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隨著二十一世紀高科技的快速發(fā)展,我國土地環(huán)境也將面臨一些問題,土壤質(zhì)量也直接關(guān)系到食品的安全和人們的健康情況,現(xiàn)在這不單單是一個環(huán)境問題了,它也關(guān)乎這發(fā)展,更是民生問題的一個重要組成部分。因此,我們一定要認真了解土壤環(huán)境的復(fù)雜性,保護工作的重要性、和面對自然發(fā)展的緊迫性,隨著科學的發(fā)展觀,堅持環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展、工業(yè)和農(nóng)業(yè)、城市和農(nóng)村的觀點,并且與區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、城市建設(shè)規(guī)劃有效的銜接;同時,我們還需要用科學的決策,充分的運用所有力量,結(jié)合多樣化資源,綜合運用經(jīng)濟、技術(shù)、行政等多種方式的宣傳和教育,廣泛的參與,促進土壤環(huán)境綜合治理機制的形成。
2、我國土壤污染現(xiàn)狀
隨著高科技時代的到來,我國部分地區(qū)土壤污染嚴重,尤其是農(nóng)業(yè)土壤的污染,影響著農(nóng)作物的‘安全’。目前土壤污染的總體形勢越來越嚴峻。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,我國農(nóng)業(yè)區(qū)的土壤污染面積染呈現(xiàn)出逐年大幅度增加的形勢。而且土壤的污染種類呈多樣化,也出現(xiàn)了新污染物體與老污染物并存、各種污染不利于大自然農(nóng)作物的發(fā)展形勢。土壤污染的途徑變化較多,并且原因相對復(fù)雜,控制起來難度較大。由于土壤污染引起的農(nóng)副產(chǎn)品的質(zhì)量問題和越來越多,已經(jīng)嚴重影響人們的生產(chǎn)、生活以及社會的穩(wěn)定。
3、土壤污染原因
土壤污染的原因主要是人為污染,是由人類的生產(chǎn)、生活活動造成的。主要分為工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染和生物污染。土壤污染的主要原因有:1,工業(yè)生產(chǎn)中排放的廢水、廢氣、廢渣造成的污染;2,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量使用化肥造成的污染;3,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥的使用造成的有機污染;4,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中污水灌溉造成的污染;5,重金屬元素造成的土壤污染;6,含有致病病原體、寄生蟲的生活污水、醫(yī)院垃圾污水等造成的生物污染等。
4、關(guān)于土壤環(huán)境保護的措施及控制
4.1有效的制定治理方案
如今,各地區(qū)及部門開始積極開展土壤污染狀況的調(diào)查,進行全面的實施并加以改善,使土壤環(huán)境的保護取得了積極進展。但是我國的土壤環(huán)境條件總體仍是并不樂觀,必須加強重視。有效地保護土壤環(huán)境,預(yù)防控制和減少污染的土壤、土壤環(huán)境保護和綜合管理工作提出以下意見
4.1.1有效的控制新增土壤污染。提高環(huán)境執(zhí)法和污染的控制,確保企業(yè)標準;防止新項目造成新的污染土壤。定期對工礦企業(yè)排放的有機污染物和危險廢物進行處理設(shè)施監(jiān)控,并對周圍的土壤污染限期治理。標準的處理污水,有效的完善垃圾處理的控制措施,全面改善并加強非正式的廢物處理網(wǎng)站。肥料的科學應(yīng)用,禁止使用有毒、有害物質(zhì),嚴格控制稀土農(nóng)用。嚴格執(zhí)行國家相關(guān)的高毒性、高殘留農(nóng)藥的使用管理規(guī)則,制定對農(nóng)藥包裝容器廢物的回收。加強對廢物污染塑料的回收和利用。禁止在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用含有機污染物的廢水以及未經(jīng)檢驗和安全處置的污水污泥等。
4.1.2規(guī)劃重點保護區(qū)域。將耕地和集中式飲用水水源作為土壤環(huán)境保護的重點區(qū)域。在土壤環(huán)境質(zhì)量評價和污染源前提下,土壤環(huán)境質(zhì)量水平分工的基礎(chǔ)上,建立一個相關(guān)的數(shù)據(jù)庫。并嚴格禁止在優(yōu)先領(lǐng)域新建有色金屬、煤炭、化學藥品,如鉛蓄電池生產(chǎn)項目。
4.1.3加強被污染土壤的環(huán)境風險控制。農(nóng)田土壤環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗、受污染的耕地分類管理,以控制農(nóng)業(yè),種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整,如土壤污染修復(fù)和管理措施,確保耕地的安全使用,嚴重污染,很難修復(fù),地方人民政府應(yīng)當按規(guī)定將指定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域劃分為被禁止區(qū)域。污染土地使用權(quán)的改變或修改,應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定在土壤環(huán)境風險評估和土壤環(huán)境修復(fù),在未進行風險評估和土壤環(huán)境質(zhì)量不能滿足建設(shè)用地的要求的時有關(guān)部門不得頒發(fā)土地使用證和施工許可證。住宅開發(fā)不得用已經(jīng)嚴重影響人類的健康評估污染土地,采取措施防止污染擴散、治理標準之前的土地。加以關(guān)注新工業(yè)的用地,并建立土壤環(huán)境強制調(diào)查評估和備案制度。
4.2環(huán)境的保障措施
4.2.1加強組織管理。建立環(huán)境保護部門以及相關(guān)的部門積極的參加部門協(xié)調(diào)機制,并有效的指導(dǎo)和監(jiān)督土壤環(huán)境保護和綜合治理工作。與有關(guān)部門協(xié)調(diào)個人和協(xié)作,共同促進土壤環(huán)境保護和綜合治理工作。
4.2.2完善治理機制。各級逐漸增加投資在土壤環(huán)境保護和綜合治理,保護土壤環(huán)境保護基金。并鼓勵企業(yè)開展土壤污染控制,充分的加以利用市場機制,引導(dǎo)和鼓勵社會資本進入土壤環(huán)境保護和綜合治療。中央政府對土壤環(huán)境保護工程的符合條件的充分支持。
4.2.3完善法規(guī)政策。經(jīng)過研究土壤環(huán)境保護特殊的法律法規(guī)草案,制定農(nóng)業(yè)用地土壤和集中式飲用水源環(huán)境保護、新建設(shè)用地土壤環(huán)境調(diào)查、環(huán)境管制污染地塊的有效的管理辦法。并建立重點區(qū)域保護效果評價和考核機制,制定和實施“保護獎按”政策。這是良好的土壤環(huán)境保護和綜合治理產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟政策。研究土壤污染損害責任保險,鼓勵有機肥料的生產(chǎn)和使用,及老污染塑料回收、處理和利用的政策措施。
4.2.4加強科技支撐。改善土壤環(huán)境保護標準體系、系統(tǒng)土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤污染風險評估及受污染的土壤管理和修復(fù),土壤污染物的主要分析測試,重金屬在土壤樣品、肥料和其他有毒、有害物質(zhì)限量標準,制定土壤環(huán)境質(zhì)量評價和層次結(jié)構(gòu),土地污染環(huán)境風險評估、土壤污染控制技術(shù)規(guī)范,如修復(fù)、研究土壤環(huán)境保護效能評估過程和評估技術(shù)。加強土壤環(huán)境保護和綜合治理的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究,及時啟動重大研發(fā)項目。研發(fā)和推廣適合中國國情的土壤環(huán)境保護和綜合治理技術(shù)和設(shè)備。
5、結(jié)語
關(guān)鍵詞 新型城鎮(zhèn)化 土壤環(huán)境保護 法律制度 污染場地
作者簡介:陳知朔,上海社會科學院法學研究所,研究方向:環(huán)境與資源保護法。
一、新型城鎮(zhèn)化進程中面臨的土壤環(huán)境問題
我國土壤環(huán)境問題伴隨著城鎮(zhèn)化的進程日益凸顯。土壤污染的特點從原先的局部性、單一型污染擴展為區(qū)域性、復(fù)合型污染;來自工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活三方面污染源通過不同途徑進入城鎮(zhèn)和農(nóng)村的土壤,新舊污染和二次污染呈現(xiàn)出混合疊加的態(tài)勢。
(一)大量城市污染企業(yè)關(guān)停搬遷,一方面污染場地留隱患,一方面向農(nóng)村轉(zhuǎn)移污染
(二)高速城鎮(zhèn)化使得生活垃圾、污水和固廢排放劇增,加重土壤環(huán)境壓力
(三)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中不合理使用農(nóng)業(yè)投入品,耕地質(zhì)量持續(xù)下降
近年來,我國由于土壤污染問題引發(fā)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全事件層出不窮,不僅危及群眾的健康和安全,更對我國的經(jīng)濟和社會發(fā)展產(chǎn)生了不利影響。據(jù)估計,我國當前有近1.5億畝的耕地遭受污染,約占18億畝耕地的8.3%。一方面是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中化肥的過量或不當施用導(dǎo)致土壤酸化,破壞土壤結(jié)構(gòu)。另一方面,全國每年農(nóng)藥使用量達30多萬噸,但吸收率卻只有 30%~40%,超負荷連年使用農(nóng)藥,殘留的農(nóng)藥會嚴重損害土壤的生產(chǎn)、自凈能力和載體功能。此外,規(guī)模化養(yǎng)殖場和地膜也是重要的土壤污染源。因為長期施用以規(guī)模化養(yǎng)殖場的畜禽糞便為原料做成的有機肥料,會把飼料添加劑中的重金屬元素帶到土壤中;而難以降解的地膜其大面積推廣使用會導(dǎo)致土壤的白色污染。
二、我國土壤環(huán)境保護立法現(xiàn)狀
我國當前的法律體系從耕地保護、特殊區(qū)域保護以及大氣、水、固體廢棄物污染防治等不同角度針對土壤環(huán)境問題形成了一些分散性的規(guī)定。例如國家層面的立法主要有《環(huán)境保護法》、《固體廢物污染環(huán)境防治法》、《基本農(nóng)田保護條例》等法律法規(guī);地方層面有《浙江省固體廢物污染環(huán)境防治條例》、上海市《關(guān)于保障工業(yè)企業(yè)及市政場地再開發(fā)利用環(huán)境安全的管理辦法》等規(guī)范性文件。然而從總體看來,我國土壤環(huán)境保護立法缺乏系統(tǒng)性、針對性和可操作性,并且有的規(guī)定已明顯滯后,無法適應(yīng)新型城鎮(zhèn)化發(fā)展對保護土壤環(huán)境的要求。
黨的十以來,生態(tài)文明建設(shè)被列入現(xiàn)代化建設(shè)“五位一體”的總體布局中;十八屆三中全會決定指出,必須建立系統(tǒng)完整的生態(tài)文明制度體系;十八屆四中全會決定進一步強調(diào),要制定并完善包括土壤環(huán)境保護在內(nèi)的法律法規(guī)。在推進新型城鎮(zhèn)化、建設(shè)“生態(tài)宜居”和“美麗中國”的新常態(tài)下,土壤環(huán)境保護立法受到越來越多的重視并逐漸得以充實和全面化。
在新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的推進過程中,如何從法律層面有效應(yīng)對日趨嚴峻的土壤環(huán)境問題,已成為新形勢下環(huán)境保護工作面臨的重要挑戰(zhàn)。結(jié)合我國國情與現(xiàn)階段土壤污染實際情況,建議未來構(gòu)建并完善如下幾方面土壤環(huán)境保護立法。
(一)健全管理體制與管理制度
考察我國有關(guān)土壤環(huán)境管理體制的立法,不難發(fā)現(xiàn)某些內(nèi)容存在交叉、矛盾且不符合科學管理的規(guī)律,普遍存在機構(gòu)設(shè)置交叉重疊、部門之間權(quán)限劃分不清、統(tǒng)管與分管部門關(guān)系不明確等問題。例如僅土壤污染監(jiān)測一項工作就有環(huán)保、國土、農(nóng)業(yè)三部門同時負責,這種權(quán)責交叉的狀態(tài)會造成管理主體相互推委或爭相管理,嚴重阻礙土壤環(huán)境保護工作的順利展開。對此,應(yīng)在立法中明確土壤環(huán)境保護和污染防治的監(jiān)督管理體制,其中最主要的是機構(gòu)的設(shè)置及其職權(quán)的明確劃分,尤其是環(huán)保、國土、農(nóng)業(yè)、水利、財政等部門之間的職責分工。除此之外,還應(yīng)構(gòu)建土壤環(huán)境保護的部際協(xié)調(diào)機制,搭建統(tǒng)一的土壤信息資源共享平臺,完善內(nèi)部制約與外部制約相結(jié)合的監(jiān)督機制,使得各部門各司其職、通力配合,科學高效地完成土壤環(huán)境保護工作。
