重金屬污染農用地風險分區與管控研究*

魏洪斌，羅 明，鞠正山，吳克寧

(1.國土資源部土地整治中心土地整治重點實驗室，北京 100035； 2.中國地質大學(北京)土地科學技術學院，北京 100083)

0 引言

我國正處于全面建成小康社會的決勝階段，然而隨著城鎮化和工業化進程的推進，其引發的一系列環境問題開始受到科學家及民眾的關注，特別是農用地污染，已經成為當前社會的熱點問題，提高農產品質量安全是人民群眾的熱切期盼，農用地污染防治任務艱巨。2014年4月17日，環保部和國土資源部聯合發布全國土壤污染狀況調查公報，報告顯示，全國土壤環境狀況總體不容樂觀，部分地區土壤污染較重，土壤總超標率為16.1%，其中耕地土壤點位超標率更是高達19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環芳烴。2016年5月28日國務院發布了《土壤污染防治行動計劃》，摸家底、防增量、控風險、治重污是我國未來土壤環境保護工作重要內容，其核心工作是進行土壤重金屬污染風險等級劃分及風險控制區劃，并科學布局農用地污染修復和風險管理，全面實現區域性土壤污染綜合治理。

針對當前我國農用地土壤重金屬污染的嚴峻形勢和污染特征，我國學者對土壤重金屬污染已開展大量相關研究，對我國農用地重金屬污染的主要來源進行了系統分析，并在綜述國內外已有土壤修復技術研究的基礎上，提出了聯合修復技術[1]，采用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法評價不同功能區重金屬污染程度[2]，依托我國典型區域的耕地土壤重金屬污染數據庫，測算我國耕地的土壤重金屬污染概況[3]，進行礦區土壤重金屬污染特征分析與模型評價的實證研究[4-5]，評價了礦區、城市土壤重金屬污染及人體健康風險與潛在生態風險[6-8]，采用內梅羅綜合污染指數評價方法對湖南省湘江流域土壤重金屬污染生態環境風險進行評價[9]，介紹了國內外典型的重金屬污染修復工程實踐[10]，在分析國內外土壤重金屬污染防治技術的方法與實踐基礎上，提出今后土壤重金屬污染修復領域的發展方向，分析了我國典型區域的污染現狀與特點及其成因，并提出了土壤重金屬污染防范措施和土壤不同污染類型的治理與調控措施[11]，提出了污染場地國家分類體系的初步構想[12]，在農用地方面采用土壤和農產品綜合質量指數的方法，研究農田土壤重金屬污染影響評價新方法[13]。國內在分區方面的研究主要是采用一定的模型或方法對非點源污染進行評價或分區，如采用SWAT模型對三峽庫區非點源污染進行控制分區方案的研究[14]，針對流域尺度的非點源污染物進行排放特征分析與控制分區[15-16]，或基于水污染控制總量，對流域尺度的分區方法及土地利用管制分區進行探討[17-18]，也有學者對農業面源污染的成因進行分析，在此基礎上進行污染排放評價并提出調控對策[19-20]。當前的研究主要圍繞土壤重金屬污染來源調查與累積、土壤重金屬污染與風險評價、土壤重金屬污染修復與安全利用開展，而在污染分區方面主要集中在農業非點源污染分區的研究，對重金屬污染農用地的風險分區研究較少，特別是從土壤和農作物污染的視角進行風險分區與管控，更是鮮有報道。

嚴格管控受污染農用地的利用風險，逐步改善農用地土壤環境質量，建立農用地重金屬污染風險分區分級以及風險控制區劃方法，開展區域農用地重金屬污染風險評估方法和風險區劃研究，為研究縣級/鄉鎮級單元的農用地風險控制區劃提供理論指導與實踐示范，構建農用地重金屬污染風險控制區劃方法體系，對重金屬污染農用地實施安全利用分區與管控。我國農用地急需形成分區、分類、分級的土壤污染防控修復技術體系與模式，形成土壤污染防控、修復與資源化利用的系統解決方案，提高農用地污染防治的管理技術水平，重金屬污染農用地進行分級分類安全管控，對我國實施農用地分類管理，保障農業生產環境安全提供技術支持，為農用地重金屬污染風險控制具有指導意義，為區域農業發展與環境協調優化提供具體指導模式。

