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我国土壤环境风险评估与预警机制深度研究

2020-11-14    

导读:我国土壤环境污染严重,应深入研究对污染土壤可能引发的风险进行评价与预测的方法与技术、探寻经济合理、有效的综合防治措施。建立我国土壤环境风险评估与预警体系,从源头上进行主动管理,促进我国环境向风险管理战略转变。

土壤是构成生态系统的基本要素之一,而且与大气、水域和生物环境之间不断进行着物质和能量的交换。

2014年由环保部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示,我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。一旦土壤环境受到污染,通过“土壤-植物(水体)-人体”间接对人体健康造成潜在危害。

随着我国工业化和城镇化进程加快,人们社会活动产生大量污染物渗入土壤,一些长期累积的环境问题开始暴露,如北京地铁宋家庄地铁施工人员中毒事件、武汉三江地产“毒地”事件、甘肃酒泉市瓜州县部分儿童血铅超标事件等。

我国已经进入环境事件频发期,环境管理逐渐从污染物排放浓度控制、总量控制向环境风险防控与预警的过渡阶段。《环境保护“十二五”规划》已经将防范环境风险列为“十二五”期间环境保护的主要任务之一。

我国土壤环境污染严重,应深入研究对污染土壤可能引发的风险进行评价与预测的方法与技术、探寻经济合理、有效的综合防治措施。

建立我国土壤环境风险评估与预警体系,从源头上进行主动管理,促进我国环境向风险管理战略转变。

1、土壤环境安全与风险预警

土壤环境安全是整个环境安全的一个关键组成部分,土壤环境安全是保障整个生态环境安全的重要物质基础。

土壤环境安全预警,是对土壤环境质量和土壤生态系统逆化演替、退化、恶化以及土壤污染暴露对人体健康的危害的及时报警。它同其他环境安全预警一样,具有先觉性、预见性的超前功能,具有对演化趋势、方向、速度、后果的警觉作用。

目前,我国土壤环境风险和预警研究尚不成熟,主要集中在土壤环境各单指标的预测预警或土壤环境质量预测预警,不能全面反映土壤环境安全的变化,因此,我国急需建立一套全面的、准确的、及时的土壤环境风险预测预警体系,服务并指导于国土资源管理、农业生产布局和土壤修复治理等工作。

2、国内外土壤环境风险评估与预警制度现状

美国环保署于2000年发布了生态土壤筛选值,按照美国环保署的定义,所谓生态土壤筛选值就是保护那些与土壤接触、或以生活在土壤中及土壤之上的生物为食的生物受体的土壤污染物浓度值。美国许多州同时制定了相应的土壤质量指导值。

英国环境署与环境、食品与农村事务部于2002年撤销了污染土地再开发委员会颁布的土壤临界浓度值,代之以考虑不同土地利用方式下人体健康风险而制定的土壤质量指导值。为不同土地利用类型的土壤环境风险评估和预警措施提供了科学依据。

加拿大环境部长理事会在考虑保护生态物种安全和人体健康风险的基础上,分别制定了保护生态的土壤质量指导值和保护人体健康的土壤质量指导值,取两者中的更低值作为最终的综合性土壤质量指导值。

荷兰环境部应用基于风险的方法建立了标准土壤中污染物的目标值、干预值及部分污染物造成土壤严重污染的指示值,土壤污染物干预值制定要求其能保护与土壤相关的50%的物种和50%的生物过程,因此,荷兰土壤环境标准中的干预值可用于污染土壤生态风险评估。

我国土壤中污染物评价标准主要有4种,即《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)、《工业企业土壤环境质量风险评价基准》(HJ/T-25-1999)、《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ350-2007)、《场地土壤环境风险评价筛选值》(DB11/T811-2011)。

上述标准主要按照土壤用地功能和保护目标(如水田、旱田等)和土壤主要性质(如pH值),分类分级的规定了土壤中污染物含量的更高允许浓度值。

目前,该系列土壤污染物评价标准得到广泛应用,可有效指导我国进行土壤环境风险评估和预测预警。

3、构建我国土壤环境风险评估与预警机制

3.1目标与方法

3.1.1总体目标

为促进我国土壤环境管理从污染物总量控制向环境风险防控与预警转变,力争到2020年,逐步建立适合我国区域特征的土壤环境风险评估与预警体系,建立预测预报平台技术模式,建立农用地、建设用地、污染场地土壤环境风险评估预警技术平台,在重点区域成功示范的基础上,全国推广和业务化运行,逐渐建立土壤环境风险评估及预警信息系统与信息平台,最终构建土壤环境风险评估及预警机制。