雖然我國現(xiàn)行立法中已有一部分法律制度對土壤污染物、污染源進行了控制,但這些分散的規(guī)定既不全面也不完善,沒有形成系統(tǒng)的、可操作性的管理體系。建議我國逐步建立并健全土壤環(huán)境功能區(qū)劃、土壤環(huán)境標準、土壤環(huán)境監(jiān)測、土壤環(huán)境調(diào)查、土壤污染區(qū)域分級等一系列管理制度。
(二)完善污染場地治理與修復(fù)的法律制度
污染場地治理與修復(fù)的法律制度,具體包括制定污染場地整治規(guī)劃、確定污染場地的最佳可利用技術(shù)、治理與修復(fù)公告、確定治理與修復(fù)責任人及實行人、進行治理與修復(fù)的檢查與監(jiān)督、確定費用的分擔等制度。 其中,污染場地治理與修復(fù)目標的確定是治理與修復(fù)工作能否成功的關(guān)鍵。發(fā)達國家對此有著深刻的教訓(xùn)。例如荷蘭在20世紀90年代早期有關(guān)土壤保護的立法中規(guī)定,土壤修復(fù)的目標是將其恢復(fù)至原有狀態(tài),但實踐證明這種修復(fù)目標過于嚴苛,導(dǎo)致了高昂的修復(fù)費用。越來越多的國際經(jīng)驗表明,樹立一個具有可操作性的、而非無條件使土壤恢復(fù)至適合所有用途的修復(fù)目標更有效。由此“基于風險的管理理念”應(yīng)運而生。針對風險高但又有開發(fā)價值的污染場地,可選擇按土地規(guī)劃功能修復(fù);而那些風險較小的場地則應(yīng)先控制污染源,再對其進行修復(fù),如此一來便能達到成本最優(yōu)化。
對于我國而言,2012年的《關(guān)于保障工業(yè)企業(yè)場地再開發(fā)利用環(huán)境安全的通知》有效地推動了污染場地風險管理在各地的初步展開。下一步應(yīng)盡快研究制定更為全面、系統(tǒng)的污染場地治理與修復(fù)的法律制度,明確場地風險管理模式與程序,完善標準體系建設(shè),規(guī)范污染場地管理。
(三)創(chuàng)建可持續(xù)的資金籌措機制
可持續(xù)的資金來源是土壤環(huán)境保護的基本保障。目前由于我國缺乏完善的土壤治理與修復(fù)資金籌措機制和相關(guān)管理辦法,導(dǎo)致眾多城市無法及時對污染場地進行修復(fù),一定程度上阻礙了新型城鎮(zhèn)化的順利推進。在資金籌措機制方面,由美國國會通過立法建立的超級基金和棕地修復(fù)基金為我國提供了有益的借鑒,其資金來源包括政府的撥款和貸款、向特定規(guī)模企業(yè)所征的環(huán)境稅、向石油及42類化工原料所征的專門稅以及環(huán)境保險等等。
鑒于我國土地資源國有的特點并結(jié)合“污染者付費”原則,可以考慮由中央、地方財政和工業(yè)企業(yè)共同出資,建立旨在修復(fù)那些經(jīng)風險評估程序篩選出來的、亟須加以治理的污染場地。其中企業(yè)承擔的資金部分應(yīng)該以污染企業(yè)的民事責任為基礎(chǔ),在行政干預(yù)條件下以稅收的形式征收。通過稅收的強制性、無償性和確定性,保障資金的穩(wěn)定來源。另外,實施環(huán)境污染責任保險也是維護土壤受害者合法權(quán)益、提高防范環(huán)境風險、保障土壤污染治理修復(fù)費用的有效手段。
(四)建立合理的公眾參與和信息公開制度
土壤環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)乎公共利益。公眾參與是環(huán)保工作最強大的支持力量;信息公開則是滿足公眾環(huán)境訴求的重要基礎(chǔ)。如何在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中進一步增強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的土壤保護意識,鼓勵和引導(dǎo)公眾積極參與、支持土壤環(huán)境保護顯得尤其重要。在土壤環(huán)境保護立法過程中,應(yīng)當貫徹多元共治的現(xiàn)代環(huán)境治理理念,構(gòu)建合理有效的公眾參與和信息公開制度,充分保障公眾的環(huán)境知情權(quán)、參與權(quán)與監(jiān)督權(quán)。具體來說,公眾應(yīng)當有權(quán)通過綜合決策平臺及時掌握土壤質(zhì)量狀況,預(yù)防或反對有損土壤環(huán)境的重大行政決策和建設(shè)項目。政府有關(guān)部門應(yīng)當利用網(wǎng)絡(luò)、熱線電話、社會調(diào)查等各種渠道了解公眾對于土壤環(huán)境方面的建議,倡導(dǎo)利益相關(guān)方積極參與協(xié)商。土壤環(huán)境信息要在合理范圍內(nèi)向公眾公開,并在突發(fā)環(huán)境事件信息公開的補正、土壤環(huán)境信息公開失當法律責任的充實X等方面做好必要的制度完善。
(五)建立嚴格的法律責任追究機制
嚴格的法律責任追究機制是補救受侵害者的合法權(quán)益、規(guī)范法律秩序的有效手段,也是實現(xiàn)土壤環(huán)境保護目標的重要保障。例如,美國《超級基金法》就構(gòu)建了具有“嚴格、連帶并溯及既往”特征的法律責任條款。其中嚴格和溯及既往,指無論潛在責任方是否存在主觀過錯皆須對污染場地負責(戰(zhàn)爭行為、不可抗力與第三人過錯屬于免責事由);連帶責任意味著,如果涉及兩個或多個潛在責任方,則美國環(huán)保局有權(quán)向任一或全部責任方索要治理費用。Y這一條款的實施有力地推動了美國社會各界積極投身到污染場地的治理當中。
從我國現(xiàn)行立法來看,只有2011年環(huán)保部原則通過的《污染場地土壤環(huán)境管理暫行辦法》、《浙江省固體廢物污染環(huán)境防治條例》等少數(shù)規(guī)范性文件規(guī)定了土壤修復(fù)的責任,即污染場地責任人應(yīng)承擔場地修復(fù)的費用,歷史遺留問題則由地方人民政府承擔。Z然而上述規(guī)定對于土壤污染法律責任的追究仍過于簡單。建議首先應(yīng)研究制定“環(huán)境責任法”,建立嚴厲的“污染責任終身制”原則;其次,完善環(huán)境損害民事賠償制度,暢通司法救濟渠道;最后,健全土壤污染責任的國家司法鑒定體系,制定土壤污染責任鑒定技術(shù)規(guī)范,為環(huán)境司法提供技術(shù)支撐。
摘要 我國目前土壤形勢不容樂觀。呈現(xiàn)多源,復(fù)合、量大、面廣、持久、毒害等特征、對生態(tài)環(huán)境和食品安全構(gòu)成重要威脅,影響經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。本文分析了我國土壤污染防治工作的問題與挑戰(zhàn),總結(jié)了發(fā)達國家治理土壤污染的經(jīng)驗,并提出了深化我國土壤污染防治工作的建議。
關(guān)鍵詞 土壤污染;污染防治;國際經(jīng)驗
有土斯有民,土地是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。開發(fā)、利用、保護好土壤關(guān)系國家和民族未來,是生態(tài)文明建設(shè)的前提和基礎(chǔ)。根據(jù)2014年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》的數(shù)據(jù),全國16%的土壤環(huán)境超標,其中,一些地方土壤污染嚴重,工礦業(yè)廢棄地和農(nóng)業(yè)耕地土壤污染問題突出,重點區(qū)域類土地(重污染企業(yè)用地、工業(yè)廢棄地、工業(yè)園區(qū)、固體廢物集中處置地、采油區(qū)、采礦區(qū)、污水灌溉區(qū)和干線公路兩側(cè))均有相當程度的污染,“毒土”“毒地”等事件在全國各地不斷出現(xiàn),威脅生態(tài)環(huán)境和食品安全,影響經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。因此,加強我國土壤環(huán)境污染預(yù)防、控制和修復(fù),意義重大、刻不容緩。本文旨在分析國內(nèi)土壤污染成因,借鑒國際經(jīng)驗,探求國內(nèi)土壤污染防治途徑。我國土壤污染防治工作面臨的問題與挑戰(zhàn)
20世紀80年代以來,隨著經(jīng)濟快速增長,我國土壤環(huán)境也迅速惡化,污染呈現(xiàn)多源、復(fù)合、量大、面廣、持久、毒害六大特征,表現(xiàn)出由點到片,由城到鄉(xiāng),由單一到復(fù)合等發(fā)展態(tài)勢。造成我國土壤環(huán)境惡化的原因和問題主要有以下幾個方面。
一是土地資源稟賦低。我國土地資源具有絕對數(shù)量多、相對數(shù)量少且質(zhì)量不高、環(huán)境壓力大等特點。人均耕地面積僅為世界水平的43%,我國以世界上7%的耕地養(yǎng)活20%的人口。除東北平原、華北平原和長江、珠江中下游平原與漢江平原、成都平原外,耕地質(zhì)量不高,無法耕種的中度、重度污染耕地有5000萬畝,全國集中連片耕地后備資源主要分布在北方和西部干旱地區(qū),后備資源開發(fā)存在生態(tài)難題。
二是土地污染源多面廣量大。土壤是各類污染物的最終歸屬。我國30多年粗放的發(fā)展模式,使土地成為了一個“大垃圾箱”。工業(yè)“三廢”排放,使污染物通過多種途徑進入并積累于土壤。全國有11. 23萬座礦山,1.2萬座尾礦庫,每年60萬噸石油跑冒滴漏,固體廢物堆放占地面積達200多萬畝,有害廢水污灌污染耕地3250多萬畝,有害廢氣隨雨水沉降到土壤中。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在“農(nóng)藥、化肥依賴癥”,化肥產(chǎn)量和使用量占世界1/3以上,非降解農(nóng)膜殘留量達12萬噸. “白色污染”嚴重,導(dǎo)致土質(zhì)下降,危害人體健康。
三是土壤污染防治法律法規(guī)不健全。我國尚無針對土壤污染的專門法。2015年實施的新《環(huán)境保護法》雖對土壤環(huán)境保護提出了明確要求,但仍缺乏細則。雖然不少地方專門出臺了土壤污染防治的規(guī)范性文件,但沒有形成有效的土壤污染綜合防治法律體系,約束力和系統(tǒng)性不夠。
四是土壤污染防治標準體系不完善。我國有60類共3246種土壤,不同地區(qū)土壤有機質(zhì)含量、年平均降雨量、地下水埋深等影響基準推導(dǎo)的重要參數(shù)具有較大的變異性。截至目前,我國已及正在修訂的土壤質(zhì)量標準有60多個,在數(shù)量上比較少,管理也不明晰,分屬于10多個不同部門。此外, 《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-1995)于1995年實施,2009年開始修訂,至今仍在修訂過程中,已不能適應(yīng)形勢發(fā)展。標準等級全國采用統(tǒng)一的標準值,沒有區(qū)分土壤背景值的差異。此外,標準主要針對的是環(huán)境質(zhì)量,從人體健康和生態(tài)風險的角度考慮不夠;主要針對農(nóng)業(yè)用地,對工業(yè)、商業(yè)和居住用地考慮不夠。
五是土壤環(huán)境監(jiān)測能力不足。我國土壤環(huán)境監(jiān)測工作起步晚,技術(shù)落后,尚未形成全面的監(jiān)測體系,部分地方能力有限,難以精準掌握各地區(qū)土壤污染的狀況。
六是土壤污染防治技術(shù)薄弱。由于污染土壤面積大,污染程度深淺不一,自然條件復(fù)雜多變,對土壤污染防治技術(shù)和工藝要求極高。國內(nèi)市場上現(xiàn)有的修復(fù)技術(shù)往往手段單一,科技含量低且修復(fù)成本非常高,修復(fù)設(shè)備與藥劑大部分仍依賴進口。
七是土壤污染防治資金缺口大。國外的綠地建設(shè)中,土壤費占總投入的50%。我國“十二五”環(huán)境規(guī)劃中僅有300億元中央財政資金用于修復(fù)污染土壤,且主要是對城市投入,對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)保投入不足,遠遠無法滿足土壤污染防治資金需求。
八是土壤管理體制不順。我國長期以來多部門分散治土,環(huán)保部門“統(tǒng)一監(jiān)督管理”的職能在很大程度上被肢解和架空,造成權(quán)利義務(wù)失衡和權(quán)力橫向分割的弊端。雖然2013年1月國務(wù)院出臺的《近期土壤環(huán)境保護和綜合治理工作安排》中提出: “建立由環(huán)境保護部牽頭,國務(wù)院相關(guān)部門參加的部際協(xié)調(diào)機制,指導(dǎo)、協(xié)調(diào)和督促檢查土壤環(huán)境保護和綜合治理工作。”但僅靠部際協(xié)調(diào)機制難以解決多頭管理的問題,常常會因部門利益影響工作效率。
九是土壤保護意識淡薄。由于土壤污染更具隱蔽性、滯后性和難可逆性,是一種“看不見的污染”,公眾土壤污染防治自覺性和積極性不高,往往將土地利用的功利性和經(jīng)濟性擺在第一位,忽略土地本身的生命支撐價值、生態(tài)價值、文化象征價值、歷史價值。大部分農(nóng)村居民對環(huán)境污染表現(xiàn)淡漠,也缺乏依法維權(quán)意識,只要環(huán)境污染沒有直接影響到自身的生產(chǎn)生活,大多采取漠視的態(tài)度,增加了土壤環(huán)境保護的成本。國外土壤污染防治經(jīng)驗
建立綜合防治的法律體系
西方國家普遍將土壤作為一個獨立的環(huán)境要素來進行立法保護,形成了從基本法到綜合性法律再到專項立法的三層法律體系,用以調(diào)整和規(guī)范各類生產(chǎn)、生活活動。