1 農用地重金屬污染與安全利用概念

農用地重金屬污染指人類活動產生的重金屬進入農用地土壤中，積累到一定程度，超過農用地土壤本身的自凈能力，導致土壤性狀和質量變化，造成農用地對人體和生態環境產生負面影響和危害。

農用地安全利用指農用地土壤中重金屬含量在一定范圍內，農用地在一定用途下生產出的農作物可食部分污染物含量低于食品安全國家標準(GB2762-2012)規定的食品中污染物限量，對人體和動物未造成健康危害的利用狀態或方式。

2 農用地土壤與農作物重金屬污染評價

2.1 農用地土壤重金屬污染評價

(1)評價依據：農用地土壤重金屬污染評價應綜合考慮農用地類型(水田、耕地、園地、草地、林地)、土壤pH，基于已有的土壤環境質量標準，以《農用地土壤環境質量標準(三次征求意見稿)》作為農用地土壤重金屬污染評估的依據(表1)。

表1 農用地土壤重金屬含量限值 mg/kg

(2)評價方法：農用地土壤重金屬污染評價方法采用單因子指數法，即：

(1)

式(1)中，Pi為土壤中第i種重金屬的污染指數；Ci為土壤中第i種重金屬的含量；Si為土壤中第i種重金屬的評價標準值。

對某一點位，土壤若存在多種重金屬，分別采用單因子指數法計算后，取污染指數中最大的值。即：

Pmax=MAX(Pi)

(2)

式(2)中，Pmax為土壤中多種重金屬的污染指數；Pi為土壤中第i種重金屬的污染指數。

農用地土壤污染程度劃分如表2。

表2 農用地土壤重金屬污染指數分級

超標等級PiPmax污染程度ⅠPi≤1 0Pmax≤1 0清潔Ⅱ1 05 0Pmax>5 0重度污染

2.2 農用地農作物重金屬污染評價

(1)評價依據：重金屬污染農用地農作物可食部分污染評價以《食品中污染物限量》(GB2762-2012)作為評價的執行標準(表3)。GB 2762-2012未規定的項目，可執行地方土壤環境標準或參照執行其他標準。

表3 農作物可食部分中重金屬限量標準值 mg/kg

(2)評價方法：農作物可食部分重金屬限量污染評價的評價方法也采用單因子指數法，即：

(3)

式(3)中，Ei為農作物可食部分中第i種重金屬的污染指數；CCi為農作物可食部分中第i種重金屬含量；CSi為農作物可食部分中第i種重金屬的評價標準值。

對某一點位，農作物可食部分若存在多種重金屬，分別采用單因子指數法計算后，取污染指數中最大的值。即：

Emax=MAX(Ei)

(4)

式(4)中，Emax為農作物可食部分中多種重金屬的污染指數；Ei為農作物可食部分中第i種重金屬的污染指數。

農用地農作物污染程度見表4。

表4 農作物可食部分重金屬污染指數分級

超標等級EiEmax值污染程度ⅠEi≤1 0Emax≤1 0清潔Ⅱ1 05 0Emax>5 0重度污染

表5 重金屬污染農用地安全利用等級

3 重金屬污染農用地風險分區與管控對策

3.1 重金屬污染農用地風險分區

基于農用地土壤與農作物的重金屬污染評價結果，綜合考慮區域農用地類型、土壤的理化性質、農產品種類，基于現有的《農用地土壤環境質量標準(2016年三次征求意見稿)》《食用農產品產地環境質量評價標準》(HJ/T332-2006)等標準，采用單因子指數法對農用地土壤環境質量現狀進行評價，通過土壤與農作物污染評價法確定重金屬污染農用地的安全利用等級，根據安全利用等級劃分重金屬污染農用地安全利用分區，提出不同安全利用分區的分級分類利用與管理的管控策略，以保障食用農產品質量安全為主要目的，對重金屬農用地進行安全利用分區與管控。

采用土壤和農作物可食部分單因子指數綜合法，結合土壤重金屬污染指數最大值(Pmax)和農作物可食部分重金屬限量污染評價指數最大值(Emax)進行綜合評價，并劃分為安全區、基本安全區、低風險區、中風險區和高風險區5個安全等級，具體劃分結果見表5。

