近日，生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所土壤中心鄭麗萍助理研究員在國(guó)內(nèi)中文核心期刊《生態(tài)毒理學(xué)報(bào)》“土壤環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”專輯發(fā)表了題為《基于保護(hù)生態(tài)的土壤基準(zhǔn)值制訂關(guān)鍵技術(shù)研究—以美國(guó)和澳大利亞為例》的學(xué)術(shù)論文。

文中對(duì)美國(guó)和澳大利亞基于保護(hù)生態(tài)的土壤基準(zhǔn)制訂關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)凝練，從兩國(guó)的制訂策略和關(guān)鍵推導(dǎo)方法等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，比對(duì)了兩國(guó)的基準(zhǔn)值制訂技術(shù)要點(diǎn)。同時(shí)，結(jié)合我國(guó)具體國(guó)情與土壤分布特點(diǎn)，給出了我國(guó)當(dāng)前土壤基準(zhǔn)研究的科研建議與意見。

引 言

土壤環(huán)境基準(zhǔn)指土壤中物理、化學(xué)等要素對(duì)土壤生物、作物、健康或使用功能不產(chǎn)生不良或有害影響的最大限值或臨界含量。根據(jù)不同保護(hù)對(duì)象和受體，可分為保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全、保護(hù)人體健康、保護(hù)生態(tài)受體、保護(hù)地下水的土壤環(huán)境基準(zhǔn)等。

土壤基準(zhǔn)研究是一項(xiàng)科學(xué)性的研究工作，主要體現(xiàn)技術(shù)性與科學(xué)性，較少考慮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素，而土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制訂是在土壤基準(zhǔn)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合考慮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素后提出的一系列可服務(wù)于環(huán)境管理的值，二者存在聯(lián)系而不完全等同。

土壤環(huán)境基準(zhǔn)是土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制修訂、土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和監(jiān)管的重要科學(xué)依據(jù)，加強(qiáng)土壤基準(zhǔn)研究工作可為我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂提供數(shù)據(jù)支持。

主要內(nèi)容

一、美國(guó)土壤生態(tài)篩選值制訂的關(guān)鍵技術(shù)

1、采用數(shù)據(jù)打分制獲取推導(dǎo)篩選值的核心數(shù)據(jù)

土壤生態(tài)篩選值(Eco-SSL) 由美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(US EPA) 制訂，US EPA 首先通過(guò)一系列嚴(yán)格的篩選程序，篩選出可信度較強(qiáng)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。其中必須包含土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)，包括土壤pH 和有機(jī)質(zhì)百分比。如果土壤pH

2、美國(guó)的Eco-SSL 制訂未考慮土壤微生物過(guò)程，但考慮了對(duì)野生生物的保護(hù)

美國(guó)的Eco-SSL 的保護(hù)對(duì)象主要考慮了植物、土壤無(wú)脊椎動(dòng)物和野生動(dòng)物( 鳥類和哺乳動(dòng)物) ，但未考慮土壤微生物過(guò)程。其中，推導(dǎo)保護(hù)野生生物的土壤生態(tài)篩選值(Eco-SSL)采用了野生生物風(fēng)險(xiǎn)模型。野生生物受體主要通過(guò)兩個(gè)暴露途徑接觸土壤污染物：(1)進(jìn)食時(shí)偶然攝入土壤；(2)攝入富集了土壤污染物的食物。通過(guò)這兩種途徑分別按照公式計(jì)算土壤篩選值。

3、美國(guó)的Eco-SSL 定位為場(chǎng)地初步篩查，不作為保護(hù)生態(tài)的土壤修復(fù)目標(biāo)值

Eco-SSL 用于場(chǎng)地初步篩查判斷污染物對(duì)土壤的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，從生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)角度初步對(duì)土壤污染物進(jìn)行篩選，在特殊場(chǎng)地需根據(jù)特定導(dǎo)則進(jìn)行詳細(xì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，進(jìn)一步確定特定潛在污染物( contaminants of potential concern，COPCs) 的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。US EPA 在指導(dǎo)文件中明確指出，Eco-SSLs 不可用作清潔修復(fù)目標(biāo)值，也不能將其修改后用作聯(lián)邦清潔修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)。US EPA 強(qiáng)調(diào)土壤Eco-SSL 用于指導(dǎo)識(shí)別可能對(duì)陸生生態(tài)受體產(chǎn)生不可接受風(fēng)險(xiǎn)的污染物，不能替代US EPA 現(xiàn)有的法規(guī)或規(guī)章，它對(duì)US EPA、美國(guó)各州或監(jiān)管社區(qū)不具有法律約束力。

二、澳大利亞如讓生態(tài)調(diào)查值制定的關(guān)鍵技術(shù)

