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土壤環(huán)境質(zhì)量重金屬標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立性與依存性是指其土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)賦值時(shí)的依據(jù)。依據(jù)土壤背景狀況所建議之土壤自然質(zhì)量保護(hù)基準(zhǔn)值或目標(biāo)值，視為賦值的獨(dú)立性；而將土壤作為資源利用或健康與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)所規(guī)定之元素的限量值，稱為賦值的依存性。

文中討論了土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制定的原則與方法，論述了獨(dú)立性、依存性和兩者之間的關(guān)系。土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)賦值的獨(dú)立性是主動(dòng)保護(hù)土壤資源的需要，通常以背景值為依據(jù)獲得土壤自然質(zhì)量保護(hù)基準(zhǔn)值，它不以土壤資源利用的差異而改變，是保護(hù)土壤自然環(huán)境質(zhì)量的目標(biāo)值；可以土類為單元制定全國標(biāo)準(zhǔn)，土壤重金屬可用總量標(biāo)示。

土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)賦值的依存性是土壤作為資源利用的需要，基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)受制于多種因素，因而具有依存性和相對(duì)性，很難給出一個(gè)全國的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可由產(chǎn)業(yè)部門和地方單位制定，以重金屬總量或可提取態(tài)標(biāo)示均可。

就農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地而言，可從食品污染物限量或其他火山的指標(biāo)推導(dǎo)土壤臨界值。在全面考慮土壤環(huán)境質(zhì)量的獨(dú)立性和依存性的基礎(chǔ)上，建議土壤環(huán)境質(zhì)量的保護(hù)應(yīng)該從簡單的依靠質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，過度到以污染物負(fù)載容量為依據(jù)的管理模式——一個(gè)新的土壤環(huán)境質(zhì)量的管理思路，它強(qiáng)調(diào)了外源物質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡，以切實(shí)保障土壤資源的可持續(xù)利用、堅(jiān)守18億畝耕地紅線和糧食安全。

文/周東美 王玉軍 陳懷滿 （均系中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員）

來源：農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)（2014年2月）

近年來，國人對(duì)“重金屬”這一術(shù)語幾乎是家喻戶曉，其原因通常與環(huán)境污染和食品安全有關(guān)。重金屬通常是指相對(duì)密度大于5.0的金屬元素，在自然界中大約存在45種。土壤中一些重金屬是為人體必需的微量元素，其過量或不足都有可能引起生長與生育障礙。

1996年FAO（聯(lián)合國糧農(nóng)組織）/IAEA（國際原子能機(jī)構(gòu)）/WHO（世界衛(wèi)生組織）的營養(yǎng)專家基于1973年以來對(duì)微量元素的研究和進(jìn)展，將微量元素分為三類：

第一類為人類必需的有I、Zn、Se、Cu、Mo、Cr、Co、Fe等8種；

第二類為人體可能需要的微量元素有Mn、Si、Ni、B、V等5種；

第三類為本身有潛在毒性，當(dāng)在低劑量時(shí)可能具有必需功能的微量元素有F、Pb、Cd、Hg、As、Al、Li、Sn等8種。

其中Zn、Cu、Mo、Cr、Co、Fe、Mn、Ni、V、Pb、Cd、Hg、Sn均為重金屬。As為類金屬，但因其化學(xué)性質(zhì)和環(huán)境行為與重金屬有相似之處，通常也歸屬于重金屬范疇進(jìn)行討論。

由于土壤中鐵和錳含量較高，因而一般不太注意它們的污染問題，但在強(qiáng)還原條件下，鐵和錳所引起的生物毒害亦應(yīng)引起足夠的重視。

在現(xiàn)實(shí)生活中，“重金屬”雖然是環(huán)境領(lǐng)域論文中一個(gè)相當(dāng)流行的術(shù)語，但亦有著諸多的誤解。人們往往將這一類金屬等同于“污染和毒害”，與“有毒有害”相聯(lián)系，認(rèn)為它們是“壞金屬”，是“妖魔鬼怪”，但這在化學(xué)或者毒理學(xué)數(shù)據(jù)中并無根據(jù)。

因此，有些學(xué)者批評(píng)概念性術(shù)語“重金屬”既沒有意義又具有誤導(dǎo)性，強(qiáng)烈地認(rèn)為應(yīng)該廢除。然而，筆者認(rèn)為在沒有公認(rèn)的、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男g(shù)語替代之前，以金屬物理性質(zhì)“密度”為依據(jù)劃分的“重金屬”一詞，可能在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)仍然是為公眾所熟悉和可接受的概念，但必須客觀地評(píng)估其利弊。

