污染場地土壤生態毒性診斷方法的篩選*

李 霽 高 超 李捍東 谷 秀 劉征濤#

(1.北京師范大學水科學研究院，北京 100875； 2.中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012； 3.東北師范大學環境科學系，吉林 長春 130024)

污染場地土壤生態毒性診斷方法的篩選*

李 霽1,2高 超3李捍東2谷 秀2劉征濤2#

(1.北京師范大學水科學研究院，北京 100875； 2.中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012； 3.東北師范大學環境科學系，吉林 長春 130024)

污染場地環境的調查診斷是污染場地風險管理的重要環節和依據，迄今為止中國在污染場地土壤生態毒性診斷方面尚未形成系統的技術方法。借鑒了發達國家在土壤生態毒性診斷方面的相關經驗，從保護土壤功能(保持功能、棲息地功能)的角度出發，結合污染場地現在或未來土地利用類型，建立了污染場地土壤生態毒性診斷方法的篩選程序，包括污染場地初步調查、生態毒性診斷方法初篩和生態毒性診斷方法復篩3個階段。該篩選方法在某鉛蓄電池污染場地進行了應用，為中國污染場地土壤生態毒性診斷的規范化提供了參考。

污染場地 生態毒性 診斷方法 保持功能 棲息地功能

近年來，隨著城市化和工業化進程的加快，許多原本位于城區的污染企業從城市中心遷出，遺留了大量污染場地。這類場地大多受到有毒有害物質的污染，在再開發利用的過程中可能會對人體健康和生態環境產生危害，因此加強對污染場地的風險管理刻不容緩[1_4]。

污染場地環境的調查診斷是污染場地風險管理的重要環節和依據，其目的是為了確定場地是否被污染以及污染的程度和范圍。化學分析是污染場地土壤調查診斷的常用手段，但是存在著諸如無法對土壤中各種污染物進行全面測定、無法反映污染物對生物的毒性效應、無法對污染物的代謝毒性進行追蹤等局限性[5]690。因此，越來越多的學者開始采用化學分析和生態毒性診斷相結合的方式來對污染場地土壤進行綜合診斷[6_11]。我國對污染場地的管理工作正處于起步階段，尚未制定污染場地土壤生態毒性診斷的相關技術規范。面對眾多的生態毒性診斷方法，不同的污染場地該如何篩選沒有明確的規定。本研究對污染場地土壤生態毒性診斷方法的篩選進行了探索研究，以期為我國污染場地的風險管理提供參考。

1 污染場地土壤生態毒性診斷方法的篩選

1.1 篩選原則

土壤生態毒性的診斷方法眾多，常見方法的優缺點及適用范圍見表1。要從眾多方法中篩選出適宜污染場地土壤生態毒性的診斷方法應遵循以下原則：(1)敏感性原則。土壤生態毒性診斷應采用對關注污染物有敏感性效應的生物及相關毒理學終點，同時應考慮測試結果的可靠性。(2)可操作性原則。選擇的試驗方法要具體、可實施，試驗過程要可重復，同時需符合我國經濟社會發展水平，是國內大多數實驗室有能力完成的試驗方法。(3)適用性原則。所采用的試驗方法應有必要的質量保證規范要求，要充分考慮關注污染物及目標土壤生態系統的特征，選擇適用的毒理學終點及相關的試驗方法，確保評估結果可靠、有效、適用。(4)經濟性原則。盡量選擇低成本試驗方法，以最少的試驗完成污染場地土壤污染的診斷，減少試驗生物的消耗，降低試驗成本。

表1 常見土壤生態毒性診斷方法的優缺點及適用性

1.2 篩選程序和方法

基于上述4項原則，考慮不同類型污染場地的特點，兼顧污染場地土壤現在或未來土地利用方式，建立了污染場地土壤生態毒性診斷方法篩選的程序，見圖1，主要包括污染場地初步調查、生態毒性診斷方法初篩和生態毒性診斷方法復篩3個階段。

1.2.1 污染場地初步調查

我國已于2014年頒布了《場地環境調查技術導則》(HJ 25.1—2014)[12]和《場地環境監測技術導則》(HJ 25.2—2014)[13]，詳細規定了場地環境調查和監測的方法。在污染場地初步調查階段，可采用資料收集與分析、人員訪談、土樣采集與分析的方式，參照上述導則中的相關要求和程序對污染場地土壤環境進行調查、采樣分析。調查至少應包括下列內容：(1)污染場地現在或未來土地利用方式；(2)污染場地內主要生產活動及污染源分布情況；(3)污染場地內建筑物和設備設施情況；(4)污染場地的關注污染物及其在土壤中的含量和分布。

