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沈陽我國土壤環境風險評估與預警機制深度研究

2020-11-14    

導讀:我國土壤環境污染嚴重,應深入研究對污染土壤可能引發的風險進行評價與預測的方法與技術、探尋經濟合理、有效的綜合防治措施。建立我國土壤環境風險評估與預警體系,從源頭上進行主動管理,促進我國環境向風險管理戰略轉變。

土壤是構成生態系統的基本要素之一,而且與大氣、水域和生物環境之間不斷進行著物質和能量的交換。

2014年由環保部和國土資源部聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示,我國土壤環境狀況總體不容樂觀,部分地區土壤污染較重,耕地土壤環境質量堪憂,工礦業廢棄地土壤環境問題突出。一旦土壤環境受到污染,通過“土壤-植物(水體)-人體”間接對人體健康造成潛在危害。

隨著我國工業化和城鎮化進程加快,人們社會活動產生大量污染物滲入土壤,一些長期累積的環境問題開始暴露,如北京地鐵宋家莊地鐵施工人員中毒事件、武漢三江地產“毒地”事件、甘肅酒泉市瓜州縣部分兒童血鉛超標事件等。

我國已經進入環境事件頻發期,環境管理逐漸從污染物排放濃度控制、總量控制向環境風險防控與預警的過渡階段?!董h境保護“十二五”規劃》已經將防范環境風險列為“十二五”期間環境保護的主要任務之一。

我國土壤環境污染嚴重,應深入研究對污染土壤可能引發的風險進行評價與預測的方法與技術、探尋經濟合理、有效的綜合防治措施。

建立我國土壤環境風險評估與預警體系,從源頭上進行主動管理,促進我國環境向風險管理戰略轉變。

1、土壤環境安全與風險預警

土壤環境安全是整個環境安全的一個關鍵組成部分,土壤環境安全是保障整個生態環境安全的重要物質基礎。

土壤環境安全預警,是對土壤環境質量和土壤生態系統逆化演替、退化、惡化以及土壤污染暴露對人體健康的危害的及時報警。它同其他環境安全預警一樣,具有先覺性、預見性的超前功能,具有對演化趨勢、方向、速度、后果的警覺作用。

目前,我國土壤環境風險和預警研究尚不成熟,主要集中在土壤環境各單指標的預測預警或土壤環境質量預測預警,不能全面反映土壤環境安全的變化,因此,我國急需建立一套全面的、準確的、及時的土壤環境風險預測預警體系,服務并指導于國土資源管理、農業生產布局和土壤修復治理等工作。

2、國內外土壤環境風險評估與預警制度現狀

美國環保署于2000年發布了生態土壤篩選值,按照美國環保署的定義,所謂生態土壤篩選值就是保護那些與土壤接觸、或以生活在土壤中及土壤之上的生物為食的生物受體的土壤污染物濃度值。美國許多州同時制定了相應的土壤質量指導值。

英國環境署與環境、食品與農村事務部于2002年撤銷了污染土地再開發委員會頒布的土壤臨界濃度值,代之以考慮不同土地利用方式下人體健康風險而制定的土壤質量指導值。為不同土地利用類型的土壤環境風險評估和預警措施提供了科學依據。

加拿大環境部長理事會在考慮保護生態物種安全和人體健康風險的基礎上,分別制定了保護生態的土壤質量指導值和保護人體健康的土壤質量指導值,取兩者中的更低值作為最終的綜合性土壤質量指導值。

荷蘭環境部應用基于風險的方法建立了標準土壤中污染物的目標值、干預值及部分污染物造成土壤嚴重污染的指示值,土壤污染物干預值制定要求其能保護與土壤相關的50%的物種和50%的生物過程,因此,荷蘭土壤環境標準中的干預值可用于污染土壤生態風險評估。

我國土壤中污染物評價標準主要有4種,即《土壤環境質量標準》(GB15618-1995)、《工業企業土壤環境質量風險評價基準》(HJ/T-25-1999)、《展覽會用地土壤環境質量評價標準(暫行)》(HJ350-2007)、《場地土壤環境風險評價篩選值》(DB11/T811-2011)。

上述標準主要按照土壤用地功能和保護目標(如水田、旱田等)和土壤主要性質(如pH值),分類分級的規定了土壤中污染物含量的更高允許濃度值。

目前,該系列土壤污染物評價標準得到廣泛應用,可有效指導我國進行土壤環境風險評估和預測預警。

3、構建我國土壤環境風險評估與預警機制

3.1目標與方法

3.1.1總體目標

為促進我國土壤環境管理從污染物總量控制向環境風險防控與預警轉變,力爭到2020年,逐步建立適合我國區域特征的土壤環境風險評估與預警體系,建立預測預報平臺技術模式,建立農用地、建設用地、污染場地土壤環境風險評估預警技術平臺,在重點區域成功示范的基礎上,全國推廣和業務化運行,逐漸建立土壤環境風險評估及預警信息系統與信息平臺,最終構建土壤環境風險評估及預警機制。

