我国耕地重金属污染比例【耕地土壤重金属污染评价技术研究】

我国耕地重金属污染比例【耕地土壤重金属污染评价技术研究】 年月 首届全国农业环境科学学术研讨会论文集 耕地土壤重金属污染评价技术研究 以土壤中铅和镉污染为例 刘凤枝，师荣光，徐亚平，蔡彦明，刘赵玉杰，郑向群 （农业部环境监测总站，天津） 铭，战新华，王跃华，刘保锋， 摘要：本研究提出了将耕地土壤重金属污染评价分为累积性污染评价和农产品产地土壤环境质量适宜性评价丽类。以土壤重金属全量测定值与土壤重金属背景的比值反映土壤累积性污染状况，而以土壤中重金属有效态测定值与土壤中重金属有效态临界值的比值作为评价农产品产地土壤环境质量适宜性的方法。并制定了耕地土壤重金属污染监测与评价技术规程，给出了以盆栽实验为基础，小区实验进行验证，以国家食品卫生标准限量值为依据，确定土壤重金属有效态￥界值的方法，并将其制定成为耕地土壤重金属临界值制定技术规范。与目前采用国家土壤环境质量标准的评价方法相比，本方法可以更好地反映土壤重金属污染与作物町食部分重金属含量的关系和农产品产地土壤环境质量对种植作物的适宜性。该方法的建立，将对农产品质量安全法的实施和我国目前推行的农业标准化生产奠定基础。关键词：农产品产地；土壤环境；适宜性评价；重金属有效态 ； ； ； （ 。，） ： ， ， ， ， “ ： ； 农产品产地土壤环境质量直接关系到农产品的产量和安全质量，因耕地土壤重金属污染带来的农产 品安全和与其相关的土壤环境质量评价研究越来越引起人们的关注和重视【旬】。年农业部启动了无公害食品行动计划，把无公害农产品生产基地的环境质量评价作为无公害农产品生产基地建设的必要条件。然而，当前多以国家土壤环境质量标准（）为评价依据，采用单项污染指数法或 基金项目：科技部重要技术标准研究专项“农产品产地环境控制与安全技 术标准研究”。编号 作者简介：刘风枝，女，农业部环境监测总站常务副站长，研究方向为农 业环境监测技术、农产品产地环境质量控制、城市再生水农业回用技术等。 首届令国农业环境科学学术研讨会论文集年月 综合污染指数法计算的评价结果来判定农产品产地 土壤环境质量的好坏和受污染的程度卜。但由于我国幅员辽阔，土壤种类众多， 种植作物品种差异很大。因此，全国制定统一的土壤 中重金属含量限量值，作为评价农产品产地土壤中重 金属污染的标准往往产生较大的误差。 鉴于耕地土壤重金属污染现状及其在农产品产地土壤环境质量评价中存在的种种问题，科技部在“十五”国家科技攻关项目中设立了重要技术标准研究专项：“农产品产地环境控制与安全技术标准研究”课题。本研究就是基于此课题，在归纳了前人研究工作的基础上，对我国种典型的重金属污染土 壤，种作物种类，通过盆栽和田间小区实验，以及 大量的大田污染调查，对土壤中重金属在不同土壤类型、不同作物种类中，对农产品的污染规律进行了研究，提出了用土壤中重金属有效态来评价农产品产地土壤环境质量对种植作物适宜性的评价方法，并建立了一套适合我国国情的监测、评价体系，作为我国农产品产地土壤环境质量适宜性评价的依据。 我国土壤中重金属污染评价的主要方法 以土壤重金属背景值为标准的污染评价 我国早在年代就开始了土壤背景值的调查研究工作，在国家环保总局、农业部、中科院以及大专院校等多家科研、教学单位的共同努力下，年代中期完成了我国各省（自治区、直辖市）主要土壤类型的背景值调查工作，版了中国土壤元素背景值和中华人民 _土壤环境背景值图集 为我国土壤污染评价奠定了基础。