土地資源是大自然饋贈(zèng)給人類的獨(dú)特珍品，承載萬物。開展區(qū)域農(nóng)用地土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)與安全利用分區(qū)、分類利用管控，促進(jìn)區(qū)域土地資源合理、高效利用是新常態(tài)下耕地保護(hù)的基本要求。該文分不同pH 值區(qū)間、8 種不同地類，基于現(xiàn)行土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和食品安全評(píng)價(jià)的眾多標(biāo)準(zhǔn)集成土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以江蘇省某市為例，運(yùn)用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法開展土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)，進(jìn)而提出了安全利用等級(jí)劃分方案和分區(qū)、分類利用與管理的管控策略。
結(jié)果表明：將研究區(qū)農(nóng)用地分為安全、基本安全、低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)5 種綜合分區(qū)，分別采取優(yōu)先保護(hù)、綜合監(jiān)控、預(yù)警防控和限制利用等措施，以精細(xì)化管理思想為出發(fā)點(diǎn)，從源頭控制、農(nóng)藝措施調(diào)控、種植作物調(diào)整、地類轉(zhuǎn)換以及土壤修復(fù)、綜合整治等方面提出了各綜合分區(qū)的安全利用管控策略。因此，開展區(qū)域農(nóng)用地土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)與安全利用分區(qū)研究為確保土地資源合理利用保護(hù)耕地提供了重要思路。
引 言
自“鎘大米”、“重金屬污染蔬菜”等一系列事件的不斷曝光，區(qū)域農(nóng)用地的安全利用問題被推至風(fēng)口浪尖，引發(fā)社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。土壤是保障農(nóng)產(chǎn)品安全的第一道防線，也是筑牢健康人居環(huán)境的首要基礎(chǔ)，其質(zhì)量狀況直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)安全和百姓民生福祉。2015 年“國(guó)際土壤年”大會(huì)主題為“健康土壤服務(wù)于健康生命”，只有良好的土壤，才能真正保障糧食安全。國(guó)家層面也在《十三五規(guī)劃綱要》中明確提出要以污染防治行動(dòng)計(jì)劃為綱實(shí)施土壤污染分類分級(jí)防治，優(yōu)先保護(hù)農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量安全，切實(shí)加強(qiáng)建設(shè)用地土壤環(huán)境監(jiān)管。在“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”新的發(fā)展理念下，要求國(guó)土資源管理一方面必須圍繞最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，特殊保護(hù)優(yōu)質(zhì)耕地，重在保障糧食安全;另一方面也要圍繞最嚴(yán)格的節(jié)約集約用地制度，合理利用土地，促進(jìn)城市轉(zhuǎn)型發(fā)展;還要在區(qū)域土地利用上切實(shí)考慮各相關(guān)主體的利益，做到管控結(jié)合。
目前，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者在相關(guān)領(lǐng)域均取得了很大進(jìn)展。土壤環(huán)境評(píng)價(jià)方面，國(guó)外有美國(guó)的超級(jí)基金制度、荷蘭的土壤污染物目標(biāo)值和調(diào)解值、英國(guó)的土壤指導(dǎo)值等;國(guó)內(nèi)有農(nóng)用地分等成果、耕地地力調(diào)查與評(píng)價(jià)成果、土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果、土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)成果等。評(píng)價(jià)方法多種多樣，有單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)法、地統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)法、地累積指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法、沉積物富集系數(shù)法等。近幾年中國(guó)很多專家對(duì)現(xiàn)行《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)進(jìn)行了研究，認(rèn)為現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)適用范圍小，污染物項(xiàng)目少，指標(biāo)限值急需完善。
