關(guān)于中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)的思考與建議
朱 靜,雷 晶,張 虞,武亞鳳,盧延娜,周羽化
中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院
關(guān)鍵詞:土壤;環(huán)境監(jiān)測(cè);方法標(biāo)準(zhǔn);問(wèn)題;建議
國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)是指為監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量狀況和污染源排放行為,規(guī)范采樣、分析、測(cè)定、數(shù)據(jù)處理等工作而制定的統(tǒng)一要求[1-2]。在中國(guó)現(xiàn)行的“兩級(jí)五類(lèi)”環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系中,環(huán)境監(jiān)測(cè)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是重要的組成部分,包括環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范、環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器與設(shè)備技術(shù)要求和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品[2-4]。中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作始于20世紀(jì)70年代[5],經(jīng)過(guò)40余年的發(fā)展,作為環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)工作依據(jù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)也經(jīng)歷了從無(wú)到有、從少到全的過(guò)程,逐步形成了涵蓋水、氣、聲、土壤、固廢、輻射等領(lǐng)域較為完整的環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系[2,6-7]。2016年5月31日,《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(簡(jiǎn)稱(chēng)“土十條”)頒布并實(shí)施,明確了中國(guó)土壤環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀及保護(hù)目標(biāo)。“土十條”明確要求系統(tǒng)構(gòu)建土壤環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系,完善土壤中污染物的分析測(cè)試方法。《國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》也明確要求要根據(jù)“大氣十條”“水十條”“土十條”環(huán)境管理要求和監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)展,著力構(gòu)建支撐質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的環(huán)境監(jiān)測(cè)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)體系[4]。為完善中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)體系,筆者對(duì)中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀進(jìn)行研究,結(jié)合國(guó)內(nèi)外土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法研究的最新進(jìn)展,深入剖析中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)存在的問(wèn)題,提出針對(duì)性的建議,以期推動(dòng)中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)與發(fā)展。
1 中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程
表1 土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)各發(fā)展階段特點(diǎn)
Table 1 Characteristics of environmental monitoring method standards of soil in different development stages
1.1 起步階段(1995年之前)
1.2 緩慢發(fā)展階段(1995—2004年)
1.3 規(guī)范化階段(2005—2013年)
1.4 高速發(fā)展階段(2014年至今)
圖1 歷年發(fā)布的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量
Fig.1 The number of environmental monitoring method standards of soil published over the years
2 中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀
2.1 中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)
表2 有機(jī)物土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)
Table 2 Environmental monitoring method standards of soil for organics
表3 有機(jī)物土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)涉及的污染物項(xiàng)目
Table 3 Pollutants in environmental monitoring method standards of soil for organics