美國從危險廢物管理著手開展立法,頒布《土壤保護法》《資源保護回收法》《綜合環(huán)境反應(yīng)、賠償和責任法》(“超級基金法”)和《小企業(yè)責任免除和棕地復(fù)興法案》(“棕色地塊法”)等法律法規(guī),在建立土壤環(huán)境保護區(qū)、農(nóng)田保護、土地管理政策、土地利用、污染場地修復(fù)等方面作出了具體規(guī)定,同時加強對水、化學品等污染的控制和立法。德國制定《聯(lián)邦土壤保護法》《區(qū)域規(guī)劃法案》《建設(shè)條例》等,對土壤污染清除和修復(fù)、土地開發(fā)、限制綠色地帶開發(fā)作出規(guī)定。日本通過《農(nóng)用地土壤污染防止法》《土壤污染對策法》為農(nóng)用地以及“城市型”土壤污染的治理提供了專門法律保障,而《大氣污染防治法》《二?英類物質(zhì)特別對策法》《水質(zhì)污濁防止法》《廢棄物處理法》《化學物質(zhì)審查規(guī)制法》《肥料取締法》《礦山保安法》等外圍法則從不同途徑為土壤切斷了污染源。法國雖沒有專門性的土壤污染防治法,但修改和完善現(xiàn)有的工業(yè)法、廢物法和民法,規(guī)定土壤污染者的相關(guān)責任,達到土壤污染防治目的。
強化土壤污染風險預(yù)防
發(fā)達國家將土壤環(huán)境風險評估貫穿土壤環(huán)境管理全過程,指導(dǎo)污染土壤的環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測,確定土壤污染風險是否可以接受、是否值得關(guān)注。英國認為預(yù)防土壤風險與修復(fù)污染土壤同等重要,建立了污染土壤暴露風險評估導(dǎo)則,率先提出污染地塊可持續(xù)修復(fù)管理框架。德國一方面重點排查了全國有污染嫌疑的土壤并進行了風險評估,另一方面制定方案并組織實施了重點污染土壤的治理和修復(fù)。
完善土壤環(huán)境質(zhì)量標準
當前發(fā)達國家普遍基于風險評估,劃分不同土地利用方式,并制定土壤的環(huán)境質(zhì)量標準。美國頒布旨在保護生態(tài)受體安全的《土壤生態(tài)篩選導(dǎo)則》以及保護人體健康的《土壤篩選導(dǎo)則》,此外還制定污染土壤初始修復(fù)目標值,許多州據(jù)此制訂各自的土壤質(zhì)量標準。英國在考慮不同土地利用方式下以保護人體健康為原則制定土壤指標值。加拿大則以其保護生態(tài)土壤質(zhì)量指導(dǎo)值和保護人體健康土壤質(zhì)量指導(dǎo)值兩者中的最低值作為最終土壤質(zhì)量指導(dǎo)值。荷蘭在《荷蘭土壤質(zhì)量法令》中設(shè)立了土壤修復(fù)的目標值、干預(yù)值及部分污染物造成土壤嚴重污染的指示值。日本在制訂土壤環(huán)境標準時,特別設(shè)立浸出液標準。
全面準確開展土壤監(jiān)測
西方國家普遍深入開展土壤調(diào)查,尤其是利用高光譜遙感與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)進行土壤監(jiān)測與評價,摸清底數(shù),為開展土壤保護工作打下堅實基礎(chǔ)。歐盟實施土壤環(huán)境評價監(jiān)測項目,設(shè)計歐盟范圍內(nèi)可比的監(jiān)測標準和指標體系,建立評價土壤現(xiàn)狀的資料參考中心,對國家級土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)進行有效統(tǒng)一管理。德國根據(jù)土地用途對全國土壤實施監(jiān)測,了解土壤特性變化,以評估治理措施是否有效,共設(shè)立監(jiān)測點800多個,并建立污染土壤數(shù)據(jù)庫進行動態(tài)管理。法國建立污染土地的數(shù)據(jù)庫,信息包含現(xiàn)存的污染地和已被修復(fù)的污染地。美國相關(guān)部門向用戶免費提供很多土壤基礎(chǔ)信息,例如分辨率低于30米的遙感資料,從而為新技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造有利條件。
分類治理的防治措施
根據(jù)土壤的不同功能,西方國家堅持區(qū)別對待,積極推動土壤污染分類整治和管理。美國防治土壤污染關(guān)注范圍從農(nóng)業(yè)用地逐漸擴大到工業(yè)用地,通過一系列法律及修正案對“棕色地塊”進行有效治理。建立危害分級系統(tǒng),根據(jù)地下水、地表水、大氣和土壤4種污染遷移途徑來評估場地的污染狀況,有針對性地治理。德國通過一套顏色指標體系明確土壤治理要求,分別用綠線、黃線和紅線表示應(yīng)采取預(yù)防惡化、發(fā)出警告或必須清理的措施。日本和韓國在土壤污染調(diào)查、整治責任承擔、費用負擔、管制方式等具體制度中,對“農(nóng)業(yè)型”土壤污染和“城鎮(zhèn)工礦型”土壤污染區(qū)別對待。俄羅斯在《關(guān)于安全使用化學殺蟲除莠劑和農(nóng)業(yè)化學制品法》中針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用農(nóng)藥化肥等化學制劑的控制與監(jiān)督管理做出詳細規(guī)定。
采用先進的治理技術(shù)
國外土壤修復(fù)主要采用兩大方法(原位及異位)和五類技術(shù)(工程措施、物理修復(fù)、化學/物化修復(fù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)和生物修復(fù))。1982-2005年,美國超級基金一共進行了997個土壤修復(fù)項目,采用異位修復(fù)的項目約占53%,固化/穩(wěn)定化及焚燒占異位修復(fù)項目的69%,土壤蒸汽抽提占原位修復(fù)項目的53%。歐洲各國因工業(yè)歷史和污染類型不同,污染場地特征不同,土壤修復(fù)技術(shù)也存在明顯差異,整體上采用原位及異位修復(fù)技術(shù)的比例相當。目前,綠色修復(fù)技術(shù)既可降低修復(fù)行動的環(huán)境足跡及經(jīng)濟上的負面影響,又使修復(fù)行為的凈環(huán)境收益最大化,越來越受到重視。
“污染者付費”基礎(chǔ)上的市場運作
在政府提供專項治理資金的同時,激勵社會資本加大土壤治理投入。美國通過征收專業(yè)稅,建立規(guī)模超過1000億美元的土壤修復(fù)“超級基金”,由其兜底全國范圍內(nèi)污染場地的修復(fù)。英國污染場地修復(fù)資金實行等級責任制:最初向土地排污的企業(yè)、個人或知情并容許排污發(fā)生的人為第一級;當前土地所有者、業(yè)主為第二級;土壤污染治理責任由第一級承擔,但無法找出原始污染者時由第二級承擔。日本采用“原因者負擔”和“受益者分擔”雙原則并設(shè)立專項基金治理污染土地。具體方式是:先對污染土地展開調(diào)查并制定治理方案,然后對該土地進行收購和治理,在治理完成后將土地賣給企業(yè),最后按基金出資比例對獲利的5%進行分配。對于無主土地的治理,德國采取政府先墊錢修復(fù),后調(diào)查確定最終誰付費的治理方式;而對歷史遺留的污染場地治理,政府給予補貼。
綜合防治土壤污染的建議
通過分析發(fā)達國家土壤環(huán)境保護、可持續(xù)管理和修復(fù)的成本可以發(fā)現(xiàn),三項成本的基本比例為1:10:100。借鑒國際經(jīng)驗,我國必須重視預(yù)防,并堅持防、控、治一體化,分類施策、分區(qū)防控,走市場化與專業(yè)化相結(jié)合的路子。
建立土壤污染防治聯(lián)合機制
土壤污染情況復(fù)雜,涉及部門多,治理和協(xié)調(diào)難度大,需進一步明確地方政府、中央部門的責任及中央相關(guān)部門的職責。環(huán)保部作為土壤污染防治牽頭部門,應(yīng)加強綜合協(xié)調(diào),完善法規(guī)標準,建立部門聯(lián)動機制;與農(nóng)業(yè)部、國土資源部等成立“國家耕地面源和農(nóng)村污染防治協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組”,下設(shè)辦公室,具體工作可由農(nóng)業(yè)部承擔;與工信部、住建部、國土資源部等成立“國家城鎮(zhèn)和工業(yè)用地污染防治協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組”,下設(shè)辦公室,具體工作可由住建部、環(huán)保部共同承擔。協(xié)調(diào)跨區(qū)域水土協(xié)同治理,統(tǒng)籌土壤、重金屬和化學品、固廢、危廢污染防治工作。
建立健全法規(guī)和標準體系
盡快制定出臺“土壤污染防治法”及其配套規(guī)章制度,加快土壤環(huán)境質(zhì)量標準的修訂。修訂、完善與土壤污染相關(guān)的水、大氣、固體廢棄物等方面的法律、法規(guī),強化土地管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、環(huán)境功能區(qū)劃等關(guān)于土壤保護的內(nèi)容,形成科學、合理、系統(tǒng)的土壤污染防治體系。嚴格法律責任,加大執(zhí)法力度,加強對涉重金屬企業(yè)廢水、廢氣、廢渣等處理情況的監(jiān)督檢查,規(guī)范危險廢物的收集、貯存、轉(zhuǎn)移、運輸和處理處置活動,嚴控農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜的亂用濫用問題,加大對造成污染后果行為的處罰力度。建立土壤污染責任終身追究機制,并依法追究刑事責任。
加強源頭控制
堅持綠色化發(fā)展,大力推進清潔生產(chǎn)。嚴格項目準人,關(guān)閉、淘汰和搬遷小冶煉、小化工等企業(yè)。健全排污許可制度,改造環(huán)保設(shè)施,嚴格控制排污量和濃度。打擊非法采礦,促進礦山集約化開采和廢水、廢渣集中排放和處理。劃定生態(tài)紅線,嚴格監(jiān)管農(nóng)田和重要農(nóng)產(chǎn)品基地,嚴格控制污水灌溉,加強對農(nóng)藥、化肥及其包裝物以及農(nóng)膜的環(huán)境管理,提高農(nóng)業(yè)補貼標準。實行保護性耕作和輪休耕作制度。完善政府績效考核體系,強化土壤環(huán)保考核指標。積極推進生態(tài)文明建設(shè)黨政同責制,明確地方黨委及其部門在生態(tài)文明建設(shè)中的責任。
加強土壤監(jiān)測
聯(lián)合多部門共同建立長效土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測機制,開放監(jiān)測市場。制定統(tǒng)一的監(jiān)測規(guī)范,構(gòu)建土壤環(huán)境質(zhì)量例行監(jiān)測、預(yù)警監(jiān)測、應(yīng)急監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),定期開展全國土壤環(huán)境污染狀況監(jiān)測,建立全國土壤環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),為土壤污染防治提供可靠數(shù)據(jù)。
實施分類防治
對工業(yè)、農(nóng)業(yè)和住宅用地分類施策;劃定優(yōu)先保護區(qū)域進行分區(qū)防控;按照受污染程度開展分級防治。啟動“土壤環(huán)境保護工程”,推進土壤污染防治示范工程。完善“以獎促治”“以獎促保”政策。建立土壤修復(fù)技術(shù)默認清單制度。
加強科技支撐
搭建土壤環(huán)境的國際交流與合作平臺,注重引進、吸收、消化適用于國情的國外先進技術(shù)。搭建土壤污染治理與資源可持續(xù)利用技術(shù)平臺,自主研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備。
健全資金投入機制
借鑒重慶污染土壤治理模式,加快以土地經(jīng)營、批租為支撐的財稅、金融模式改革。繼續(xù)探索生態(tài)補償、排污權(quán)交易、污染責任險等經(jīng)濟措施。對嚴重污染的耕地,要調(diào)整種植結(jié)構(gòu),劃定農(nóng)產(chǎn)品禁止生產(chǎn)區(qū)并進行生態(tài)補償;定點收購被污染糧食并補償費用。建立相關(guān)的土壤污染防治與修復(fù)基金。對積極開展土壤污染保護和治理的地區(qū),加大資金獎勵支持力度。發(fā)展土壤修復(fù)相關(guān)產(chǎn)業(yè),鼓勵民間資本注入,開展PPP模式,推進第三方監(jiān)測、治理。
加強土壤保護宣傳教育
提高企業(yè)和公眾土壤環(huán)境安全意識和土壤環(huán)境保護參與意識,進企業(yè)、進社區(qū)、進農(nóng)村、進課堂宣傳土壤環(huán)境保護知識,并為一線生產(chǎn)者提供專業(yè)培訓(xùn)。
國際合作和履約工作
關(guān)鍵詞:土壤 重金屬 復(fù)合污染
中圖分類號:X131.3 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2016)10(a)-0071-02
近年來由于人類科技的不斷進步和工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展,土壤環(huán)境中的污染物種類和總量日漸增長,使得土壤環(huán)境重金屬污染很少以單元素的形式存在,多滴兩種或者多種元素共存,即多種重金屬元素形成重金屬復(fù)合污染(Teutsch N et al.,2001年)。土壤環(huán)境中各種重金屬的賦存形態(tài)因為不同重金屬元素彼此的各種相互作用如絡(luò)合、吸附-解吸及氧化-還原等各種理化作用制約,而且重金屬元素的移動性、生物有效性和生理毒性對重金屬彼此作用有著顯著響應(yīng)關(guān)系(Tandy et al.,2009年)。這也是形成土壤環(huán)境重金屬復(fù)合污染對生態(tài)系統(tǒng)的影響效應(yīng)不同于單一元素重金屬污染的主要因素。至此,重金屬復(fù)合污染已然成為環(huán)境科學研究中又一個熱點(Zhong et al.,2012年)。