中國(guó)土地生態(tài)安全研究源于國(guó)內(nèi)外興起的“生態(tài)安全”研究，由最初的定性評(píng)價(jià)逐漸引入了熵權(quán)模糊物元模型、模糊分析、主成分分析、層次分析及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等高級(jí)數(shù)據(jù)學(xué)方法對(duì)區(qū)域土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。污染土地修復(fù)治理則主要側(cè)重在污染土地的修復(fù)技術(shù)、管理政策與措施等。污染土地的再利用研究也特別在適應(yīng)性評(píng)價(jià)等有所進(jìn)展。土壤環(huán)境質(zhì)量區(qū)劃方面主要遵循“從源”的原則，旨在揭示土壤環(huán)境質(zhì)量的空間格局及形成機(jī)制。土壤環(huán)境功能區(qū)劃在《全國(guó)主體功能區(qū)劃》中就有體現(xiàn)，是在主體功能區(qū)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行的區(qū)劃，是對(duì)主體功能區(qū)劃中土壤環(huán)境方面的管理區(qū)劃。不同的土地利用方式或條件影響著土壤環(huán)境質(zhì)量的變化，評(píng)價(jià)方法的內(nèi)涵也從單一向綜合過渡。但始終缺乏一整套對(duì)區(qū)域農(nóng)用地安全利用評(píng)價(jià)與分區(qū)、分類、分級(jí)利用管控的思路，才使得區(qū)域農(nóng)用地利用潛藏隱患。
該文在分析中國(guó)現(xiàn)有土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和食品安全評(píng)價(jià)眾多標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，分不同pH 值區(qū)間，集成了8 種不同地類的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。以江蘇省某市為典型研究區(qū)，對(duì)區(qū)域土壤重金屬污染采用單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)，探討了縣級(jí)尺度安全利用等級(jí)劃分方案，定性描述了不同安全利用分區(qū)的主要特征。針對(duì)不同分區(qū)的不同內(nèi)涵、不同利用要求，探討分類利用與管理的管控策略，為區(qū)域土地資源的安全、合理、高效利用提供一定的科學(xué)依據(jù)。
1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源
1.1研究區(qū)概況
研究區(qū)位于江蘇省南部，長(zhǎng)江三角洲經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，依山傍水，地勢(shì)南高北低，總面積19.97 萬 hm2，人口約108 萬，其中農(nóng)用地面積11.85 萬 hm2，建設(shè)用地面積3.23 萬 hm2，其他土地面積4.89 萬 hm2，是名副其實(shí)的人口大市。
該市位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤(rùn)，年均溫15.6 ℃，年降水1200 mm，日照百分率為45%，相對(duì)濕度80%。氣候溫和、四季分明、日照充足、熱量條件好、降水豐沛、境內(nèi)河網(wǎng)發(fā)達(dá)，農(nóng)作物一年可2～3 熟。境內(nèi)地貌形態(tài)多樣，其中山地崗丘、平原與水域分別占市域面積的22.4%、60.9%、及16.7%。土壤類型多樣，共7 個(gè)土類：即黃棕壤土類、紅壤土類、石灰?guī)r土土類、紫色土土類、水稻土土類、潮土土類、沼澤土土類。常綠闊葉林是主要的植被類型。
境內(nèi)工業(yè)企業(yè)發(fā)達(dá)，農(nóng)業(yè)集約化程度較高，已形成了陶瓷、紡織、機(jī)電、化工、輕工、建材、工藝品等富有地方特色、門類齊全的工業(yè)體系。但同時(shí)也給環(huán)境帶了超負(fù)荷的壓力，對(duì)土壤環(huán)境的破壞日趨顯著。當(dāng)?shù)匾睙拸S、蓄電池廠生產(chǎn)過程中的廢氣任意排放、固廢肆意堆放、污水灌溉農(nóng)田都對(duì)周邊農(nóng)用地土壤造成了嚴(yán)重的重金屬污染。
該市既是長(zhǎng)江三角洲商品糧基地，又是典型經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，因此選擇該市進(jìn)行農(nóng)用地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)和安全利用分區(qū)研究，能為區(qū)域土地資源的合理、高效安全利用提供積極的實(shí)踐指導(dǎo)意義。
1.2樣品采集與處理
采樣區(qū)域?yàn)榻K省某市全域。根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估技術(shù)要求(試行)》(DD2008-06)，土壤采樣點(diǎn)按照網(wǎng)格化布置，全域共布設(shè)1139 個(gè)點(diǎn)，采樣精度約2 個(gè)/km2。其中農(nóng)用地布設(shè)884 個(gè)點(diǎn)，圖斑涉及水田、旱地、水澆地、果園、茶園、林地、草地等多種農(nóng)用地利用類型，可控土地面積約465 km2(見圖1)。
用 GPS 精確定位，現(xiàn)場(chǎng)記錄“野外樣點(diǎn)信息表”。采樣過程中，土壤采樣深度為0~20 cm，避開外來土和新近擾動(dòng)過的土層，并去掉表面雜物和土壤中的礫石等五點(diǎn)采樣法取土，四分法保留1 kg 土樣裝聚乙烯自封袋采集樣品。樣品于實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，揀出石塊等雜物后送檢土壤pH 值，重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cu、Zn。
1.3數(shù)據(jù)來源
