【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】
北極星環境修復網訊:摘要：本文介紹了土壤生態篩選值的定義以及國外一些國家在汙染土壤生態風險評估領域的相關土壤篩選值。由於地理生態、社會文化、行政法規以及標準制定的科學基礎等差異使各國基於生態風險的土壤篩選值的制定方法各有特色，導致各國基於生態風險的土壤篩選值名稱和篩選值之間存在較大差異。我國的生態風險評價研究起步較晚，目前還沒有國家權威機構發布的諸如土壤生態篩選值、生態風險評價技術導則等文件。本文就目前國外一些權威機構推出的並得到廣泛認可的相關標準、方法做簡要介紹，就國際上不同國家的土壤生態篩選值的制定方法、理論體系、使用策略等進行詳細描述，為我國制定相關篩選值的方法體系提供參考，旨在推動我國基於生態風險的汙染土壤篩選值的建立和生態風險評估研究。
關鍵詞：生態風險；土壤篩選值；制定方法；土地利用類型
基於風險的土壤篩選值是土壤中汙染物濃度的指示值或警告值，是初步判斷和識別受汙染土壤環境風險的依據。由於生態受體(土壤微生物、土壤動物及植物)數量眾多，且土壤屬於高異質性介質，故生態風險基準的建立相對人體健康風險基準更加複雜，目前也只有為數不多的國家建立了生態基準，並基於此制定了旨在保護生態安全的土壤環境質量標準。目前，世界上已有10多個國家制定或正在制定土壤生態篩選基準值，這些篩選值的公布促進了汙染土壤生態風險評估技術的發展，也給汙染土壤的環境管理提供了有力支持。同時，生態風險篩選值也是生態風險評估的初步風險評價層次所依據的主要工具，初步篩選土壤中汙染物的含量是否對生態環境存在風險。美國、英國、澳大利亞和荷蘭等國家都為生態風險評估導則配套制定了相應的土壤生態篩選值，不同國家的土壤生態篩選值的叫法略有不同，但都是基於生態風險而制定的土壤環境指導值。
2018年6月28日，生態環境部與國家市場監督管理總局聯合發布《土壤環境質量 農用地土壤汙染風險管控標準(試行)》(GB 15618—2018)。該標準的制定是為保護農用地土壤環境，保障農產品質量安全。目前，我國尚未制定主要保護目標為生態受體的土壤篩選值。我國生態風險評價研究起步較晚，目前還沒有國家權威機構發布的諸如生態風險評價技術導則等文件。本文介紹了土壤生態篩選值的定義以及國外一些國家在汙染土壤生態風險評估領域的相關土壤篩選值。由於地理生態、社會文化、行政法規以及標準制定的科學基礎等差異使各國基於生態風險的土壤篩選值的制定方法各有特色，導致各國基於生態風險的土壤篩選值名稱和篩選值之間存在較大差異。本文就目前國外一些權威機構推出的並得到廣泛認可的相關標準、方法以及國內汙染土壤生態風險評估的研究現狀做簡要介紹，對國際上不同國家的土壤生態篩選值的制定方法、理論體系、使用策略等進行詳細描述，為我國制定相關篩選值的方法體系提供參考，旨在推動我國基於生態風險的汙染土壤篩選值的建立和生態風險評估研究。
1 美國生態土壤篩選值與制定方法(American ecological soil screening levels and formulation method)
針對超級基金場地生態風險評估要求，美國EPA制定了生態土壤篩選值體系(Eco-SSL)。Eco-SSL是一套基於生態環境保護的土壤汙染物濃度篩選值，保護目標為與土壤發生接觸的，或以土壤中、土壤上生物質為食的生態受體。Eco-SSL不但給出了通用篩選值，也同時給出了篩選值的推導方法，篩選值在制定時採用偏保守的假設，用於場地生態風險的初篩。初篩確定潛在關注汙染物後，有利於在隨後的場地專項基線生態風險評估工作中將研究重點集中到關注的汙染物上。超級基金生態風險評估程序主要包括8步：(1)初步篩選層次；(2)篩選層次；(3)問題描述；(4)研究設計與數據質量分析；(5)確定現場採樣方案；(6)現場調查與數據分析；(7)風險表徵；(8)風險管理。Eco-SSL主要被用於第2步，即初步篩選階段時進行土壤汙染物的篩選工作。
表1各物種在土壤中的暴露途徑
Table 1 Exposure pathways of species in the soil
註：Eco-SSL為生態土壤篩選值體系。
Note: Eco-SSL stands for ecological soil screening levels.
