán)境和人體健康安全,開展污染土壤修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)值。對于不同用途土壤如:食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地、生態(tài)環(huán)境用地、住宅用地、工業(yè)用地等分別制定不同的標(biāo)準(zhǔn)限值,同時考慮鎘的有效態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值。
(4)將有效態(tài)標(biāo)準(zhǔn)限值與全量標(biāo)準(zhǔn)限值同時使用。在實際應(yīng)用中,有效態(tài)標(biāo)準(zhǔn)限值的可靠性取決于有效態(tài)測定方法的可靠性,在常見的土壤有害元素中銅、鎘、鉛和鋅的提取和測定方法比較成熟？偭繕(biāo)準(zhǔn)值雖然不能反映元素的有效性,但它具有測定方法成熟、數(shù)據(jù)結(jié)果比較穩(wěn)定等優(yōu)點,因此,在現(xiàn)階段將有效態(tài)標(biāo)準(zhǔn)限值與全量標(biāo)準(zhǔn)限值同時使用較為適宜。
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