3.1.2技术路线

土壤环境风险评估与预警平台的构建是一项系统工程,随着我国环境治理的深入,土壤环境风险评估与预警为基础的环境风险防范和管理工作逐步受到重视,但是我国目前在土壤环境风险评估与预警领域相关政策措施的制定、制度体系的构建以及基础研究的开展十分欠缺。

依据我国土壤环境管理工作现状及研究成果,拟构建我国土壤环境风险评估与预警机制的技术路线见图1。

我国土壤环境风险评估与预警机制深度研究


3.2主要实施途径

土壤环境风险评估和预测预警作为环境管理的重要任务之一,综合我国已有的土壤环境质量普查、背景值调查等研究成果,考虑生态环境动态演变趋势,从多目标分析和土壤环境风险评价方法的基础出发,构建适合我国的土壤环境风险评估和预警机制,其主要的实施途径为:

逐步形成“基础调查-质量监测-风险评估-预测预警”体系,并通过“时间-预警-空间”3个维度构建土壤环境风险预测成果。

3.2.1土壤环境质量调查与监测

我国有关部门对土壤环境质量进行多项调查和监测,测定指标主要为土壤重金属及有机污染物,监测对象主要为土壤污染物全量、形态含量、毒理效应等方面,涉及影响化学物质迁移转化、生态效应的宏观因素,如土地利用类型;微观环境条件,包括土壤中有机质含量、酸碱度、氧化还原电位、粒级组成等。

此外,针对我国农用地、建设用地和污染场地土壤环境质量状况堪忧的现状,相关部门进一步开展了土壤环境质量调查和监测研究。

20世纪80年代末至90年代初全国土壤环境背景值调查,共采集4130件表土样,测定元素60多种,863个土柱样,测定了元素48种。

20世纪90年代初全国地球化学监控网络,在全国范围内采集泛滥平原沉积物样530多件,测定了50多种元素。

上述土壤样品的调查和监测的基础工作,对我国土壤环境质量评估与预警工作提供科学依据,但是由于前期调查采集样品的介质类型、采样方法、分析测试指标、分析方法等各不相同,数据资料的对比研究存在较大差异性。

通过我国土壤环境质量调查和监测水平的不断深入,区域性、局部性的土壤环境质量调查与监测工作不断扩展,逐步形成一批多层次多时段的土壤环境基础资料,为建立土壤环境风险评价和预测预警平台提供基础科学依据。

3.2.2土壤环境风险评估

借鉴国外土壤环境风险评估方面的现状,逐步丰富和充实我国土壤环境风险评估工作,取得了一定进展。

国外环保工作起步较早,美国环保局于20世纪80年代先后完成了法律、风险评估指南和技术导则的制定,形成了一系列土壤环境风险评估的方法、技术性文件。

欧洲委员会(EC)制定了《风险评估的技术导则文档》[10];荷兰公共健康与环境研究所(RIVM)建立了一系列的生态毒理学评价方法和模型以及基于生态毒理学评价的有害风险浓度。

生态风险评估已经得到各国的普遍关注,相关研究工作也在不断的深入拓展。

近年来,我国土壤环境风险评估工作进展迅速,编制和发布了一系列土壤环境评估方法、评估基准、具体评估工作等文件。

如原环保总局制定了《工业企业土壤环境质量风险评价基准》,对工业企业生产生活造成的土壤污染危害进行风险评估,保证工业企业厂区及周边土壤和地下水质量;

2011年,环境保护部印发《环境保护“十二五”科技发展规划》,将防范环境风险作为四大战略任务;

2014年环境保护部发布《污染场地风险评估技术导则》,规定了开展污染场地人体健康风险评估的原则、内容、程序、方法和技术要求等。

3.2.3土壤环境安全预警

目前,我国土壤环境安全预警体系及方法尚未成熟和规范,相对于水环境、大气环境等类型的预测研究,土壤环境安全预警的理论与实践研究过程仍然处于起步阶段。

由于土壤环境与水、大气环境预测研究有许多相似之处,因此,开展土壤环境安全预警可以借鉴其预警方法。

预警方法主要指预警指标体系方法,分为单项因子指标体系法、多项因子指标体系法2种类型。

单项预警法是运用预警指标体系中的单项预警指标从某一方面来评价警情,并依据评价结果发布警戒信息,从而实现预警,它只是相对一特定层次或针对特定预警目的;综合预警则是运用所有预警指标体系中的指标多方面来综合评价警情,并依据综合评价结果发布警戒信息,从而实现预警。