重金屬的環(huán)境問題是我國環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重要課題，其中農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地重金屬污染防治是農(nóng)業(yè)部和財(cái)政部重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃的主要內(nèi)容，其重點(diǎn)之一是土壤環(huán)境質(zhì)量重金屬影響的評(píng)估。

土壤環(huán)境質(zhì)量是指在一定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)，土壤自身性狀對(duì)其持續(xù)利用以及對(duì)其他環(huán)境要素，特別是對(duì)人類或其他生物的生存、繁衍以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“適宜性”，是土壤環(huán)境“優(yōu)劣”的一種概念，它與土壤遭受外源物質(zhì)的侵襲、累積或污染的程度密切相關(guān)，是“特定需要之環(huán)境條件”的量度。

土壤環(huán)境質(zhì)量依賴于土壤在自然成土過程中所形成之固有的環(huán)境條件、與環(huán)境質(zhì)量有關(guān)的元素或化合物的組成與含量、土壤利用過程及其動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)應(yīng)考慮土壤作為次生污染源對(duì)整體環(huán)境質(zhì)量的影響。

土壤環(huán)境質(zhì)量的研究和應(yīng)用對(duì)于我國土壤資源保護(hù)、農(nóng)業(yè)安全、食品安全、生態(tài)安全都具有極為重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。土壤環(huán)境質(zhì)量的評(píng)估是由其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)而進(jìn)行的。

質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是土壤環(huán)境質(zhì)量研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是國家或地方政府為保護(hù)土壤資源、或在土壤資源利用中為保護(hù)特定對(duì)象的健康與安全、所規(guī)定之土壤中某種元素或化合物的限量值。

我國第一個(gè)“土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”（GB15618-1995），于1995年由當(dāng)時(shí)的國家環(huán)境保護(hù)局和國家技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布，并于1996年3月1日實(shí)施。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于我國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定與完善是一個(gè)良好的開端，通過實(shí)踐的檢驗(yàn)與總結(jié)，近年來很多學(xué)者從不同的角度提出了有關(guān)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的修訂或重新制定的建議，一些學(xué)者強(qiáng)調(diào)了“現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)修訂的終目的是要建立保護(hù)生態(tài)和人體健康的“土壤環(huán)境和健康質(zhì)量指導(dǎo)值或標(biāo)準(zhǔn)”，服務(wù)于污染場地或土壤的識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)管理；同時(shí)還需制定保護(hù)土壤資源的“土壤自然質(zhì)量指導(dǎo)值或標(biāo)準(zhǔn)”，類似的論述或建議此前亦曾有報(bào)道。

然而不幸的是，在實(shí)踐中無論是政府部門還是科研機(jī)構(gòu)對(duì)土壤自然質(zhì)量的保護(hù)問題并未引起足夠的重視，缺乏與土壤固有性質(zhì)相關(guān)的、獨(dú)立的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)賦值幾乎全部與生態(tài)安全和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等有關(guān)，均將土壤作為資源利用時(shí)的質(zhì)量要求而忽略了土壤自身的保護(hù)。

標(biāo)準(zhǔn)賦值的科學(xué)性、實(shí)用性和時(shí)代性是土壤環(huán)境質(zhì)量的核心問題之一，它具有自然和社會(huì)影響的雙重屬性。在已有文獻(xiàn)的討論中，主要關(guān)注在土壤資源利用中的污染物限量問題，即標(biāo)準(zhǔn)賦值的依存性，它主要服務(wù)于污染場地或土壤的識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)管理；而對(duì)如何保護(hù)土壤本身這一不可再生的自然資源，即標(biāo)準(zhǔn)賦值的獨(dú)立性考慮較少；同時(shí)，在土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)參比值的選擇方面亦相當(dāng)混亂。

本文就我國土壤環(huán)境質(zhì)量重金屬標(biāo)準(zhǔn)賦值的獨(dú)立性和依存性及其相互之間的關(guān)系進(jìn)行了討論，以供制定和應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、土壤環(huán)境質(zhì)量保護(hù)措施時(shí)參考。

1 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制定的原則與方法

土壤是一個(gè)十分復(fù)雜的多介質(zhì)開放系統(tǒng)，具有固體、液體和氣體的多相組成，含有納米級(jí)到大質(zhì)量的礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)，它涉及許多相互影響的非平衡化學(xué)過程。

