【专家观点】土壤环境标准研究 需先解决基础性问题
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本期专家：周启星
周启星：博士，教授，博士生导师。长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。现任南开大学环境科学与工程学院院长。
主要从事污染生态、生态地学、环境基准和污染环境修复等方面的研究。
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土壤环境基准/标准研究需要解决的基础性问题
作者：周启星 滕涌 展思辉 佟玲
南开大学环境科学与工程学院,环境污染过程与基准教育部重点实验室,
导读
土壤环境基准/标准研究是一个复杂的系统工程，涉及到多方面的基础性问题。了解和解决其所涉及的这些基础性问题，是土壤环境基准/标准是否科学准确并在国家层面上能否全面应用的前提。
本文从土壤环境基准/标准研究相关的概念及其内涵、基础方法标准化、生物受体的选择和变量归一化4大方面阐述了土壤环境基准/标准研究需要解决的基础性问题，从而为全面系统地开展此项研究工作提供思想、理论、方法和技术等依据。具体来说，包括“环境质量”、“土壤环境质量”、“土壤质量”、“土壤污染”、“污染土壤”、“土壤环境质量基准”、“污染土壤修复基准”等诸多相关概念，采样、前处理、分析步骤和测试方法等的统一与标准化，敏感种与优势种等生物受体的正确选择，以及涉及到总量与有效态或提取态、复合污染与交互作用的情况、土壤本身的一些影响因素（土壤类型、有机质、粘粒、pH、Eh和CEC等）、土壤外部的一些影响因素（地理区域、温度、水分或湿度、施肥或农业措施等）诸多变量的基础数据的归一化处理。最后，结合这些基础性问题，对土壤环境基准/标准的研究进行了展望。
环境标准在整个环境管理体系中处于非常重要的位置,对于环境管理的方向、模式和公平性等都具有直接或间接的指导性作用,从而关乎到国民经济和社会的可持续发展和国家安全等问题。制定全面系统的环境标准体系,对于开展环境保护工作具有十分重要的意义。土壤环境基准作为土壤环境标准制修订的数据基础和科学依据,全面系统地开展土壤环境基准研究势在必行。然而,我国自1995年颁布土壤环境质量标准以来,将近20年过去了,土壤环境标准的制修订工作至今却没有取得实质性进展。究其主要原因,在于我们对土壤环境基准/标准研究中需要解决的基础性问题重视不够、解决不力。因此,为了促进、推动全面系统的土壤环境基准/标准研究,我们就其需要解决的基础性问题进行论述和探讨。
1、概念与内涵的基础性问题
在土壤环境基准/标准研究的过程中,涉及到“环境质量”、“土壤环境质量”、“土壤质量”、“土壤污染”、“污染土壤”、“土壤环境质量基准/标准”、“污染土壤修复基准/标准”,等诸多相关概念。很有必要明确一下各自的科学内涵,这对于基准/标准研究是很有必要的;同时,这也是一切研究工作的思想准备和理论基础。
1.1 环境质量/土壤环境质量/土壤质量的内涵
对于环境质量的内涵，目前存在多种不同的说法。普遍认为，环境质量是指环境的优劣程度，是对人类的生存和繁衍以及社会发展的适宜程度，是反映人类的具体要求而形成的对环境评定的一种概念。也有学者认为，环境质量是环境系统客观存在的一种本质属性，是环境系统所处状态的整体性表述。总的来看，前者是基于人类的需求而言，是从主观的角度来描述，后者是基于环境系统本身，是一种客观的认识。我们认为，这两种不同角度的理解都是可行的。但毫无疑问的是，环境质量水平的高低与人类的生存、生活和生产条件以及生态系统健康是密切相关的。按照自然环境要素，环境质量又可分为大气环境质量、水环境质量、土壤环境质量等。因此，土壤环境质量是环境质量的一个具体介质类别，它既具有环境质量的一般内涵，同时又体现土壤环境本身的具体特点。
20世纪90年代以来，随着人口对土地压力的不断增大，人类对土地资源的过度开发利用导致了土壤资源的严重退化，并对农业可持续发展造成严重威胁的情况下，人们对土壤质量这一概念有了新的认识。应该说，“土壤质量”与“土壤环境质量”是两个内涵并不相同的概念，国内外有相关文献都对其进行了阐述，尤其是国内对“土壤质量”这一概念更是进行了深入广泛的探究。归结起来，主要有以下3种表述:
一种认为土壤质量与土壤健康是同义语，土壤质量包括土壤肥力质量和土壤环境质量。
第二种观点，以Cornell学派为主，他们认为，土壤作为重要生命系统行使各种功能的需要，包括维持生物生产力、改善环境质量、促进植物和动物健康等3个方面，因此，土壤质量包括土壤肥力质量、土壤环境质量和土壤健康质量这3个既相互独立、又相互联系的部分。如我国土壤学家赵其国等早先给出的土壤质量定义，就是“土壤在生态系统的范围内，维持生物的生产力、保护环境质量以及促进动植物健康的能力”，曹志洪和周建民也认为，土壤质量是土壤提供食物、纤维、能源等生物物质的土壤肥力质量，是保障粮食生产的根本，土壤保持周边水体和空气洁净的土壤环境质量，土壤容纳消解无机和有机有毒物质、提供生物必需的养分元素、维护人畜健康和确保生态安全的土壤健康质量的综合量度。徐建明等也指出，土壤质量是土壤肥力质量、土壤环境质量和土壤健康质量3个方面的综合质量。其中，土壤肥力质量是指土壤提供植物养分保障生物生产的能力，土壤环境质量是土壤容纳、吸收和降解各种环境污染物质的能力，土壤健康质量则是指土壤影响和促进人类和动植物健康的能力。
还有一种观点则认为，土壤健康质量可以包括在土壤环境质量里，也就是说，土壤肥力质量和土壤环境质量是土壤质量的两大组成部分。
总之，目前我国土壤学所用的“土壤质量”定义基本上是沿用Doran和Parkin（1994）的概念，也即:土壤质量是指在生态系统内或者特定土地利用方式下土壤支撑其生物生产力、维持环境质量和促进动植物及人类健康的能力。也就是说，土壤肥力质量和土壤环境质量是包含于土壤质量中的，这是当前普遍认同的一点。可见，在土壤环境质量基准/标准的研究中，可以认为，主要关注的是土壤环境质量，而不是土壤肥力质量，尽管有时也涉及土壤健康质量。
1.2 土壤污染/污染土壤的内涵
对于土壤污染和污染土壤这两个概念，国内外存在多种不同的理解。污染土壤是指人类活动引起的物质和能量输入土壤，并引起土壤结构或“和谐”受到损害，人体健康受到伤害，资源和生态系统受到破坏、对环境的合理使用受到干扰。
总体来讲，污染土壤是指被污染了的土壤，其内在含义是经过量化指标或其他评估方法评价之后，确认土壤已经受到了污染。
土壤污染是指污染物质的排放，导致土壤特性的改变，更为通常的是引起化学和生物学平衡的打破。中国台湾《土壤及地下水污染整治法》中对“土壤污染”所下的定义，认为土壤污染是指土壤因物质、生物或能量之介入，致变更品质，有影响其正常用途或危害国民健康及生活环境之虞。
1.3 土壤环境质量基准/标准和污染土壤修复基准/标准的内涵
一般认为，环境基准是指环境中污染物对特定保护对象（人或其他生物）不产生不良或有害影响的最大剂量或浓度，或者超过这个剂量或浓度就对特定保护对象产生不良或有害的效应。
基于上述定义，环境基准应该包括不因有害物质的作用而产生急性、亚急性或亚慢性和慢性毒害的最大剂量（无作用剂量）或浓度。也就是说，其内涵应该包括环境质量基准和污染环境修复基准2个方面。
因此，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。
土壤环境质量基准对应的是土壤环境质量标准，我国制定的《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）是为了防止土壤污染，保护生态环境，保障农林生产，维护人体健康。污染土壤修复基准对应的则是污染土壤修复标准， 是指由技术和法规所确定、确立的环境清洁水平，通过生态修复或利用各种清洁技术手段，使环境中污染物的浓度降低到对人体健康和生态系统不构成威胁的、技术和法规可接受的水平。它是在综合考虑技术清洁水平、环境背景水平、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，并且还开展了大量污染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（Canadian soil quality guidelines）。荷兰发布了“荷兰清单”（“Dutch List”），后又制定了干涉值（Intervention value）来指导修复行动。丹麦也制定了污染土壤消减标准（Cut-off criteria）。