耕地質(zhì)量成果主要來源于《江蘇省某市耕地質(zhì)量等級(jí)成果補(bǔ)充完善工作和技術(shù)報(bào)告》(2013 年);土壤中各種重金屬含量及部分理化性質(zhì)主要來源于《江蘇省某市耕地質(zhì)量生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查與等級(jí)評(píng)價(jià)報(bào)告》(2011 年);相關(guān)規(guī)劃數(shù)據(jù)主要來源于《某市二調(diào)現(xiàn)狀成果》(2013年)、《某市土地利用總體規(guī)劃》(2006-2020 年);農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施條件、外部水源保證率、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)村農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)報(bào)表數(shù)據(jù)主要參考《某市統(tǒng)計(jì)年鑒》(2003-2014 年)。
2 研究思路與方法
2.1研究思路
(1)基于現(xiàn)有相關(guān)土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究集成該文的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
(2)分別選用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行農(nóng)用地土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)。
(3)依據(jù)3 種指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果提出安全利用等級(jí)劃分方案。
(4)描述不同安全利用綜合分區(qū)特征，探討不同安全利用分區(qū)的分類利用與管控策略。
2.2評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
中國(guó)現(xiàn)行的1995 年頒布的《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)已無法滿足當(dāng)前土壤環(huán)境保護(hù)與質(zhì)量安全管理的需求，環(huán)保部對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂并形成了《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(三次征求意見稿)，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)在污染物種類及標(biāo)準(zhǔn)限值的確定上都有一定程度改進(jìn)和完善。《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(以下簡(jiǎn)稱“土十條”)中多次強(qiáng)調(diào)要“實(shí)施農(nóng)地分類管理，保障農(nóng)業(yè)環(huán)境安全”。但國(guó)內(nèi)鮮有涉及眾多地類的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此，該文嘗試以不同地類為評(píng)價(jià)對(duì)象，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值涉及水田、水澆地、旱地、果園、茶園、其他園地、林地和草地這8 種地類制定，涉及到的重金屬有鎘、汞、砷、鉛、銅、鋅6 種。
以集成應(yīng)用為指導(dǎo)原則，參照2016 年環(huán)保部將《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行第三次征求意見稿中的格式，分4 段不同pH 值區(qū)間輔以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)確定水田、水澆地、旱地、其他園地、草地和林地的土壤重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)值，輔以《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(HJ/T 332-2006)確定果園的土壤重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)值，《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》(NY/T853-2004)確定茶園的土壤重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)值(見表1)。
2.3土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)
2.3.1 評(píng)價(jià)方法
目前，常用的土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)方法中：?jiǎn)我蜃又笖?shù)法是最常用的一種土壤環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)方法，其計(jì)算過程簡(jiǎn)便，可直觀反映土壤中每種重金屬的污染情況，但不能反映土壤綜合污染情況。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)是一種兼顧極值或突出最大值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，其在加權(quán)過程中避免了人為主觀因素的影響，因此評(píng)價(jià)結(jié)果比較客觀，能夠全面反映土壤中各污染物的平均污染水平，強(qiáng)調(diào)主導(dǎo)因子的影響作用，但在求均值過程中弱化或強(qiáng)化一些因素的作用。