環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定是以環(huán)境基準(zhǔn)（臨界值）為主要依據(jù)，而環(huán)境基準(zhǔn)的獲得主要是在實(shí)驗(yàn)室分析或可控條件下的試驗(yàn)結(jié)果，因而如將穩(wěn)態(tài)條件下所獲得的結(jié)果延伸到自然狀態(tài)下，應(yīng)該根據(jù)具體情況謹(jǐn)慎處理，它是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

從本質(zhì)上來說，目前對(duì)中國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立原則和方法從早期探索到近期研究，在學(xué)者之間并無太大的分歧，大多認(rèn)為：

1） 由于土壤是一個(gè)十分復(fù)雜的體系，土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是包含多種標(biāo)準(zhǔn)的系列標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)系列，應(yīng)該根據(jù)不同的需求制定不同的標(biāo)準(zhǔn)，無需求大求全。

2） 從土壤質(zhì)量的本質(zhì)考慮，在土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定中應(yīng)該考慮其性質(zhì)的“固有”狀態(tài)和“動(dòng)態(tài)”變化，必須與土壤類型、利用與管理方式緊密相連。

3）從“固有”狀態(tài)考慮，應(yīng)該制訂以保護(hù)土壤資源自身為目標(biāo)的“土壤自然環(huán)境質(zhì)量保護(hù)限量標(biāo)準(zhǔn)”，根據(jù)不同的土壤類型，以背景值為依據(jù)（地球化學(xué)法），可藉以中國土壤系統(tǒng)分類或分類系統(tǒng)中的土類為基本單元。這一標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該有嚴(yán)格的要求，且具有惟一性，是保護(hù)土壤自身資源的目標(biāo)值。

4）從“動(dòng)態(tài)”角度考慮，應(yīng)該制訂以土壤資源利用為目標(biāo)的“土壤有害物質(zhì)限量標(biāo)準(zhǔn)”（生態(tài)效應(yīng)法（包括健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估）），這一標(biāo)準(zhǔn)具有多重性，可依據(jù)不同的應(yīng)用目的制訂不同的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)系列可以清楚地標(biāo)明特定土壤的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，標(biāo)明為“背景狀態(tài)”、“沾污狀態(tài)”、“污染狀態(tài)與污染程度”；亦可明確地回答是否需要修復(fù)的問題。結(jié)合健康和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析，可對(duì)污染土壤的健康和生態(tài)影響問題做出較為客觀的評(píng)估。

5）由于土壤元素“可提取態(tài)”的復(fù)雜性和局限性，從“固有”狀態(tài)考慮時(shí)可以“總量”為主；而在區(qū)域和地方性標(biāo)準(zhǔn)中可將“總量”（容量因素）和“可提取態(tài)”（強(qiáng)度因素）單獨(dú)或一并考慮。

從土壤環(huán)境質(zhì)量的固有狀態(tài)到動(dòng)態(tài)變化，反映了標(biāo)準(zhǔn)制定賦值的獨(dú)立性與依存性，兩者之間雖然有著密切的聯(lián)系，但也存在明顯的差異。

在屬性上，前者主要反映了土壤的自然性質(zhì)，后者主要滿足社會(huì)需要；在功能上，前者主要是自然資源自身保護(hù)的目標(biāo)值，是國家層面管理的需求，強(qiáng)調(diào)了在背景條件下的可持續(xù)利用性；而后者是土壤資源利用的需要，不同的利用目標(biāo)有著不同的標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)了在特定利用條件下的可持續(xù)發(fā)展。

然而，土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的問題目前主要集中在資源利用的問題上，而對(duì)于土壤這一不可再生的自然資源自身保護(hù)的問題需要進(jìn)一步加以重視。

2 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)賦值的獨(dú)立性是主動(dòng)保護(hù)土壤資源的需要

土壤作為獨(dú)立的歷史自然體，具有其本身特有的發(fā)生和發(fā)展歷程，并有其在分布上的地理規(guī)律。

它是成土母質(zhì)在成土因素作用下，經(jīng)過一系列物理、化學(xué)和生物學(xué)反應(yīng)而成；它具有生產(chǎn)力、生命力和環(huán)境凈化力，是自然環(huán)境要素的中心環(huán)節(jié)。作為生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，可調(diào)控物質(zhì)和能量循環(huán)；不同類型的土壤具有不同的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，有獨(dú)特的元素背景值，對(duì)外源物質(zhì)的響應(yīng)亦不相同。土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)賦值的獨(dú)立性主要立足于元素背景值。

土壤元素背景值是土壤化學(xué)性質(zhì)的重要組成部分，影響土壤元素背景值的因素很多，包括成土母質(zhì)、成土過程、土壤類型、土壤性質(zhì)、不同的自然地理單元和氣候條件、以及土地利用等均有影響；但研究表明，土壤母質(zhì)是主要的影響因子。

