土壤环境质量评价

定义

土壤环境质量评价是对土壤中污染物（元素或化合物）的累积状况及其是否达到某一阈值作出判定的过程，属于土壤环境学中的基础性评价工作^[1]。按评价阶段，它通常被区分为两个层次：土壤环境质量评价回答污染物有没有累积、累积到什么程度；土壤污染风险评价则进一步判断已发生或潜在的污染对生态安全、人体健康和社会经济可能造成不利影响的可能性^[1]。

评价需要两把尺子。一把是土壤环境背景值，用来衡量污染物相对自然水平是否累积以及累积的幅度；另一把是土壤环境质量标准，用来判断含量是否超标^[1]。实践中由于背景值确定较为复杂，一般先对照标准初步判断使用安全性，超标后再与背景值比较；与背景值对比还可以还原一个区域土壤环境质量的演变过程并预测其趋势^[1]。

按土地用途，评价可分为农用地、建设用地和未利用地三类，其中建设用地又细分居住类与工业类。不同用途的土壤受体不同、暴露方式不同，污染物含量阈值也不同，因此选用不同的评价标准^[1]。按精度则可分为不同比例尺的调查评价，例如底图比例尺为 1∶200 至 1∶5000 时多用于单个污染场地、田块或村庄^[1]。

原理

最基础的方法是单因子指数法，把某污染物的实测含量除以其评价标准值，得到无量纲的污染指数：$P_i = C_i / S_i$，其中 $C_i$ 为实测含量，$S_i$ 为标准值或筛选值^[3]。当 $P_i$ 不超过 1 时视为未受该污染物污染，大于 1 则表明已经受到污染，数值越大污染越重^[4]。该方法只反映单一元素的状况，不能全面刻画土壤整体污染状况^[5]。

为兼顾多种污染物，常采用综合指数。内梅罗指数由单因子指数发展而来，公式为 $P_N = \sqrt{(P_{i平均}^2 + P_{i最大}^2)/2}$，既考虑各因子指数的均值，又突出贡献最大的因子^[6]。按其划定的等级，$P_N$ 不超过 0.7 为清洁（安全），0.7 至 1.0 为尚清洁（警戒限），1.0 至 2.0 为轻度污染，2.0 至 3.0 为中度污染，大于 3.0 为重污染^[1]。

还有多种方法从不同角度刻画污染。多因子指数加和法取 $P = \sum C_i/S_i$，算术平均法取 $P = (1/n)\sum C_i/S_i$，加权平均法引入权重 $W_i$ 使 $P = \sum W_i C_i/S_i$，均方根法取 $P = \sqrt{(1/n)\sum (C_i/S_i)^2}$^[1]。地累积指数法用 $I_{geo} = \log_2[C_n/(k \times B_n)]$ 与背景值比较，$k$ 为一般取 1.5 的修正系数，可分成 7 个污染级别^[7]。潜在生态风险指数法引入各金属的毒性响应系数 $T_i$，加权求得综合潜在生态风险指数 $RI$，把含量、生态效应与毒理学效应联系起来^[7]。

发展历程

中国土壤环境背景值研究始于 20 世纪 70 年代中期，由中国科学院南京土壤研究所等科研单位会同环境保护部门开展，1990 年出版了相关元素背景值专著^[8]。“六五”期间开展了重点经济自然区农业土壤及主要粮食作物污染元素背景值研究，“七五”期间开展了中国土壤环境背景值研究，获得全国 41 个土类、61 种元素的较系统背景值，并据此提出了镉、汞、砷、铅的标准建议值^[9]。

1995 年，中国首次制定并发布《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995），分 3 级给出不同 pH 分段、不同耕作方式下农用地土壤中镉、汞、砷、铅、铬、铜、镍、锌 8 种元素以及六六六、滴滴涕 2 种有机农药的含量限值^[9]。其中一级标准代表自然背景水平，二级标准基于生态环境效应制定，三级标准为土壤临界值^[9]。该标准不适用于建设用地，且被认为存在全国“一刀切”、指标偏少等问题。

2006 年起，环境保护部及原国家环保总局组织启动 GB 15618-1995 的修订工作，技术支持由原标准编制单位环境保护部南京环境科学研究所牵头承担^[10]。2008 年编制了《全国土壤污染状况评价技术规定》，支撑全国土壤污染状况调查^[10]。2014 年 2 月 19 日发布 HJ 25 系列导则，涵盖场地环境调查、监测、风险评估与土壤修复技术等内容^[10]。