1 土壤重金屬污染
重金屬通常是指比重等于或大于5.0 g?cm-3的金屬,如汞、鎘、鉛、鎳、銅、鐵、錳等(Adriano,2001年);砷是介于金屬與非金屬之間,與重金屬元素的環(huán)境效應(yīng)和化學特性存在諸多相近之處,所以一般研究中將砷元素納入重金屬元素范疇(陳懷滿,2005年)。
土壤環(huán)境重金屬污染的特點是滯后性、隱蔽性、有毒性、難降解和污染現(xiàn)象不明顯,但重金屬含量在環(huán)境中形成污染效應(yīng)后,對環(huán)境影響不容易改變和去除,具有較強的頑固性(郝春玲,2010年)。經(jīng)調(diào)查,在我國大部分省份土壤環(huán)境中都存在程度不同、種類各異的重金屬污染(王恒,2014年)。全國每年遭到重金屬污染影響的糧食數(shù)量超過1 200萬t,帶來的經(jīng)濟損失超過200億元(王燕等,2009年)。
重金屬元素不僅在食物鏈的各級生物中不斷傳遞進而富集,而且通過一定的生物作用轉(zhuǎn)變成為毒性更強的大分子有機化合物,所以說重金屬污染對于整個生態(tài)系統(tǒng)影響不僅是停留在讓土壤環(huán)境質(zhì)量下降,減少農(nóng)作物產(chǎn)量和影響農(nóng)作物品質(zhì),甚至對人類及動物的健康產(chǎn)生威脅;對于生態(tài)環(huán)境中其他要素都產(chǎn)生負面效應(yīng)。
2 重金屬復(fù)合污染
通常我們說絕對單一一種重金屬元素污染環(huán)境的情況是不存在的,重金屬元素在環(huán)境介質(zhì)中都是相伴共存的。
一般認為的復(fù)合污染是指同一環(huán)境介質(zhì)(土壤、水、大氣、生物)受到多元素或多種化學品(多種污染物)對其的同時污染(陳懷滿等,2002年)。因此土壤重金屬復(fù)合污染可定義為:在土壤介質(zhì)中,兩種或兩種以上重金屬元素同時存在,滿足各種重金屬元素的賦存濃度大于國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準或者沒有超過相應(yīng)標準但對于土壤環(huán)境質(zhì)量已經(jīng)產(chǎn)生影響作用的土壤污染(周東美等,2005年)。重金屬復(fù)合污染中各種重金屬元素相互作用極其復(fù)雜,并且重金屬復(fù)合污染在土壤環(huán)境中更為普遍,因此重金屬復(fù)合污染相關(guān)研究工作也成為環(huán)境污染領(lǐng)域重要開拓方向之一。
3 重金屬復(fù)合污染特點
相對于單一重金屬污染,土壤重金屬復(fù)合污染中重金屬遷移轉(zhuǎn)化遺存效應(yīng)的影響因素更多且更為復(fù)雜。研究者在1939年提出復(fù)合污染效應(yīng)分為疊加效應(yīng)、同向效應(yīng)和駁斥效應(yīng)3種不同類型(何勇田,1994年),其基本內(nèi)涵是:疊加效應(yīng)產(chǎn)生的毒性效果等于各污染物單獨作用的毒性效果疊加之和;駁斥效應(yīng)的毒性效果小于各污染物單獨作用的毒性之和;同向效應(yīng)產(chǎn)生的毒性效果大于各污染物單獨作用的毒性效果之和。此外,在美國相應(yīng)研究中將重金屬復(fù)合污染的相互作用定義為單元素作用、協(xié)助、競爭、累積和屏障作用(Wallace,1982年)。
通常情況下,因為有著相近性質(zhì)的不同重金屬元素更容易對生態(tài)系統(tǒng)造成復(fù)合污染,而且不同重金屬之間的相互作用會隨著各自存在濃度的不同表現(xiàn)出特有的效應(yīng)模式。鎘鋅復(fù)合污染研究表明,土壤中的鋅元素濃度不同時,鋅元素與鎘元素對于水稻生理指標的聯(lián)合作用效果存在差異。當土壤中鋅元素添加濃度為100 mg/kg時,水稻生物量隨鎘元素濃度增加而不斷升高,鎘鋅之間在此濃度時表現(xiàn)出同向效應(yīng);當鋅元素添加濃度為200 mg/kg或者400 mg/kg時,水稻的生物量會因為鎘元素濃度的增加反而降低,鎘鋅之間存在駁斥效應(yīng)(周啟星等,1994年)。
在土壤中存在鉛鎘復(fù)合污染情況下,因為鉛元素可以爭奪鎘元素的土壤中的接觸點位,促使鎘元素活性增加,進而產(chǎn)生同向效應(yīng),使得土壤中鎘元素的生物有效性提升,導(dǎo)致土壤-植物系統(tǒng)中鎘元素的遷移轉(zhuǎn)化更容易發(fā)生。(王新等,2001年)。
土壤中元素的含量和其與共存元素相互之間效應(yīng)決定著生長在該土壤植株中的元素。研究表明,鎘、鉛、銅、鋅、砷生理毒性呈現(xiàn)出對水稻苗的劑量與效應(yīng)的正相關(guān),表現(xiàn)出隨著重金屬添加濃度增加毒性作用越嚴重的現(xiàn)象。土壤環(huán)境中重金屬復(fù)合污染存在兩元素、三元素和多元素共存的各種組合形式。
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關(guān)鍵詞:土壤污染;生態(tài)環(huán)境;治理對策
一、土壤污染的現(xiàn)狀
隨著經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展,我國的土壤環(huán)境破環(huán)嚴重,土壤污染持續(xù)惡化。目前,全國土壤污染的超標率已經(jīng)達到了16.1%,污染點的比例依次為重度污染1.1%;中度污染1.5%;輕度污染2.3%;中輕微污染11.2%,主要體現(xiàn)在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)等人類生產(chǎn)和生活方面。我國的土壤污染類型主要表現(xiàn)為無機型、有機型和復(fù)合型,其中無機型污染比重較大,其污染超標點位數(shù)占到了全部污染超標點位的五分之四以上,污染問題突出。我國的土壤污染范圍較廣,總體來看,南方地區(qū)土壤污染程度大于北方地區(qū),主要集中在經(jīng)濟發(fā)展水平較高、工業(yè)化發(fā)達的工礦業(yè)周邊、城市及近郊區(qū)。土壤污染的蔓延直接觸及我國的生態(tài)保護紅線和耕地保護紅線,造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐漸下降,耕地土壤環(huán)境和生產(chǎn)能力嚴重退化。現(xiàn)階段我國土壤污染以重金屬污染為主,受污染耕地總面積1.5億畝,占到了我國18億畝耕地保護紅線的8.3%,耕地質(zhì)量受損嚴重,造成了巨大的經(jīng)濟損失。[1]
二、土壤污染的特征和危害
(一)土壤污染的特征
土壤污染作為我國生態(tài)環(huán)境治理的短板之一,與其他短板相比有不同的特征。土壤污染是進入土壤的污染物含量超過了土壤自身的凈化能力,使土壤內(nèi)部機理發(fā)生質(zhì)變。第一,土壤污染的來源復(fù)雜多樣,涉及大氣,廢水污水、化工用品、重金屬、固體廢棄物、農(nóng)藥化肥等多方面。第二,土壤污染不容易被察覺,而且形成污染的周期長,滯后性比較突出。第三,土壤污染是污染物在土壤中發(fā)生量變的過程,一般污染物進入土壤之后,流動性大大減小,因而不斷沉積從量變引起土壤質(zhì)變。第四,土壤污染治理困難程度大,治理周期較長,成本較高。[2]
(二)土壤污染的危害
第一,土壤污染通過大氣循環(huán),食物鏈的富集,水環(huán)境污染等渠道,經(jīng)過各種方式進入人類和動植物體內(nèi),嚴重影響了人類和動植物的健康。第二,土壤污染制約了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,造成農(nóng)作物減產(chǎn),農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降,被間接污染的農(nóng)產(chǎn)品又直接影響到人類的食品安全。第三,土壤污染影響人類生存空間的環(huán)境質(zhì)量,目前我國發(fā)生的多起毒地事件在很大程度上已經(jīng)引起了人們對土壤污染的重視。第四,土壤污染威脅到我國生態(tài)環(huán)境安全和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展,山水林田湖是一個命運共同體,沒有土壤環(huán)境的安全就不可能實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的安全,土壤污染嚴重阻礙了我國現(xiàn)代化建設(shè)的進程。[3]
三、土壤污染治理中存在的問題
第一,土壤污染治理法律制度缺失,現(xiàn)階段我國還沒有專門的治理土壤污染的政策或法規(guī),面對目前土壤污染的嚴峻形勢,制定土壤污染防治法及配套政策法規(guī)迫在眉睫。第二,土壤污染修復(fù)手段單一,技術(shù)不成熟,傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)難以適應(yīng)復(fù)雜多變的污染狀況,現(xiàn)行的治理手段往往比較單一且效率低,缺乏技術(shù)創(chuàng)新,既耗時又耗力。第三,土壤污染管理機制和防治體系不健全,我國土壤污染治理涉及的治理主體多,關(guān)系復(fù)雜,以往的土壤污染治理中經(jīng)常出現(xiàn)部門之間相互推諉的情況,造成監(jiān)管空缺,缺乏統(tǒng)一的管理機制。我國土壤資源種類較多,制定的土壤質(zhì)量評價標準也多,如何建立一套統(tǒng)一協(xié)調(diào)的標準體系是今后提高土壤污染治理成效的關(guān)鍵。第四,土壤污染治理周期長,資金需求大。由于土壤污染的滯后性、持久性等特點,導(dǎo)致土壤污染治理的周期較長,加之土壤污染的隱蔽性,使社會公眾對土壤污染的重視程度不夠,參與治理土壤污染的積極性不高,這些原因都會增大土壤污染防治成本。[4]
四、土壤污染治理對策
(一)嚴格落實“土十條”,推進土壤污染治理進程
新常態(tài)下,美麗中國建設(shè)和生態(tài)文明建設(shè)都對我國的生態(tài)環(huán)境安全提出了更高的要求,國務(wù)院也了《土壤污染防治行動計劃》,土壤污染治理面臨巨大挑戰(zhàn)。《土壤污染防治行動計劃》的為我國土壤污染治理指明了目標和方向,因此必須堅持創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念,嚴格落實“土十條”里的各項任務(wù)目標,推進土壤污染治理,改善土壤環(huán)境,保障生態(tài)環(huán)境安全,促進社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
(二)建立健全土壤污染綜合治理的法律體系
面對當前我國土壤污染治理中的種種問題和弊端,必須盡快建立治理我國土壤污染的專門法規(guī),健全土壤污染治理各項配套政策和措施。以立法的方式助推土壤污染治理,明確污染治理主體的職責權(quán)限,杜絕污染防治和處理應(yīng)急事件的過程中相關(guān)部門互相推諉的情況。在治理土壤污染的過程中,要強化政府的作用,以政府為主導(dǎo),加強土壤污染的監(jiān)管和執(zhí)法力度,實行污染者付費的制度。
(三)實施土壤污染精準監(jiān)測機制,完善土壤質(zhì)量評價標準體系
土壤污染治理的首要前提是全面精準監(jiān)測和普查全國的土壤污染,建立大數(shù)據(jù)形式下我國土壤污染監(jiān)測的信息網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)平臺,建立土壤監(jiān)測的制度與規(guī)范體系,盡快實現(xiàn)我國土壤質(zhì)量檢測的全覆蓋。要從源頭開始建立土壤污染監(jiān)測的長效機制,嚴格監(jiān)督工礦業(yè)、農(nóng)業(yè),水環(huán)境、重金屬行業(yè)等的污染,在此基礎(chǔ)上,進一步完善土壤質(zhì)量的評價標準體系。
(四)創(chuàng)新土壤污染修復(fù)技術(shù)與治理手段,降低治理土壤污染的成本
在治理土壤污染的過程中不斷探索和創(chuàng)新土壤修復(fù)的新技術(shù)和新方式,加大土壤污染治理的科技投入,改造升級土壤污染治理的設(shè)施設(shè)備。通過借鑒國外的先進技術(shù)和模式,結(jié)合我國土壤污染的實際情況,建立多功能、專業(yè)的技術(shù)研發(fā)平臺,不斷優(yōu)化土壤污染治理模式,完善土壤治理的多元化的投資或融資機制,從根本上降低治理土壤污染的成本。
五、結(jié)語
土壤污染治理的成效關(guān)系到我國社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,也關(guān)系到人類的健康和生存環(huán)境的質(zhì)量,同時也關(guān)系到我國的生態(tài)安全和生態(tài)文明建設(shè)的成敗。加強土壤污染治理和改善土壤環(huán)境質(zhì)量是我國新常態(tài)下全面建成小康社會的必然要求,因此必須結(jié)合我國實際情況,從社會發(fā)展的各個方面著手,重點發(fā)力,全面治理,為建設(shè)“美麗中國”打下穩(wěn)固的基礎(chǔ)。
參考文獻:
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[2]陳微,魏君.土壤環(huán)境污染現(xiàn)狀分析與對策研究[J].黑龍江科學,2014,5(7):112.
