国外很多国家,如美国、加拿大、丹麦和荷兰等发达国家均从国家层面上系统开展了污染土壤修复基准的研究,并且已制定了相关的污染土壤修复标准。在我国,至今一直沿用的是《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)来指导土壤环保工作,污染土壤修复标准还是一块空白。而且,我国幅员辽阔,土壤类型众多,从北至南,自西向东,土壤环境差异很大,而这项标准没有体现这些差异性,显然适用性不强。同时,该土壤环境质量标准是以土壤背景值为基础的,然而,随着工农业生产的迅速发展,土壤已经受到了严重的污染,以此来评定修复效果和农业土壤是否可以改作非农业用地,是不科学的,也是不现实的。再说,我国目前制定的土壤环境质量标准,是在不曾全面系统地开展过相关基准值研究的基础上进行的,由此导致了我国的土壤环保工作一直处于“过保护”和“欠保护”的矛盾之中,进而严重影响了我国相关方面的经济与社会的可持续发展。因此,进行全面系统的污染土壤修复基准研究势在必行。
1 污染土壤修复基准的内涵
西班牙学者 Fern佗ndez等把环境基准(Environmental criteria)大体上分成3个等级:
(1)屏蔽值(Screening value),表示能引起潜在生态功能失调时污染物的浓度水平;
(2)清洁目标(Clean-up target),表示修复过程中有待达成的目标,一般是在修复所需的费用和生态效益之间进行平衡后所做出的决策,有时相当于屏蔽值;
(3)应急值(Intervention value),表示立即需要采取清洁和控制措施的严重污染指示浓度。污染土壤修复基准值应当处于其中的屏蔽值和应急值之间,有时也相当于屏蔽值。这是污染土壤修复基准值研究的一种提法。2003 年,周启星在我国率先开展了污染土壤修复基准的研究。 他指出,土壤环境基准不等同于土壤环境质量基准,土壤环境基准应该包括土壤环境质量基准和污染土壤修复基准两个方面。其中,土壤环境质量基准遵循土壤环境质量长期自身演变的规律,反映污染物或有害物质长期的胁迫和慢性的影响或作用,一般是指当土壤环境中某一有害物质的含量为一阈值范围时对人或者生物长期生活在其中不会发生不良或有害的影响;而污染土壤修复基准,反映土壤环境系统受到严重污染或发生突发事件后恢复其自然生态功能的过程中,污染物急性、亚急性毒性的危害与作用,一般是指当污染物超过一定阈值范围导致人或生物产生不良或有害的反应。因此,污染土壤修复基准和土壤环境质量基准是两个存在本质区别的概念。相应地,污染土壤修复基准对应的则是污染土壤修复标准,它是在综合考虑技术清洁水平、法规可调控清洁水平、污染物的选择、分析检测方法、修复标准的分类、对地下水的保护和生态毒理学评价方面等因素而制定的,以达到污染修复与治理、消减污染的目的。
国外修复基准/标准研究与我国相比起步较早,美国早在1993年便建立了风险导向矫正行动RBCA和 CalTOX 法,来推导、建立土壤清洁水平,并且还开展了大量土壤修复标准制定的模型方法研究。加拿大在 1991年就发布了(污染)土壤临时修复标准,后又在1996 年制定了土壤质量指导值(Canadi原an soil quality guidelines),这几年对土壤质量指导值又进行了修正,大部分替代了原有的土壤临时修复标准值。荷兰发布了“荷兰清单”(Dutch List),后来又制定了干涉值(Interventionvalue)来指导修复行动。丹麦也制定了污染土壤消减标准(Cut-off criteria)。国外这些进展,对于我国污染土壤修复基准的研究与建立具有其科学内涵和方法学上的借鉴意义。
我国过去把环境基准等同于环境质量基准,致使我国环境标准体系中只有环境质量标准,而忽视了污染环境修复标准的制定。特别是,影响了在国家层面上系统开展污染土壤修复基准的研究,致使我国至今这方面的工作还不多。
总的来说,污染土壤修复基准是土壤环境基准体系中的一部分,是污染土壤修复标准的数据基础和科学依据,是一个纯自然科学的概念。它是指土壤环境受到一定程度的污染后其生态系统结构和功能是否可以自行恢复的临界水平,它反映了急性污染或较为严重污染暴露条件下土壤生态系统中在种群或群落水平上 50%耀70%的生物物种或个数能够得到保护或者免受污染危害的土壤环境中污染物的最高水平。
2 确立污染土壤修复基准的原则
不同国家在确定污染土壤修复基准时推导的原则不同,甚至一个国家不同州的确定原则也会有差异(见表 1)。
美国是一个联邦制国家,各州是以联邦标准为基础,来制定适合本州的污染土壤清洁标准。美国以保护人体健康为目的的初步修复目标(PRGs),是联邦制定的一项清洁目标,但它仅集中于一般暴露途径,没有考虑CERCLA/RCRA 场地遇到的所有暴露途径,并且只考虑对人体健康的风险,没有考虑对地下水和生态受体的影响。对于生态资源的保护,美国EPA在2003年颁布了基于生态风险的土壤生态筛选导则,后又进行了几次修订,但是基于生态的筛选值(Eco-SSL)不是修复标准值。一些州也根据自己州的一些特点而制定了各自的污染土壤修复标准,如纽约州的土壤清洁目标(Soil Cleanup Objective)、新泽西州的土壤清洁标准(SoilCleanup Criteria)、华盛顿州的土壤清洁水平(Soil Cleanup Level)等。