DB44T-重金属污染菜地土壤安全利用技术指南编制说明

广东省地方标准重金属污染菜地土壤安全利用技术指南编制说明广东省科学院生态环境与土壤研究所2021年1月

目录一、项目来源二、项目背景、目的与意义（一）项目背景（二）目的与意义三、标准编制原则（一）科学性（二）可行性（三）环境友好四、标准编制过程与内容（一）编制过程（二）内容五、标准关键技术问题及制定依据（一）标准编制的难点与创新点（二）重金属污染钝化技术的选择依据（三）蔬菜吸收重金属生理阻隔技术的选择依据（四）重金属污染菜地蔬菜品种与种类种植的选择依据六、本标准实施的建议《重金属污染菜地土壤安全利用技术指南》编制说明项目来源为开展菜地土壤重金属污染治理工作，全面保障我国蔬菜产地质量安全和耕地资源可持续利用，根据《广东省质监局关于批准下达2016年省地方标准制修订计划项目（第二批）的通知》（粤质监标函〔2017〕106号）的要求，由广东省科学院生态环境与土壤研究所和广州市标准化研究院共同承担该标准编制任务。二、项目背景、目的与意义（一）项目背景2016年5月国务院印发《土壤污染防治行动计划》，明确了“十三五”期间土壤污染防治工作的重点方向和目标任务；其中耕地土壤重金属污染治理是其核心任务。2016年12月，广东省人民政府颁布《广东省土壤污染防治行动计划实施方案》(粤府[2016]145号)；中共广东省省委办公厅与广东省人民政府办公厅共同颁布《广东省打好污染防治攻坚战三年行动计划(2018-2020年)》(粤办发〔2018〕29号)；农业农村部办公厅印发了《轻中度污染耕地安全利用与治理修复推荐技术名录(2019年版)》；2019年11月，广东省农业农村厅与生态环境厅共同颁布《广东省受污染耕地安全利用总体方案》(粤农农[2019]440号)与《广东省受污染耕地类别划分工作方案》(粤农农[2019]442号)。然而，我国菜地土壤重金属污染治理尚处于起步阶段，广东省菜地土壤重金属污染治理的地方标准尚属空白，缺乏关于重金属污染菜地土壤安全利用技术的技术指导。因此，经过协调广东省农业农村厅、广东省环境保护厅、广东省科学院等有关部门，在国家十三五重大研发计划项目“农田重金属污染阻隔和钝化技术与材料研发”的支持下，2017年9月,广东省市场监督管理局批准了广东省科学院生态环境与土壤研究所承担《中轻度重金属污染耕地安全利用效果评价技术导则》等12项广东省地方标准的编制。原计划完成时间为2018年1月。经过2020年初的沟通，将标准名称调整为《中轻度镉、铅、铬污染稻田安全利用技术指南》。（二）目的与意义安全利用具有低成本、高效率、环境友好的特点，是实现我国区域性耕地土壤重金属治理的首选策略。然而，大面积的污染耕地安全利用，国际上没有先例，我国也处于技术探索阶段，技术难度大。我国蔬菜重金属超标率较高的镉、砷、铅、汞、铬重金属元素的地球化学行为具有各自的独特性。通过本标准的实施可以：（1）为评判一定区域内菜地土壤面临的重金属污染的生态风险与健康风险和可能带来的农产品安全影响提供技术支撑；（2）为确定一定区域内菜地重金属污染风险消减和控制的优先等级划分，以及推荐合适的污染修复治理技术提供技术支撑；（3）对菜地土壤污染修复治理和治理后效果评价进行规范。因此，编制本技术规范是十分必要的，可为生态环境、农业农村、自然资源等领域的行政与技术管理，以及土壤环保行业提供技术支持。三、标准编制原则（一）科学性本指南主要针对广东省菜地土壤镉、砷、铅、汞、铬等重金属污染状况以及广东省土壤及其地球化学特征进行编制的。其目的是围绕实现重金属污染蔬菜农产品重金属含量达标或者污染风险得到有效控制。（二）可行性本指南主要是区域性菜地重金属污染治理实践提供技术指导，使用对象主要为广东省环境保护行业、农业农村行业的技术部门、管理部门、相关企事业单位。制定的重金属污染菜地土壤安全利用技术方案要合理可行，要在前期工作基础上，针对菜地土壤重金属污染状况，合理选择安全利用技术，因地制宜制定技术方案，使安全利用过程切实可行、目标可达。（三）环境友好制定的重金属污染菜地土壤安全利用技术指南对土壤无明显破坏性、不明显降低技术实施后蔬菜产量和品质(产量降低幅度小于5%)；确保技术实施安全，既要防止安全利用实施工程对施工人员、农业生产人员、周边人群产生危害，也要预防可能带来的次生环境风险。四、标准编制过程与内容（一）编制过程本标准立项获批后，广东省科学院生态环境与土壤研究所联合了农业农村部农业生态与资源保护总站、佛山市环境保护投资有限公司、广州市标准化研究院、中国科学院生态环境研究中心，于2017年10月成立了系列标准起草小组。