我国自1995年颁布土壤环境质量标准以来,在农用地土壤污染风险管控和标准法规制度方面工作滞后,需要借鉴国际经验推进相关工作。德国是世界上较早颁布土壤保护法案的国家之一,在农用地土壤污染风险管控及标准制定和应用方面积累了丰富的实践经验。本文在调研德国土壤污染风险管控标准体系、相关政策法规及其有关科研成果的基础上,梳理了德国农用地土壤污染风险管控标准的制定原则和技术方法,并提出了相关工作建议,旨在为我国农用地土壤污染风险管控标准制定和实施提供重要参考和借鉴。
德国于1998年3月17日颁布了《联邦土壤保护法》,建立了土壤污染风险评估和治理修复的统一方法和标准。1999年配套生效了《联邦土壤保护和污染地块条例》,详细规定了触发值、行动值和预防值等三类土壤污染风险管控标准值,并明确规定了每年土壤污染负荷值。
(一)限值的定义
触发值、行动值和预防值这三类土壤污染物限值的作用十分明确,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了人类健康或生态安全,应当采取行动消除风险。
此外,德国建立了每年土壤污染负荷清单,限定了土壤作为受纳体,在一年中通过所有途径消纳污染物的种类和数量。
(二)三类限值制定的基本原则
一是由于特定场地的行动值和触发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。
二是行动值和触发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,在制定行动值和触发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,从而反映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推导方法对污染物进行评估。
(三)土壤保护目标及暴露途径
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。主要考虑土壤和人类之间的直接接触、土壤和作物之间的接触及转移、土壤和地下水之间的淋溶过程等三种暴露途径。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。
(四)选取重点污染物指标
德国联邦针对土壤和人类之间的直接接触途径,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、滴滴涕、六氯苯、六氯化苯(HCH 混合物或 HCH)、五氯苯酚、多氯联苯、二噁英和呋喃。
针对土壤和作物之间的接触及转移途径,结合不同的场景选择不同污染物:
1.针对需要考察作物质量的农业区域或者菜园,选择砷、镉、铅、汞、铊、苯并芘等污染物;
2.针对需要考察作物质量的草场,选择砷、铅、镉、铜、镍、汞、铊、多氯联苯等污染物;
3.针对存在作物生长障碍的农业区域,选择砷、铜、镍、锌等污染物。
(五)三类限值的应用范围
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。
(一)暴露情景假设
结合作物的种植规模来区分三种不同的暴露场景: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。
(二)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,即建立土壤污染物浓度和作物污染物浓度之间的回归方程,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。
(三)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和含量。二是根据DIN38414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。
(四)土壤和作物之间重金属迁移数据库
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32万对土壤和作物重金属浓度匹配数据。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。
(五)关于农用地镉(Cd)污染限值的推导
以德国制定的小麦种植地土壤污染行动值为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,需要注意的是当土壤镉浓度低于40 mg/kg时,也可能有风险,需要进一步谨慎评估。
(一)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,充分考虑生物有效性的影响,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。
(二)加强农用地土壤污染风险管控标准的基础研究。
制定并完善农用地土壤污染风险管控标准研究的中长期发展路线图,建设一批基础研究实验室和试验平台,充分做好生态毒理学、生物有效性等研究,为我国土壤污染风险管控标准体系的完善奠定科学基础。
(三)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,加大对农田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,为我国土壤污染风险管控标准体系的完善奠定数据基础。
(四)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、标准的制定和修订的支持力度,如进一步完善我国食品中污染物限量标准等。