[3]代顯峰.我國土壤污染問題分析及對策研究[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2013(11):16-17.
關(guān)鍵詞:接地網(wǎng) 腐蝕1
中圖分類號:TG174.2 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2013)06(c)-0103-02
接地裝置是確保電力設(shè)備安全運行和人身安全的重要環(huán)節(jié)。然而,由于原接地設(shè)計及建設(shè)標準偏低,使接地的技術(shù)現(xiàn)狀與電力設(shè)備技術(shù)的飛速進步不相適應(yīng),尤其是未能有效解決接地網(wǎng)的防腐蝕問題,使接地裝置成為薄弱環(huán)節(jié)。這就要求對接地裝置的可靠性和使用壽命給予足夠重視。接地網(wǎng)腐蝕造成的局部斷裂,接地線與接地網(wǎng)脫離等可導(dǎo)致接地電阻超標,甚至造成一些設(shè)備“失地”的嚴重后果。
我國的接地網(wǎng)材料主要以鍍鋅鋼為主。接地極材料的腐蝕與土壤環(huán)境腐蝕性、接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備運行狀況和接地網(wǎng)入地電流密切相關(guān)。接地網(wǎng)電極在地下腐蝕的腐蝕行為、腐蝕狀態(tài)未見詳細研究。為進一步摸清接地網(wǎng)腐蝕主要影響因素的作用,選擇了正在進行維修接地網(wǎng)的瓦房店仙浴灣變電站以及謝屯變電站進行檢測與分析。通過對接地網(wǎng)的腐蝕狀況與土壤腐蝕性、接地網(wǎng)電流狀況等因素分析影響接地網(wǎng)腐蝕的主要因素。
1 接地網(wǎng)腐蝕調(diào)查
1.1 接地網(wǎng)腐蝕調(diào)查區(qū)域簡介
仙浴灣變電站與謝屯變電站分別位于瓦房店市仙浴灣鎮(zhèn)和謝屯鎮(zhèn),均為6.6kV變電站,由于擴容需求,兩變電站正在進行地網(wǎng)改造,原有接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)全部挖開,準備重新安裝。變電站地面設(shè)備包括變壓器及開關(guān)每變電站分別取兩處作為土壤環(huán)境、地電流情況測試點。
1.2 接地網(wǎng)土壤環(huán)境腐蝕性檢測與分析
接地極埋設(shè)在土壤當中,并直接與大地接觸。土壤腐蝕是接地極材料最主要的腐蝕類型,因此,土壤的腐蝕性是接地網(wǎng)腐蝕的重要指標。本次通過測量土壤的電阻率、瞬時腐蝕率及變電站測試點地面電位梯度評價土壤的腐蝕性。土壤電阻率與瞬時腐蝕速率反應(yīng)土壤環(huán)境電化學腐蝕的強弱,電位梯度反應(yīng)來自環(huán)境中直流雜散電流的大小。
1.3 接地網(wǎng)土壤環(huán)境腐蝕性檢測結(jié)果
表1為對仙浴灣變電站與謝屯變電站土壤環(huán)境腐蝕性檢測結(jié)果的測量結(jié)果。檢測結(jié)果分析表明,瓦房店仙浴灣與謝屯變電站土壤環(huán)境腐蝕性較弱,這與當?shù)氐牡刭|(zhì)因素有關(guān),兩個變電站均地處山區(qū),深度為1米的土層以山石與砂土為主,土壤電阻率較大,土壤保水性、地下水位均較低,土壤對碳鋼及鍍鋅鋼材料的腐蝕性較弱。
1.4 兩個變電站接地網(wǎng)腐蝕狀況調(diào)查結(jié)果
由兩個變電站土壤腐蝕性測試結(jié)果可以看出,兩個變電站所處地區(qū)的土壤腐蝕性較弱。但將變電站原接地網(wǎng)都開挖出來后,接地網(wǎng)的腐蝕表現(xiàn)出了明顯的差異化,表觀上看,距離變電站變壓器較近地區(qū)的接地網(wǎng)腐蝕非常嚴重,鋅層腐蝕殆盡,扁鋼表面布滿腐蝕產(chǎn)物,現(xiàn)場在變電站區(qū)域選擇5處典型區(qū)域,用銼刀去除腐蝕產(chǎn)物后,利用千分尺深度計及測厚儀確定接地扁鋼的最大腐蝕深度,接地扁鋼與變壓器的距離與腐蝕深度之間的關(guān)系見圖1、圖2。
仙浴灣變電站與謝屯變電站均屬于66 kV的小型變電站,站內(nèi)設(shè)備簡單。從現(xiàn)場檢測結(jié)果可以清楚的看出,接地網(wǎng)的腐蝕存在明顯的差異化。距離變壓設(shè)備距離越近,接地材料的腐蝕越嚴重。由于兩個站的土壤腐蝕較弱,這種差異化更為明顯。謝屯變電站的接地網(wǎng)加設(shè)有犧牲陽極保護,因此在距離變壓器較遠的地區(qū)腐蝕極為輕微。但在變壓器附近,犧牲陽極的作用表現(xiàn)的不很明顯,距變壓器1.5 m處接地扁鋼的腐蝕深度仍達到2.5 mm。圖3~圖6為兩個變電站各處測試點接地材料的腐蝕形貌現(xiàn)場檢測結(jié)果可以看出,變壓器下接地材料的腐蝕速度遠遠高于其他區(qū)域。測試點之間的接地材料腐蝕深度差異高達32倍。產(chǎn)生這種差異化的因素只有變壓器的入地電流。設(shè)備在工作的時候,ABC三相負載或相位角存在差別的時候,會有額外的電流通過設(shè)備的中性點接地流入接地網(wǎng)。電流隨著與變壓器之間的距離逐漸降低。入地的電流對接地材料具有強烈的腐蝕作用。造成變壓器周圍的接地網(wǎng)腐蝕速度大大增加,甚至導(dǎo)致接地網(wǎng)犧牲陽極系統(tǒng)失效。
2 結(jié)論
通過對66 kV變電站地網(wǎng)的全面開挖,首次發(fā)現(xiàn)了接地網(wǎng)腐蝕的差異化。研究結(jié)果表明,接地網(wǎng)材料的腐蝕主要有兩種因素,土壤腐蝕與設(shè)備入地電流。當土壤腐蝕性較弱時,接地網(wǎng)的腐蝕差異化越明顯。同時發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的接地網(wǎng)犧牲陽極防護措施在設(shè)備入地電流較大時,其作用并不明顯。我們在接地網(wǎng)防腐蝕設(shè)計、施工、維護與管理上必須考慮到這種差異化,保證接地網(wǎng)的使用壽命。
[關(guān)鍵詞]功能區(qū); 鉤藤; 土壤; 重金屬; 評價
[Abstract]Soil and Uncaria rhynchophylla in different functional areas were selected for the study,the content of heavy metals such as As, Cd, Cu, Cr, Pb, and Hg in soil and U. rhynchophylla was discussed, the characteristics of their accumulation in the U.rhynchophylla was analyzed, the contamination levels of heavy metals in soil in different functional areas was evaluated. The results showed that content of Cu, As, Pb and Cr in soil was being cropland>woodland>wasteland, content of Cd was being woodland>cropland>wasteland, content of Hg was being cropland>woodland>wasteland. According to quality standard of soil environment, soil Cd in woodland, cropland and wasteland all exceeded the state-level standards, soil Cd in woodland exceeded the secondary standard, soil Hg in cropland and wasteland all exceeded the state-level standards. According to technical conditions of green food producing area, soil Cd in woodland exceeded the limit value of standard. According to Green Trade Standards of Importing Exporting Medicinal Plants Preparations,the content of heavy metals of U.rhynchophylla in cropland,woodland and wasteland were correspond to the specification. From the single factor pollution index, the soil in woodland was polluted by Cd. From the comprehensive pollution index, the soils in different functional areas were not contaminated by heavy metals. The enrichment coefficient of heavy metals such as As, Cu, Cr, and Pb in hook of U.rhynchophylla was being wasteland>woodland>cropland, the enrichment coefficient of Cu in hook of U. rhynchophylla in wasteland was more than 1. Except Cu, the enrichment coefficient of other heavy metals was low.