根据《中华人民共和国标准化法》、《广东省地方标准管理办法》等的要求，按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定，参考相关国家和行业标准并结合实际情况制定了该标准。各阶段基本工作情况如下：（1）2017年10月，在前期文献查阅和初步调研的基础上，起草小组进行了技术论证和技术内容探讨，确定了本标准的制定原则、制定计划、基本框架和基本内容，编制初稿。（2）2017年11月，起草小组按照GB/T1.1的要求，对规范进行整理和修改，并形成规范的征求意见稿。（3）征求意见稿出台前，2019年至今，已应用于广州南沙等地重金属污染菜地治理方案编制的实践工作，取得了良好效果。（4）2018年1月，广东省技术质量监督局组织专家在广州市召开了论证会，中科院南京土壤所、农业部农业技术推广中心、中国农科院、华南理工大学、华南农业大学等单位专家对征求意见稿进行了论证，认为标准文本总体已比较成熟，建议向相关行业和单位进一步征求意见，按程序报批。（5）2018年12月，组织了华南理工大学、南京农业大学、湖南省农业科学院、中科院城市环境研究所、中科院亚热带农业生态研究所、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所等单位专家，研讨标准文本如何加强与土壤污染防治法的结合。（6）2019年12月，组织了华南农业大学、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、广东省农业科学院、华中农业大学、广西大学、广东省农业环境与能源总站的专家，研讨标准文本如何与菜地土壤土壤重金属污染防治的实际工作紧密结合，加强文本的可操作性与技术指导意义。（7）2020年2月，本标准编制工作得到广东省重点领域研发计划项目“重金属污染农田安全利用关键技术及应用”支持，经过反复沟通，将标准名称调整为《中轻度镉、铅、铬污染稻田安全利用技术指南》。（8）2020年12月，向社会各界进行公开征求意见。根据征求意见反馈情况，发出征求意见稿的单位16个，收到回函的单位16个，其中回函并提出意见的单位16个；提出意见共计109条，其中采纳和部分采纳83条，不采纳26条。采纳的意见已在标准中进行了相应修改，不采纳的意见已注明理由并与提出意见单位进行了沟通且达成一致，不存在重大分歧意见和争议。（9）编写组根据征求意见、专家讨论意见和实际情况与国家有关政策，进行了进一步的修改与完善，并整理形成标准送审稿，按规定程序报省市场监管局标准化处组织专家审定。（10）2021年1月，受广东省市场监督管理局委托，广东省标准化研究院在广州主持召开了标准审定会。专家组听取了起草单位关于标准起草过程及技术要点的介绍，对标准文本及相关资料进行了审查及质询，一致同意该标准通过审定，并建议将原立项标准名称修改为《重金属污染菜地土壤安全利用技术指南》，形成了审定意见。编制组根据专家组提出的审定意见进行了修改并最终形成了报批稿。（二）内容本标准从多个方面规定了《重金属污染菜地土壤安全利用技术指南》的内容和要求。范围本文件规定了重金属污染菜地土壤安全利用的技术实施流程、目标确定、技术选择原则、污染菜地安全利用技术、技术方案编制、工程实施与过程管理、效果评估和编制总结报告的要求。本文件适用于重金属污染菜地土壤安全利用筛选与实施，涉及的重金属元素包括镉、铅、汞、铬，以及类金属砷，不适用于放射性重金属污染菜地土壤的安全利用。2、规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB2762食品安全国家标准食品中污染物限量GB5084农田灌溉水质标准GB15618土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）GB/T36783种植根茎类蔬菜的旱地土壤镉、铅、铬、汞、砷安全阈值NY/T3443石灰质改良酸化土壤技术规范DB44/T2263.1耕地土壤重金属污染风险管控与修复总则DB44/T2263.2耕地土壤重金属污染风险管控与修复风险评价DB44/T2263.3耕地土壤重金属污染风险管控与修复安全利用技术DB44/T2264稻田土壤镉、砷污染生理阻隔技术规范DB44/TXXX耕地土壤重金属污染钝化调理技术指南3、术语和定义对本标准条款中用到的专业术语进行定义。4、技术实施流程规定重金属污染菜地安全利用技术的工作程序。