注:“a”為GB 36600—2018中涉及的污染物項(xiàng)目;“b”在GB 36600—2018中被劃分為半揮發(fā)性有機(jī)物;“c”在GB 36600—2018中被劃分為半揮發(fā)性有機(jī)物;“d”在GB 36600—2018中被劃分為有機(jī)農(nóng)藥類(lèi);“e”:GB 36600—2018中規(guī)定的污染物項(xiàng)目為氯丹,氯丹為α-氯丹、γ-氯丹2種物質(zhì)含量總和;“f”:GB 36600—2018中規(guī)定的污染物項(xiàng)目為滴滴涕,滴滴涕為o,p′-滴滴涕、p,p′-滴滴涕2種物質(zhì)含量總和;“g”:GB 36600—2018中規(guī)定的污染物項(xiàng)目為硫丹,硫丹為α-硫丹、β-硫丹2種物質(zhì)含量總和;“h”:GB 36600—2018中規(guī)定的污染物項(xiàng)目為多氯聯(lián)苯(總量),多氯聯(lián)苯(總量)為PCB77、PCB81、PCB105、PCB114、PCB118、PCB123、PCB126、PCB156、PCB157、PCB167、PCB169、PCB189 12種物質(zhì)含量總和;“i”:存在可采用的國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn),但測(cè)定下限不滿(mǎn)足GB 36600—2018中篩選值的要求;“j”:GB 36600—2018中規(guī)定的污染物項(xiàng)目為二口惡英類(lèi)(總毒性當(dāng)量);“k”:GB 36600—2018中規(guī)定的污染物項(xiàng)目為間二甲苯+對(duì)二甲苯。
表4 無(wú)機(jī)物土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)
Table 4 Environmental monitoring method standards of soil for inorganics
表5 無(wú)機(jī)物土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)涉及的污染物項(xiàng)目
Table 5 Pollutants in environmental monitoring method standards of soil for inorganics
注:“a”為GB 36600—2018中涉及的污染物項(xiàng)目;“b”在GB 36600—2018中被劃分為重金屬和無(wú)機(jī)物。
2.1.3 土壤理化性質(zhì)及其他監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)
表6列出了中國(guó)現(xiàn)行的10項(xiàng)土壤理化性質(zhì)及其他監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn),涉及8個(gè)指標(biāo)的測(cè)定:pH、電導(dǎo)率、可交換酸度、陽(yáng)離子交換量、氧化還原電位、有機(jī)碳、干物質(zhì)和水分等。
第二部分是非運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性產(chǎn)熱。這主要是指身體在日常活動(dòng)中所消耗的能量,像坐立不安、煩躁、顫抖等身體表現(xiàn),大約占據(jù)了20%的新陳代謝。
表6 理化性質(zhì)及其他土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)
Table 6 Environmental monitoring method standards of soil for physical and chemical indexes
2.2 中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)
與一些國(guó)家和地區(qū)的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法相比,中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)的最大特點(diǎn)就是采用了“前處理方法+分析方法”于一體的模式。與以美國(guó)EPA為代表的采用樣品前處理方法與分析方法相對(duì)獨(dú)立的模式相比,前處理方法和分析于一體的監(jiān)測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)具有執(zhí)行簡(jiǎn)單,可比性強(qiáng),但靈活性較差等特點(diǎn)[24]。
其次,中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)中的樣品前處理基本采用全消解的方式。如在測(cè)定金屬元素時(shí),中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)中只有汞、砷等少量元素使用的是王水消解的方式,其余元素基本采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸的全消解體系[13]。而美國(guó)、ISO的前處理方法標(biāo)準(zhǔn)不僅包含全消解方法[25-27],還包含大量非全量消解方法[28-31]。從前處理方法可見(jiàn),美國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)強(qiáng)調(diào)的是元素的可溶性監(jiān)測(cè)[13],而中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)注重的是對(duì)元素全量的測(cè)定。
2.3 國(guó)內(nèi)外土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法研究進(jìn)展
近年來(lái),電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)發(fā)展迅速,該方法因具有檢出限低、線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍寬、干擾少、精密度高、分析速度快等優(yōu)點(diǎn),而被廣泛用于對(duì)土壤中無(wú)機(jī)微量元素的測(cè)定[32-37]。X射線(xiàn)熒光光譜技術(shù)在土壤監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用也成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[38-42]。特別是能量色散X射線(xiàn)熒光光譜技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速,因其具有體積小、價(jià)格便宜、前處理簡(jiǎn)單、能實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)分析、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),在快速檢測(cè)方法中得到應(yīng)用[35,42-44]。形態(tài)分析方法是土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)方法研究的又一熱點(diǎn)。通過(guò)將離子色譜、氣相色譜、高效液相色譜等分離技術(shù)和電感耦合等離子體質(zhì)譜、原子熒光光譜等元素檢測(cè)分析技術(shù)聯(lián)用,可實(shí)現(xiàn)同一元素不同價(jià)態(tài)和形態(tài)的測(cè)試。形態(tài)分析方法研究的重點(diǎn)主要集中在不同價(jià)態(tài)和形態(tài)元素的分離及方法檢出限、精密度、準(zhǔn)確度控制等方面[45-48]。此外,生物監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種全新的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù),也在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中得以應(yīng)用[49-50]。
