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德国农用地土壤污染触发值和行动值制定经验及启示

来源:环保部对外合作中心 环保技术国际交流合作部 点击:   2018-01-04 10:04:01

文章在分析德国土壤污染限值标准、相关政策法规及其有关科研成果基础上,梳理了德国农用地土壤污染触发值和行动值的制定原则、技术方法,并提出了以风险管控为基础,重点保护农产品质量安全;稳步推进,加强农用地土壤污染风险管控标准的基础研究;与土壤详查工作做好衔接,建立完善统一的农用地土壤污染风险管控数据库;推动协调配合,加大相关部门分工协作力度等相关工作建议。以期为我国农用地土壤污染风险管控标准制定和实施提供参考和借鉴。

德国于1998年3月17日颁布了《联邦土壤保护法》,1999年配套生效了《联邦土壤保护和污染地块条例》,建立了土壤污染风险评估和治理修复的统一方法和标准,是世界上较早颁布土壤保护法案的国家之一。经过长期发展和完善,德国在农用地土壤污染限值标准制定和应用方面积累了丰富的实践经验。自1995年颁布土壤环境质量标准以来,我国在农用地土壤污染风险管控和标准法规制度方面的工作相对滞后。借鉴德国在农用地土壤污染限值标准制定和实施方面的经验,有助于推进我国相关工作有序开展。

德国土壤污染触发值和行动值

德国《联邦土壤保护和污染地块条例》详细规定了预防值、触发值、行动值三类土壤污染限值标准,并明确规定了每年的土壤污染负荷。由于触发值和行动值对于德国农用地土壤污染风险管控具有重要意义,本文主要围绕德国土壤污染触发值和行动值进行分析。

限值的构成

预防值、触发值、行动值这三类土壤污染物限值的作用明确。超过预防值意味着未来有可能产生土壤污染问题;超过触发值则需启动调查评估程序以判断该土壤污染是否存在风险;超过行动值则意味着风险影响人类健康或环境,应当采取行动消除风险。

此外,德国还建立了年土壤污染负荷清单,限定了土壤作为受纳体和在一年中通过所有途径消纳的污染物的种类和数量。

触发值和行动值制定基本原则

一是考虑场地用途。由于特定场地的触发值和行动值均与场地的用途密切相关,因此应考虑场地的实际用途以及未来用途,再合理判断场地是否存在风险并以此制定限值。

二是简化暴露途径。触发值和行动值是基于风险而制定的,如果在估算某种污染物的暴露风险时把理论上所有可能的暴露途径都考虑进来,则会产生相当大的不确定性,导致评估结果有失偏颇。因此,在制定触发值和行动值时应适当简化暴露评估范围,选择特点鲜明、简单明了的暴露途径为代表,比如以儿童在户外活动中通过口腔摄取土壤污染物作为评估途径。

三是考虑生物有效性。在综合条件许可的情况下,行动值应该依据污染物的生物有效性浓度来制定,从而反应实际中最坏的暴露情景。

四是土壤样品采集方法、分析测试方法,应与土壤污染物限值制定方法相互匹配,并在标准中予以明确和详细说明。

五是对于未制定触发值或者行动值的污染物,应采用标准中规定的相同的推导方法对污染物进行评估。

触发值和行动值应用范围

农用地土壤触发值和行动值主要用于评价可耕作层土壤污染状况,即0—30cm深度的农田和菜园用地,以及0—10cm深度的草场土壤污染状况。对于更深的土壤,其相应标准限值应在原有基础上扩大1.5倍。

触发值和行动值制定目标

德国在制定土壤触发值、行动值以及预防值时,以保护人体健康为主要目标,兼顾保护农产品质量安全。主要考虑“土壤—人类”直接接触、“土壤—作物”接触及转移、土壤—地下水”淋溶3种暴露途径。在用地类型上涵盖了农用地、儿童游乐场地、住宅用地、公园和娱乐用地、工业和商业用地等用地类型。

触发值和行动值的重点污染物指标

德国针对“土壤—人类”直接接触途径,结合地块用途选择以下污染物:砷、铅、镉、氰化物、铬、镍、汞、阿尔德林、苯并芘、DDT 、六氯苯、六氯化苯(HCH 混合物或 HCH)、五氯苯酚、多氯联苯、二噁英/呋喃。