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，在污染土壤修复效果的评价中，一直以土壤环境质量标准为依据，但是依据背景值建立的土壤环境质量标准并没有给出污染土壤中污染物的允许值，这样对于有一定吸纳污染物能力的土壤资源是一种浪费。可见，污染土壤修复基准的研究十分必要，其意义重大。我国尽管开展了一些零星的开拓性工作，但至今却没有在国家层面上系统开展过污染土壤修复基准的研究。因此，为了推动我国土壤环境质量标准的修订和污染土壤修复标准的制订工作，需要从国家层面上系统地开展土壤环境质量基准和污染土壤修复基准方面的研究。
总之，在今后土壤环境基准/标准的研究中，要特别注意土壤环境质量基准/标准和污染土壤修复基准/标准之间的区别和联系。
2、方法标准化的基础性问题
在我国目前有关土壤临界浓度数值与土壤环境基准相关的基础资料等数据不足，质量更差，大多没有可比性。要使这些数据有可比性，土壤采样、前处理、分析步骤和测试方法等必须统一和标准化。在土壤采样环节，要涉及到样品数、布点数、布点方法和样品采集方法等多个方面的选择。采样点、布点数量的多少、布点方法的选择和具体的采集方法，都会直接影响到所取样品的代表性和质量问题。因此，既要做到具体问题具体分析，还要加强实践过程中具体细节的规范化。
3、生物受体选择的基础性问题
在生态毒理学实验的基础是生物受体的选择，到底是选择灵敏的物种，还是生态系统的优势种？针对某些污染物，哪些是灵敏的物种？针对某些生态系统，哪些是优势种？都是值得研究和探讨的问题
生物受体的正确选择，对于环境基准/标准的研究极为关键。要把优势种、敏感种选择好，才能科学、准确地确定土壤环境质量基准/标准和污染土壤修复基准/标准的临界值和限值。
4、变量归一化的基础性问题
在土壤环境基准的研究中，逐渐积累了一批基础数据和资料。但这些数据的获得，是基于一定的条件，包括实验和自身条件的限制。因此，对于众多不同来源和表达形式的基础数据，需要进行归一化处理，以使得在土壤环境基准的推导和赋值过程中，能够充分利用当前已有的科研成果，避免不必要的科研资源浪费。但同时，数据的归一化是一项十分重要而又复杂的工作，涉及的变量很多，如总量与有效态或提取态的问题、复合污染的情况、土壤本身的一些影响因素（土壤类型、有机质、粘粒、pH、Eh和CEC等）、土壤外部的一些影响因素（不同区域、温度、水分或湿度、施肥或农业措施等）。怎样把涉及到这诸多变量的基础数据进行归一化处理，是当前要研究解决的一大难点。
5、今后研究展望
土壤环境基准/标准研究是一项比较系统而复杂的“工程”，涉及到方方面面的问题。需要解决好一系列的基础性问题，以做好思想、理论、方法和技术等多方面的储备。
具体来说，应该包括以下几大方面:（1）要明确一些基本概念的内涵。包括“环境质量”、“土壤环境质量”、“土壤质量”;“土壤污染”、“污染土壤”;“土壤环境质量标准”、“污染土壤修复标准”等，这些概念既相互联系又有所区别，要从多方面、多角度进行正确的理解，不要以偏概全，影响到土壤环境基准研究各项工作的系统全面的开展;（2）不断推进土壤环境基准研究相关方法的标准化工作。这涉及土样的采集、前处理、分析步骤和检测方法等各个方面，尤其是土壤有机污染物相关的标准化方法，还远远不能满足当前的需要，需要分层次、有重点地加大相关标准化工作的速度和力度;（3）选择合适、适当的“标准化”生态受体。要从研究“优势种”和“敏感种”方面找到突破口，要以生物多样性的研究作为基础，选择好有代表性的物种，特别是建立优势种和敏感种的生态目录，为生态毒理数据的可比性打下基础;（4）要充分利用当前已取得的科研成果。要充分搜集各种文献资料，整理好相关基础数据，全面系统地开展数据的归一化工作，同时又要充分考虑到总量与有效态或提取态、复合污染与交互作用、土壤本身影响因素（土壤类型、有机质、粘粒、pH、Eh和CEC等）、土壤外部影响因素（地理区域、温度、水分或湿度、施肥或农业措施等）等多种变量。
这几大方面可以同时开展，多管齐下，共同推动土壤环境基准相关工作又好又快发展，以为我国土壤环境标准的制修订工作提供系统的数据基础和科学依据。
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