[Key words]functional areas; Uncaria rhynchophylla; soil; heavy metals; evaluation
doi:10.4268/cjcmm20162008
在“回歸大自然”的背景下,中藥材因其綠色、環(huán)保和副作用小而發(fā)展迅速,社會需求量和種植面積不斷上升。但工業(yè)化、城市化推進及農(nóng)藥化肥的不合理使用等,使得中藥材不斷出現(xiàn)重金屬超標等問題[1]。鄒耀華等調(diào)查發(fā)現(xiàn)“浙八味”中重金屬鎘和鉛有一定的超標[2],中藥材川芎塊莖中存在重金屬超標問題[3],趙靜等的三七調(diào)查中發(fā)現(xiàn)砷(As),鎘(Cd)超標率分別為32.4%,29.7%[4]。土壤作為中藥材生產(chǎn)的基礎(chǔ)物質(zhì),土壤重金屬的種類和含量在很大程度上影響著中藥材中相應(yīng)重金屬的含量[5],因此必須加強對土壤重金屬進行考查及評價[6]。目前,中藥材產(chǎn)地土壤重金屬評價方法主要包括單因子與綜合因子指數(shù)法、地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法等指數(shù)法[7]。對中藥材土壤重金屬進行考查及評價過程中,還應(yīng)重視中藥材自身對重金屬吸收和累積特性[8-9]。富集系數(shù)作為反映植物對重金屬積累能力的強弱,通過對中藥材重金屬富集系數(shù)的分析,周濃等人發(fā)現(xiàn)白術(shù)、木香、川芎對Pb具有較強的生物積累作用[10]。中藥材及其種植環(huán)境的重金屬研究,對解決中藥材生產(chǎn)過程中重金屬超標問題具有十分重要的意義。
鉤藤為兒科和治療高血壓的常用藥材,以帶鉤莖枝入藥。其性微寒味甘,歸肝、心包經(jīng),可清熱平肝,有熄風定驚之效,用于頭痛眩暈、感冒夾驚、驚癇抽搐、妊娠子癇、高血壓癥等癥狀效果顯著[11]。隨著對鉤藤藥效成分及藥理作用研究的深入[12-16],鉤藤的入藥量也日益增加,野生鉤藤已經(jīng)無法滿足市場的需求,人工栽培成為鉤藤生產(chǎn)發(fā)展的趨勢。中藥材栽培中重金屬超標,不僅影響中藥材的品質(zhì),同時也嚴重危害人類健康。重金屬鉛進入人體后會對神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、血管和消化系統(tǒng)造成一定的損害,砷能夠引起肝、腎、心等實質(zhì)器官的衰退,鎘對人有致畸、致癌、致突變作用,汞造成腎功能衰竭[17]。但目前對鉤藤的研究更多的集中于鉤藤種質(zhì)資源、鉤藤化學成分及鉤藤藥理作用等的研究[18-21],針對鉤藤產(chǎn)地土壤與鉤藤植株中重金屬的研究較少,而對不同功能區(qū)土壤-鉤藤系統(tǒng)中重金屬分布與累積特征尚未見報道。為此,本研究以不同功能區(qū)土壤-鉤藤系統(tǒng)為研究對象,探討了不同功能區(qū)鉤藤土壤和鉤藤植株中重金屬元素含量及其在鉤藤植株中的富集特征,并對不同功能區(qū)鉤藤土壤中重金屬元素含量進行評價,以期為鉤藤的優(yōu)質(zhì)栽培提供基礎(chǔ)資料和決策依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)域概況 劍河縣位于貴州省黔東南苗族侗族自治州中部,東經(jīng)108°17′08″―109°04′12″,北緯26°20′42″―26°55′42″,全縣總面積為2 165.3 km2。最高海拔1 626 m,最低海拔348 m。劍河縣屬亞熱帶季風氣候,冬無嚴寒,夏無酷暑,溫和濕潤,年平均氣溫17.7 ℃,最冷月平均氣溫5.9 ℃,極端最低氣溫-8.1 ℃,無霜期326 d。年平均降雨量1 220 mm,年平均日照時數(shù)1 236.3 h。劍河地質(zhì)構(gòu)造屬江南古陸地的一部分,為山地性高原,處于雷公山中山地貌向湘西丘陵過渡地帶,山勢崎嶇,高山聳翠。劍河縣主要成土母巖為礫巖類、粉砂巖、頁巖、碳酸鹽巖、燧石巖、磷塊巖、板巖、變異砂巖等。土壤主要以黃壤(pH 4.2~5.5)為主,有部分黃紅壤(pH 4.2~5.0)和少量石灰?guī)r發(fā)育而成的黃色石灰土(pH 5.4~5.8)、酸性紫色土,見表1。
1.2 樣品的采集 采用典型性分析法,同時考慮小區(qū)域?qū)Ρ炔键c的方法,對鉤藤3種功能區(qū)下(耕地、林地和荒地)土壤進行樣品采樣。土壤樣品采樣時必須重視采集樣品是否具有代表性,應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域的地形地貌實際情況,考慮地形、土壤類型和植被等自然因素及耕作施肥等人為因素的影響,進行布點設(shè)位。本研究中樣地均采用“S”形方式進行,采集5~8個采樣點為1個混合樣,每個點采集0~20 cm土層土壤樣品,合計采集92個土壤樣品。
在采集土壤樣品的同時,在相同區(qū)域采取一一對應(yīng)的原則采取鉤藤植株樣,并分鉤、莖和葉3個部位進行采集。為避免采樣器具對樣品的污染,采樣過程中均用不銹鋼鏟和木制等工具;對采集完畢的樣品進行編號和GPS定位。在2013年3月28日采集46個鉤藤發(fā)芽前期土壤樣品和2013年4月25日采集17個中期土壤樣品及植株樣品,以及2013年10月21采集46個成熟期土壤樣品和植株樣品,合計109個樣品。
1.3 樣品的制備 土壤和植株樣品的處理和測定方法均按照《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》和國家重金屬檢測的相關(guān)標準進行[22-23]。將采集的樣品分別裝入不含重金屬的布袋帶回實驗室,剔除植物殘體及大礫石等非土壤物質(zhì),置于陰涼通風處自然晾干。晾干后充分混勻,按對角線四分取土法分取一半樣品研磨過孔篩,另一半作為備用樣品保存。采集每種植物樣品,分別用自來水充分沖洗以去除粘附的泥土和污物,再用去離子水沖洗,之后放入烘箱于105 ℃左右殺青5 min,再于70 ℃左右烘干至恒重,烘干后的植物樣品用不銹鋼植物粉碎機粉碎,過40目篩,裝密封袋備用。
1.4 項目測試 本研究分析測試的重金屬包括鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)、汞(Hg)、As 和Cd 6種,實驗中所用試劑均為優(yōu)級純、二次去離子水,重金屬均采用六點標準曲線外標法定量,各指標標準曲線r>0.99,測定過程中嚴格按照國家標準,采用平行樣和標準參考物質(zhì)來控制準確度。植物樣品采用HNO3-HClO4加熱消解、土壤樣品采用HCl-HF-HNO3-HClO4加熱消解。土壤與植物中As采用原子熒光光譜法,以雙道原子熒光光度計測定;植物中其它重金屬元素以ICP-MS測定。土壤中Cr采用火焰原子吸收分光光度法;土壤中Cd采用石墨爐原子吸收分光光度法測定;土壤中Hg和Pb采用石墨爐原子吸收分光光度法測定;土壤中Cu采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法。所有樣品均做相應(yīng)的試劑空白,并以國家標樣進行質(zhì)量控制。
1.5 評價 本研究采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對不同功能區(qū)下鉤藤土壤中重金屬進行評價。單因子污染指數(shù)法能夠分別反映各個污染物的污染程度,表達式為Pi=Ci/ Si(Pi為農(nóng)作物中污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù),Ci為污染物i的實測濃度值,Si為i種污染物的評價標準)。根據(jù)單因子指數(shù)值的大小來判斷農(nóng)作物中某種重金屬的污染程度,若Pi≤1.0,則農(nóng)作物沒有受到污染;若Pi>1.0,則農(nóng)作物已受到污染,指數(shù)越大則表明農(nóng)作物污染物累積污染程度越高。
單因子污染指數(shù)法只能評價各個污染物的污染程度,評價某個區(qū)域重金屬污染程度時需將單因子污染指數(shù)按一定方法綜合起來應(yīng)用綜合污染指數(shù)法進行評價。綜合污染評價采用兼顧單元素污染指數(shù)平均值和最大值的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法,計算公式如下。
其中,P綜合為土壤綜合污染指數(shù); Pi(max)為土壤中單項污染物的最大污染指數(shù)。根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的大小對農(nóng)作物質(zhì)量進行分級。農(nóng)作物污染分級的評價標準見表2。
運用富集系數(shù)評價不同功能區(qū)下鉤藤對重金屬的吸收累積特點,其表達公式為:富集系數(shù)=植物中某種元素含量/土壤中該元素含量,當富集系數(shù)
2 結(jié)果與分析
2.1 不同功能區(qū)下土壤重金屬特征 對鉤藤產(chǎn)地不同功能區(qū)下的土壤重金屬分析見表3,不同功能區(qū)下土壤重金屬Cu,As,Pb,Cr含量表現(xiàn)為耕地>林地>荒地。不同功能區(qū)下土壤重金屬Cd含量表現(xiàn)為林地>耕地>荒地,重金屬Hg含量表現(xiàn)為耕地>荒地>林地。耕地的重金屬Cu含量分別比林地和荒地高115.98%,171.71%;耕地的重金屬As含量分別比林地和荒地高0.61%,193.81%;耕地的重金屬Pb含量分別比林地和荒地高38.89%,124.84%;耕地的重金屬Cr含量分別比林地和荒地高38.38%,96.85%;耕地的重金屬Hg含量分別比林地和荒地高360%,53.33%;林地的重金屬Cd含量分別比林地和耕地高52%,31.03%。
參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB15618-1995),從表3可以看出,重金屬Cd在3種功能區(qū)下均超過了《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》一級標準,林地下重金屬Cd超過了《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準;耕地和荒地下重金屬Hg超過了《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》一級標準,其余重金屬均沒有超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》。以《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》(NY/T 391-2000)為標準,林地下重金屬Cd超過了《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》規(guī)定的限量值,其余重金屬均沒有超過《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》。
參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》,采用單因子指數(shù)(Pi)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法(P綜)進行評價,結(jié)果見表4。從單因子污染指數(shù)來看,除林地土壤Cd的單因子污染指數(shù)大于1,其余功能區(qū)下重金屬單因子污染指數(shù)均小于1,表明林地受到重金屬Cd的污染,其余不同功能區(qū)下的鉤藤土壤均未受到各污染物污染。從綜合污染指數(shù)來看,荒地重金屬綜合污染指數(shù)小于0.7,污染等級為安全;林地重金屬綜合污染指數(shù)為0.91,耕地重金屬綜合污染指數(shù)為0.73,林地和耕地污染等級為警戒線。從綜合污染指數(shù)來看,鉤藤在不同功能區(qū)下土壤都沒有受到重金屬的污染。
2.2 不同功能區(qū)下鉤藤重金屬特征 對不同功能區(qū)下的鉤藤重金屬統(tǒng)計,鉤藤葉、莖、鉤中的重金屬在不同功能區(qū)下含量存在顯著性差異的,見表5。鉤藤葉中的重金屬表現(xiàn)為,Cu,Cd,Cr是荒地>林地>耕地,As是荒地>耕地>林地;Pb是耕地>林地,荒地未檢出;耕地下鉤藤葉中的Hg為0.02 mg?kg-1,林地和荒地未檢出。鉤藤莖中的重金屬表現(xiàn)為,Cu是林地>荒地>耕地,Cd和As是荒地>耕地>林地,Pb耕地>荒地>林地,Cr荒地>林地>耕地;耕地下鉤藤莖中的Hg為0.01 mg?kg-1,林地和荒地未檢出。鉤藤鉤中的重金屬含量表現(xiàn)為,耕地、林地和荒地均未檢出Hg的含量,Cu荒地>林地>耕地,Cd荒地>耕地>林地,As耕地>林地>荒地,Cr耕地>荒地>林地;林地下鉤藤鉤中的Pb含量是耕地的10.6倍,荒地未檢出。
從統(tǒng)計結(jié)果中發(fā)現(xiàn),不同功能區(qū)下鉤藤葉、莖、鉤中的重金屬也不同。耕地中重金屬表現(xiàn)為,Cu,Cr鉤>莖>葉,As鉤>葉>莖,Cd莖>鉤>葉,Pb葉>莖>鉤;Hg葉>莖,鉤未檢查出來。林地中重金屬表現(xiàn)為,Cu葉>鉤>莖,As莖>鉤>葉,Cd葉>莖>鉤,Pb鉤>葉>莖,Cr鉤>莖>葉,Hg未檢查出來。荒地中重金屬表現(xiàn)為,Cu,Cd鉤>莖>葉,As莖>葉>鉤,Cd葉>莖>鉤,Cr莖>鉤>葉;Pb葉中量為1.03 mg?kg-1,鉤和莖未檢查出來,Hg未檢查出來。依據(jù)《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標準》(WM-T2-2004)對重金屬的限量指標,3種功能區(qū)下鉤藤中重金屬含量均符合標準。
2.3 不同功能區(qū)下鉤藤重金屬富集系數(shù) 土壤重金屬污染具有隱蔽性,通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),鉤藤種植區(qū)域無工業(yè)污染和城市生活污染,鉤藤植株中重金屬來源主要受土壤母質(zhì)的影響。土壤對母巖具有很強的繼承性,不同母質(zhì)發(fā)育的土壤,其背景值存在較大差異。重金屬富集系數(shù)反映了植物將土壤中重金屬元素轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)的能力,為評價鉤藤對土壤中重金屬的富集能力,引用土壤重金屬富集系數(shù)對鉤藤各部位重金屬進行評價[24]。重金屬富集系數(shù)越大,則植物對該種重金屬從土壤向體內(nèi)的遷移能力越強。鉤藤作為一種大宗藥材,其主要用藥部位為鉤,對鉤藤不同功能區(qū)下鉤藤鉤中重金屬富集系數(shù)進行統(tǒng)計,不同功能區(qū)鉤藤鉤對不同的重金屬富集能力不同,耕地、林地和換地下鉤藤鉤對重金屬Hg的富集系數(shù)為0。Cu,Cr,Pb,As的富集系數(shù)為荒地>林地>耕地,荒地下鉤藤鉤對重金屬Cu的富集系數(shù)大于1,說明荒地下重金屬Cu容易從土壤遷移到鉤藤中,見圖1。
可以看出不同功能區(qū)下的鉤藤不同部位對土壤中重金屬的吸收和富集特征存在較大差異,3種功能區(qū)下Cu在各部位的富集系數(shù)都比其他重金屬高,重金屬Cu在林地下的葉中和荒地下的鉤、莖及葉中的富集系數(shù)大于1,見表6。對于同一部位,不同功能區(qū)下的鉤藤重金屬的富集作用總體表現(xiàn)為荒地>林地>耕地。因此,鉤藤種植基地土壤尚屬安全區(qū)域,土壤富集系數(shù)較低,排除前面工業(yè)污染外,此種植區(qū)域人為活動對土壤重金屬的影響較大,繼續(xù)加大對種植區(qū)域的保護,有利于藥材品質(zhì)的長期發(fā)展。
3 討論
從本研究中不同功能區(qū)土壤重金屬含量來看,一般表現(xiàn)為耕地重金屬含量較高,這種變化趨勢主要與人為施用化肥有關(guān)。有關(guān)研究[25]發(fā)現(xiàn),磷肥生產(chǎn)中因磷礦石中含有一定量的重金屬污染物Cd,As,Cr,Pb等,使磷肥中含有較多的Cd,As,Cr,Pb,Hg及Cu等重金屬物質(zhì)。在鉤藤種植基地人工管理過程中,應(yīng)注重化肥的合理使用及人工管理。
