自20 世紀(jì)80 年代以來，隨著高強(qiáng)度的人類活動和經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，大量人為排放的重金屬和有機(jī)污染物以不同類型、方式、途徑進(jìn)入土壤，造成土壤污染，危及土壤質(zhì)量安全與生態(tài)系統(tǒng)及人體健康。土壤環(huán)境質(zhì)量與安全健康保障令人擔(dān)憂。
農(nóng)田重金屬污染觸目驚心(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))
土壤污染是一個全球性環(huán)境問題，可以發(fā)生在農(nóng)用地，也可以出現(xiàn)在建設(shè)用地，還可以存在于礦區(qū)和油田。早在20 世紀(jì)70 年代，世界上工業(yè)先進(jìn)、農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家就開始調(diào)查研究工業(yè)場地和農(nóng)業(yè)土壤的污染問題，尋找其解決的技術(shù)途徑。在同一時期，我國進(jìn)行了污灌區(qū)農(nóng)田土壤污染與防治研究，開啟了土壤環(huán)境保護(hù)工作。進(jìn)入20 世紀(jì)80年代，我國在土壤有機(jī)氯農(nóng)藥和砷、鉻等重金屬污染及其控制研究上取得了明顯進(jìn)展;90 年代初基于第二次全國土壤調(diào)查數(shù)據(jù)確定了土壤環(huán)境背景值，揭示了其區(qū)域分異性，并于1995 年首次頒布了土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為全國土壤污染防治與環(huán)境保護(hù)奠定了新基礎(chǔ)。至90 年代末，土壤重金屬、農(nóng)藥、石油污染的微觀機(jī)制和物化控制、微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)研究取得了新進(jìn)展，重金屬污染土壤的植物修復(fù)研究在我國起步。2000 年10 月在杭州召開了第一屆“International Conference of Soil Remediation”，標(biāo)志著我國土壤修復(fù)科學(xué)、技術(shù)、工程和管理研究與發(fā)展序幕的全方位拉開。邁入新世紀(jì)后，我國土壤污染與修復(fù)工作得到進(jìn)一步重視?？萍疾俊易匀豢茖W(xué)基金委員會、中國科學(xué)院等相繼部署了土壤污染與控制修復(fù)科技研究項(xiàng)目;2001年污染土壤修復(fù)技術(shù)與大氣、水環(huán)境控制技術(shù)同步納入國家“863”計劃。2006 年環(huán)保部和國土資源部首次聯(lián)合開展了全國土壤污染調(diào)查與防治專項(xiàng)工作，2014 年兩部委聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》明確指出，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出。土壤污染防治與修復(fù)成為國家環(huán)境治理和生態(tài)文明建設(shè)的重大現(xiàn)實(shí)需求。土壤修復(fù)的基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)、監(jiān)管支撐和產(chǎn)業(yè)發(fā)展已是新時期我國土壤環(huán)境保護(hù)的重要任務(wù)。
土壤污染物的生物毒性
污染土壤生態(tài)毒理診斷包括高等植物毒性試驗(yàn)、蚯蚓毒性試驗(yàn)、陸生無脊椎動物試驗(yàn)、土壤原生動物毒性試驗(yàn)、土壤微生物試驗(yàn)等。當(dāng)生物體暴露于各種逆境時，其體內(nèi)組織、細(xì)胞以及分子結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生特定的生物信號，可用于土壤生態(tài)系統(tǒng)中土壤污染的生態(tài)毒理學(xué)診斷，并能夠?yàn)橥寥牢廴镜念A(yù)防和修復(fù)提供依據(jù)。
植物
當(dāng)土壤中的重金屬和有機(jī)污染物超過一定的限值，會引起植物的吸收和代謝失調(diào)。污染物在植物體內(nèi)的吸收、富集和轉(zhuǎn)化，會影響植物的生長發(fā)育、破壞植物根系的正常吸收和代謝功能，甚至導(dǎo)致遺傳突變。
