國內(nèi)外土壤環(huán)境背景值應(yīng)用現(xiàn)狀分析及對策建議

吳運(yùn)金 ^1,2 ，周 艷 ^1,2 ，楊敏 ^1,2 ，王薦 ^1,2 ，龍濤 ^1,2 ，

尹愛經(jīng) ^1,2 ，李 群 ^1,2①

( 1. 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042; 2. 國家環(huán)境保護(hù)土壤環(huán)境管理與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210042)

摘要

前言

加拿大安大略省環(huán)境保護(hù)法 XV．1 部分和安大略省條例 153 /04規(guī)定，場地污染物含量如果低于土 壤、地下水和沉積物標(biāo)準(zhǔn) ( Soil，Groundwater and Sediment Quality Criteria in Ontario) 或者低于基于風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，則可以向環(huán)境場地注冊處提交場地狀況記錄( record of site condition，RSC) 以備案［25］。其中土壤、地下水和沉積物標(biāo)準(zhǔn)包括全深度背景場地條件標(biāo)準(zhǔn)( Full Depth Background Site Con- dition Standards) 和基于效果的通用標(biāo)準(zhǔn)。全深度背景場地條件標(biāo)準(zhǔn)為區(qū)域尺度土壤背景值，是根據(jù)安大略 省 特 定 土 地 用 途 的 典 型 土 壤 濃 度 范 圍 值( ontario typical range，OTR) 推導(dǎo)出來的背景值，并被視為代表了不受點(diǎn)源污染的土壤中全省所有典型土壤背景含量的上限，用于證明場地中污染物含量與自然環(huán)境相當(dāng)?；陲L(fēng)險(xiǎn)的場地條件標(biāo)準(zhǔn)包括風(fēng)險(xiǎn)評估獲得的場地標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)乇尘皾舛葮?biāo)準(zhǔn)。對于高背景或全深度背景場地條件標(biāo)準(zhǔn)中未涉及的元素或化合物，可制定當(dāng)?shù)乇尘皾舛葮?biāo)準(zhǔn)。

2012 年英國環(huán)境保護(hù)法第 2a 部分“受污染土地 法 定 指 導(dǎo) ” ( Contaminated Land Statutory Guidance) 進(jìn)行了修訂，為減少土地何時(shí)需要和不需要補(bǔ)救的不確定性，用“正常水平”來判斷是否為污染的土地，低于該水平的，可以定義為第 4 類土地( 無風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)較低) 。其對“正常水平”的定義相當(dāng)于區(qū)域尺度背景值，指這些污染物是自然產(chǎn)生的，沒有對健康和環(huán)境造成不可接受的風(fēng)險(xiǎn)，或是由低水平的擴(kuò)散污染和除特定工業(yè)過程以外的常見人類活動所致。

根據(jù)《中華人民共和國土壤污染防治法》（以下簡稱《土壤污染防治法》）土壤污染是指因人為因素導(dǎo)致某種物質(zhì)進(jìn)入陸地表層土壤，引起土壤化學(xué)、物理、生物等方面特性的改變，影響土壤功能和有效利用，危害公眾健康或者破壞生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)象。不超過土壤環(huán)境背景值的，通常認(rèn)為未受到污染。因此，作為土壤污染判別重要依據(jù)的土壤環(huán)境背景值，在我國土壤環(huán)境管理上也應(yīng)用于污染 地塊判斷。GB 36600—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)( 試行) 》中規(guī)定，砷、鈷、釩 3 種重金屬元素含量超過篩選值，但等于或低于土壤環(huán)境背景值水平的，不納入污染地塊管理，并在附錄中按土壤類型給出土壤環(huán)境背景值，此背景值為區(qū)域尺度的土壤環(huán)境背景值。

1. 4 地塊關(guān)注污染物篩選

2002 年 俄 勒 岡 州 環(huán) 境 質(zhì) 量 局 ( Oregon Department of Environmental Quality，DEQ) 發(fā)布了本州 10 個(gè)地形區(qū)( physiographic provinces) 土壤和沉積物的背景值。該背景值被用于該州受關(guān)注化學(xué)物質(zhì) 生 物 富 集 的 評 估以及人體健康風(fēng)險(xiǎn)評估。2012 年 DEQ 發(fā)布了重金屬污染物的區(qū)域默認(rèn)背景值，可用于場地潛在關(guān)注化學(xué)物質(zhì)或者潛在關(guān)注生態(tài)化學(xué)物質(zhì)的篩選，如果場地重金屬污染物的最大值低于區(qū)域默認(rèn)背景值，可不作為潛在關(guān)注化學(xué)物質(zhì)或者潛在關(guān)注生態(tài)化學(xué)物質(zhì)。