對(duì)南京地區(qū)8種母質(zhì)發(fā)育之土壤中15種元素（Be、Sc、La、Cr、Mo、Mn、 Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb、As、Se）背景值的研究表明，花崗巖主要由鉀長石、石英、酸性斜長石、云母等礦物組成，這些礦物中重金屬元素含量較少。

下蜀黏土系第四紀(jì)更新世沉積物，其礦物組成多種多樣，因此由這種母質(zhì)所發(fā)育的土壤中Sc、Cr、Mn、Cu、As、Mo、Co、Se、Ni、Hg、Pb等元素豐富而均勻；而石灰?guī)r發(fā)育的土壤，由于其特殊的發(fā)育條件，As、Zn、Cd等能與鐵和錳氧化物形成難溶解的沉淀，故在這類土壤中Zn、Cd、As、Pb的含量隨著鐵和錳含量的增加而升高。

唐誦六利用因子及判別分析法研究了母巖性質(zhì)及土壤類型對(duì)土壤重金屬地球化學(xué)背景值的影響，所用的46個(gè)土樣分別采自北京、天津、濟(jì)南、南京及廣東省，包括褐土、黃棕壤、紅壤、黃壤、赤紅壤、磚紅壤及石灰土等多種土壤類型。

成土母巖包括花崗巖類、片麻巖、輝長巖、橄欖輝長巖、玄武巖及石灰?guī)r。不同地區(qū)、土類及母巖的樣品均有很大的差別。檢測(cè)元素包括Cu、Zn、Mn、Cr、Co、Ni、Pb和As，結(jié)果表明，土壤中重金屬元素的背景值在很大程度上繼承了母巖的特性，證實(shí)了土壤中重金屬元素和含量變化主要遵從土壤賴以發(fā)育的母巖性質(zhì)，土類的劃分與母巖相一致。

中國土壤元素背景值研究是國家“七五”重點(diǎn)科技攻關(guān)課題之一，獲得了主要土類60余種元素可比的背景值，探討了區(qū)域分異及影響因素。

通過全國范圍內(nèi)大面積和大樣本量的研究，表明土壤微量元素背景值在石英質(zhì)巖石發(fā)育的土壤主要為母質(zhì)所控制，在碳酸鹽類巖石發(fā)育的土壤中母質(zhì)的控制作用不強(qiáng)；而大部分土壤微量元素背景值既為母巖、又為成土過程所影響。研究結(jié)果給出了不同土壤類型元素背景值的基本統(tǒng)計(jì)量，這些土類可粗略地歸屬于土壤系統(tǒng)分類中的10個(gè)土綱，但有機(jī)土、灰土、火山灰土和變性土尚無涉及的土類。

本文以As、Cd、Hg和Pb為例，表列了這些元素在不同類型土壤中的平均值、平均值加2倍標(biāo)準(zhǔn)差以及順序統(tǒng)計(jì)量90%的值（表1和表2），并建議以順序統(tǒng)計(jì)量90%的值作為土壤自然質(zhì)量保護(hù)的基準(zhǔn)值，它表明在這一限值內(nèi)，大約有90%的同類土壤有可能保持良好的自然環(huán)境；同時(shí)為地方標(biāo)準(zhǔn)留有較大的空間和余地。

上述以背景值為依據(jù)獲得的土壤自然質(zhì)量保護(hù)基準(zhǔn)值，僅僅是從方法學(xué)考慮的例證，其數(shù)據(jù)的實(shí)用性可根據(jù)新的資料進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?/span>

自然質(zhì)量保護(hù)基準(zhǔn)值是保護(hù)和管理土壤資源的需要，只有如此嚴(yán)格的要求，才有可能使土壤資源得以保護(hù)；才能阻止以土壤具有負(fù)載容量為借口而不斷向土壤排污；才能下定決心提高肥料、灌溉水等農(nóng)業(yè)措施的質(zhì)量，杜絕或?qū)⑼庠次廴緶p至低。土壤自然質(zhì)量保護(hù)基準(zhǔn)值不是污染起始值，不可用于土壤污染的判別，但可用于土壤中元素的累積性評(píng)價(jià)。