微生物
土壤微生物是表征土壤環(huán)境質(zhì)量變化的最敏感、最有潛力的指標(biāo)。土壤中的重金屬和有機(jī)污染物可以影響土壤微生物的區(qū)系、改變微生物群落、降低微生物量、抑制微生物生物活性等。
動物
土壤動物是土壤環(huán)境質(zhì)量和健康質(zhì)量的重要指示生物，特別是無脊椎動物蚯蚓等能夠敏感地反映土壤中有毒物質(zhì)，是陸生生態(tài)毒理研究中最重要的物種，在土壤生態(tài)毒理學(xué)評價中應(yīng)用最為廣泛(左海根等，2004)。土壤彈尾目昆蟲作為土壤中的優(yōu)勢物種之一，是土壤環(huán)境的重要指示生物，在對污染環(huán)境的生態(tài)評估研究中得到越來越多的重視。
污染場地修復(fù)決策支持系統(tǒng)——REC 模型解析
REC 模型是歐盟國家開發(fā)的一種較為成熟污染場地修復(fù)決策支持系統(tǒng)(Okx et al.，1998)，包括三個子模塊：風(fēng)險削減(R)、技術(shù)的環(huán)境效益(E)和修復(fù)費(fèi)用(C)，綜合比較后得出最適用于污染場地的修復(fù)技術(shù)(圖1)。 REC 模型將污染場地修復(fù)過程分為三個階段：①修復(fù)準(zhǔn)備階段;②修復(fù)進(jìn)行階段;③修復(fù)結(jié)束后，分時段計算每種備選修復(fù)方案的風(fēng)險降低水平、環(huán)境效益和修復(fù)費(fèi)用。
圖1REC模型決策支持流程圖
(一)風(fēng)險削減(R)
降低污染場地的潛在風(fēng)險是任何修復(fù)行為的最主要驅(qū)動力。風(fēng)險水平的高低決定于污染水平、暴露途徑和風(fēng)險受體，采用不同的修復(fù)技術(shù)必然會有風(fēng)險降低水平的差異。REC 模型內(nèi)嵌的風(fēng)險計算模式包括人體健康風(fēng)險、生態(tài)風(fēng)險和其他受體的風(fēng)險。在進(jìn)行風(fēng)險計算時設(shè)置一定的暴露時限，對每一種備選修復(fù)技術(shù)，隨著修復(fù)工作的進(jìn)行，風(fēng)險水平逐漸降低，最后計算整個暴露期限內(nèi)的風(fēng)險總和(圖2)。
圖2REC模型風(fēng)險降低水平計算示意圖
對備選修復(fù)技術(shù)Ai，其風(fēng)險降低水平R 可用下式計算：
(二)環(huán)境效益(E)
REC 模型的環(huán)境效益子模塊用于分析各備選修復(fù)技術(shù)的環(huán)境友好程度。任何修復(fù)技術(shù)在改善場地環(huán)境條件的同時，也會造成環(huán)境負(fù)面影響。如采取修復(fù)措施可以提高場地土壤和地下水質(zhì)量，改善區(qū)域景觀;但同時修復(fù)行為也會產(chǎn)生占用土地、消耗水資源和常規(guī)能源、排放廢水、廢氣，使用稀缺資源和排放廢渣等負(fù)面環(huán)境效應(yīng)。環(huán)境效益分析模塊將上述9 個層面賦予權(quán)值w，則某一備選修復(fù)技術(shù)的環(huán)境效益可用下式表示：
式中，Ai為備選方案i;xij為方案Ai在環(huán)境效益層面J 的評分;N(xij)為標(biāo)準(zhǔn)化以后的Ai。
(三)修復(fù)費(fèi)用分析(C)
REC 模型中修復(fù)費(fèi)用分析即修復(fù)成本的計算過程將各類費(fèi)用分為初始成本、流通/運(yùn)營成本、重置成本、一般管理成本和其他成本，根據(jù)假定的貼現(xiàn)率反算出各種備選方案的總投資額。
圖3REC概念模型
REC 模型的整體概念模型可用上圖表示(圖3)。通過REC 模型的支持可以快捷的判別各修復(fù)方案的可行性。然而，在采用REC 模型進(jìn)行決策分析之前，要首先調(diào)查場地污染現(xiàn)狀，如污染物種類、污染物濃度、污染面積等;了解場地背景信息，如土地利用方式、土壤類型、地下水位、植被覆蓋度、人口密度、敏感生態(tài)受體等。在實(shí)際進(jìn)行決策時，REC 模型結(jié)果只能作為輔助參考，最終決策還要依靠決策人員。
來源:科學(xué)出版社 作者:駱永明等
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