模糊綜合評(píng)價(jià)法和層次分析法考慮了土壤環(huán)境質(zhì)量的模糊性及各污染因素的權(quán)重，評(píng)價(jià)比較科學(xué)，但權(quán)重的確定對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響太大，如果權(quán)重不合理容易造成評(píng)價(jià)結(jié)果偏差較大。地累積指數(shù)法不僅考慮了沉積成巖作用等自然地質(zhì)過程造成的背景值的影響，同時(shí)充分注意了人為活動(dòng)對(duì)重金屬的影響，但該方法只能給出各采樣點(diǎn)單一重金屬的超標(biāo)指數(shù)，沒有考慮生物有效性、各因子的不同污染貢獻(xiàn)比及地理空間差異，無法對(duì)元素間或區(qū)域間環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行比較分析。污染負(fù)荷指數(shù)法不僅考慮到單因子、多因子綜合污染，而且還考慮了大區(qū)域綜合污染，但該方法沒有考慮不同污染物源所引起的背景差異。潛在生態(tài)危害指數(shù)法引入毒性響應(yīng)系數(shù)，將重金屬的環(huán)境生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系起來，使評(píng)價(jià)側(cè)重于重金屬毒性在土壤和沉積物中的普遍遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和評(píng)價(jià)區(qū)域?qū)χ亟饘傥廴镜拿舾行?，以及重金屬區(qū)域背景值的差異，消除了區(qū)域差異影響，劃分出重金屬潛在危害的程度，體現(xiàn)了生物有效性和相對(duì)貢獻(xiàn)及地理空間差異等特點(diǎn)，是綜合反映重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境影響潛力的指標(biāo)，適合于大區(qū)域范圍對(duì)土壤潛在的生態(tài)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)，不僅可以為環(huán)境的改善提供依據(jù)，還能夠?yàn)槿藗兊慕】瞪钐峁┛茖W(xué)參照。
該文試圖通過土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果來綜合考慮農(nóng)用地的安全利用問題，“土十條”的頒布也再一次強(qiáng)調(diào)了土地安全利用重在風(fēng)險(xiǎn)管控。綜上所述，選取單因子指數(shù)法(見式(1))、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法(見式(2))、潛在生態(tài)危害指數(shù)法(見式(3)～(6))作為土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)方法。
2.3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果表達(dá)
依據(jù)上述方法得到3 種無量綱化的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，按照《全國(guó)土壤污染狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)定》(環(huán)發(fā)[2008]39號(hào))將單因子污染指數(shù)Pi 劃分為Di單共5 個(gè)等級(jí)。按照《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(HJ/T 166-2004)》將內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)P綜劃分為D內(nèi)共5 個(gè)等級(jí)。依據(jù)1980 年Hakanson 提出潛在生態(tài)危害指數(shù)法時(shí)的分類依據(jù)將潛在生態(tài)危害指數(shù) RI 劃分為DRI 共 4 個(gè)等級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果及其表達(dá)方式如下(見表2)。
2.4安全利用等級(jí)劃分方案
上述三種指數(shù)評(píng)價(jià)法得到的無量綱化的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)劃分等級(jí)Di 單、D 內(nèi)、DRI 各自表征不同的內(nèi)涵，而農(nóng)用地安全利用旨在掌握農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，要保證其存在的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不會(huì)影響農(nóng)作物生長(zhǎng)且產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品可食部分不威脅人體健康。既要強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)控制，又要避免傳統(tǒng)的取最大值“一刀切”的偏激做法，最大限度減少人為因素的影響。因此，基于三種指數(shù)評(píng)價(jià)法結(jié)果，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對(duì)理論上的5×5×4=100 種現(xiàn)狀評(píng)價(jià)排列組合模式進(jìn)行總結(jié)(見表3)，將農(nóng)用地安全利用分為5 個(gè)等級(jí)，依據(jù)等級(jí)劃分安全利用區(qū)，定性的闡述分區(qū)內(nèi)涵、主要特征、安全水平、主要利用對(duì)策：