3 中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)存在的問(wèn)題
3.1 現(xiàn)行的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)已基本滿(mǎn)足環(huán)境管理需求,但還有較大的發(fā)展空間
目前,除個(gè)別污染物項(xiàng)目外,中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)覆蓋了《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)和《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600—2018)中的所有污染物項(xiàng)目,基本能夠滿(mǎn)足土壤環(huán)境管理的需求。但隨著中國(guó)環(huán)境保護(hù)國(guó)際合作與履約工作的開(kāi)展,有些新型POPs物質(zhì)(如全氟辛基磺酸、全氟辛基羧酸、六溴環(huán)十二烷和四溴雙酚A等)的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)也亟需建立。與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比,中國(guó)還缺少丙烯酰胺、毒殺芬等有機(jī)物土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)和鉈、鋁、銀等無(wú)機(jī)物土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)[51]。此外,現(xiàn)場(chǎng)快速分析方法和生物監(jiān)測(cè)分析方法在中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)中也未有體現(xiàn),從這方面來(lái)看,中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)還有較大的發(fā)展空間。
3.2 少量方法標(biāo)準(zhǔn)更新不及時(shí),標(biāo)準(zhǔn)的適用性、操作性和規(guī)范性有待提高
近年來(lái),中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)量和污染物測(cè)定項(xiàng)目上都有了顯著的發(fā)展,但少量無(wú)機(jī)類(lèi)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)更新不及時(shí),造成標(biāo)準(zhǔn)的適用性和可操作性尚待提高。如測(cè)定銅、鋅、鎳、鉻的火焰原子吸收分光光度法,被分別規(guī)定在GB/T 17138—1997、GB/T 17139—1997和HJ 491—2009等3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中,這就意味著當(dāng)分析1個(gè)土壤樣品中的這4種元素時(shí),至少要使用3個(gè)標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致人力成本高和實(shí)效性差等問(wèn)題。此外,早期制定的部分標(biāo)準(zhǔn)如 《土壤中六六六和滴滴涕測(cè)定的氣相色譜法》(GB/T 14550—2003)、《土壤和沉積物 二口惡英類(lèi)的測(cè)定 同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜法》(HJ 77.4—2008)等因檢出限、精密度和準(zhǔn)確度等相關(guān)規(guī)定不符合《環(huán)境監(jiān)測(cè) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168—2010)的相關(guān)要求,在規(guī)范性方面有待提高。
3.3 同一污染物不同標(biāo)準(zhǔn)方法之間的可比性研究需進(jìn)一步加強(qiáng)
近年來(lái),中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展迅速,許多污染物項(xiàng)目(如砷、汞等)均有了多個(gè)測(cè)定方法標(biāo)準(zhǔn),因此,在《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)和《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600—2018)中許多污染物項(xiàng)目都被推薦可以同時(shí)使用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。由于不同監(jiān)測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)采用的技術(shù)在方法檢出限、精密度、準(zhǔn)確度等方面存在一定差異,勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)測(cè)定結(jié)果的差異。這就要求在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)的制修訂過(guò)程中,不斷加強(qiáng)方法之間的比對(duì)研究,說(shuō)清不同方法標(biāo)準(zhǔn)之間的差異。
3.4 現(xiàn)行方法標(biāo)準(zhǔn)較少考慮污染物的存在形態(tài)及其生物有效性
中國(guó)現(xiàn)行的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)主要以單一的污染物全量監(jiān)測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)為主,較少考慮污染物的存在形態(tài)及其生物有效性。然而重金屬和有機(jī)物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的毒性不僅與總量有關(guān),而且與其形態(tài)或異構(gòu)體密切相關(guān)[52]。污染物的不同價(jià)態(tài)以及在自然環(huán)境中的多種存在形態(tài)〔如有機(jī)態(tài)和無(wú)機(jī)態(tài)、土壤中金屬元素的有效(可溶)態(tài)和晶格中的穩(wěn)定態(tài)等〕,產(chǎn)生的環(huán)境影響效應(yīng)差別很大,應(yīng)該區(qū)別對(duì)待[53]。以砷為例,中國(guó)發(fā)布的多個(gè)砷的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的均是土壤中的總砷,而研究表明[35]不同形態(tài)砷的毒性差異較大,通常情況下,無(wú)機(jī)砷的毒性要大于有機(jī)砷,3價(jià)砷的毒性要大于5價(jià)砷。因此,中國(guó)亟需加強(qiáng)污染物形態(tài)分析的相關(guān)研究并盡快制定形態(tài)分析的相關(guān)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)。