表1中國土壤（A層）元素As和Cd的背景值（mg/kg）

Table 1 the background value of As and Cd in Chinesesoils (A layer) （mg/kg）

表2中國土壤（A層）元素Hg和Pb的背景值（mg/kg）（據(jù)文獻(xiàn)32計(jì)算）

Table 2 the background value of Hg and Pb in Chinesesoils (A layer) （mg/kg）

3 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)賦值的依存性是土壤作為資源利用的需要

目前，土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的重金屬賦值，主要采用生物效應(yīng)法。對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品而言，主要依賴于食品中污染物的限量標(biāo)準(zhǔn)，通過試驗(yàn)獲得產(chǎn)品可食部分重金屬濃度與土壤中相應(yīng)元素含量的關(guān)系，從而推算出土壤重金屬的臨界值。

土壤重金屬的臨界值是指在特定目標(biāo)和特定條件下土壤中某種重金屬的大安全濃度。除了土壤利用目的不同具有不同的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)外，重金屬臨界值受到多種因素的影響亦是依存性的良好體現(xiàn)。

進(jìn)入土壤的重金屬可以溶解于土壤溶液中，吸附于膠體的表面，閉蓄于土壤礦物之內(nèi)，與土壤中其他化合物產(chǎn)生沉淀，這些都影響到生物效應(yīng)。

土壤不同組份之間重金屬的分配，即重金屬形態(tài)，是決定重金屬生物效應(yīng)的基礎(chǔ)，一種離子由固相形態(tài)轉(zhuǎn)移到土壤溶液中，是土壤中增加該離子對(duì)生物有效性的前提。

控制土壤固-液相間平衡的因子十分復(fù)雜，而且至今尚未完全弄清楚；但研究表明在這樣一個(gè)復(fù)雜體系中的平衡為其pH、溫度、有機(jī)質(zhì)含量、氧化還原電位、礦物成分、礦物類型以及其他可溶性成份的濃度等所影響，這些因素同樣影響著土壤-植物系統(tǒng)重金屬的分配，影響著土壤重金屬的臨界值。

3.1、 土壤類型和土壤性質(zhì)對(duì)臨界值的影響：

3.1.1  土壤類型：不同類型的土壤有著不同的土壤性質(zhì)，土壤重金屬臨界值與土壤性質(zhì)有著十分密切的關(guān)系。表3為我國一些不同類型土壤中As、Cd、Cu和Pb的相對(duì)臨界值（根據(jù)文獻(xiàn)34計(jì)算），以土壤生物效應(yīng)為基礎(chǔ)，選定土壤-植物、土壤-微生物、土壤-水體系為觀測(cè)指標(biāo)，在綜合各項(xiàng)因素的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對(duì)比分析，逐級(jí)篩選，后選擇其中低值作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的臨界值。

由表3可見，一些不同類型土壤的臨界值有著明顯的差異，例如就As而言，孝感黃棕壤的臨界值大，而石灰性紫色土小，兩者相差6倍；普通灰鈣土的Cd具有大臨界值，而下蜀黃棕壤小，兩者相差7.7倍。

近期研究表明，潮土（江蘇漣水縣）和水稻土（江蘇無錫市）之間Cd的臨界值分別為1.63 mg/kg和0.74 mg/kg ，而Pb為230 mg/kg和110 mg/kg。由于臨界值在土壤類型之間差異較大，故農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該充分考量土壤類型的差異。

表3 不同類型土壤中As、Cd、Cu和Pb的相對(duì)臨界含量（以臨界值大值為100%）

Table 3 the relative critical content of As, Cd, Cu andPb in different types of soils (the maximum critical value was set as 100%)

3.1.2 土壤性質(zhì)：一般說來，pH是影響土壤-植物系統(tǒng)中重金屬行為的主要因素，對(duì)重金屬陽離子來說，pH越低，溶解度越大，活性越大，植物吸收越多，這有可能歸因于一些固相鹽類溶解度的增加使得重金屬的吸附減少，從而增加了土壤溶液中重金屬的濃度。

例如隨著pH的升高土壤對(duì)Cd的固持能力增強(qiáng)，進(jìn)入土壤溶液中的可溶態(tài)Cd較少，從而減少了植物對(duì)Cd的吸收。研究表明，應(yīng)用土壤總Cd和土壤pH可以預(yù)測(cè)稻米對(duì)土壤Cd的吸收。

結(jié)合稻米Cd的預(yù)測(cè)模型，應(yīng)用基于稻米攝人風(fēng)險(xiǎn)的方法計(jì)算了不同pH土壤Cd臨界值。在土壤pH為5、6、7、8時(shí)，土壤Cd臨界值分別為0.42 mg/ kg、0.79 mg/kg、1.49 mg/ kg和2.81 mg/ kg，臨界值隨土壤pH升高而顯著提高。大田重金屬空間變異性的研究亦表明，pH對(duì)水稻吸收重金屬有著明顯的影響。