Eco-SSL在啟動編制時考慮了24種汙染物，其中包括7類有機汙染物和17種無機金屬離子。保護對象主要考慮了四大類受體，即植物、土壤無脊椎動物、鳥類和哺乳動物。由於研究數據的不足，暫未納入兩棲及爬行動物。各物種的暴露途徑如表1所示。
1.1 Eco-SSL毒性參數獲取
EPA首先通過一系列嚴格的篩選程序，篩選出可信度較強的文獻數據。其中必須包含土壤理化性質數據，包括土壤pH和有機質百分比(%OM)。如果土壤pH <4或> 8.5或者土壤有機質含量> 10%時，文獻數據不被採納。相關的毒性數據按照4種生態相關評估終點進行總結整理，即繁殖、數量、生長、生理。每項研究中的毒性參數，即汙染物導致的不利作用的濃度-效應關係，均被記錄下來。用於指定Eco-SSL的毒性參數包括EC20(即能引起20%最大效應時的濃度)、EC10和MATC(最大可接受有毒物質濃度)。其中，MATC值由NOAEC(無效應濃度)和LOAEC(最低有害濃度)的幾何平均值確定。未納入Eco-SSL制定依據的毒性指標包括LC50、EC50及ECx(x<5)。LC50與EC50被認為對生態系統的保護性不足，而ECx(x<5)被認為數據可靠程度略低。
在計算MATC時，選用的數據必須反映完整的劑量-效應關係，以同時獲取NOAEC和LOAEC值。若文獻只報導NOAEC和LOAEC二者之一，則認為確定毒性閾值，不能作為Eco-SSL的制定依據。
當同一組毒性試驗提供了多個毒性參數時，Eco-SSL的默認選擇順序為EC20>MATC>EC10。如果試驗選用了多個可採用的生態相關評估終點，則選用其中最低的濃度閾值作為制定參考。此外，僅當毒性參數與對照組存在顯著差異時，該毒性參數才可被選用。對土壤無脊椎動物進行毒性測試時，EPA認可的試驗方法包括國際標準化組織(ISO)、經濟合作與發展組織(OECD)、美國測試與材料協會(ASTM)、以及聯邦生物研究合作組織(FBRC)的一系列生物毒性測試標準方法。對植物進行毒性測試時，EPA也推薦了相應的ISO、EPA和ASTM標準方法。
1.2 Eco-SSL相關計算方法
計算植物和無脊椎動物的Eco-SSL的方法：由於美國採用打分制對所有文獻的土壤生物毒性數據進行評分後篩選計算土壤生態篩選值，本文僅對該種計算方法做基本介紹，即採用土壤生物有效性最高(如4≤土壤pH<5、土壤有機質小於2%)的所有生物毒性數據(EC20、EC10和MATC)的幾何平均值計算Eco-SSL，要求數據必須大於或者等於3個，如果有效數據少於3個，可從土壤生物有效性次高的土壤中(如5.5<土壤pH<7、土壤有機質小於2%)尋找生物毒性數據(EC20、EC10和MATC)，尋找以上數據直到大於等於3個時可計算Eco-SSL。
計算野生生物的Eco-SSL時遵循5個基本步驟：(1)選擇野生生物風險模型。建立數學模型，在考慮食物鏈暴露途徑的前提下，定量描述土壤汙染物濃度與可接受濃度閾值之間的關係。(2)選擇代表物種。選擇專門的指標物種，為暴露模型提供相關參數。(3)估測暴露劑量。為暴露劑量模型提供相關參數，以評估各汙染物的暴露劑量。(4)推導毒性參考值(TRV)，確認一個可接受的閾值。(5)計算生態風險篩選值。依據危害為1的前提條件計算生態風險篩選值。
1.3 野生生物風險模型
生態風險商的基本計算公式為：
危害商(HQ)=暴露劑量(mg·kg-1bw·d-1)/毒性參考值(mg·kg-1bw·d-1)
由上式可見，在危害商為1時，生態風險篩選值與毒性參考值相等。生態風險商的詳細計算公式為：