參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》一級標準,本研究中Cd在3種功能區(qū)下均超過了《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》,耕地和荒地下Hg超過了《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》一級標準。參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》中的二級標準,本研究中林地土壤重金屬Cd超過了標準值。以《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》為標準,林地下重金屬Cd超過了《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》規(guī)定的限量值。單因子指數(shù)評價中林地土壤重金屬Cd為輕度污染等級,從綜合污染指數(shù)來看,鉤藤不同功能區(qū)下土壤均沒有受到重金屬的污染,但林地和耕地污染等級為警戒線。總體上3種功能區(qū)下的土壤環(huán)境達到鉤藤清潔安全生產(chǎn)的要求,但在鉤藤種植中應(yīng)注意控制土壤Cd和Hg這2種重金屬的含量。
本研究對不同功能區(qū)下鉤藤土壤中重金屬Cr,Cd,Cu,As,Hg,Pb含量進行相關(guān)性分析,其中Cr與Cu呈極顯著正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.91;Cu與Pb,Cr與Pd,Cd與As呈顯著正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)分別為0.43,0.50,0.41。不同功能區(qū)下鉤藤土壤中重金屬Cr,Cd,Cu,As,Hg,Pb含量存在一定的相關(guān)性,其土壤為Cd和Hg為主的復(fù)合污染。
本研究中不同功能區(qū)下鉤藤重金屬含量均符合《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標準》中對中藥材重金屬含量的品質(zhì)要求。本研究中林地土壤受到重金屬Cd的輕度污染,但林地下鉤藤葉、莖和鉤中重金屬含量并沒有受到重金屬的污染。重金屬從土壤進入植物體的過程會受到植物本身的遺傳特性、主動吸收功能和對元素的富集能力影響。植物重金屬富集系數(shù)是植物體內(nèi)重金屬含量與土壤中重金屬含量的比值,常用來評價重金屬在土壤-植物體系中遷移的難易程度。本研究中Cu在3種功能區(qū)下的富集系數(shù)都比其他重金屬高,表明重金屬Cu容易在鉤藤中富集;從功能區(qū)看,荒地下鉤藤重金屬的富集作用較強。因此,繼續(xù)加大對種植區(qū)域的保護,有利于藥材品質(zhì)的長期發(fā)展。
重金屬是對人體有害的微量元素,當其在體內(nèi)蓄積至一定量時會起免疫系統(tǒng)障礙和多種功能損害。土壤重金屬對中藥材重金屬的累積量有一定的影響,鉤藤3種功能區(qū)下土壤尚屬安全區(qū)域,3種功能區(qū)鉤藤對重金屬的富集系數(shù)較低,排除前面工業(yè)污染外,人為活動對土壤重金屬的影響較大。在鉤藤種植中化肥的不合理使用增長了耕地土壤重金屬的含量,因此在鉤藤種植基地人工管理過程中,盡量采取桔梗還土,施用農(nóng)家肥或是動物-鉤藤養(yǎng)殖模式來培肥土壤。人工管理過程中,還可通過施用土壤改良劑、鈍化劑等來降低土壤重金屬的生物有效性和可遷移性。鉤藤是茜草科鉤藤屬常綠藤本植物,目前鉤藤的種植方式主要以凈作為主。但是長期的連作改變了土壤的環(huán)境,降低了土壤的肥力,化肥的使用在提高土壤養(yǎng)分含量的同時也會導(dǎo)致土壤重金屬含量增高。土壤重金屬調(diào)查發(fā)現(xiàn),3種功能區(qū)下重金屬Cd,Hg是影響土壤環(huán)境質(zhì)量的主要重金屬。通過篩選對重金屬Cd,Hg超累積植物,改變鉤藤的種植方式,采用套種或間種Cd,Hg超累積植物,利用Cd,Hg超累積植物吸收并去除土壤中Cd,Hg。
4 結(jié)論
不同功能區(qū)下土壤重金屬Cu,As,Pb,Cr含量表現(xiàn)為耕地>林地>荒地,Cd含量表現(xiàn)為林地>耕地>荒地,重金屬Hg含量表現(xiàn)為耕地>荒地>林地。參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》,重金屬Cd在3種功能區(qū)下均超過了《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》一級標準,林地下重金屬Cd超過了《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準;耕地和荒地下重金屬Hg超過了《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》一級標準,其余重金屬均沒有超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》。以《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》(NY/T 391-2000)為標準,林地下重金屬Cd超過了《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》規(guī)定的限量值,其余重金屬均沒有超過《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》。從單因子污染指數(shù)來看,林地受到重金屬Cd的污染,其余不同功能區(qū)下的鉤藤土壤均未受到各污染物。從綜合污染指數(shù)來看,荒地重金屬綜合污染指數(shù)小于0.7,林地重金屬綜合污染指數(shù)為0.91,耕地重金屬綜合污染指數(shù)為0.73,林地和耕地污染等級為警戒線。總體上,鉤藤在不同功能區(qū)下土壤都沒有受到重金屬的污染。
鉤藤葉、莖、鉤中的重金屬在不同功能區(qū)下含量存在顯著性差異的,不同功能區(qū)下鉤藤葉、莖、鉤中的重金屬也不同。依據(jù)《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標準》(WM-T2-2004)對重金屬的限量指標,3種功能區(qū)下鉤藤中重金屬含量均符合標準。不同功能區(qū)鉤藤鉤對不同的重金屬富集能力不同,耕地、林地和換地下鉤藤鉤對重金屬Hg的富集系數(shù)為0。Cu,Cr,Pb,As的富集系數(shù)為荒地>林地>耕地,荒地下鉤藤鉤對重金屬Cu的富集系數(shù)大于1, 說明荒地下重金屬Cu容易從土壤遷移到鉤藤中。3種功能區(qū)下Cu在各部位的富集系數(shù)都比其他重金屬高,重金屬Cu林地下的葉中和荒地下的鉤、莖及葉中的富集系數(shù)大于1。對于同一部位,不同功能區(qū)下的鉤藤重金屬的富集作用總體表現(xiàn)為荒地>林地>耕地。
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關(guān)鍵詞:武漢;蔬菜基地;土壤;重金屬污染
隨著城市化進程的加快,工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展,排放的工業(yè)三廢及大量施用的農(nóng)藥、化肥等越來越多,使菜地土壤重金屬含量超標嚴重,不僅對土壤生物種類的多樣性及生態(tài)環(huán)境的安全性產(chǎn)生威脅,具有一定的生態(tài)風險[1,2],而且直接或間接為害人體健康[3,4]。據(jù)統(tǒng)計,2007年我國受污染的耕地已達
1 000萬hm2 [5],其中土壤重金屬污染尤為突出[6]。環(huán)境污染的嚴重性使人們越來越意識到土壤尤其是菜地土壤重金屬污染評價的重要性,如北京、天津、上海和廣州等大城市于20世紀80年代就已系統(tǒng)地對郊區(qū)蔬菜的污染狀況開展了調(diào)查和研究[7]。近幾年來,湖南環(huán)洞庭湖區(qū)[8]、廣西桂林[9]、湖北武漢[10]等地也陸續(xù)開展了蔬菜基地重金屬污染現(xiàn)狀評價工作。調(diào)查結(jié)果顯示,環(huán)洞庭湖區(qū)典型蔬菜基地土壤Cd污染嚴重,超標率達到45%以上,Ni也有不同程度的超標[8],雖然大多數(shù)城市蔬菜基地土壤重金屬含量低于國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準(二級)[11],但土壤中Pb、Cd、Zn等重金屬含量均較高,且重金屬具有隱蔽性、長期性、累積性和不可逆性等特點[12],因此必須予以重視。
武漢周邊地區(qū)蔬菜基地,是武漢市的蔬菜生產(chǎn)和供應(yīng)的主要來源,與城郊居民的日常生活息息相關(guān)。為實現(xiàn)蔬菜從田間到餐桌的質(zhì)量安全控制,提高蔬菜質(zhì)量,全面調(diào)查了武漢市洪山區(qū)、蔡甸區(qū)、東西湖區(qū)以及新洲區(qū)的24個蔬菜基地土壤的pH值、EC值以及Cu、Zn、Pb、Cd 4種重金屬含量,對武漢近郊菜地土壤重金屬污染現(xiàn)狀進行了評價,提出相應(yīng)的防治措施,以期為環(huán)境保護及無公害蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 樣品采集與處理
以武漢市江夏區(qū)、洪山區(qū)、蔡甸區(qū)、東西湖區(qū)、新洲區(qū)的24個蔬菜生產(chǎn)基地為監(jiān)測樣點,按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166-2004)[13]布設(shè)監(jiān)測點并采集0~20 cm耕層土壤,每個蔬菜生產(chǎn)基地采集不同位置、不同點數(shù)的土樣混合均勻,每個點獲得復(fù)合樣1份,共采集土壤樣品24份。
將所取土樣置于室內(nèi)通風陰涼處風干,去除雜物,經(jīng)100目篩后混勻,保存于采樣袋中,待測。
1.2 測定項目及方法
土壤浸提后用電導(dǎo)儀測定pH值和EC值;有機質(zhì)含量參照鮑士旦[14]方法,用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定;樣品重金屬測定包括銅(Cu)、鋅(Zn)、鎘(Cd)和鉛(Pb),參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-1995) [11],將土壤經(jīng)過鹽酸-硝酸-高氯酸消解后,原子吸收分光光度法測定。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同菜地土壤理化性質(zhì)和重金屬含量比較
表1顯示,除蔡甸區(qū)及其他區(qū)少量菜地土壤偏酸性外,其他菜地土壤大都呈中性或偏堿性。蔡甸區(qū)的有機質(zhì)含量平均較高,新洲區(qū)的最低,其中蔡甸區(qū)張灣村蕹菜菜地土壤有機質(zhì)含量最高,為30.22 g/kg,是新洲區(qū)雙柳先正達基地的4.6倍。參照湖北省土壤背景值(土壤的環(huán)境要素在未受人類明顯污染時,其化學元素的正常含量稱為土壤背景值,或土壤環(huán)境背景值)以及國家土壤背景值二級標準[15],全部樣點土壤的Cu、Zn、Cd、Pb平均含量均在國家土壤背景值標準以內(nèi),且低于湖北省土壤背景值(Pb除外)。其中,新洲區(qū)的所有菜地土壤Pb含量低于湖北省土壤背景值,且遠遠低于國家土壤背景值。
2.2 不同區(qū)蔬菜生產(chǎn)基地重金屬含量差異
表2顯示,新洲區(qū)菜地土壤的Cu含量平均值最高,江夏區(qū)最低;洪山區(qū)菜地土壤的Zn含量最高,江夏區(qū)的最低;蔡甸區(qū)土壤中的Cd平均含量最高,為洪山區(qū)和新洲區(qū)的2倍;江夏區(qū)菜地土壤的Pb平均含量最高,新洲區(qū)的最低。但相同區(qū)不同取樣地點的重金屬含量差異較大,如新洲區(qū)雙柳鎮(zhèn)東家村的Cu含量是雙柳劉鎮(zhèn)村的17倍;東西湖區(qū)柏泉農(nóng)場的Zn含量是走馬嶺四季豆菜地的34.9倍。
3 結(jié)論與建議
3.1 結(jié)論
通過田間采樣和室內(nèi)分析,試驗結(jié)果顯示,所調(diào)查的24個武漢市蔬菜基地土壤大部分呈中性或偏堿性,有機質(zhì)含量差異較大,重金屬含量均低于國家土壤背景值二級標準,說明這些蔬菜基地不存在重金屬污染問題。但是洪山區(qū)菜地土壤Pb平均含量較高,可能是因為該地區(qū)處于武漢市中心繁華階段,車流量大,空氣質(zhì)量較差,另外江夏區(qū)部分菜地土壤Pb含量也較高,這2個區(qū)進行蔬菜生產(chǎn)時應(yīng)予注意。此外,洪山區(qū)洪山菜薹原產(chǎn)地,蔡甸區(qū)張灣村蕹菜基地、白菜基地和金雞苦瓜基地,東西湖區(qū)柏泉農(nóng)場生菜基地土壤酸化比較嚴重,必須予以高度重視。
3.2 建議
根據(jù)所得試驗結(jié)果以及無公害蔬菜生產(chǎn)的要求,應(yīng)采取以下措施保障蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全,降低和控制土壤和蔬菜的重金屬含量。
①源頭控制重金屬污染源 土壤中重金屬主要來源于灌溉水、大氣沉降物[16]、工業(yè)“三廢”排放、汽車尾氣[17]等,應(yīng)加強環(huán)境保護,減少有毒、有害物質(zhì)的任意排放。
②合理規(guī)劃蔬菜生產(chǎn)基地 在規(guī)劃蔬菜生產(chǎn)基地之前,應(yīng)對基地周邊的環(huán)境進行調(diào)查,如附近有無污染性的工廠,對水源、土壤的重金屬含量進行監(jiān)測,應(yīng)選擇3 km以內(nèi)水源、土壤和空氣重金屬含量在國家標準規(guī)定范圍內(nèi)、土壤有機質(zhì)含量高的地塊[18]。
③科學配方施肥 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,除水源中可能含有重金屬外,施用的肥料中也含有一定量重金屬元素[19]。因此,在實際生產(chǎn)中,應(yīng)采取測土配方施肥,合理、適時、適量施用化肥,盡量施用充分腐熟有機肥,減少肥料中的重金屬源。
④調(diào)節(jié)土壤pH值 Singh等[20]認為土壤中的重金屬活性與土壤pH值有關(guān),pH值越高,重金屬被解吸的越少,活性越弱,越不易被植物吸收,反之越易向植物體內(nèi)遷移。因此,應(yīng)結(jié)合蔬菜對土壤pH值的要求采取合適的措施調(diào)節(jié)土壤pH值,如對于酸性土壤,可增施熟石灰、草木灰等[21];對于堿性土壤,可使用燃煤煙氣脫硫副產(chǎn)物[22]、沸石[23]等。
參考文獻
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關(guān)鍵詞:不確定性分析;MonteCarlo模擬;土壤;重金屬
中圖分類號:X820.2 文獻標識碼:A
土壤是歷史自然體,是位于地球陸地表面和淺水域底部具有生命力、生產(chǎn)力的疏松而不均勻的聚積層,基于土壤形成的生態(tài)環(huán)境體系介于大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈的交界面上,是各環(huán)境介質(zhì)的連接紐帶[1].重金屬是一類持久性有毒物,易通過食物鏈的生物放大作用在生物體內(nèi)積累,從而對人群健康和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定產(chǎn)生危害或風險[2].土壤重金屬污染可改變土壤的理化性質(zhì),直接或間接破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并可通過土壤農(nóng)作物等多個途徑的遷移積累對農(nóng)產(chǎn)品安全和人體健康造成風險,所以土壤環(huán)境質(zhì)量評價作為評估污染程度和制定污染控制策略的重要參考而被廣泛關(guān)注.國內(nèi)外現(xiàn)常用的土壤環(huán)境質(zhì)量評價方法主要包括:單因子指數(shù)評價法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、模糊貼近度法、地累積指數(shù)評價法[3]、潛在生態(tài)危害指數(shù)法[4]等.其中地累積指數(shù)評價法是由Muller提出的一種可良好表征土壤中重金屬富集污染程度的定量指標,現(xiàn)廣泛應(yīng)用于研究評價土壤或沉積物中重金屬的污染程度[5-6].但其在國內(nèi)外評價過程中仍存在一些缺陷,需要進一步完善,主要表現(xiàn)在:1)常用確定性評價方法中重金屬含量輸入值的單一確定性與評價區(qū)域土壤環(huán)境中重金屬含量的空間差異性之間的矛盾造成了區(qū)域污染評價結(jié)果存在較大模糊性;2)不同學者或決策者選取地球化學背景值參數(shù)的差異及不同土地利用類型的土壤重金屬背景值的差異造成評價結(jié)果缺乏可比性;3)確定性地累積評價模型主要表征土壤中各重金屬的富集污染程度,而忽略了不同重金屬之間的生態(tài)毒性差異,這會導(dǎo)致低含量高毒性的重金屬的污染程度被低估或高含量低毒性的重金屬污染程度被高估.以上3點不足均可能會誤導(dǎo)最終決策.