德克薩斯州依據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局 19 世紀(jì) 80 年代初發(fā)表的一項(xiàng)關(guān)于美國土壤重金屬背景含量的研究，該研究分析了德克薩斯州不同地區(qū)的 120 份樣本重金屬數(shù)據(jù)，選擇重金屬含量的中位數(shù)作為該州重金屬背景值。如果土壤中重金屬污染物低于該背景值，則不需要作為關(guān)注污染物。

1. 5 地塊修復(fù)目標(biāo)值確定

美國環(huán)保署《超級基金清理項(xiàng)目中背景值的作用》( Role of Background in the CERCLA Cleanup Pro- gram) 中描述，超級基金地塊的修復(fù)目標(biāo)值不應(yīng)小于土壤 背 景 值，此背景值為地塊尺度的背景值( background concentration)。華盛頓 州《示范毒物控制法清理?xiàng)l例》規(guī) 定，對于土壤中的修復(fù)目標(biāo)污染物，如果沒有修復(fù)目標(biāo)值，則使用自然背景值和實(shí)際定量限值中的較大者作為修復(fù)目標(biāo)值。同時(shí)，土壤修復(fù)目標(biāo)值不得小于實(shí)際定量限值或自然背景值。 加拿大環(huán)境部長理事會制定的《加拿大污染地塊土壤 質(zhì) 量 修 復(fù)“一 地 一 策”目標(biāo)制定指導(dǎo)手冊》指出，對于受到污染的場地可以采取以下 3種方法來確定修復(fù)目標(biāo)值:

( 1) 直接采用加拿大土壤質(zhì)量指導(dǎo)值作為修復(fù)目標(biāo)值，如果土壤質(zhì)量指導(dǎo)值低于相關(guān)的土壤環(huán)境背景值，則土壤環(huán)境背景值值作為修復(fù)目標(biāo)值;

( 2) 如果場地相關(guān)特征參數(shù)( 例 如，高自然背景、復(fù)雜的污染物混合物或不尋常的暴露情景) 與推導(dǎo)的土壤質(zhì)量指導(dǎo)值不一致，管理當(dāng)局可以允許修改土壤質(zhì)量指導(dǎo)值來制定場地修復(fù)目標(biāo)值，如果修改后的值低于相關(guān)環(huán)境背景值，則將相關(guān)環(huán)境背景值作為修復(fù)目標(biāo)值; 

( 3) 使用風(fēng)險(xiǎn)評估程序來建立場地修復(fù)目標(biāo)值。相關(guān)環(huán)境背景值建議優(yōu)先采用當(dāng)?shù)鼗騾^(qū)域的背景數(shù)據(jù)，如果沒有，則可以考慮場地背景。

對于沒有相應(yīng)土壤質(zhì)量指導(dǎo)值的，可以采用以下 3 種方法確定修復(fù)目標(biāo)值: 

( 1) 使用風(fēng)險(xiǎn)評估程序; 

( 2) 按照土壤質(zhì)量指導(dǎo)值的推導(dǎo)規(guī)程進(jìn)行推導(dǎo)確定; 

( 3) 采用其他管轄區(qū)域的指導(dǎo)值或者基于背景值確定。

HJ 25. 4—2019《建設(shè)用地土壤修復(fù)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，在提出修復(fù)目標(biāo)值時(shí)，應(yīng)分析比較按照 HJ 25. 3—2019《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)導(dǎo)則》計(jì)算的土壤風(fēng)險(xiǎn)控制值、GB 36600—2018 規(guī)定的篩選值和管制值、地塊所在區(qū)域土壤中目標(biāo)污染物的背景含量以及國家和地方有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值，結(jié)合目標(biāo)污染物形態(tài)與遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等，提出土壤目標(biāo)污染物的合理修復(fù)目標(biāo)值。

1. 6 土壤資源化利用標(biāo)準(zhǔn)