近年来，进一步开 展了土壤重金属背景值的调查和土壤环境容量研究，并取得了一定的研究成果。如夏增禄陋首次制定了我国主要土类的、四种重金属元素的土壤临界含量；陈慧选等开展了以太原市南郊为单位，以土属为单元的种重金属元素背景值分布特征的研究，将土壤背景值的研究工作推进了更为深入的阶段。 然而，以土壤背景值为标准对土壤重金属污染进行评价，仅是相对于背景水平的一种比较意义上的评价，虽然在单一污染物评价时能够说明污染物是否增多的状况，以及相对于背景增大的程度，也能够比较不同污染物间相对增大的程度。但由于背景值缺少环 境和生态意义，并不能真正体现污染程度对于农作物 的产量和安全质量造成危害的程度和水平。另一方 面，据一些科学工作者对土壤重金属元素背景值及土 壤重金属生物影响临界值的研究表明，不同地区、不同元素间的背景值与临界值之比值并不相同，有的甚至相差极大闱。因此如果只用背景值作为标尺去衡量 土壤环境质量的好坏，尤其是在进行农产品产地土壤 环境质量的适宜性评价时很可能会得出一些混乱和 错误的结论。 以国家土壤环境质量标准为依据的土壤重 金属污染评价 我国于年颁布了中华人民 _土壤环 境质量标准（），该标准根据土壤应 用功能和保护目标将土壤环境质量分为三类，同时进 行了三级标准的划分。这一标准的颁布实施无疑为我 国土壤污染的分级提供了新的依据。国内一些学者以土壤环境质量标准为依据开展了相应的土壤污染 分级评价的研究工作。如吴志峰等根据国家土壤 环境质量标准的二级标准对广州长虹苗圃土壤环境 质量进行了分析，得出了相应的评价结果。 但由于我国幅员辽阔，土壤种类众多，种植作物品种差异很大，土壤类型、作物品种、土壤值、阳离子代换量以及气候条件、有机值含量等众多因素均会影响作物对土壤中重金属的吸收。因此，全国制定统一的土壤中重金属含量限量值，作为评价农产品产地土壤中重金属污染的标准往往产生较大的误差， 得出与实际情况不相符合的结论。此外，由于国家土壤环境质量标准给出的仅是土壤中项重金属总量的最高允许含量，只能提供重金属在土壤中潜在储量 的信息，并不能反映土壤中重金属进入植物体有毒离 子的量。而考虑土壤重金属污染对农产品的影响，必须要揭示其有效态含量状况。 以土壤重金属有效态临界值进行土壤环境质量 评价 我国在年代一些科学家就对土壤重金属环境 容量及其临界值进行了研究。如夏增禄砸首次制定了 我国主要土类的、四种重金属元素的土壤临界含量；叶嗣宗”即以土壤的背景值和临界值 为基本参数，将土壤环境质量分成五个级别，对农田 土壤的环境质量进行评价。 总结前人的研究成果，结合目前的工作需要和当前在耕地土壤重金属污染评价中存在的问题，本项目组在土壤重金属有效态评价方面做了大量的研究工 年月 首届全国农业环境科学学术研讨会集 作，提出用重金属有效态临界值作为评价农产品产地环境质量适宜性的依据，建立了土壤重金属有效态的测定规范，形成了一整套耕地土壤重金属污染监测与评价技术体系。 耕地土壤重金属污染监测与评价技术 本研究中，根据不同的需要，将耕地土壤重金属污染评价分为两大类，即耕地土壤累积性污染评价和农产品产地土壤环境质量适宜性评价。 耕地土壤累积性污染评价 累积性污染评价用当地同一种类土壤背景值（或 对照点测定值）作为评价指标值，其用土壤重金属全量（或王水消解液）测定值与当地同一种类土壤背景值（或对照点测定值）比较，以反映耕地土壤累积性污染程度。 