安全利用目标确定规定收集基础资料，确认菜地土壤污染特征、蔬菜种类或品种、重金属累积特性、安全利用区域边界等，合理提出目标区域的安全利用率目标值。安全利用技术选择原则规定不同风险等级的菜地土壤区域的安全利用技术的选择，技术组合的原则。镉污染菜地安全利用技术规定了安全利用类镉污染菜地四个风险等级，即II1、II2、III1、III2以及复合污染的安全利用技术。铅污染菜地安全利用技术规定了安全利用类铅污染菜地四个风险等级，即II1、II2、III1、III2以及复合污染的安全利用技术。汞污染菜地安全利用技术规定了安全利用类汞污染菜地四个风险等级，即II1、II2、III1、III2以及复合污染的安全利用技术。砷污染菜地安全利用技术规定了安全利用类砷污染菜地四个风险等级，即II1、II2、III1、III2以及复合污染的安全利用技术。铬污染菜地安全利用技术规定了安全利用类铬污染菜地四个风险等级，即II1、II2、III1、III2以及复合污染的安全利用技术。安全利用技术方案编制规定安全利用技术方案的编制要求。工程实施过程管理规定工程实施过程管理要求。安全利用效果评估规定了安全利用效果评估要求。编制总结报告规定了安全利用总结报告的编制要求。标准关键技术问题及制定依据（一）标准编制的难点与创新点本标准的主要技术难点是：如何确定不同重金属污染类型菜地土壤的安全利用的内涵。本标准规定的安全利用技术内涵是指安全利用类重金属污染菜地在不影响稻米种植、生产的前提下，通过土壤重金属钝化调理、水稻生理阻隔、农艺措施调控、低积累种类或品种替代种植等技术措施实施后，生产的蔬菜重金属含量低于《食品安全国家标准食物中污染物限量》(GB2762)规定限值；或者在区域上蔬菜达标率达到设定目标值。本标准所规定的治理措施不包括改变食用类作物种植结构的措施，如改种花卉林木、退耕还林还草等。针对重度污染菜地，具体技术细节请参考《重金属重度污染耕地风险管控与治理修复技术指南》。本标准的主要创新点：针对镉、铅、汞、砷、铬五种重（类）金属元素及其不同污染风险等级，分别规范了具有针对性的安全利用策略选择。本标准主要适合菜地土壤的安全利用。（二）重金属污染钝化技术的选择依据化学钝化修复是向土壤中添加钝化剂，通过吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原等一系列反应降低重金属污染物的移动性与生物可利用性。针对镉、铅、汞等主要以阳离子态存在，菜地土壤体系尤其酸性土壤易导致这些重金属离子的移动性提高。因此，基于金属氧化物的溶度积的相关参数(表D.1)，通过施加石灰质提高土壤pH，可以促进这些重金属水解、沉淀。 表D.1金属氧化物的溶度积氢氧化物KsppKsp氢氧化物KsppKspAg(OH)1.6×10-87.80Fe(OH)33.2×10-3837.50Ba(OH)25.0×10-32.3Mg(OH)21.8×10-1110.74Ca(OH)25.5×10-65.26Mn(OH)21.1×10-1312.96Al(OH)21.3×10-3332.9Hg(OH)24.8×10-2625.32Cd(OH)22.2×10-1413.66Ni(OH)22.0×10-1514.70Co(OH)21.6×10-1514.80Pb(OH)21.2×10-1514.93Cr(OH)36.3×10-3130.2Th(OH)44.0×10-4544.4Cu(OH)25.0×10-2019.30Ti(OH)31.0×10-4040Fe(OH)21.0×10-1515.0Zn(OH)27.1×10-1817.15土壤有机碳、阳离子代换量(CEC)等性质反映了土壤对阳离子态重金属吸附固定能力。其中，大分子腐殖质（如腐殖酸钾）、生物质炭表面含有丰富的羟基、羧基等阴离子官能团，具有很强的表面配位作用。如镉与泥炭的表面配位的稳定常数lgK=4.6，汞则达到了18.3。相关研究表明，作物积累镉、铅等阳离子态重金属与土壤有机碳含量具有显著负相关。因此，添加土壤大分子有机质、生物质碳可有效提高固定阳离子态重金属。与此同时，如表D.2所示，蒙脱石、蛭石、云母等酸盐态矿物具有良好的比表面积，CEC容量大，活性高，对阳离子的固定能力强。根据GB/T36783，土壤CEC含量是影响土壤铅活性的重要的指标，与其具有负相关性。因此，针对铅、汞等重金属在土壤中的固定，高活性的酸盐态矿物是一种有效的钝化剂材料。