本研究以地累積模型為基礎(chǔ),將MonteCarlo模擬引入環(huán)境質(zhì)量評價領(lǐng)域中來處理參數(shù)不確定性,并在模型內(nèi)嵌入表征不同重金屬的生物毒性差異的權(quán)重系數(shù),提出了基于不確定性理論的土壤環(huán)境重金屬污染評價法.將所建土壤環(huán)境重金屬污染評價法在實例中加以利用和驗證,以期為土壤重金屬的污染評價、優(yōu)先污染物的控制及區(qū)域污染防控決策的制定提供新思路.
1基于MonteCarlo模擬的評價法
1.1地累積指數(shù)評價模型
1.2MonteCarlo模擬的應(yīng)用
MonteCarlo模擬是由Nicholas Metropolis在二次世界大戰(zhàn)期間提出的,而后Von Neumann與Stanislaw Ulam合作建立了概率密度函數(shù)、反累積分布函數(shù)的數(shù)學基礎(chǔ),以及偽隨機數(shù)產(chǎn)生器,現(xiàn)此方法在金融工程學、宏觀經(jīng)濟學、生物醫(yī)學、計算物理學等領(lǐng)域已得到應(yīng)用廣泛,效果良好[7-8].土壤環(huán)境評價系統(tǒng)是一個集隨機性、灰性、模糊性等多種不確定性于一體的系統(tǒng).因此,常規(guī)的確定性評價方法不能準確反映土壤中重金屬污染程度的真實情況.為了降低模型參數(shù)由于土壤重金屬數(shù)據(jù)空間變異性、不同學者或決策者采用的地球化學背景值參數(shù)的差異性和不同土地利用類型的土壤重金屬背景值的差異性等因素帶來的參數(shù)不確定性,本研究將MonteCarlo模擬引入地累積指數(shù)法.其主要模擬步驟為[8]:1)確定評價模型隨機變量,在本研究中為土壤中重金屬實測含量參數(shù)和其所對應(yīng)區(qū)域土壤背景值參數(shù);2)構(gòu)建隨機因素的概率分布模型,在本研究中采用歷史經(jīng)驗和實地采樣檢測相結(jié)合的方法;3)將所得到的隨機數(shù)轉(zhuǎn)化為輸入?yún)?shù)的抽樣值,主要方法為MonteCarlo抽樣和拉丁超立方抽樣(LHS).其中MonteCarlo抽樣一般從樣本分布較少的低概率區(qū)進行抽樣,即為偏尾端抽樣;LHS抽樣則是由樣本整體分布考慮,這說明相對于MonteCarlo抽樣方法,LHS方法更適合構(gòu)建小樣本的概率分布,故本文采用LHS法.4)整理分析所得模擬評價結(jié)果.
1.3重金屬生物毒性評價權(quán)重系數(shù)
2實例研究
2.1采樣點布設(shè)及樣品采集
實例源于作者2011~2012年的研究成果[10],采樣區(qū)域為新鄉(xiāng)市市郊的農(nóng)用土壤,經(jīng)過采樣監(jiān)測所獲數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析結(jié)果見表2.
實際監(jiān)測數(shù)據(jù)常包含一些誤差較大的、無代表性的數(shù)據(jù),本文建議對所得數(shù)據(jù)進行異常數(shù)據(jù)的剔除,否則可能會影響評價區(qū)域整體污染水平評價的正確性,本文的剔除原則為平均值±3*標準差[8].本文相關(guān)統(tǒng)計計算采用SPSS 16.0vers軟件進行.
將土壤實測含量參數(shù)進行ShapiroWilk檢驗,由表2可知,Ni,Zn,Cu和Cr的sig.值均大于0.05,表明這些重金屬的實測含量數(shù)據(jù)都呈正態(tài)分布.而Cd的sig.值小于0.05,不符合正態(tài)分布,須進一步轉(zhuǎn)化驗證,根據(jù)其偏度和峰度的信息,選擇Ln函數(shù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換前后的Cd的概率分布見圖2~3所示,故Cd的含量符合對數(shù)正態(tài)分布.
據(jù)上述章節(jié)的數(shù)據(jù)和分析,按照1.2節(jié)中的MonteCarlo模擬步驟,將模擬參數(shù)設(shè)置設(shè)定:最大實驗量為1 000,置信區(qū)間為95%,抽樣方法為拉丁超立方,其它參數(shù)取軟件的默認值.對于實例區(qū)域土壤中各種金屬的評價模擬預(yù)測圖見圖4~8所示.圖中Probability代表概率可信度,F(xiàn)requency代表頻數(shù).
根據(jù)表1和圖4~8計算得出表4,其表征了各重金屬模擬評價結(jié)果隸屬于各污染等級的概率可信度,可得出:1)評價區(qū)域重金屬Cd隸屬于嚴重污染等級的概率高達98.1%,對當?shù)赜兄鴺O大的潛在生態(tài)風險或人體健康風險;2)評價區(qū)域重金屬Ni和Zn的評價結(jié)果較相似,隸屬結(jié)果均跨越了全部7個污染等級,說明評價區(qū)域中Ni和Zn有著明顯的空間分布特征,同時它們屬于嚴重污染的概率也分別高達84.5%和87%;3)評價區(qū)域重金屬Cu的模擬評價結(jié)果隸屬于各污染等級的概率較為均勻,其最大隸屬于偏中污染,概率為30.9%,而其隸屬于輕度污染和重度污染的概率分別為21%和24.7%,故很難判斷其最終的評價結(jié)論,這也證實了評價過程中確實存在較大的不確定性,并且很可能誤導(dǎo)決策;4)評價區(qū)域重金屬Cr的模擬評價結(jié)果跨越了3個污染等級,而且它隸屬于輕度污染的可信度達69.8%,這說明Cr的空間含量分布較均勻.
根據(jù)單因素指數(shù)法的評價準則(評價值大于1則土壤已受污染,小于1則未受污染),可知Cd、Ni和Zn已超標,而Cu和Cr未超標,但單因素指數(shù)法只能定性地判斷污染程度,對于篩選優(yōu)先控制污染物的評價辨識度較低.確定性地累積模型有較為完善的污染程度定量評級準則(見表1),根據(jù)表5結(jié)果,基本可較好地識別出優(yōu)先控制污染物,但仍存在一些問題:1)其評價結(jié)論中對于Ni和Zn污染等級均為4級,無法進一步分辨二者的相對污染程度的高低;2)Cu和Cr在確定性地累積評價中的污染級別分別為1級和0級,而單因素指數(shù)評價中二者的評價結(jié)果都小于0(未污染狀態(tài)),二種評價方法的結(jié)論出現(xiàn)了分歧,故在實際應(yīng)用中確定性地累積模型的評價分辨力仍有不足.基于MonteCarlo模擬的土壤環(huán)境重金屬污染評價結(jié)果(IM-C),由于各重金屬潛在生態(tài)風險權(quán)重系數(shù)(Ti)的嵌入,評價結(jié)論出現(xiàn)了幾點變化:1)Ni和Zn的IM-C值出現(xiàn)了較顯著的差異,其原因是Ni的潛在生態(tài)風險權(quán)重系數(shù)5遠大于Zn的潛在生態(tài)風險權(quán)重系數(shù)1.大量研究證明Ni具有明顯的致癌性和致敏性,并對水生生物有明顯的危害性[1],相比之下,Zn是人體必不可少的有益元素.這也正對應(yīng)了我國土壤環(huán)境質(zhì)量標準中關(guān)于Ni(60 mg·kg-1)和Zn(300 mg·kg-1)的污染限值差異.參考單因素指數(shù)法結(jié)果,且對比于確定性地累積法Ni和Zn污染級別一致,證明基于MonteCarlo模擬的土壤環(huán)境重金屬污染評價法分辨力更強.2)對比于Zn和Cu的確定性地累積模型評價結(jié)果的較大差異,Cu和Zn的IM-C值則相對趨于接近,這是由于Cu的生態(tài)風險權(quán)重系數(shù)5大于Zn的生態(tài)風險權(quán)重系數(shù)1,同樣Cu的污染限值為100 mg·kg-1也明顯嚴于Zn的污染限值300 mg·kg-1,故基于MonteCarlo模擬的土壤環(huán)境重金屬污染評價法更符合客觀實際.3)Cu和Cr在確定性地累積模型評價結(jié)果中污染等級分別為1級和0級,但根據(jù)單因素指數(shù)法的評價結(jié)果,二者的污染級別都屬于未污染級別,由于Cu的生態(tài)風險權(quán)重系數(shù)大于Cr的生態(tài)風險權(quán)重系數(shù),基于MonteCarlo模擬的土壤環(huán)境重金屬污染評價法“放大”了二者之間評價結(jié)果的差異性,更有利于篩選出優(yōu)先控制污染物.
3結(jié)論
針對現(xiàn)行確定性土壤環(huán)境質(zhì)量評價中的不足,提出了基于MonteCarlo模擬和生態(tài)風險權(quán)重系數(shù)的土壤環(huán)境重金屬污染評價法,而后借助實例與現(xiàn)行評價方法進行對比研究.結(jié)果表明:所提出方法的評價結(jié)果為一系列隸屬于各個評價等級的概率可信度,同時,生態(tài)風險權(quán)重系數(shù)的嵌入使其具有更高的評級分辨力.與確定性評價模型相比,能夠更真實、更客觀地表征整體區(qū)域土壤中重金屬的真實污染狀態(tài),給決策者提供更全面、科學的參考.
但需要指出,由于所提出的評價方法側(cè)重于評價區(qū)域整體的土壤重金屬污染水平,所以可能忽略個別極值點,故建議對個別極端值進行確定性污染評價,如評價結(jié)果與不確定性評價結(jié)果差異較大,則需要有針對性進行采樣調(diào)查驗證.
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