(1)I 級(jí)，安全利用區(qū)。該區(qū)主要特征是：土壤及其周邊環(huán)境污染物含量較低，且均符合相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn)要求。區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量處于無風(fēng)險(xiǎn)安全水平，采取優(yōu)先保護(hù)策略。
(2)II 級(jí)，基本安全利用區(qū)。該區(qū)主要特征是：土壤及其周邊環(huán)境污染物含量有輕微積累，稍微偏高于相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn)，但尚未對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)和人體健康構(gòu)成威脅。區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量處于輕微風(fēng)險(xiǎn)基本安全水平，采取優(yōu)先保護(hù)策略。
(3)III 級(jí)，低風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū)。該區(qū)主要特征是：土壤及其周邊環(huán)境污染物含量有一定積累，稍超標(biāo)于相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn)，已對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)和人體健康構(gòu)成威脅。區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量處于低風(fēng)險(xiǎn)水平，采取綜合監(jiān)控策略。
(4)IV 級(jí)，中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警區(qū)。該區(qū)主要特征是：土壤及其周邊環(huán)境污染物含量較高，明顯超標(biāo)于相關(guān)限量指標(biāo)，已對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)和人體健康構(gòu)成明顯威脅。區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量處于中風(fēng)險(xiǎn)水平，采取預(yù)警防控策略。
(5)V級(jí)，高風(fēng)險(xiǎn)限制區(qū)。該區(qū)主要特征是：土壤及其周邊環(huán)境污染物含量高，嚴(yán)重高于相關(guān)限量指標(biāo)，已對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量處于高風(fēng)險(xiǎn)水平，采取限制利用策略。
3 實(shí)證分析
3.1插值方法優(yōu)選
要進(jìn)行區(qū)域農(nóng)用地的安全利用就要將采樣點(diǎn)位信息通過空間插值法獲得面狀信息?？臻g插值方法多種多樣，其中常用的：克里格插值法以元素空間結(jié)構(gòu)特征為基礎(chǔ)確定采樣點(diǎn)對(duì)估值點(diǎn)的影響權(quán)重，通過低通濾波效應(yīng)，插值過程中會(huì)丟失局部極大值和極小值;局部多項(xiàng)式插值法則主要利用最小二乘法多項(xiàng)式擬合土壤重金屬的局部空間分布趨勢(shì)，插值結(jié)果對(duì)局部細(xì)節(jié)信息存在較大的平滑作用，是一種非精確性插值方法;反距離加權(quán)插值和徑向基函數(shù)插值法都屬于精確性插值法，均保留了土壤重金屬空間分布的局部波峰或波谷信息，徑向基函數(shù)插值是根據(jù)局部的光滑趨勢(shì)確定權(quán)重，但反距離加權(quán)插值法是根據(jù)距離影響確定其權(quán)重。
該文利用SPSS 20 對(duì)研究區(qū)6 種重金屬進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)，但通過Kolmogorov-Smirnov 法進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，原始數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，進(jìn)行對(duì)數(shù)變換得到偏度和峰值，總體符合正態(tài)分布滿足地學(xué)統(tǒng)計(jì)分析的條件。樣本的變異系數(shù)均大于100%，屬?gòu)?qiáng)變異，說明社會(huì)經(jīng)濟(jì)等人為因素對(duì)土壤重金屬污染指數(shù)影響較大。
該文研究的核心在于土壤重金屬的超標(biāo)(極大值)情況，克里格插值法和局部多項(xiàng)式插值法顯然不適用?？紤]土壤重金屬含量空間分布特征與距離有關(guān)，因此，選用反距離加權(quán)插值法作為最適宜的插值方法。
反距離加權(quán)插值法是基于相近相似原理，對(duì)樣點(diǎn)分布均勻且布滿整個(gè)插值區(qū)域的插值精度較高。以Cd 為例，反距離加權(quán)插值法的內(nèi)插交叉驗(yàn)證方程為Y=0.667X+2.025(R2=0.702)，說明內(nèi)插效果良好。通過反距離加權(quán)插值法獲得面狀信息并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，再利用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)。
3.2土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果
3.2.1 6 種重金屬超標(biāo)空間分布