其中：HQj為汙染物j的危險商值；Soilj為土壤中汙染物j的濃度(mg·kg-1)；N為不同種野生生物數量；Bij為汙染物j在生物i體內的濃度(mg·kg-1)；Pi為攝食生物i的百分比；FIR為食物攝入量(kg food (dry weight)·kg-1(wet weight)·d-1)；AFij為從被食用的生物i吸收的汙染物j的吸收比例(用於篩選值時設置等於1)；AFjs為從土壤直接吸收的汙染物j的吸收比例(用於篩選值時設置等於1)；TRVj表示毒性參考值(mg·kg-1bw·d-1)；Ps為食物中攝入土壤的比例；AUF為面積利用率(用於篩選值設置等於1)。
在上式中，除了考慮動物通過食物攝入汙染物外，還附加考慮了土壤被動物在進食時無意識直接攝入的暴露。此外，野生生物對食物和土壤中汙染物的吸收率AF被設置為1，以體現篩選值的保守性。面積利用率AUF表示的是野生生物攝食過程中受到汙染物影響的比例，以保守起見，在計算篩選值時AUF也設為1。
1.4 選擇代表性物種
由於每個汙染場地的生物物種都不同，因此EPA在推導Eco-SSL時，考慮選擇有代表性的物種，並期望以代表性物種代表同一類型的(哺乳動物及鳥類)具有相似食物結構的物種。在Eco-SSL的構建中，對哺乳動物及鳥類分別考慮了3個營養類別，即草食類、食昆蟲類與肉食類。在這六大類動物中，每一類選擇一個專一物種作為該營養類別的代表性物種。一般來講，體型較小的生物具有更高的代謝速率和更小的生存範圍，因此在制定Eco-SSL時通常考慮採用體型較小的代表性物種，以期起到對同一營養類別中其他物種的保護性。
在選擇代表性物種時，必須考慮到可以為野生生物風險評估模型提供相關的參數，即體重、食物攝入量、土壤攝入量等參數。代表性物種選擇時應遵循以下原則：
(1)暴露途徑與土壤直接或間接相關。直接暴露途徑包括：直接攝食土壤中生長生存的生物(比如植物和土壤無脊椎動物)，無意識的直接攝入土壤。在不發生食物鏈富集的情況下，通常認為直接暴露對生物產生的風險是生態風險最主要的來源。間接暴露包括肉食性動物食入與土壤直接接觸的獵物。
(2)食物構成。代表物種必須是在陸地環境攝食的，以便只考慮來自土壤的汙染物暴露途徑，排除來自水生環境的暴露途徑。
(3)食物構成可被用於簡化分組。根據代表物種的食物構成，代表物種應可以被劃分到草食類、食昆蟲類及肉食類三種之一。相應的，攝取的食物類型也應可以簡化為3類：植物、土壤無脊椎動物和動物。代表物種的食物類型應基本屬於以上3種類型中的一種，以便對某一食物類型產生的最大潛在風險進行評估。通常認為，雜食動物的食物來源較多，而依賴較單一食物來源的動物，在其食物來源受到汙染時，其受到的生態風險更大。
(4)包括哺乳動物和鳥類。對同一汙染物，不同的物種會有不同的毒性反應。最終Eco-SSL選擇了3種哺乳動物(meadow vole, short-tailed shrew, long-tailed weasel)及3種鳥類(mourning dove, American woodcock, red-tailed hawk)作為篩選值制定的代表性物種。
1.5 美國生態篩選值
Eco-SSL是為保護接觸或生活於土壤中生物體而設定的土壤汙染物濃度。Eco-SSL由4組生態受體依生態風險評價導則單獨推導而來，這4種生態受體是植物、土壤無脊椎動物、鳥類和哺乳動物。假設這些Eco-SSLs可為陸地生態系統提供足夠的保護。Eco-SSLs按可以保護受體的保守暴露終點和影響物種分布來推導，適合應用於生態風險的篩選階段。這些篩選值應當用於那些特殊場地基準、根據特定導則[6-9]進行生態風險評估、需要進一步評估來確定的特定潛在汙染物(COPCs)。Eco-SSLs不可用作清潔水平值，並且US EPA強調也不能將其修改後用作聯邦清潔標準，目前美國已制定的生態土壤篩選值如表2所示。
免責聲明：以上內容轉載自北極星電力新聞網，所發內容不代表本平臺立場。全國能源信息平臺聯繫電話：010-65367702，郵箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝陽區金臺西路2號人民日報社