比较单一污染物污染程度用单项污染指数法以全面反映各污染物的污染程度，比较多种污染物综合污染程度用综合污染指数法（这里采用内梅罗污染指数法）。 单项污染指数等级划分按表规定进行。综合污染指数等级划分按表规定进行。 表 耕地土壤重金属累积性污染单项污染指数 等级划分标准 表耕地土壤重金属累积性污染综合污染指数 等级划分标准 农产品产地土壤环境质量适宜性评价 农产品产地土壤环境质量适宜性评价用当地与测定值相同土壤类型、同一作物种类的土壤重金属有效态临界值作为评价指标值，以反映土壤污染与作物可食部分污染物含量的关系及农产品产地土壤环境质量对种植作物的适宜性。 其计算公式为： 式中：有栅地土壤中污染物有效态的环境 有效有效有效 质量指数 有效一耕地土壤中污染物有效态的实测值 （） 洧删地土壤中污染物有效态临界值（） 有效表示土壤重金属有效态没有超过土壤的 临界值，土壤未受到该重金属污染；有效表示土壤中该重金属有效态已经超过该类土壤的临界值，土壤已经受到该重金属的污染并可能导致种植的农产品可食部分超标；有效越大表示土壤受重金属污染程度越高，对该种植作物的适宜性就越差。 由于不同种类的农作物对土壤中重金属吸收能力差异很大，为了更好地对农产品产地土壤环境质量 适宜性做出合理地评价，并考虑实际操作中的可能 性，本研究中将农产品分为大田作物和蔬菜作物两大类。在大田作物（水稻、小麦、玉米、大豆、高粱等粮食作物）中，选择对重金属吸收较为敏感、实际调查中污染面积相对较大的水稻作为代表作物，进行重金属有效态临界值的制定；在蔬菜作物中，选择既对 重金属吸收敏感，又普遍种植的大宗蔬菜品种小 白菜作为代表作物品种进行重金属有效态临界值的制定。 根据不同种类农产品对土壤环境质量的要求，以 土壤重金属含量对农作物生长或农产品质量安全所构成威胁的程度，以土壤重金属（提取）有效态 单项污染指数评价结果为依据，将农产品产地土壤环 境质量划分为三个等级。等级划分标准见表所示。 耕地土壤重金属铅和镉的临界值制定 农产品产地土壤环境质量适宜性评价韵标准值， 既是用当地土壤类型、同一种类农产品的重金属有效 态临界值作为产地土壤环境质量适宜性评价的标准 值。由于土壤临界值测定极其复杂，因此本研究制定了菜田（稻田）土壤中有效态镉（铅）临界值制定 首届全国农业环境科学学术研讨会论文集 年月 技术规范以规定盆栽试验和田间小区试验的设计和测定，即通过盆栽实验初步确定菜田（稻田）土壤中有效态铅和镉的临界值，经小区调查验证后形成最终有效态铅和镉的临界值，并用以农产品产地土壤环境质量适宜性评价以确保较敏感的种植作物水稻和小向菜可食用部分中污染物铅和镉不超过规定的食品中污染物限量值。 表农产品产地土壤环境质量等级划分标准 表五区水稻土中重金属和 的临界含量（） 注：临界含最分别根据（：的粮食卫生标准，和的粮食卫生标准；，【汁算。 表五区小白菜土壤中重金属和 的临界含置（） 试验设计盆栽实验 盆栽土壤选择待评价地区的土壤类型，采集接近背景值的试验土壤进行盆栽试验。本研究中，供试土壤辽宁张士、江苏苏州、天津东丽、湖北大冶和广西刁江五个地区，盆栽实验的种植作物选择对重金 属相对敏感的、当地种植量较大的小白菜和水稻。盆 栽实验污染物浓度梯度根据实验地土壤类型和土壤 环境质量普查、例行监测的结果，设计个浓度梯度， 以使临界含量在这个浓度范围之间。