3.1.2技術路線

土壤環境風險評估與預警平臺的構建是一項系統工程,隨著我國環境治理的深入,土壤環境風險評估與預警為基礎的環境風險防范和管理工作逐步受到重視,但是我國目前在土壤環境風險評估與預警領域相關政策措施的制定、制度體系的構建以及基礎研究的開展十分欠缺。

依據我國土壤環境管理工作現狀及研究成果,擬構建我國土壤環境風險評估與預警機制的技術路線見圖1。

我國土壤環境風險評估與預警機制深度研究


3.2主要實施途徑

土壤環境風險評估和預測預警作為環境管理的重要任務之一,綜合我國已有的土壤環境質量普查、背景值調查等研究成果,考慮生態環境動態演變趨勢,從多目標分析和土壤環境風險評價方法的基礎出發,構建適合我國的土壤環境風險評估和預警機制,其主要的實施途徑為:

逐步形成“基礎調查-質量監測-風險評估-預測預警”體系,并通過“時間-預警-空間”3個維度構建土壤環境風險預測成果。

3.2.1土壤環境質量調查與監測

我國有關部門對土壤環境質量進行多項調查和監測,測定指標主要為土壤重金屬及有機污染物,監測對象主要為土壤污染物全量、形態含量、毒理效應等方面,涉及影響化學物質遷移轉化、生態效應的宏觀因素,如土地利用類型;微觀環境條件,包括土壤中有機質含量、酸堿度、氧化還原電位、粒級組成等。

此外,針對我國農用地、建設用地和污染場地土壤環境質量狀況堪憂的現狀,相關部門進一步開展了土壤環境質量調查和監測研究。

20世紀80年代末至90年代初全國土壤環境背景值調查,共采集4130件表土樣,測定元素60多種,863個土柱樣,測定了元素48種。

20世紀90年代初全國地球化學監控網絡,在全國范圍內采集泛濫平原沉積物樣530多件,測定了50多種元素。

上述土壤樣品的調查和監測的基礎工作,對我國土壤環境質量評估與預警工作提供科學依據,但是由于前期調查采集樣品的介質類型、采樣方法、分析測試指標、分析方法等各不相同,數據資料的對比研究存在較大差異性。

通過我國土壤環境質量調查和監測水平的不斷深入,區域性、局部性的土壤環境質量調查與監測工作不斷擴展,逐步形成一批多層次多時段的土壤環境基礎資料,為建立土壤環境風險評價和預測預警平臺提供基礎科學依據。

3.2.2土壤環境風險評估

借鑒國外土壤環境風險評估方面的現狀,逐步豐富和充實我國土壤環境風險評估工作,取得了一定進展。

國外環保工作起步較早,美國環保局于20世紀80年代先后完成了法律、風險評估指南和技術導則的制定,形成了一系列土壤環境風險評估的方法、技術性文件。

歐洲委員會(EC)制定了《風險評估的技術導則文檔》[10];荷蘭公共健康與環境研究所(RIVM)建立了一系列的生態毒理學評價方法和模型以及基于生態毒理學評價的有害風險濃度。

生態風險評估已經得到各國的普遍關注,相關研究工作也在不斷的深入拓展。

近年來,我國土壤環境風險評估工作進展迅速,編制和發布了一系列土壤環境評估方法、評估基準、具體評估工作等文件。

如原環??偩种贫恕豆I企業土壤環境質量風險評價基準》,對工業企業生產生活造成的土壤污染危害進行風險評估,保證工業企業廠區及周邊土壤和地下水質量;

2011年,環境保護部印發《環境保護“十二五”科技發展規劃》,將防范環境風險作為四大戰略任務;

2014年環境保護部發布《污染場地風險評估技術導則》,規定了開展污染場地人體健康風險評估的原則、內容、程序、方法和技術要求等。

3.2.3土壤環境安全預警

目前,我國土壤環境安全預警體系及方法尚未成熟和規范,相對于水環境、大氣環境等類型的預測研究,土壤環境安全預警的理論與實踐研究過程仍然處于起步階段。

由于土壤環境與水、大氣環境預測研究有許多相似之處,因此,開展土壤環境安全預警可以借鑒其預警方法。

預警方法主要指預警指標體系方法,分為單項因子指標體系法、多項因子指標體系法2種類型。

單項預警法是運用預警指標體系中的單項預警指標從某一方面來評價警情,并依據評價結果發布警戒信息,從而實現預警,它只是相對一特定層次或針對特定預警目的;綜合預警則是運用所有預警指標體系中的指標多方面來綜合評價警情,并依據綜合評價結果發布警戒信息,從而實現預警。