在相同Pb含量而pH不同的土壤中，所栽種的大豆對(duì)Pb的吸收表現(xiàn)出隨著pH升高而降低的趨勢(shì)。在控制氧化還原電位（-200、-100、0、+100、+200和+400 mV）和pH（5、6、7和8）情況下的研究結(jié)果表明，水稻對(duì)Cd 的吸收總量隨著氧化還原電位的增加和pH的降低而增加。

在淹水條件下，水稻減產(chǎn)25％時(shí)的土壤外源Cd濃度為320 mg/kg，而在非淹水條件下同樣減產(chǎn)幅度時(shí)的Cd濃度僅為17 mg/kg。水稻不同生育期由于烤田處理所造成的Eh變化及其對(duì)糙米重金屬含量的影響表明，由于烤田處理使糙米中重金屬的含量有一定程度的增加。

在其他條件相似的情況下，陽離子交換容量越高，對(duì)重金屬的鈍化能力越強(qiáng)[48]。試驗(yàn)表明，隨著CEC的下降，大豆植株中Pb的含量顯著增加。

土壤中離子的交互作用也影響植物對(duì)重金屬的吸收，Cd、Zn共存對(duì)植物吸收Cd和Zn均有影響。野外條件下土壤和小麥含鎘量的調(diào)查結(jié)果表明，土壤中鋅和鎘的含量變化影響著小麥對(duì)鎘的吸收，當(dāng)Zn/Cd比增大時(shí)，小麥吸收鎘量會(huì)隨之降低，從而增加了Cd的臨界值；土壤Zn/Cd比與小麥吸收鎘之間呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。

3.2 指示物對(duì)臨界值的影響

重金屬臨界值確定總是從某一特定的目的出發(fā)，選擇特定參照物、即需要保護(hù)的對(duì)象作為指示物。由于指示物之間的差異，則所得的臨界值可能產(chǎn)生較大的變化。

3.2.1 不同農(nóng)作物之間的差異。

以江蘇潮土和水稻土為例，當(dāng)以小白菜、小蘿卜和水稻為指示作物時(shí)，潮土Pb臨界值分別為 110 mg/kg、220 mg/kg和230 mg/kg；而水稻土分別為36.5 mg/kg、140 mg/kg和110 mg/kg。對(duì)于Cd，潮土分別為1.09 mg/kg，6.11 mg/kg和1.63 mg/kg；水稻土分別為0.30 mg/kg、3.43 mg/kg和0.74 mg/kg。

表明以水稻為指示物時(shí)，潮土Pb臨界值較高，而以小蘿卜為指示物時(shí)，潮土Cd的臨界值較高。水稻土以小蘿卜為指示物時(shí)，Cd和Pb均具有較大的臨界值。不同種類的蔬菜對(duì)Pb的臨界值亦不相同^[52,54,55]；木薯亦有其安全臨界值。

3.2.2微生物類型和酶之間的差異。

土壤微生物是土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)的組成部分，在土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量研究中是必要的考察項(xiàng)目。Pb對(duì)不同類型微生物影響的濃度范圍有著明顯的差異，在一定濃度范圍內(nèi)Pb對(duì)紅壤中細(xì)菌群體有顯著刺激作用，而對(duì)放線菌和硝化菌卻有顯著的抑制作用，因此以不同類型的微生物作指示物時(shí)，其臨界值的范圍將不一樣。

研究表明，重金屬脅迫會(huì)影響土壤酶活性。對(duì)土壤中3種酶的研究發(fā)現(xiàn)，與土壤碳循環(huán)有關(guān)的酶受到的脅迫較小，與土壤氮、磷和硫等循環(huán)有關(guān)的酶受重金屬脅迫作用顯著。

在重金屬復(fù)合污染的情況下（Zn、Cu、Ni、V和Cd分別為300、100、50、50和3 mg/kg）芳基硫酸酯酶、堿性磷酸酶和脫氫酶分別只有對(duì)照的56%~80%、46%~64%和54%~69%。

Cu對(duì)土壤b-半乳糖苷酶和脫氫酶的EC₅₀值（指使生物數(shù)量或活性下降50%的重金屬濃度）分別為78.4 和24.8 mg/kg。

3.3 試驗(yàn)場地和環(huán)境條件對(duì)臨界值的影響。

對(duì)同一成土母質(zhì)所進(jìn)行的土壤大田調(diào)查、小區(qū)、和盆栽試驗(yàn)表明，糙米Pb濃度和土壤含Pb量之間有著良好的相關(guān)性^[，如以糙米Pb限量0.2mg/kg為參比值，則大田、小區(qū)和晚稻盆栽試驗(yàn)所得的臨界含量分別為462 mg/kg、90 mg/kg和82 mg/kg，表明小區(qū)和溫室盆栽與大田所獲得的結(jié)果之間有著較大差異。此外，溫室與大田土壤在重金屬的空間變異性方面亦值得關(guān)注。