根據(jù)單因子指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果可知，研究區(qū)884 個(gè)土壤樣品11.85 萬 hm2 農(nóng)用地中：
(1)僅有3 個(gè)點(diǎn)位、165.90 hm2 農(nóng)用地Cd 重度污染，4 個(gè)點(diǎn)位、225.15 hm2 農(nóng)用地Cd 中度污染和4 個(gè)點(diǎn)位、711 hm2 農(nóng)用地Cd 輕度污染，分別位于Q 鎮(zhèn)中部、F 鎮(zhèn)南部、B 鎮(zhèn)中部、D 鎮(zhèn)西北部(見表4，圖2a，圖3a)。
(2)僅有1 個(gè)點(diǎn)位、11.85 hm2 農(nóng)用地Hg 輕度污染，位于L 鎮(zhèn)西部(見表4，圖2b，圖3b)。
(3)僅有1 個(gè)點(diǎn)位、11.85 hm2 農(nóng)用地As 輕微污染，位于B 鎮(zhèn)中部(見表4，圖2c，圖3c)。
(4)僅1 個(gè)點(diǎn)位、11.85 hm2 農(nóng)用地Pb 重度污染，11.85 hm2 農(nóng)用地Pb 中度污染、23.7 hm2 農(nóng)用地Pb 輕度污染，8 個(gè)點(diǎn)位、379.2 hm2 Pb 輕微污染，位于B 鎮(zhèn)中部、F 鎮(zhèn)北部、K 鎮(zhèn)西北部、E 鎮(zhèn)東北部、R 鎮(zhèn)中東部、Q 鎮(zhèn)中東部(見表4，圖2d，圖3d)。
(5)僅2 個(gè)點(diǎn)位、23.70 hm2 農(nóng)用地Cu 重度污染，1 個(gè)點(diǎn)位、47.40 hm2 農(nóng)用地Cu 中度污染和1 個(gè)點(diǎn)位、260.70 hm2 農(nóng)用地Cu 輕度污染，分別位于P 鎮(zhèn)東南部、Q 鎮(zhèn)中部、R 鎮(zhèn)中部、F 鎮(zhèn)的南部和北部、G 鎮(zhèn)東北部(見表4，圖2e，圖3e)。
(6)僅1 個(gè)點(diǎn)位、11.85 hm2 農(nóng)用地Zn 重度污染，35.55 hm2 Zn 中度污染，1 個(gè)點(diǎn)位71.1 hm2 農(nóng)用地Zn 輕度污染，分別位于B 鎮(zhèn)西南部、R 鎮(zhèn)中部(見表4，圖2f，圖3f)。
圖2 土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)點(diǎn)位空間分布圖
圖3 土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)成果空間分布圖
3.2.2 土壤綜合污染程度空間分布
根據(jù)內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果可知，研究區(qū)884 個(gè)土壤樣品11.85 萬 hm2 農(nóng)用地中：僅7 個(gè)點(diǎn)位、272.55 hm2 農(nóng)用地內(nèi)梅羅綜合污染程度為重度污染，位于Q 鎮(zhèn)東部、R 鎮(zhèn)中部、B 鎮(zhèn)西南部、D 鎮(zhèn)西北部、E 鎮(zhèn)東北部、F 鎮(zhèn)北部和南部;僅4 個(gè)點(diǎn)位、628.05 hm2 農(nóng)用地內(nèi)梅羅綜合污染程度為中度污染，位于Q 鎮(zhèn)中東部、P 鎮(zhèn)東南部、F鎮(zhèn)南部;31 個(gè)點(diǎn)位、4337.1 hm2 農(nóng)用地內(nèi)梅羅綜合污染程度為輕度污染，零散的分布于除X 鎮(zhèn)、D 鎮(zhèn)、P 鎮(zhèn)、U鎮(zhèn)、S 鎮(zhèn)等以外的其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)(見表4，圖2g、圖3g)。
3.2.3 土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布
根據(jù)潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果可知，研究區(qū)884 個(gè)土壤樣品11.85 萬 hm2 農(nóng)用地中：僅2 個(gè)點(diǎn)位、59.25 hm2 農(nóng)用地存在高潛在生態(tài)危害，分別位于B 鎮(zhèn)中部、Q 鎮(zhèn)東部;僅有3 個(gè)點(diǎn)位、237.00 hm2 農(nóng)用地存在較高潛在生態(tài)危害，分別位于F 鎮(zhèn)南部、E 鎮(zhèn)東北部、D 鎮(zhèn)西北部(見表4，圖2h、圖3h)。
通過表 4 各重金屬元素點(diǎn)位和面積比例可以看出，研究區(qū)Cd 超標(biāo)較其他各元素顯著。通過對(duì)比圖2 和圖3 各重金屬元素超標(biāo)的分布情況具有良好的空間一致性，也得到與統(tǒng)計(jì)分析相一致的Cd 超標(biāo)較顯著的結(jié)論。3 種土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果及其空間分布特征為后續(xù)農(nóng)用地安全利用策略提供了重要的管控方向。
3.3安全利用綜合分區(qū)
根據(jù)前述定性的安全利用等級(jí)劃分方案，將研究區(qū)農(nóng)用地劃分為安全利用區(qū)、基本安全利用區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)限制區(qū)這5 種綜合分區(qū)(圖4)。
(1)I 級(jí)，安全利用區(qū)。該區(qū)94238.89 hm2，占總農(nóng)用地面積的79.52%，均勻分布在除D 鎮(zhèn)和R 鎮(zhèn)等其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)的大部分區(qū)域。