1.2.2 生態毒性診斷方法初篩

孫鐵珩等[5]691提出土壤生態毒理診斷的方法體系應以診斷土壤的不同功能和特殊用途為出發點，方法的建立以健康土壤的功能為前提，并認為一種健康的土壤應具有如下的功能：可提供植物健康生長，具有棲息功能(動物、微生物)，具有持留、凈化污染物的功能，對污染物在土壤中積累及產生的影響具有反饋功能。國際標準化研究組織(ISO)在《土壤質量 土壤和土壤類物質生態毒性試驗導則》(ISO 15799—2003)[14]中也提到，應該根據土地利用/再利用的類型和土壤功能選擇毒性試驗。

借鑒上述理念，本研究根據污染場地現在或者未來土地再開發利用類型的不同，進行了污染場地土壤生態毒性診斷方法的初篩。首先，參考我國的《土地利用現狀分類》(GB/T 21010—2007)[15]和國內外污染場地風險評估時考慮的土地利用類別，將污染場地土地利用類型分為工業用地、商服用地、住宅及公共用地、園藝及農業用地4個類型。其次，參考ISO 15799—2003提出的生態毒性試驗與土地再利用類型的相關性，基于土地利用類型和土壤功能的不同，將試驗分為土壤浸出液毒性試驗和實際土壤原土毒性試驗。通過土壤浸出液毒性試驗可以表征土壤中可隨水相遷移的污染物含量、間隙水中污染物濃度和污染物的生物可利用性及其對地表生物的潛在危害，即反映土壤的保持功能。通過實際土壤原土毒性試驗可以表征土壤為微生物、植物、土壤動物及其生物群落提供生活或居住環境的能力，即反映土壤的棲息地功能。除了生物毒性試驗，若污染場地關注污染物可能具有涉及人體健康的遺傳毒性效應，要考慮選擇性開展一些有關人體健康的遺傳毒性試驗。綜上所述，基于土地利用類型和土壤功能，將污染場地土壤生態毒性診斷方法分為生物毒性試驗和遺傳毒性試驗兩類，試驗方法分為必測和選測兩個類型，見表2。

圖1 污染場地土壤生態毒性診斷方法篩選的程序Fig.1 Screening program of soil eco_toxicity diagnosis methods of contaminated sites

表2 污染場地土地利用類型及其相應的生態毒性診斷方法

1.2.3 生態毒性診斷方法復篩

復篩的目的是基于具體污染場地污染源分布及土壤關注污染物含量不同，選擇敏感程度適合的生態毒性診斷方法和指標。首先根據試驗終點的敏感性不同，將試驗方法分成3類。表3推薦了一些常見的試驗方法，其中“1類方法”和“2類方法”為短期/急性毒性試驗方法，“3類方法”為慢性/遺傳毒性試驗方法，供參考選擇。

表3 推薦的土壤生態毒性診斷方法

根據污染場地污染源分布及土壤中關注污染物含量將污染場地分為核心污染區和遷移污染區。核心污染區指生產、使用、存放、排放污染物的區域，一般該區域土壤中關注污染物的含量較高，可通過土壤化學分析進行驗證。核心污染區推薦優先采用“1類方法”進行土壤生態毒性診斷，若診斷結果與對照組比較無顯著性差異或效應響應小于5%，再采用較敏感的“2類方法”進行二次診斷。遷移污染區指核心污染區外圍受到污染源輻射和遷移的區域，該區域土壤中關注污染物含量一般相對低一些。遷移污染區推薦優先采用較敏感的“2類方法”進行土壤生態毒性診斷，若診斷結果顯示污染嚴重(如蚯蚓回避行為試驗中蚯蚓回避率>80%或者蚯蚓死亡率>10%)，則應采用“1類方法”進行二次診斷。對于必須開展慢性/遺傳毒性診斷的園地及農業用地，當“1類方法”或“2類方法”診斷顯示存在急性毒性，則表明該項土壤功能受到限制，無需進行進一步的其他測試。若“1類方法”或“2類方法”診斷顯示不存在急性毒性，才需進一步選用“3類方法”進行土壤的慢性/遺傳毒性診斷。