環(huán)境溫度對(duì)重金屬的吸收有著明顯的影響。機(jī)理研究表明，植物對(duì)一些重金屬的吸收為被動(dòng)吸收，因而當(dāng)溫度變化時(shí)，勢(shì)必影響水分蒸騰作用，從而影響了植物對(duì)重金屬的吸收。

1987和1988年盆栽小麥的比較表明，1987年抽穗成熟期溫度較低，4月中旬收割；而1988年5月中旬收割，抽穗成熟期溫度相對(duì)較高，結(jié)果麥粒Pb含量比1987年要高2-4倍，其中溫度的影響可能是一個(gè)主要原因。

相同品種的水稻分別作為早稻和晚稻種植時(shí)，晚稻對(duì)Cd的吸收明顯高于早稻。當(dāng)進(jìn)入土壤的外源As濃度為40 mg/kg時(shí)，早稻（成熟期月均溫27.8℃~28℃）、中稻（成熟期月均溫16.9℃~ 22.7℃）和晚稻（成熟期月均溫10.5℃~ 16.9℃）糙米中As含量分別為0.67、0.43和0.33 mg/kg。

3.4 污染歷程對(duì)臨界值的影響

3.4.1 平衡時(shí)間與濃度。小區(qū)平衡試驗(yàn)表明，排水中Pb濃度隨著時(shí)間的推移而濃度降低。在土壤外源Pb為240 mg/kg時(shí)，40d的追蹤測(cè)試表明，田間排水Pb從1752 μg/L降至1.6 μg/L。

3.4.2 形態(tài)的變化。黃棕壤和紅壤中添加Pb的培育提取表明， 1 mol/L NH₄OAc可提取態(tài)Pb隨時(shí)間推移而降低（2-16w），其下降幅度黃棕壤約為38 - 66％，紅壤為32 - 42％。下蜀黃棕壤在稻作（前茬）和小麥（后茬）輪作后，1 mol/L NH₄OAc 可提取Pb濃度下降了10 - 30％，這種趨勢(shì)與植物吸收隨時(shí)間變化相一致，因而可以認(rèn)為吸收量隨時(shí)間的變化而減少可能主要是由于可提取態(tài)的減少所致。

另一方面，植物對(duì)重金屬的吸收并不總是隨著時(shí)間的推移而下降，連續(xù)3年盆栽試驗(yàn)表明，水稻對(duì)Cd的吸收是一種起伏不定的狀況，因而臨界值的確定應(yīng)該是一個(gè)長期試驗(yàn)的結(jié)果^[2]。

3.4.3 污染發(fā)生過程。植物對(duì)Pb的吸收在一定濃度范圍內(nèi)有隨濃度增加而上升的趨勢(shì)，超過一定的濃度時(shí)，由于根系受害而降低元素吸收的能力，從而使得吸收量下降，因而單純從籽實(shí)含量來判斷土壤污染狀況時(shí)，有可能造成失誤。

對(duì)影響大豆植株中Pb含量因素的研究表明， 在Pb濃度為500和1000 mg/kg處理中( pH4.5，CEC 6.8 cmol+/kg)，其地上部分Pb含量分別為127.8和83.9 mg/kg，表明添加1000 mg/kg Pb反而比500 mg/kg時(shí)植株吸收的 Pb要少, 因而污染發(fā)生過程的影響使得植株Pb含量與土壤Pb含量之間并不總是有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如對(duì)污染歷程缺乏了解，就有可能造成誤判。

另一方面，這一現(xiàn)象亦說明在農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染防治的研究中，必須進(jìn)行土壤和植物點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的采樣，才有可能對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量做出客觀的評(píng)估。

3.5 不同品種之間臨界值的差異

由于生理、生化和遺傳特性等不同，即使同一種植物的不同品種之間對(duì)重金屬的脅迫亦可能有不同的反映，因而臨界值亦可能不同。

對(duì)不同品種大白菜的研究表明，地上部Pb和Cd含量存在顯著品種差異。不同基因型番茄對(duì)Cd有不同的脅迫反應(yīng)。水稻亦是如此,7種類型水稻糙米含鎘量從高到低依次為特種稻、常規(guī)早秈稻、三系雜交晚稻、兩系雜交晚稻、常規(guī)晚秈稻、常規(guī)粳稻、爪洼稻。