(2)II 級(jí)，基本安全利用區(qū)。該區(qū)18227.78 hm2，占總農(nóng)用地面積的15.38%，集中分布于D 鎮(zhèn)和R 鎮(zhèn)的中西南大部分地區(qū)、E 鎮(zhèn)的東部和北部地區(qū)、P 鎮(zhèn)、N 鎮(zhèn)和F鎮(zhèn)的東部地區(qū)，零散的分布在E 鎮(zhèn)、J 鎮(zhèn)和K 鎮(zhèn)的西南部地區(qū)。
(4)III 級(jí)，低風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū)。該區(qū)5 125.47 hm2，占總農(nóng)用地面積的4.33%，集中分布于Q 鎮(zhèn)和R 鎮(zhèn)的東部和南部地區(qū)、B 鎮(zhèn)和D 鎮(zhèn)的西南部地區(qū)、N 鎮(zhèn)和R 鎮(zhèn)的東南部地區(qū)、E 鎮(zhèn)東部地區(qū)和F 鎮(zhèn)的北部地區(qū)，零星分布于J 鎮(zhèn)、L 鎮(zhèn)、M 鎮(zhèn)。
(4)IV 級(jí)，中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警區(qū)。該區(qū)605.97 hm2，占總農(nóng)用地面積的0.51%，集中分布于Q 鎮(zhèn)中東部地區(qū)、B 鎮(zhèn)中西南部地區(qū)和D 鎮(zhèn)的西部地區(qū)、E 鎮(zhèn)東部地區(qū)、F 鎮(zhèn)北部和南部部分地區(qū)。
(5)V 級(jí)，高風(fēng)險(xiǎn)限制區(qū)。該區(qū)301.89 hm2，占總農(nóng)用地面積的0.25%，集中分布于Q 鎮(zhèn)東部地區(qū)、B 鎮(zhèn)中部地區(qū)、D 鎮(zhèn)西北部地區(qū)、E 鎮(zhèn)和F 鎮(zhèn)交界處、F 鎮(zhèn)的北部和南部地區(qū)。
從圖 4 可以看出，高風(fēng)險(xiǎn)限制區(qū)都集中在中心城區(qū)和鎮(zhèn)中心區(qū)的邊緣區(qū)域;中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警區(qū)都分布在高風(fēng)險(xiǎn)限制區(qū)的外圍;低風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū)分布相對(duì)離散，一部分集中分布于中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警區(qū)的外圍，一部分反而距離中心城區(qū)和鎮(zhèn)中心區(qū)較遠(yuǎn)并零星分布于交通便利地區(qū);基本安全利用區(qū)集中分布于南部丘陵山區(qū)，還有部分集中分布于低風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū)外圍。
3.4分區(qū)合理性分析
5 級(jí)安全利用綜合分區(qū)的污染程度和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈現(xiàn)由中心向四周逐漸減弱的趨勢(shì)(見圖4)。經(jīng)分區(qū)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合該市1999～2015 年的統(tǒng)計(jì)年鑒和實(shí)地調(diào)研，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)限制區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū)進(jìn)行了重點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn)：Q 鎮(zhèn)東部有省級(jí)特色陶瓷產(chǎn)業(yè)園，B 鎮(zhèn)中部有電子制造金色工業(yè)園，D 鎮(zhèn)西北部有化工絹染工業(yè)集中區(qū)，E 鎮(zhèn)西南部有電線電纜產(chǎn)業(yè)園區(qū)，F(xiàn) 鎮(zhèn)與E 鎮(zhèn)交界處有稀土合金廠和氧化銅廠，F(xiàn) 鎮(zhèn)北部有較大規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)、塑機(jī)廠和電纜廠，N 鎮(zhèn)零星分布有小規(guī)模化工廠，P 鎮(zhèn)東南部有電光源和五金燈具制造廠。
該市屬于典型的點(diǎn)源污染，這些主要工業(yè)企業(yè)集中分布在某鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心的邊緣區(qū)域或交通便利的區(qū)域，釋放的廢水、廢棄物中的重金屬含量正以這些企業(yè)為中心逐漸由內(nèi)向外擴(kuò)散，其空間變異原理與安全利用綜合分區(qū)空間分布規(guī)律一致，這充分證明了這種區(qū)域農(nóng)用地安全利用分區(qū)思路與方法的科學(xué)性、合理性。
3.5安全利用策略
因這種由中心向四周逐漸減弱的典型點(diǎn)源污染空間分布特征，依據(jù)不同安全利用綜合分區(qū)的不同特征和要求，因地制宜提出同一污染源不同管控內(nèi)容、不同管控級(jí)別的分類差別化管控策略。
(1)I 級(jí)，安全利用區(qū)，實(shí)施優(yōu)先重點(diǎn)保護(hù)策略。嚴(yán)防新增污染，維護(hù)安全狀態(tài)。
(2)II 級(jí)，基本安全利用區(qū)，實(shí)施優(yōu)先保護(hù)策略?？刂莆廴据斎?，監(jiān)控污染動(dòng)態(tài)。優(yōu)化農(nóng)藝生產(chǎn)措施以確保農(nóng)用地安全利用。