1、澳大利亞土壤生態(tài)調(diào)查值的制訂考慮了土壤背景值

澳大利亞基于保護(hù)生態(tài)的土壤基準(zhǔn)值在該國(guó)被叫做生態(tài)調(diào)查值(ecological investigation levels，EILs)，該推導(dǎo)方法關(guān)鍵是規(guī)定了用來(lái)推導(dǎo)EILs 的數(shù)據(jù)必須是外源添加到土壤中以引起毒性的污染物含量，不可使用野外污染土壤的生物毒性數(shù)據(jù)。當(dāng)使用這些毒性數(shù)據(jù)時(shí)，結(jié)果值稱為添加污染物水平(added contaminant level，ACL) 。

由于土壤中某些元素本身存在背景值，澳大利亞在制訂土壤EILs 的時(shí)候考慮了土壤背景值的因素，在ACL 中加入一個(gè)被調(diào)查土壤的環(huán)境背景值(ambient background concentration，ABC) 來(lái)計(jì)算EILs，表達(dá)公式為：EILs =ACL+ABC

式中：EILs 為生態(tài)調(diào)查值；ACL 為添加污染物水平；ABC 為土壤環(huán)境背景值。澳大利亞的EILs 的推導(dǎo)方法如圖所示。

圖1 澳大利亞生態(tài)調(diào)查值（EILs）的推導(dǎo)方法示意圖

注：AF表示評(píng)估系數(shù)，SSD表示物種敏感分布法，ACL 表示添加污染物水平；綠色箭頭表示前一個(gè)問(wèn)題回答為“是”時(shí)的路徑，紅色箭頭表示前一個(gè)問(wèn)題回答“否”時(shí)的路徑，藍(lán)色箭頭表示沒有選擇的路徑。

2、使用土壤理化性質(zhì)計(jì)算特定土壤的ACL

澳大利亞使用了包含土壤的理化性質(zhì)(pH、陽(yáng)離子交換量和粘土含量) 多元模型用于計(jì)算特定土壤的ACL。在這種方法中，不同理化性質(zhì)的土壤具有不同的污染物EIL，而不是每種污染物的只有一個(gè)通用EIL值，即每種污染物的EIL 值不唯一。

3、使用數(shù)據(jù)歸一化模型對(duì)毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行校正

由于土壤的異質(zhì)性，澳大利亞采用了數(shù)據(jù)歸一化的方法對(duì)不同土壤的生物毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，使用校正過(guò)的數(shù)據(jù)通過(guò)物質(zhì)敏感性分布(SSD) 法推導(dǎo)EILs。該國(guó)導(dǎo)則中納入了不同研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的土壤與生物毒性關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＝?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屠猛寥赖奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)(例如土壤pH值和有機(jī)碳含量) 預(yù)測(cè)單一污染物對(duì)單一物種的毒性。通過(guò)使用歸一化關(guān)系方程表達(dá)土壤特性對(duì)毒性數(shù)據(jù)的影響，以此來(lái)使毒性數(shù)據(jù)反映試驗(yàn)物種的固有敏感性。

4、根據(jù)不同用地類型確定物種保護(hù)水平

澳大利亞為3種用地方式設(shè)置開發(fā)了EILs：(1) 具有生態(tài)價(jià)值的地區(qū)；(2) 城市住宅區(qū)和公共區(qū)域；(3) 商業(yè)和工業(yè)用地。EILs 不適用于農(nóng)用地土壤，農(nóng)用地土壤需要評(píng)估污染物對(duì)植物的毒性、植物污染物吸收富集和土壤類型等因素。

一般土地使用設(shè)置的保護(hù)級(jí)別為：具有生態(tài)價(jià)值的地區(qū)物種保護(hù)水平為99%；城市住宅區(qū)和公共開放空間物種保護(hù)水平為80%；商業(yè)和工業(yè)用地的物種保護(hù)水平為60%。當(dāng)污染物存在生物放大效應(yīng)時(shí)，保護(hù)水平將相應(yīng)增加5%。

EILs 在土壤的適用深度為地面以下2m，地面以下2m為大多數(shù)生物物種的根系區(qū)和生物居住區(qū)。干旱地區(qū)的生物物種的根滲透率可能更大，具體考慮可能應(yīng)用到地表以下3m。

三、兩國(guó)制訂保護(hù)生態(tài)受體的土壤基準(zhǔn)值技術(shù)要點(diǎn)比較

對(duì)上述2個(gè)國(guó)家制訂基于保護(hù)生態(tài)的土壤基準(zhǔn)值的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行比較可以看出，兩國(guó)的基準(zhǔn)名稱、保護(hù)對(duì)象、毒理數(shù)據(jù)處理措施等有一定差異，這與各國(guó)的具體制定策略有密切關(guān)聯(lián)，有些國(guó)家在制定土壤基準(zhǔn)值時(shí)已考慮了土地利用方式。作者認(rèn)為由于不同的土地后續(xù)利用方式存在差異,在推導(dǎo)土壤基準(zhǔn)值的時(shí)候建議考慮土地利用方式的差別。同時(shí)，毒理數(shù)據(jù)的選擇與甄別直接關(guān)系到基準(zhǔn)值制訂的科學(xué)性、合理性，建議借鑒各國(guó)對(duì)毒理數(shù)據(jù)的篩選方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)選擇。