加拿大不列顛－哥倫比亞省的污染場地管理辦法規(guī)定，修復(fù)后土壤污染物含量高于修復(fù)目標(biāo)值，但低于接收地的土壤背景值，也是可以接受的。根據(jù)德國聯(lián)邦/州土壤保護(hù)工作組發(fā)布的《土壤中無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)背景值》，為了正確和無害地將土壤回收作為替代建筑材料，必須確保土壤沒有受到污染，要求在制定相關(guān)法規(guī)時(shí)，必須考慮土壤背景值。

我國 HJ 25. 5—2018《污染地塊風(fēng)險(xiǎn)管控與土壤修復(fù)效果評估技術(shù)導(dǎo)則( 試行) 》規(guī)定，若修復(fù)后土壤外運(yùn)到其他地塊，應(yīng)根據(jù)接收地土壤暴露情景進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，確定土壤修復(fù)效果評估標(biāo)準(zhǔn)值，或采用接收地土壤背景濃度與 GB 36600—2018 中接收地用地性質(zhì)對應(yīng)篩選值的較高者作為土壤修復(fù)效果評估標(biāo)準(zhǔn)值，并確保接收地的地下水和環(huán)境安全。

2 土壤環(huán)境背景值的表達(dá)

一般基于統(tǒng)計(jì)單元對土壤環(huán)境背景值進(jìn)行表達(dá)。通常按照成土母質(zhì)類型、土壤類型、用地類型、主導(dǎo)因素、行政區(qū)等因素或其組合方式劃分統(tǒng)計(jì)單元。若采用的數(shù)據(jù)可能來源于 2 個(gè)及以上總體( 如來源于多個(gè)成土母質(zhì)類型的數(shù)據(jù)) ，可采用累積頻率曲線拐點(diǎn)法或結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法( 如最大似然估計(jì)、穩(wěn)健估計(jì)) 分離出來源于背景總體的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。目前國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和主要調(diào)查研究成果一般根據(jù)土壤背景含量數(shù)據(jù)的分布類型，采用土壤環(huán)境背景含量的分位數(shù)、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差、中位數(shù)和絕對中位偏差等進(jìn)行表達(dá)。

2. 1 用分位數(shù)表達(dá)分位數(shù)

一般在土壤環(huán)境背景含量數(shù)據(jù)為非參數(shù)分布情況下采用，也有在對數(shù)正態(tài)分布情況下采用，用多個(gè)分位數(shù)、單個(gè)分位數(shù)或其置信上限進(jìn)行表達(dá)。( 1) 用多個(gè)分位數(shù)表達(dá)。ISO《土壤質(zhì)量－背景值確定指南》中表述: 由于背景含量數(shù)據(jù)經(jīng)常呈非正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，建議使用百分位數(shù)作為背景值，例如可采用 10%、25%、50%、75%、90%一系列分位數(shù)來表示。德國采用 50%和 90%分位數(shù)作為聯(lián)邦和州土壤中無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)背景值( 在確定 90%分位數(shù)作為背景值時(shí)，主要考慮確定的背景值不應(yīng)高于預(yù)警值) 。( 2) 用單個(gè)分位數(shù)或其置信上限表達(dá)。不同的國家或地區(qū)選擇作為背景值的分位數(shù)有所不同。美國德克薩斯州特定的中位背景水平采用來源于州內(nèi)不同地區(qū)的 120 個(gè)樣本的中位值( 50% 分位數(shù)) 。密歇根全州默認(rèn)背景水平在非參數(shù)分布情況下采用 84%分位數(shù)。美國華盛頓州和新澤西州農(nóng)村地區(qū)背景值采用 90%分位數(shù)。加拿大大不列顛哥倫比亞省采用背景點(diǎn)表層數(shù)據(jù)的 95%分位數(shù)或者所在區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)位數(shù)據(jù)的中位數(shù)( 因?yàn)閿?shù)據(jù)量有限) ; 采用 95%分位數(shù)來表示的還有荷蘭及我國的深圳市和韶關(guān)市等; 英國地質(zhì)調(diào)查局( British Geological Survey，BGS) 采用 95%分位數(shù)的 95%置信上限作為正常背景值上限。加拿大安大略省采用 97. 5%分位數(shù)+ 2 倍站點(diǎn)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差( 當(dāng)大于風(fēng)險(xiǎn)評估值時(shí)，采用 97. 5%分位數(shù))作為背景值; 美國密歇根州背景土壤調(diào)查過程中，對于非參數(shù)分布的數(shù)據(jù)采用 97. 5%分位數(shù)作為背景值; 新西蘭采用 99%分位數(shù)作為背景值。