不同土地類型土壤環境安全狀況有相同的控制因子,主要涉及土壤環境質量、生態環境安全和人體健康安全三方面內容,各項控制因子相對獨立且相互制約,如土壤環境質量狀況決定生態環境與人體健康安全,同時人體健康安全反作用于生態環境安全、制約土壤環境質量。

因此,在構建我國土壤環境安全預警指標體系的過程中,選取典型區域土壤環境質量評價結果、生態風險評價結果和人體健康風險評估結果為一級指標,進一步細化二級指標,初步形成土壤環境安全預警指標體系(圖2)。

我國土壤環境風險評估與預警機制深度研究

3.2.4“時間-預警-空間”三維體系

土壤環境風險評估與預警機制充分體現了“時間-預警-空間”三維體系之間的辯證關系,時間角度的預測實際上為根據土壤污染物含量隨土壤環境(有機質、酸堿度、生物體)的變化速率和作用規律,確定土壤污染危害程度的時間點,提出土壤環境風險預警;空間范圍的預測,就是依據土壤中污染物空間分布的變異性和偏倚性,預測未來一段時期后的土壤環境質量狀況及土壤環境分區,確定土壤污染危害程度的相對高風險區,提出土壤環境風險預警。

地統計學是以區域化變量理論為基礎,以半方差函數為基本工具的一種方法,廣泛應用于具有隨機性和結構性的空間分布的自然現象。

克里格插值法為地統計插值中最常用的方法,它可以為與空間相關的屬性提供更佳的線性無偏預測,被廣泛用于土壤污染物調查、空間預測和制圖。該方法基于ArcGIS軟件平臺運行,可分析土壤污染物的空間分布模式,為研究污染空間遷移規律提供科學依據。

土壤污染物濃度時間預測存在不確定性,主要由于土壤污染物的累積與凈化作用是伴隨著土壤生態環境變化同時進行的,是2種相反作用的辯證統一過程,且處于一定的相對動態平衡狀態,如土壤對污染物存在吸附、過濾、膠化、沉淀等作用不斷使其在土壤中累積;同時污染物又通過稀釋、擴散、分解和吸收等作用而凈化。

因此,土壤污染物含量趨勢預測分析,采用的預測方法和模型都具有一定適用范圍和局限性,需解析區域內污染物的主要來源、影響因子,通過建立方法和模型,預測各變量中最可能的變化速率和數值范圍,如土壤重金屬污染物回歸預測法與預測模型,土壤重金屬污染物的動力學預測方法和對時間的3種動態預測模型[等。

3.3著力控制點

2014年由環保部和國土資源部聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示,我國南方土壤污染重于北方;長江三角洲、珠江三角洲、東北老工業基地等部分區域土壤污染問題較為突出,西南、中南地區土壤重金屬超標范圍較大。

鑒于我國土壤環境質量總體不容樂觀的現狀,需對長江三角洲、珠江三角洲、東北老工業基地等重點區域開展土壤污染防治工作,同時進行土壤環境風險評估與預警,從而進行有效的風險管理,控制重點區域土壤環境污染,通過典型示范帶動作用,促進全國的土壤環境管理工作,支撐我國土壤環境管理從總量控制向風險管理的轉變。

此外,需進一步加強我國土壤環境風險評估與預警管理研究,在土壤環境風險源識別、環境效應評估、及風險表征和預測預警等研究基礎上,建立區域土壤

環境風險評估和預警技術體系,完善土壤環境風險管理和預警的程序與方法,完善相關標準規范,研究基于物聯網技術的土壤環境基礎數據傳輸、基于云計算聯機運行的土壤環境質量預警模型系統,基于地理信息系統的土壤環境風險預警空間可視化研究,建設土壤環境管理科學決策支持系統,實現業務化運行的土壤環境監控預警平臺。

4、結論

隨著人們對土壤環境及其對人體造成的潛在危害性認識的日益重視,構建適合我國土壤污染狀況的環境風險評估及預警機制勢在必行。

土壤環境風險與預警管理標志著環境管理由傳統的污染后末端治理向污染前預防管理的戰略轉型,同時也是由污染物總量控制向環境風險管理的轉變,是環境管理的發展趨勢和階段。

因此,應在土壤環境質量調查和監測工作基礎上,以環境風險評估和預測預警的方式制定綱領性文件,逐步形成區域性土壤環境風險評估與預警分級體系,建立土壤環境質量信息發布流程及相關管理辦法,構建和地方級的土壤環境風險評估與預警平臺。


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