4 對(duì)完善中國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)的建議
4.1 加快土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂,合理增加污染物項(xiàng)目的控制種類(lèi)和檢測(cè)方式
首先,為保證《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600—2018)的順利實(shí)施,應(yīng)加快鉻(六價(jià))、甲基汞、阿特拉津、敵敵畏、樂(lè)果、多溴聯(lián)苯(總量)、石油烴(C10~C40)、苯胺、3,3′-二氯聯(lián)苯胺等土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作。其次,從保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人體健康的角度考慮,中國(guó)還可以制定一批目前尚未控制但需加強(qiáng)監(jiān)控的污染物監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)(如鉈、毒殺芬、酞酸酯、草甘膦等),具體污染物項(xiàng)目的設(shè)置可以參考美國(guó)、歐洲、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)的土壤篩選值指標(biāo)[54-59]及中國(guó)與土壤有關(guān)的農(nóng)作物、食品殘留標(biāo)準(zhǔn)所控制的污染物(如相關(guān)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))[24]。同時(shí),可借鑒美國(guó)EPA SW-846 4000系列監(jiān)測(cè)分析方法制定一批生物技術(shù)分析方法,用于二口惡英(類(lèi))、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、石油烴等的測(cè)定。此外,建議對(duì)較早發(fā)布的部分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂,如可對(duì)涉及銅、鋅、鎳、鉻火焰原子吸收分光光度法的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合,制定《土壤和沉積物 銅、鋅、鉻、鎳的測(cè)定 火焰原子分光光度法》,從而提高標(biāo)準(zhǔn)的適用性、規(guī)范性和可操作性。
4.2 加強(qiáng)同一污染物項(xiàng)目不同標(biāo)準(zhǔn)方法之間的可比性研究,使標(biāo)準(zhǔn)更具實(shí)用性和指導(dǎo)性
《國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》要求在標(biāo)準(zhǔn)制訂過(guò)程中,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)同一介質(zhì)和同一污染物不同分析方法的可比性研究工作,突出實(shí)用性和指導(dǎo)性[4]。為解決同一污染物不同監(jiān)測(cè)分析方法之間的可比性、有效性等問(wèn)題,建議對(duì)同一污染物的多種監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行方法對(duì)比,建立系統(tǒng)的比對(duì)方法,可以與公認(rèn)較為經(jīng)典的方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì),也可進(jìn)行多種方法間的交互比對(duì),明確方法間對(duì)不同基質(zhì)樣品的測(cè)定結(jié)果是否具有顯著性差異,并找出造成測(cè)定結(jié)果較大差異的主要原因,進(jìn)而進(jìn)一步明確不同方法標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍,提高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用性和指導(dǎo)性。
4.3 加大基礎(chǔ)科研,借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),為土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作提供有力支撐
為保證土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和可操作性,建議加大土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)科研力度,特別是要加強(qiáng)元素形態(tài)分析和有效態(tài)分析,樣品采集、保存、干擾和消除,樣品前處理及質(zhì)量保證和質(zhì)量控制等相關(guān)內(nèi)容的研究,逐步開(kāi)展應(yīng)急和生物監(jiān)測(cè)方法的研究。同時(shí),建議在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂過(guò)程中,積極學(xué)習(xí)和借鑒美國(guó)、ISO等先進(jìn)國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)方法,為中國(guó)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供參考。此外,還應(yīng)結(jié)合中國(guó)土壤環(huán)境現(xiàn)狀和環(huán)境管理實(shí)際需求,大力開(kāi)展土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究,科學(xué)設(shè)定土壤特征污染物控制指標(biāo),使其能夠更加科學(xué)地反映中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量的真實(shí)狀況,為土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)提供依據(jù)。