同时为避免盆 栽实验的偶然性与不稳定性，盆栽实验每个浓度梯度 设计个平行。临界值确定 根据盆栽实验土壤有效态和作物中重金属的测定结果，拟合土壤中重金属有效态和作物中重金属有效态的相关关系，根据国家食品污染物限量标准分别得出五区水稻和小白菜种植土壤中和的临界含量的相关关系分别见表和表所示。 注：临界含丝分剐根撮的蔬菜【标准和的疏菜卫生标准计算。 小区验证试验 根据前期盆栽的实验结果，在上述五区分别选择污染程度基本均匀一致的蔬菜地和水稻田，土壤和种植作物（小白菜或水稻）同步、同地采集，小区土壤采集。耕作层土壤，每个点位采水稻和小白菜公斤，水稻全株保留，土壤和作物样品统一编号。每个小区取个样品，点位用定位。测定采集德小区土壤和种植作物的重金属有效态含量，对盆栽， 年月首届全国农业环境科学学术研讨会论文集 实验得出的重金属有效态临界值进行验证。五区农产品，境质量适宜性评价标准值确定 根据盆栽实验和五区小区验证试验的分析结果，最终确定五区水稻和小白菜种植土壤的适宜性评价 标准见表所示。 表我国五区耕地土壤适宜性评价标准值 采样地点及铅（班） 镉（）土壤类型水稻 小白菜 水稻 小白菜 辽宁棕壤湖北红壤 广西水稻土天津潮土江苏灰黄泥土 展望 我国是一个耕地资源紧缺的国家，保护耕地早已成为我国的一项基本国策。建立一套较完善的耕地土壤监测与评价体系，随时掌握我国耕地土壤环境质量状况，根据不同的种植需要对其产地环境的适宜性做 出恰当的评价，将有力推动我国农产品质量安全法 的顺利实施，而将农产品产地根据土壤环境质量状况 进行分等分级，这样既能合理有效地使用宝贵的耕地资源，又不会生产出不符合食品卫生标准的农产品。同时还要建立全国耕地土壤环境质量状况平台， 建立长期定位监测点，掌握耕地土壤环境污染状况及 发展趋势，建立预警系统，防患于未然，为政府有关 部门决策服务。 然而，耕地土壤环境质量监测与评价体系的建立，是一项复杂的系统程，要将其补充完善，需要 有很多的研究成果做支撑，还需要做很多的工作。例如： （）对农田土壤环境质量监测技术规范进行修订，以适应耕地土壤的累积性评价和产地土壤环境 质量适宜性评价的需求。 （）需要建立与该评价方法相匹配的检测方法，包括：土壤中重金属有效态的测定方法；土壤中重金属快速消解方法一王水消解液法等。 （）需要制定出其他（除铅、镉）重金属有效态临界值制定的技术规范。 （）需要建立规范的数据统计汇总、传输和成果共享体系。 耕地土壤重金属污染监测和评价体系的建立对 保障土壤污染物有效态临界值制定和耕地土壤污染 评价的科学性和合理性，对保障农田土壤安全性生产、农作物生长不受影响、对保障农产品质量安全和推动农产品质量安全法的实施以及推动农业标准化生产必然有着极其重要和深远的影响。 _： 【赵其国等土壤质量与持续环境土壤，（） 【】，【】 ， ！， ， 【， ， 【】孔德二，唐其展，田忠孝，等南宁市蔬菜基地土壤重金属含量及评价土壤。，（）： 【】吴志峰，文雅，张坚广州市长虹苗圃的土壤质量评价中国园林， 【】夏增禄中国土壤环境容量北京地震出版社，： 【刀陈慧选，吴家华，白增森，等太原市南郊区土壤种重金属元素背景值的研究山西农业科学，（）： 嗍李森照，罗金发，盂维奇，等中国污水灌溉与环境质量控筋气象出版社， 【】王作雷蔡国梁，李玉秀，等土壤重金属污染的非线性可拓综合评 价土壤，（）： 【叶宗等土壤环境质量分级评价上海环境科学，（）： 耕地土壤重金属