(3)III 級(jí)，低風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū)，實(shí)施綜合監(jiān)控策略。對(duì)土壤、灌溉水、大氣環(huán)境實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，建議以經(jīng)濟(jì)可行性為前提進(jìn)行完整的土壤修復(fù)與治理，嚴(yán)格管控污染輸入，以徹底控制污染、消除風(fēng)險(xiǎn)。
(4)IV 級(jí)，中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警區(qū)，實(shí)施預(yù)警防控策略。監(jiān)測(cè)農(nóng)作物、土壤、灌溉水、大氣的環(huán)境質(zhì)量，預(yù)警污染范圍，采取以下防控措施：①?gòu)?qiáng)制其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行的土壤修復(fù)與治理，例如植物修復(fù)、土壤淋洗等;②篩選種植低富集農(nóng)作物種類，持續(xù)監(jiān)測(cè)預(yù)警;③優(yōu)化農(nóng)藝措施，例如適時(shí)的水分管理方法、硅肥或硒肥來降低重金屬元素有效性。
(5)V 級(jí)，高風(fēng)險(xiǎn)限制區(qū)，實(shí)施限制利用策略。結(jié)合單因子指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，深入調(diào)查明晰污染主體，實(shí)施源頭控制，嚴(yán)格管控治理污染源。開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，采取以下防控措施：①?gòu)?qiáng)制其進(jìn)行積極有限、經(jīng)濟(jì)可行的土壤修復(fù)與治理，并連續(xù)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物、土壤、灌溉水、大氣的環(huán)境質(zhì)量，預(yù)警污染范圍。若食用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量確無法達(dá)標(biāo)的區(qū)域，限制其種植食用農(nóng)產(chǎn)品，改種非食用農(nóng)產(chǎn)品，退耕還林、還草;②嚴(yán)重超越經(jīng)濟(jì)可行性原則的高風(fēng)險(xiǎn)農(nóng)用地必須進(jìn)行一定程度的修復(fù)治理，再次監(jiān)測(cè)其土壤環(huán)境質(zhì)量，達(dá)標(biāo)后可轉(zhuǎn)為非農(nóng)用地。
4 結(jié)論與討論
(1)關(guān)于農(nóng)用地安全利用的內(nèi)涵，眾多專家學(xué)者提到既要關(guān)注土壤環(huán)境質(zhì)量，更要考慮農(nóng)產(chǎn)品安全，注重風(fēng)險(xiǎn)管控?；诋?dāng)前土壤環(huán)境質(zhì)量如此嚴(yán)峻的形勢(shì)下，該文分地類集成評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，選用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行土壤重金屬超標(biāo)評(píng)價(jià)，提出了安全、基本安全、低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)的5 種農(nóng)用地安全利用綜合分區(qū)方案，定性描述了不同安全利用分區(qū)的主要特征，分別采取優(yōu)先保護(hù)、綜合監(jiān)控、預(yù)警防控和限制利用的措施，相應(yīng)地從源頭控制、農(nóng)藝措施調(diào)控、種植作物調(diào)整、地類轉(zhuǎn)換以及土壤修復(fù)、綜合整治等不同層級(jí)的安全利用管控策略。其中，通過3 種評(píng)價(jià)結(jié)果及其空間分布，為研究區(qū)后續(xù)調(diào)查污染源，監(jiān)控污染動(dòng)態(tài)，明晰污染主體，實(shí)施源頭控制，降低綜合污染及其風(fēng)險(xiǎn)提供了方向，同時(shí)也為環(huán)保部制定《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、《土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》和“土十條”分類利用、實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管控提供了可參考的思路。
(2)因該文沒有大量化驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，僅能依靠正在執(zhí)行或部委部分征求意見稿來嘗試分地類集成評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)還是要以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行評(píng)價(jià);僅對(duì)單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后定性的提出了安全利用等級(jí)劃分方案，應(yīng)繼續(xù)深入基于大數(shù)據(jù)下土壤安全利用定量劃分方案的研究。在管控策略上，僅提出了深入調(diào)查、實(shí)施源頭控制、調(diào)控農(nóng)藝措施、調(diào)整種植作物、開展地類轉(zhuǎn)換以及針對(duì)不同重金屬污染類型的土壤修復(fù)等綜合整治措施的方向，但后續(xù)應(yīng)有針對(duì)性的開展各方向上的研究，提出更有實(shí)踐意義的措施。
來源:農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué) 作者:劉霈珈等
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