针对“土壤—作物”接触、转移途径,结合不同的场景选择以下污染物:砷、镉、铅、汞、铊、苯并芘,主要针对需要考察作物质量的农业区域或者菜园;砷、铅、镉、铜、镍、汞、铊、多氯联苯,主要针对需要考察作物质量的草场;砷、铜、镍、锌,主要针对存在作物生长障碍的农业区域。

德国农用地土壤污染触发值和行动值制定方法

暴露情景假设

结合作物的种植规模来区分3种不同的暴露场景:一是商品化粮食种植地及菜园中的作物;二是商品化草场和菜园产出的饲料作物;三是家庭果/菜园的自产水果和蔬菜。考虑两种暴露途径:一是内部吸收,即土壤中污染物经由作物根系吸收并运输到作物体内的重金属污染物;二是外部沾染,即作物被受污染的土壤沾染。

限值推导方法

根据农产品、饲料质量安全标准,确定作物可允许的污染物浓度最大值,以此反推土壤污染物浓度最大值。具体来说,即建立“土壤—作物”污染物浓度回归方程,确定二者污染物浓度相关性高低:对于高相关性的污染物,采用考察不同置信区间内样品的检出浓度的超标倍数作为限值制定参考;对于低相关性的重金属污染物,在上述方法的基础上加大可允许浓度的上限来制定限值;最后综合判断所推导的土壤污染物最大值的合理性,将确定的结果定义为触发值或行动值。

分析测试方法

德国农用地土壤污染物分析测试有两种方法,一是使用稀释后的盐溶液提取,例如根据DIN19730[4]使用硝酸铵提取重金属有效态(硝酸铵法),测定经由作物根系吸收的土壤重金属成分、含量。二是根据DIN38414[5]第7部分使用王水提取(王水法),结合土壤pH值、有机碳、黏土成分等参数,间接评估土壤中与系统吸收相关的重金属含量。

通常情况下,上述两种重金属提取方法受重金属、作物种类和提取部位等条件影响,结果存在较大差别,需要针对不同暴露场景选择不同提取方法。对于商业种植和家庭种植,采用硝酸铵法较为合适和经济。对于草场,考虑到污染土壤经由饲料被动物直接摄取的情况,采用王水法测试重金属含量比用硝酸铵法更有意义。

“土壤—作物”重金属迁移数据库

为了建立土壤和作物之间重金属迁移关系,德国联邦环境部建立了“TRANSFER”数据库,包含从大约120种不同作物类型、部位,以及各种土壤提取物质的组合中得出的32万对土壤、作物重金属浓度数据。该数据库仅评估实际发生的土壤/作物数据,删除了盆栽试验数据、重金属盐应用测试等人工干预条件下获得的数据结果。

数据库将每对数据中的土壤重金属浓度作为自变量,作物重金属浓度(干重)作为因变量,进行统计学分析。对于给定的作物可允许最大重金属浓度,反向推算出重金属在土壤中的浓度水平,并反推出20%、50%、或80%的作物可能超过的可允许最大重金属浓度。

农用地土壤污染触发值和行动值的推导

德国农用地土壤污染触发值和行动值采用同样的推导方法制定。本文以德国制定的小麦种植地土壤镉(Cd)污染行动值为40mg/kg的推导方法为例。当土壤中镉浓度高于40mg/kg时,“TRANSFER”数据库中所有相关小麦样本浓度都大于ZEBS值,其中91%的小麦样本浓度大于ZEBS值的两倍;仅仅9%的小麦样本浓度在ZEBS值和ZEBS值的两倍之间。当土壤中镉浓度低于40mg/kg时,有25%的小麦样本浓度大于ZEBS值,20%的小麦样本浓度大于ZEBS值的两倍。因此选定以40mg/kg为小麦的行动值。然而,需要注意的是土壤镉浓度低于40 mg/kg时,也可能有风险,需要进一步谨慎评估。