表D.2酸盐类矿物比表面积和CEC等性质粘土矿物类型化学分子式CEC(cmol/kg)比表面积(×103m2/kg)pH依变电荷胶体活性高岭石1:1Al2Si2O5(OH)43-1510-20大范围低蒙脱石2:1Nax[(Al2xMgx)Si4O10(OH)2]60-100600-800小范围极大蛭石2:1Nax[Mg3(Si4-xAlx)O10(OH)2]1200-1500600-800小范围高云母2:1Kx[Al2(Si4-xAlx)O10(OH)2]200-40070-120中等中等绿泥石2:1:1[AlMg2(OH)6][Mg3(Si4-xAlx)O10(OH)2]200-40070-160大范围中等水铝英石-SixAly(OH)4x+3y100-15070-300大范围中等海泡石-(Si12)(Mg8)O30(OH)4(OH2)4·8H2O20-45>150小范围伊利石2:1KAl2[(Al,Si)Si3O10](OH)2·nH2O10-4065-180多水高岭石-Al4[Si4O10](OH)8·4H2O40-5010-45凹凸棒石2:1Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O2-20>150同一类型的土壤胶体对重金属阳离子的吸附：阳离子价态越高，越容易被胶体吸附；具有相同价态的阳离子，离子半径越大，越容易被土壤胶体所吸附。（三）蔬菜吸收重金属生理阻隔技术的选择依据目前，关于基于营养元素的生理阻隔剂调控蔬菜积累重金属的研究较少。基于前期《广州市典型菜地土壤重金属污染修复与综合治理技术示范项目》两年多的修复试验工作，获得了初步的关于叶面阻隔技术在重金属污染的蔬菜菜地安全生产方面的支撑结果。在茄果类蔬菜的试验中，项目对照区茄子的Vc含量约35.3mg/kg，降镉灵处理区茄子Vc含量约37.6mg/kg，喷喷富处理区茄子Vc含量约38.2mg/kg，分别比对照区提高了6.5%和8.2%；同样地，两种生理阻隔剂处理区茄子可溶性糖含量也显著增加，分别比对照区增加了13.4%和22.7%，表明，纳米硅溶胶和硅硒复合溶胶两种叶面阻隔剂均可有效提升供试茄子的品质。叶面阻隔剂处理区茄子的Cd、Pb、Cr、As4种重金属含量均显著下降。对照区茄子Cd含量约0.054mg/kg，超出了国家食品卫生标准Cd限量值（0.05mg/kg），喷施硅基生理阻隔剂后茄子的重金属Cd含量比对照组下降了40.7%，喷施硅-硒复合生理阻隔剂处理后，茄子的Cd含量下降到0.030mg/kg，与对照相比下降了44.4%；喷施硅基生理阻隔剂试验区茄子的Pb、Cr、As含量分别比对照下降了38.5%、28.6%、83.3%，喷施硅-硒复合生理阻隔剂试验区茄子的Pb、Cr、As含量分别比对照下降了38.5%、37.1%、58.3%，两种阻隔剂抑制茄子重金属吸收的效果均非常显著。通过进一步对其他茄果类以及瓜类，如丝瓜、黄瓜、苦瓜、辣椒、番茄、茄子等多种蔬菜作物的验证和推广试验，项目结果表明，硅基叶面阻隔剂都可以有效降低蔬菜可食用部位的重金属含量，可以有效控制蔬菜重金属污染风险，提高了蔬菜的安全食用率。（四）重金属污染菜地蔬菜品种与种类种植的选择依据(1）蔬菜种类种植的选择依据蔬菜种类主要包括叶菜类、茄果类、豆类、瓜类以及根茎类。根据前期收集的广东省不同区域菜地土壤和不同蔬菜的物种重金属含量的数据，并按上述五类蔬菜进行分类，获得了广东境内不同蔬菜种类对不同重金属富集系数（bioconcentrationfactor；BCF）。此外，鉴于GB2762规定的不同蔬菜种类的重金属限量值均不同，将统计获得的不同种类蔬菜的BCF均值作进一步归一化处理，得到：BCF(i,j)归一化=BCF(i,j)/C(i,j)(1)其中，i为重金属类别，j为蔬菜种类；C(i,j)为j类蔬菜对重金属i的限量值(mg/kg)。基于表D.3可知，广东省内不同蔬菜种类对重金属积累系数相对于其国家标准来说，其种植优先顺序如下：Cr:叶菜类=瓜类>根茎类>茄果类>豆类；Pb：叶菜类>根茎类>豆类=瓜类>茄果类；Cd:叶菜类>豆类>根茎类=瓜类>茄果类；As：瓜类>豆类=叶菜类=茄果类>根茎类；Hg：叶菜类=瓜类>根茎类>豆类>茄果类。表D.3广东省不同蔬菜种类的重金属积累与超标风险表BCF(i,j)CrPbCdAsHg叶菜类0.0070.0040.6500.0060.57茄果类0.020.0222.8420.0062.13豆类0.030.0111.5260.0051.26瓜类0.0070.0121.9440.0030