2 某鉛蓄電池污染場地土壤生態毒性診斷方法的篩選

2.1 污染場地概況

某鉛蓄電池污染場地是目前我國蓄電池生產中心之一，屬于典型的重金屬潛在污染場地。2011年對該污染場地的調查顯示，其土壤存在不同程度的重金屬污染。兩種關注污染物鉛和鉻的質量濃度分別為1.85～5 005.00、2.26～299.38 mg/kg，某些區域，如生產車間和廢棄物堆放區域土壤中鉛濃度約超過了《土壤環境質量標準》(GB 15618—1995)[21]中的三級標準限值的1～10倍，屬于核心污染區。

2.2 生態毒性診斷方法的篩選

污染場地目前土地利用現狀為工業用地，根據篩選方法，若污染場地作為工業用地，建議主要評價土壤的保持功能，需開展土壤浸出液毒性試驗，實際土壤原土毒性試驗為選測項目。為了更好地驗證篩選方法，假定該污染場地未來可能用作住宅用地，在這種情況下對污染場地土壤進行診斷時，就需同時關注土壤的保持功能和棲息地功能，應開展土壤浸出毒性試驗、實際土壤原土的植物、動物短期/急性毒性試驗。

根據污染場地污染源分布情況和土壤重金屬含量分析結果，對于生產車間和廢棄物堆放區域這類核心污染區應該優先采用“1類方法”進行診斷，如蚯蚓急性毒性試驗和種子發芽試驗。試驗結果表明，在核心污染區土壤暴露下，受試蚯蚓未發生死亡，受試植物種子發芽抑制也不明顯，因此應采用較敏感的“2類方法”進行二次診斷。對于倉庫、辦公區域等遷移污染區，可直接采用“2類方法”進行診斷，包括反映土壤保持功能的發光菌急性毒性試驗，表征土壤棲息地功能的陸生植物生長試驗和蚯蚓回避行為試驗。

2.3 診斷結果

以遠離污染場地的距地表20 cm處未受污染的農田土壤作為對照組，開展了陸生植物生長試驗、蚯蚓回避行為試驗和發光菌急性毒性試驗，結果表明，植物根伸長抑制率為_19.6%～75.5%，蚯蚓的回避率為5.0%～64.7%，發光菌的發光抑制率為9.3%～94.4%。

3 結 語

污染場地的環境修復和再開發在我國尚屬新生事物。污染場地的診斷、評估、管理及修復方面都還需要很大程度的完善和提高，特別是污染場地土壤的生態毒性診斷方面，缺乏規范的篩選程序、試驗方法和評判依據。本研究從保護土壤功能的角度出發，結合污染場地實際或未來土地利用類型，建立了污染場地土壤生態毒性診斷方法的篩選程序，以期為我國污染場地的風險管理提供參考。

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Screeningofsoileco_toxicitydiagnosismethodsofcontaminatedsites

LIJi1,2,GAOChao3,LIHandong2,GUXiu2,LIUZhengtao2.

(1.CollegeofWaterSciences,BeijingNormalUniversity,Beijing100875; 2.StateKeyLaboratoryofEnvironmentalCriteriaandRiskAssessment,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012;3.DepartmentofEnvironmentalScience,NortheastNormalUniversity,ChangchunJilin130024)

Investigation and diagnosis was the basis and an important part of the risk management of contaminated sites. However,the systematic soil eco_toxicity diagnosis methods of contaminated sites had not been formed in China． By referencing the experience of developed countries,the screening program for soil eco_toxicity diagnosis methods of contaminated sites was established based on the soil function (retention and habitat function) and land_use types. The program comprised three stages:preliminary investigation of contaminated sites,preliminary screening and further screening of soil eco_toxicity diagnosis methods. A lead battery contaminated site was analyzed for demonstration of screening program. The study will provide technological support for normalization of soil eco_toxicity diagnosis of contaminated sites in China.

contaminated sites; eco_toxicity; diagnosis methods; retention function; habitat function

10.15985/j.cnki.1001_3865.2017.01.021

2016_05_03)

李 霽，女，1978年生，博士研究生，副研究員，主要從事污染物生態風險評價研究。#

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*國家環境保護公益性行業科研專項(No.201109052)。