表1 兩國(guó)制訂保護(hù)生態(tài)受體的土壤基準(zhǔn)值技術(shù)要點(diǎn)比較

結(jié) 論

1. 美國(guó)對(duì)于數(shù)據(jù)的打分制優(yōu)先選擇生物有效性高的土壤，未體現(xiàn)土壤理化性質(zhì)的差異性。

美國(guó)推導(dǎo)Eco-SSL優(yōu)先選擇具有較高生物有效性的土壤的毒性數(shù)據(jù)，采用土壤生物有效性最高(如4≤土壤pH<5、土壤有機(jī)質(zhì)<2%)的所有生物毒性數(shù)據(jù)的幾何平均值計(jì)算Eco-SSL，如果有效數(shù)據(jù)少于3個(gè)，可從土壤生物有效性次高的土壤中(如5.5<土壤pH<7、土壤有機(jī)質(zhì)<2%)尋找生物毒性數(shù)據(jù)。此類推導(dǎo)方法會(huì)導(dǎo)致所推導(dǎo)的土壤基準(zhǔn)是基于生物有效性較高的土壤毒性數(shù)據(jù)獲得，生物有效性低的土壤未有相應(yīng)的土壤基準(zhǔn)值。

我國(guó)幅員遼闊，由于地域的差異，不同省份的土壤理化性質(zhì)差異明顯，如果采用美國(guó)的生物毒性數(shù)據(jù)打分制，某些土壤生物有效性低的省份的土壤毒性數(shù)據(jù)不會(huì)被納入基準(zhǔn)值制訂基礎(chǔ)毒性數(shù)據(jù)的考慮范疇，導(dǎo)致所推導(dǎo)的基準(zhǔn)值較為嚴(yán)格，如果在我國(guó)北方土壤生物有效性低的地區(qū)按照此基準(zhǔn)值參照?qǐng)?zhí)行環(huán)境管理，可能造成“過(guò)保護(hù)”的情況。因此，建議因地制宜，分區(qū)域制訂土壤環(huán)境基準(zhǔn)。如我國(guó)農(nóng)用地標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-2018)采用了分4檔pH(pH<5.5，5.5≤pH<6.5，6.5≤pH<7.5，pH>7.5)分別制訂了我國(guó)的農(nóng)用地土壤篩選值，筆者建議我國(guó)的基準(zhǔn)研究應(yīng)借鑒農(nóng)用地標(biāo)準(zhǔn)的制訂經(jīng)驗(yàn)開展相應(yīng)的基準(zhǔn)研究工作，分區(qū)域進(jìn)行土壤基準(zhǔn)的針對(duì)性研究。

2. 澳大利亞采納本國(guó)不同團(tuán)隊(duì)開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛嬖谝欢ǖ南拗菩院筒淮_定性。

澳大利亞在其生態(tài)調(diào)查值制訂過(guò)程中，采用了本國(guó)研發(fā)團(tuán)隊(duì)所開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停{入了對(duì)土壤理化性質(zhì)制訂不唯一的生態(tài)調(diào)查值(EILs)，其方法值得我國(guó)學(xué)者參考與借鑒。但其模型涵蓋的生物物種相對(duì)有限，導(dǎo)致生物毒性數(shù)據(jù)使用模型的歸一化后結(jié)果存在一定的不確定性；使用包含土壤理化參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，模型本身存在一定的不確定因素。使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行生物毒性數(shù)據(jù)校正，可能與實(shí)際土壤生物毒性試驗(yàn)結(jié)果有所偏差，高估或者低估化學(xué)物質(zhì)在不同土壤中的毒性，建議對(duì)不同開發(fā)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行科學(xué)的甄別與采用。

3. 建議我國(guó)針對(duì)本國(guó)的土壤生物毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，形成共享數(shù)據(jù)平臺(tái)，為土壤基準(zhǔn)研究提供高質(zhì)量的基礎(chǔ)生物毒性數(shù)據(jù)。

我國(guó)針對(duì)土壤生態(tài)毒理已開展了大量基礎(chǔ)科研工作，相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)內(nèi)外期刊，可在中國(guó)知網(wǎng)、Web of Science等國(guó)內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查閱。建議我國(guó)參考ECOTOX的數(shù)據(jù)收錄方法整理我國(guó)已發(fā)表的陸生生物毒性數(shù)據(jù)，對(duì)我國(guó)的土壤生物毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等數(shù)據(jù)處理技術(shù)建立中國(guó)生態(tài)毒性數(shù)據(jù)平臺(tái)，為我國(guó)土壤基準(zhǔn)研究提供高質(zhì)量的土壤基礎(chǔ)生物毒性數(shù)據(jù)支持。