2. 2 用平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差表達(dá)

一般在土壤環(huán)境背景含量數(shù)據(jù)呈正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布情況下采用平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差表達(dá)。( 1) 用平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示背景范圍。土壤元素背景值研究中通常采用土壤中元素含量的算術(shù)平均值 x%和幾何平均值 M 表示數(shù)據(jù)分布的集中趨勢，用算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差 S 和幾何標(biāo)準(zhǔn)差 D 表示數(shù)據(jù)的分散程度，用平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的組合表示分布范圍。例如，美國首次全國土壤元素含量調(diào)查、《農(nóng)業(yè)環(huán)境背景值研究》用 x%±S 和 M×或÷D 來分別表示正態(tài)和對數(shù)正態(tài)土壤元素背景值范圍; 《中國土壤元素背景值》、浙江、滁州等省市開展的土壤背景值研究，西班牙阿利坎特省開展的農(nóng)田土壤背景值研究等，用 x%±2S 和 M/D2 －MD2 分別表示正態(tài)和對數(shù)正態(tài)土壤元素背景范圍。( 2) 用平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示背景值。美國密歇根州全州默認(rèn)背景水平，符合正態(tài)分布的用 x%+S 表 示，符合對數(shù)正態(tài)分布用 MD 表示; 而密歇根背景土壤調(diào)查，對于符合正態(tài)和對數(shù)正態(tài)分布的分別用 x%+ 2S 和 MD2 作為土壤背景值。

2. 3 用中位數(shù)和絕對中位偏差表示

近幾年，國際上關(guān)于土壤元素背景值和閾值的研究者認(rèn)識到，當(dāng)背景值數(shù)據(jù)既不符合正態(tài)分布，也不符合對數(shù)正態(tài)分布時(shí)，采用中位數(shù)表達(dá)集中趨勢以及用絕對中位偏差( median absolute deviation)表達(dá)離散趨勢可能更合理。由于認(rèn)識到自然界土壤元素背景含量絕大多數(shù)情況下不是正態(tài)分布，美國第二次全國土壤元素背景值調(diào)查增加了所有檢測項(xiàng)目的中位數(shù)和絕對中位偏差作為土壤元素背景值，并不像美國首次調(diào)查那樣，把絕大多數(shù)元素背景含量當(dāng)作對數(shù)正態(tài)分布，直接以幾何平均值和幾何標(biāo)準(zhǔn)差作為土壤元素背景值。2017年歐洲農(nóng)牧業(yè)土壤元素地球化學(xué)研究也以中位數(shù)作為土壤元素背景值，該研究證實(shí)，用中位數(shù)和絕對中位偏差表達(dá)偏態(tài)分布的具有相同母巖和地球化學(xué)發(fā)育過程區(qū)域的土壤元素背景值更為合理。

3 我國土壤環(huán)境背景值應(yīng)用存在的問題及建議

存在的問題：

（1） 土壤環(huán)境背景值在土壤環(huán)境管理上的使用要求不明確

雖然土壤環(huán)境背景值在我國已應(yīng)用于污染地塊篩選、修復(fù)目標(biāo)值確定、土壤資源化利用等方面，但尚未明確具體如何使用。 比如，在污染地塊篩選方面，是否可以使用地方上確定的區(qū)域尺度土壤環(huán)境背景值或者使用地塊尺度的土壤環(huán)境背景值進(jìn)行篩選; 在修復(fù)目標(biāo)值確定和土壤資源化利用方面，在考慮土壤環(huán)境背景值時(shí)，選擇什么尺度的土壤環(huán)境背景值作為依據(jù)。在土壤環(huán)境管理上，我國仍缺乏相應(yīng)的管理或技術(shù)文件，對土壤環(huán)境背景值的使用流程、尺度選擇、管理要求等進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定。