新泽西州 2004 年出台的基于风险的《土壤修复标准》(Soil Remediation Standard)主要考虑人体健康风险和对地下水的影响。分别计算居住用地和非居住用地下各种暴露途径的癌症和非癌症终点的标准值,取最小值为最终的修复标准;纽约州的土壤清洁目标(SoilCleanup Objective)综合考虑了5种土地利用(非限制性用地、居住用地、受限制的居住用地、商业用地和工业用地)下的人体健康、生态受体和地下水三个方面。华盛顿州的土壤清洁水平基于非限制性用地和工业用地这两种土地利用类型,按照合理的最大暴露原则,对于非限制性用地,土壤清洁水平的制定按照儿童居住用地的暴露情景,对于工业用地主要基于成年工人的暴露情景。此外,Huggins等在CERCLA 场地、RCRA地下储油罐场地以及前道路维修场特定场地中应用土壤-水分配理论来确定亚表层土壤可接受的清洁水平。
加拿大环境部长理事会(CCME)制定了加拿大土壤质量指导值(CSQG),还发布了针对一些单一物质,如硒、铀等的土壤质量指导值文件。加拿大的一些省份,如纽芬兰省、拉布拉多省等,根据 CSQG 制定了各自的污染土壤修复基准。加拿大土壤质量指导值确立时考虑了两大方面: (1)保护生态环境,涉及的生态受体包括土壤无脊椎动物、植物、微生物、牲畜、陆生野生动物和捕食者,同时也考虑了风蚀和水蚀产生的污染迁移,还考虑了污染物可能对地下水和地表水体的影响;(2)保护人体健康,考虑了农业用地、居住/公园用地、商业用地和工业用地这 4种土地利用类型下对人体健康的影响程度。
荷兰的干涉值是基于风险的一般性(非特定功能)标准,适用于污染场地修复、行动或评价。干涉值是针对居住用地(农产品10%用于消费)下对人类健康和生态系统产生潜在风险的基础上设定的,即人类毒理和生态毒理严重风险浓度 SRC(原来也有称为土壤严重污染浓度 SCC)共同决定最终干涉值的确定,涉及的生态受体主要为植物和动物。
丹麦制定了 11 种毒性较大的污染物的消减标准为土壤修复目标。这种消减标准主要是基于急性和慢性人体健康效应。
总的来说,各国的污染土壤修复标准制定的原则主要考虑以下几个方面:
(1)以风险为导向的修复。无论是美国、加拿大,还是荷兰等西方发达国家,多数国家进行的都是风险主导的土壤修复;(2)划分土地利用类型。许多国家的土壤修复标准考虑了土壤过去的、当前的和将来的土地利用。 总体上,主要划分为农业用地、商业用地、工业用地、保护地下水这四大类; (3)保护人体健康。每个国家的污染土壤修复标准都是以保护人体健康为核心的,甚至有些修复标准仅考虑人体健康效应,如丹麦的消减标准等;(4)保护生态受体。主要涉及到土壤植物/作物、土壤无脊椎动物、土壤微生物及其过程这几大类生态受体,有些国家还将土壤污染对地下水的污染效应考虑进来,如美国纽约州的土壤清洁目标,其他的一些国家则将地下水的保护以标准的形式单独制定,如丹麦的污染点下层地下水的质量标准。
3 污染土壤修复基准的研究与推算方法
3.1 美国
3.1.1 SCO HH 的推导方法
3.1.2 ESCOs 的推导方法
3.2 加拿大
3.2.1 SQG HH 的推导方法
3.2.2 基于生态系统的 SQG E
3.3 荷兰
3.3.1 SRC human 的推导
3.3.2 SRC eco 的推导
3.4 丹麦
4 结论与展望
西方发达国家投入大量的人力、物力和财力进行污染土壤修复基准的研究和相应标准的制定。总的来说,国外在推导和制定污染土壤修复基准和标准时以保护人体健康为核心,同时考虑对生态系统和地下水的影响。对于人体健康的保护,主要采用一些暴露模型来推导在不同土地利用(农业用地、居住用地、工业用地和商业用地等)下不同的暴露人群(儿童、青少年和成人等)通过各种暴露途径(吸入、摄入和皮肤接触等)对不同类型的污染物(致癌和非致癌)的暴露水平,然后取每种土地利用类型的相关计算结果的最小值作为该种土地利用下基于人体健康的污染土壤修复基准;
对于生态系统的保护,将植物/作物、土壤无脊椎动物和微生物等相关毒理数据进行统计分析后,采用物种敏感性分布法、评价因子法等来确定不同土地利用下不同保护程度的浓度水平,然后把每种土地利用类型相关的计算结果的最小值作为该种土地利用下基于生态的污染土壤修复基准;对于地下水的影响,则主要根据土壤-水分配模型来估算土壤中污染物的浓度水平。最后,综合每种土地利用类型的各种修复基准,将其中的最小值作为该种土地利用类型的污染土壤修复基准。国外污染土壤修复基准的大体推导过程见图 3。
我国的环境保护与管理工作一直处于“充满矛盾、效果不佳”的运转状态,这种“欠保护”和“过保护”的矛盾严重影响了我国经济与社会的可持续发展。为了使环境保护工作和经济达到协调发展,应该在修订土壤环境质量标准的同时,借鉴国外污染土壤修复标准制定的方法,在国家层面上系统地开展与污染土壤修复基准有关的毒理学和推导方法学研究以及污染土壤修复标准建立的方法体系研究,以尽快制定出符合我国实际的污染土壤修复标准来指导污染土壤修复行动和耕地保护工作。
原标题:污染土壤修复基准值推导和确立的原则与方法
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