2016 年 5 月，国务院印发《土壤污染防治行动计划》，明确对农用地实施分类管理^[11]。2017 年《农用地土壤环境管理办法（试行）》发布，同年出台的《农用地土壤环境质量类别划分技术指南（试行）》为分类管理提供技术支撑^[8]。2018 年 6 月 28 日，生态环境部与国家市场监督管理总局联合批准发布 GB 15618-2018 与 GB 36600-2018 两项风险管控标准，自 2018 年 8 月 1 日起实施，取代原 GB 15618-1995。新标准提出风险筛选值和风险管制值的“两条线”思路，标志着中国土壤环境管理的基本思路从达标管理转为风险管理^[2]。

应用

在农用地领域，GB 15618-2018 以保护食用农产品质量安全为主要目标，兼顾保护农作物生长和土壤生态，分别规定风险筛选值和管制值以及监测、实施与监督要求，适用于耕地土壤污染风险筛查和分类，园地和牧草地可参照执行^[11]。该标准遵循风险管控思路，不再等同于水、气标准式的达标判定，而是用于风险筛查和分类，并据此把农用地划分为优先保护类、安全利用类和严格管控类^[11]。污染物控制项目由原标准的 10 项增至 21 项，分为基本项目与其他项目两类。

在建设用地领域，2018 年发布的 GB 36600-2018 与原《土壤环境质量标准》修订形成的 GB 15618-2018 同时发布，配合《土壤污染防治法》的出台，共同构成风险管理思路下的标准框架^[2]。实际评价工作中，往往同时运用单因子指数法与内梅罗综合指数法，并以标准中的筛选值或管控值作为分母计算指数^[5]。例如在对某工业园区周边的调查中，全部检出因子的单项污染指数最大值低于 1，内梅罗指数最大值低于 0.7，据此判定为清洁（安全）等级^[12]。

该方法也广泛用于区域性调查与科学研究。峨眉河流域的研究依据 GB 15618-2018，用单因子污染指数法与内梅罗综合污染指数法评价重金属污染程度，并按指数大小排出各元素污染的次序^[13]。舟山市无公害蔬菜基地的评价以国家标准中的土壤环境质量标准值为依据，两种方法结合判断土壤是否满足无公害蔬菜生产要求^[14]。此外，基于重金属化学形态的形态分析方法、薄膜扩散梯度技术与光谱分析技术等，也逐步用于更精细的污染程度与生物有效性评价。

局限

单因子指数法只能反映各个元素各自的污染程度，无法全面反映土壤整体污染状况^[5]。多因子指数加和法与算术平均法虽然计算简便，但容易掩盖单个污染物的问题，评价结果可比性不佳；加权平均法中的权重不易做到客观准确^[1]。

内梅罗指数法兼顾最高单因子指数与平均单因子指数，但过分强调最高分指数的影响，会掩盖污染物种类；它更适用于小尺度且污染物比较明确的场地和田块调查评估，在参评污染物种类相同的前提下可表达不同点位的相对优劣，而大尺度区域各单元污染物种类不尽相同，该方法可能难以反映各单元的相对优劣^[1]。

在标准层面也存在方法学限制。以单项污染指数和污染累积指数为核心的评价，难以完整表达土壤污染程度的全部内容，因为致污物质会改变土壤成分，却不一定使土壤结构和性质发生显著变异，也不一定对人体与生态造成危害^[15]。现行标准对因自然异常导致的某成分超标问题的评价考虑不足，实践中存在把某成分的超标等级直接等同于污染等级的做法^[15]。此外，区域土壤环境背景值、农用地土壤环境质量评估等配套标准仍相对不足，部分标准需要进一步修订完善^[8]。

关于有效态标准，理论上土壤重金属有效态量比总量更能反映生物危害或环境效应，但由于缺乏普遍适用于不同土壤、作物和污染物种类的提取方法，实验重现性差、不同实验室结果差异大、质控困难，且生物有效性本身动态变化，目前尚不具备制定有效态标准的条件，总量仍是具有判别污染发生与变化意义的仲裁性指标^[16]。基于有效态的评价方法也因提取方法不统一、精度有限而在应用中受到制约。

参见

• 土壤环境背景值 —— 评价土壤污染物是否累积及累积程度的自然基准。

• 单因子指数法 —— 以实测值与标准值之比判定单一污染物超标状况的基础方法。

• 内梅罗综合污染指数法 —— 兼顾指数均值与最大值、用于反映多种污染物综合污染程度的方法。

• 地累积指数 —— 与背景值对比以划分重金属污染级别的评价指标。

• 土壤污染风险评价 —— 在质量评价基础上判断污染对生态与人体健康不利影响可能性的分析过程。