（2）已有 GB 36600—2018 標(biāo)準(zhǔn)中土壤環(huán)境背景值的完整性和針對性 不足

我國地域遼闊，土壤類型和母質(zhì)類型豐富多樣，地質(zhì)高背景地區(qū)分布較廣，涉及的土壤元素或化合物較多，不同區(qū)域土壤環(huán)境背景值差異很大。 針對我國土壤環(huán)境背景值的特點(diǎn)，已有 GB 36600— 2018 標(biāo)準(zhǔn)中的土壤環(huán)境背景值存在 2 個(gè)方面的不足: 一是 GB 36600—2018 中土壤環(huán)境背景值涉及指標(biāo)有限。該標(biāo)準(zhǔn)只給出了砷、鈷和釩 3 種元素的背景值，但實(shí)踐中除此 3 個(gè)元素以外，還存在其他的元素可能因背景原因超過篩選值的情形，按照現(xiàn)行的土壤環(huán)境管理規(guī)定，這將會出現(xiàn)很多因高背景原因而納入污染地塊管理的地塊，增加了土壤環(huán)境管理成本。二是 GB 36600—2018 中的土壤環(huán)境背景值缺乏區(qū)域針對性。 該標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)的是“七五”全國土壤環(huán)境背景數(shù)據(jù)，采用 95%分位數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后作為土壤環(huán)境背景值。由于數(shù)據(jù)量有限，只能在全國范圍內(nèi)按主要土類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，依此確定的土壤環(huán)境背景值往往針對性不夠，不能很好地表征區(qū)域的實(shí)際情況，不能如實(shí)反映我國區(qū)域土壤環(huán)境背景值的特點(diǎn)。如標(biāo)準(zhǔn)中按照土壤類型給出了砷的背景值分別為 20、40、60 mg·kg ^－1 ，但《中國土壤元素背景值》中云南和廣西土壤中砷的 95%分位數(shù)分別為 69. 1 和 79. 7 mg·kg ^－1 ，兩者差距較大。

（3）缺乏統(tǒng)一的區(qū)域和地塊尺度土壤環(huán)境背景值的統(tǒng)計(jì)與確定方法

我國從 20 世紀(jì) 70 年代開始就相繼開展了土壤環(huán)境背景值研究，涉及全國、區(qū)域、省、市等多個(gè)尺度，但不同研究所采用的調(diào)查、統(tǒng)計(jì)與確定方法不同。 近些年來，我國發(fā)布了一些與土壤環(huán)境背景調(diào)查相關(guān)的技術(shù)規(guī)范文件，如 HJ/T 166—2004 《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》對區(qū)域土壤背景監(jiān)測做了規(guī)定，NY/T 395—2012《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》對農(nóng)田土壤區(qū)域土壤背景監(jiān)測布點(diǎn)做了規(guī)定，HJ 25. 2—2019《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控和修復(fù)監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》只對建設(shè)用地土壤對照監(jiān)測點(diǎn)位的布設(shè)作出規(guī)定。尚缺乏統(tǒng)一的區(qū)域和地塊尺度的土壤環(huán)境背景值統(tǒng)計(jì)與確定方法，以規(guī)范相關(guān)土壤調(diào)查和監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，影響了土壤環(huán)境背景值在土壤環(huán)境管理上的應(yīng)用。

對策建議

（1）盡快起草發(fā)布管理或技術(shù)文件，對土壤環(huán)境背景值在土壤環(huán)境管理上的適用范圍、使用流程、尺度選擇等進(jìn)行詳細(xì)說明，明確管理要求，確保土壤環(huán)境背景值在土壤環(huán)境管理上合理、規(guī)范使用。

（2）為彌補(bǔ) GB 36600—2018 中土壤環(huán)境背景值的區(qū)域針對性和指標(biāo)完整性的不足，對 與 GB 36600—2018 可能存在較大差異的高背景值區(qū)，或除砷、鈷、釩外的其他高背景元素，建議允許地方根據(jù)土壤環(huán)境管理需要，制定發(fā)布并使用該區(qū)域的土壤環(huán)境背景值。

（3）建議國家制定發(fā)布統(tǒng)一的區(qū)域和地塊尺度的土壤環(huán)境背景含量統(tǒng)計(jì)與背景值確定方法等技術(shù)文件，規(guī)范土壤環(huán)境背景的統(tǒng)計(jì)與背景值確定。

（4）根據(jù)《土壤法》，由于背景因素導(dǎo)致的土壤超標(biāo)非人為因素所致，不納入土壤污染管理的范疇，但不超土壤環(huán)境背景值、含量很高的土壤，可能也存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，建議對這類土壤建立統(tǒng)一的管理制度，確保土壤安全利用。

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