3.2 風險分區管控對策

(1)安全區：該區域農用地土壤重金屬含量未超過參比值，農作物產品重金屬含量達標，表明生產環境對農作物產品安全未構成危害。該區域土壤重金屬含量較低，土壤及其周邊環境狀況對農作物產品質量基本沒有影響，農作物產品中重金屬含量符合食品衛生要求，因此應實施優先重點保護，防止新增污染，維護農用地土壤與農作物的安全狀態。

(2)基本安全區：該區域農用地土壤重金屬含量為參比值的1～2倍，但農作物產品重金屬含量達標，表明土壤及其周邊環境重金屬含量已有輕微積累，稍微偏高于相關限量標準，產地環境具有一定的潛在安全風險，但尚未對農作物生長和人體健康構成威脅。此區域應控制污染源，防止新增污染物輸入，監測重金屬污染動態變化，優化農藝調控措施，確保安全利用。

(3)低風險監控區：該區域農用地土壤重金屬含量略高于參比值，農作物產品超過限量標準的1～2倍，表明生產環境對農產品安全已造成一定的危害。該區域土壤重金屬有一定積累，產地周邊存在輕微重金屬污染，已對農作物生長和人體健康構成一定威脅，因此應切斷污染源并進行綜合監控，采用一定措施修復治理，適當調整農作物種類，降低農用地利用風險。

(4)中風險預警區：該區域農用地土壤及農作物重金屬含量為參比值或限量標準的1～2倍，或土壤重金屬含量為參比值的2～3倍，但農產品未超標或超標在2倍以內，表明生產環境對農作物產品已構成較大的安全威脅，對農產品安全及人體健康的潛在風險很大。該區域作為土壤重金屬含量較高地區，土壤及其周邊環境對農產品質量安全已構成明顯威脅，并導致部分農產品重金屬含量超標，因此應開展重金屬污染風險評估，實施風險預警防控管理，選擇合適的工程修復措施對農用地土壤積極進行修復。

(5)高風險限制區：該區域農用地土壤重金屬含量為參比值的3倍以上，農作物產品中重金屬含量為限量標準的2倍以上，表明產地具有極高的風險，農產品安全已受到極大的安全威脅。該區域農用地土壤重金屬含量嚴重超標，成為農產品質量安全的主要影響因素，周邊重金屬污染較重，農作物產品中重金屬含量不符合相關限量標準，因此農用地應進行限制利用，采用綜合整治措施，調整種植結構或進行由農用地轉換為非農用地的地類轉換，降低利用風險。

4 結論與討論

4.1 結論

該文在界定重金屬污染農用地與農用地安全利用基本概念的基礎上，提出從土壤與農作物的角度對重金屬污染農用地進行風險分區，通過土壤與農作物污染評價的方法、評價標準與污染等級的劃分，建立重金屬污染農用地風險分區與管控的理論方法。

采用單因子污染指數法對重金屬污染農用地的土壤與農作物進行評價，根據國內已有的評價依據和標準，其評價結果可分別劃分為清潔、尚清潔、輕度、中度和重度污染5個等級，并反映了不同等級下土壤與農作物的潛在風險。

綜合重金屬污染農用地土壤與農作物的污染評價結果，將重金屬污染農用地劃分為安全、基本安全、低風險、中風險和高風險5個類型區，依據不同風險區等級的高低，應優先保護安全和基本安全區，對低、中、高風險區采用監控、預警和限制利用的管控對策。

4.2 討論

該文初步構建了重金屬污染農用地風險分區與管控的理論框架，同時考慮了重金屬污染對土壤和農作物的影響，但農用地作為一個復雜的土地利用系統，其污染來源復雜，污染特性、污染遷移、污染受體等受諸多因素影響，在實際應用中需進一步驗證。

該文提出的風險管控對策較為粗淺，應針對不同風險分區的利用方式進一步細化管控策略，結合農藝調控、作物調整、技術修復與地類轉換等具體模式進行安全利用管控對策的制定，在保障重金屬污染農用地安全利用下開展綜合整治。

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