不同土地类型土壤环境安全状况有相同的控制因子,主要涉及土壤环境质量、生态环境安全和人体健康安全三方面内容,各项控制因子相对独立且相互制约,如土壤环境质量状况决定生态环境与人体健康安全,同时人体健康安全反作用于生态环境安全、制约土壤环境质量。

因此,在构建我国土壤环境安全预警指标体系的过程中,选取典型区域土壤环境质量评价结果、生态风险评价结果和人体健康风险评估结果为一级指标,进一步细化二级指标,初步形成土壤环境安全预警指标体系(图2)。

我国土壤环境风险评估与预警机制深度研究

3.2.4“时间-预警-空间”三维体系

土壤环境风险评估与预警机制充分体现了“时间-预警-空间”三维体系之间的辩证关系,时间角度的预测实际上为根据土壤污染物含量随土壤环境(有机质、酸碱度、生物体)的变化速率和作用规律,确定土壤污染危害程度的时间点,提出土壤环境风险预警;空间范围的预测,就是依据土壤中污染物空间分布的变异性和偏倚性,预测未来一段时期后的土壤环境质量状况及土壤环境分区,确定土壤污染危害程度的相对高风险区,提出土壤环境风险预警。

地统计学是以区域化变量理论为基础,以半方差函数为基本工具的一种方法,广泛应用于具有随机性和结构性的空间分布的自然现象。

克里格插值法为地统计插值中最常用的方法,它可以为与空间相关的属性提供更佳的线性无偏预测,被广泛用于土壤污染物调查、空间预测和制图。该方法基于ArcGIS软件平台运行,可分析土壤污染物的空间分布模式,为研究污染空间迁移规律提供科学依据。

土壤污染物浓度时间预测存在不确定性,主要由于土壤污染物的累积与净化作用是伴随着土壤生态环境变化同时进行的,是2种相反作用的辩证统一过程,且处于一定的相对动态平衡状态,如土壤对污染物存在吸附、过滤、胶化、沉淀等作用不断使其在土壤中累积;同时污染物又通过稀释、扩散、分解和吸收等作用而净化。

因此,土壤污染物含量趋势预测分析,采用的预测方法和模型都具有一定适用范围和局限性,需解析区域内污染物的主要来源、影响因子,通过建立方法和模型,预测各变量中最可能的变化速率和数值范围,如土壤重金属污染物回归预测法与预测模型,土壤重金属污染物的动力学预测方法和对时间的3种动态预测模型[等。

3.3着力控制点

2014年由环保部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示,我国南方土壤污染重于北方;长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出,西南、中南地区土壤重金属超标范围较大。

鉴于我国土壤环境质量总体不容乐观的现状,需对长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等重点区域开展土壤污染防治工作,同时进行土壤环境风险评估与预警,从而进行有效的风险管理,控制重点区域土壤环境污染,通过典型示范带动作用,促进全国的土壤环境管理工作,支撑我国土壤环境管理从总量控制向风险管理的转变。

此外,需进一步加强我国土壤环境风险评估与预警管理研究,在土壤环境风险源识别、环境效应评估、及风险表征和预测预警等研究基础上,建立区域土壤

环境风险评估和预警技术体系,完善土壤环境风险管理和预警的程序与方法,完善相关标准规范,研究基于物联网技术的土壤环境基础数据传输、基于云计算联机运行的土壤环境质量预警模型系统,基于地理信息系统的土壤环境风险预警空间可视化研究,建设土壤环境管理科学决策支持系统,实现业务化运行的土壤环境监控预警平台。

4、结论

随着人们对土壤环境及其对人体造成的潜在危害性认识的日益重视,构建适合我国土壤污染状况的环境风险评估及预警机制势在必行。

土壤环境风险与预警管理标志着环境管理由传统的污染后末端治理向污染前预防管理的战略转型,同时也是由污染物总量控制向环境风险管理的转变,是环境管理的发展趋势和阶段。

因此,应在土壤环境质量调查和监测工作基础上,以环境风险评估和预测预警的方式制定纲领性文件,逐步形成区域性土壤环境风险评估与预警分级体系,建立土壤环境质量信息发布流程及相关管理办法,构建和地方级的土壤环境风险评估与预警平台。


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