我国农用地土壤污染风险管控标准的定位和保护目标

我国农用地土壤污染状况

根据2014年全国土壤污染状况调查公报,全国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出。工矿业、农业等人为活动以及土壤环境背景值高是造成土壤污染或超标的主要原因。全国土壤总的点位超标率为16.1%,耕地土壤点位超标率为19.4%。其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为 13.7%、2.8%、1.8%和 1.1%,主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。

我国农用地土壤污染标准起草过程

自2006年起,环境保护部启动《土壤环境质量标准》制订工作,前后历经10年多次开展不同层次和范围的征求意见。2016年5月28日,国务院发布《土壤污染防治行动计划》(以下简称《土十条》),对农用地土壤污染防治工作目标和任务提出了新要求。环境保护部根据《土十条》的要求,进一步对《农用地土壤环境质量标准(征求意见稿)》进行了修订完善。经反复研究讨论,多次召开专家研讨会听取意见,形成《农用地土壤污染风险管控标准》。

我国农用地土壤污染风险管控标准的定位和保护目标

根据《土十条》要求,我国现阶段农用地土壤污染防治工作的目标和任务是确保农产品质量安全;实施农用地分类管理,按照农用地土壤污染程度,结合农产品协同监测情况,将农用地划分为优先保护类、安全利用类、严格管控类。

为落实上述要求,我国《农用地土壤污染风险管控标准》以保护食用农产品质量安全为主,兼顾保护农作物生长和土壤生态的需要,确定了两级标准:风险筛选值和风险管制值。当土壤中污染物低于风险筛选值时,农产品超标等风险很低,可以忽略,该农用地原则上可以划为优先保护类。当土壤中污染物高于风险管制值时,农产品超标风险很高,且难以通过农艺调控、替代种植等措施降低超标风险,该农用地原则上可以划为严格管控类。介于筛选值和管制值之间的,农产品存在超标风险,具体需要通过结合农产品质量协同调查确定,一般可通过农艺调控、替代种植等措施达到安全利用。

德国农用地土壤污染限值标准制定对我国的启示

在历史上,我国农用地土壤限值的制定一直采用“一刀切”的方式来执行。这种方式在早期我国土壤环境管理能力薄弱、社会公众不甚重视的情况下是可以维系的。然而随着我国土壤环境管理能力的提升和社会公众的关注,原有的“一刀切”式标准显然不符合我国农用地土壤环境复杂多变、各地污染情况轻重不一这样的事实[6]。因此,德国农用地“土壤—作物”暴露途径在概念和范畴上契合我国当前制定农用地土壤污染风险管控标准的需求,因此其农用地土壤污染物限值的推导方法对我国农用地土壤污染风险管控标准的制定具有较高的参考价值。

以风险管控为基础,重点保护农产品质量安全

土壤污染风险管控标准的制定要基于风险管控的核心思想,通过适当简化暴露评估范围,选择特点鲜明、简单明了的暴露途径为代表,尽可能降低风险评估结果的不确定性。在综合条件许可的情况下,充分考虑土壤–农作物系统重金属等污染物的生物有效性影响,评估作物实际生长时的最坏暴露情景,明确以农产品质量安全为主要保护目标。

稳步推进,加强农用地土壤污染风险管控标准的基础研究

制定完善农用地土壤污染风险管控标准研究中长期发展路线图,建设一批基础研究实验室和试验平台[7],充分做好土壤–农作物系统生态毒理学、生物有效性等研究,为我国土壤环境质量标准体系的完善奠定科学基础。

与土壤详查工作做好衔接,建立完善统一的农用地土壤污染风险管控数据库

充分利用目前正在开展的全国土壤污染状况详查工作,推动农用地土壤及农产品样品采集、流转、制备、保存及分析测试等各环节技术的统一衔接,加大对大田土壤及农产品污染状况调查数据的收集和整理力度,建立完善统一的全国农用地土壤污染风险管控数据库,为我国土壤环境质量标准体系的完善奠定数据基础。

推动协调配合,加大相关部门分工协作力度

建议加强与国土资源部、农业部、卫生计生委及水利部等部门的分工协作,推动各部门加大农用地土壤污染风险管控相关政策、标准的支持力度,如进一步完善我国食品中污染物限量标准等。

文章来源:环保部对外合作中心 环保技术国际交流合作部
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