Cd在不同類型品種和不同器官中的含量均存在顯著差異，在常規(guī)秈稻精米、稻谷中的含量高，在雜交稻精米和稻谷中的含量居中，常規(guī)粳稻中的含量低，而Pb在常規(guī)秈稻稻米和稻谷中的含量顯著高于在粳稻和雜交稻中的含量^[70]。32個(gè)不同品種水稻的研究表明，糙米Cd含量為0.06–0.59mg/kg，Pb 含量為0.25–3.15mg/kg，品種之間存在顯著差異，從而不難發(fā)現(xiàn)，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品中污染物限量和糙米重金屬含量計(jì)算的土壤重金屬臨界值亦有顯著不同。

上述例證雖然不是影響臨界值的全部因素，但可足以說明土壤重金屬臨界值（基準(zhǔn)）或標(biāo)準(zhǔn)受制于多種因素，因而具有依存性和相對(duì)性，很難給出一個(gè)全國的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、使之適用于不同利用條件和不同地區(qū)。

一個(gè)較為客觀的事實(shí)是產(chǎn)業(yè)部門和地方政府有可能是制定農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的合適機(jī)構(gòu)，因?yàn)檫@樣的標(biāo)準(zhǔn)可能更符合實(shí)際情況；采用產(chǎn)量和食品中污染物限量來判斷土壤的適宜性有可能更為方便而直接。

4 土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立性與依存性的關(guān)系

以土壤元素背景值為依據(jù)制定的土壤自然環(huán)境質(zhì)量保護(hù)限量標(biāo)準(zhǔn)是土壤資源保護(hù)的目標(biāo)值，這一目標(biāo)值不應(yīng)該因?yàn)橥寥蕾Y源的不同利用而改變，它是衡量土壤對(duì)外源污染物負(fù)載容量的起點(diǎn)值。

以生態(tài)效應(yīng)法制定的土壤資源利用污染物限量標(biāo)準(zhǔn)是計(jì)算土壤對(duì)外源污染物負(fù)載容量的大值，它是在特定利用條件下的土壤污染起始值，但不應(yīng)該視為土壤允許污染的限量值，否則土壤資源的保護(hù)和可持續(xù)利用將可能成為空談。

用于制定土壤自然環(huán)境保護(hù)限量標(biāo)準(zhǔn)的背景值和用于土壤資源利用污染物限量標(biāo)準(zhǔn)臨界值之間的差值，可進(jìn)行污染物負(fù)載容量的計(jì)算。

負(fù)載容量特別是動(dòng)容量可成為政府部門管理土壤環(huán)境質(zhì)量的依據(jù)，就重金屬而言，這里的動(dòng)容量是指特定土壤和一定時(shí)限內(nèi)，某種重金屬參與土壤圈物質(zhì)循環(huán)時(shí)，土壤所能容納的重金屬量（總量或可提取態(tài)）。

它涉及重金屬的臨界含量、背景值、輸入和輸出量、時(shí)間等因素。強(qiáng)調(diào)了在一定空間和時(shí)間范圍內(nèi)，土壤容量應(yīng)該保持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，土壤外源重金屬的輸入和土壤中相應(yīng)元素的輸出基本平衡，即切實(shí)保障特定條件下土壤應(yīng)有的重金屬容量不至于受到破壞性影響；對(duì)于負(fù)載容量已被利用的部分，應(yīng)該限時(shí)恢復(fù)，從而可使土壤環(huán)境質(zhì)量持續(xù)地保持在良好水平。

在全面考慮土壤環(huán)境質(zhì)量的獨(dú)立性和依存性的基礎(chǔ)上，可以認(rèn)為土壤環(huán)境質(zhì)量的保護(hù)可以從簡單的依靠質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，過度到以污染物負(fù)載容量為依據(jù)的新的管理模式，它在土壤環(huán)境質(zhì)量管理、環(huán)境損害賠償、負(fù)載容量的有償使用以及土壤環(huán)境保護(hù)責(zé)任主體的認(rèn)定等方面都具有良好的可操作性，對(duì)于土壤的可持續(xù)利用、堅(jiān)守18億畝耕地紅線和保障糧食安全具有重要意義。

致謝：在《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》編輯部精心組織的相關(guān)問題研討會(huì)上，與會(huì)專家的意見和見解對(duì)于該文的主旨思路有很好的啟示。他們是農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)研究所曹仁林、任天志、李玉浸、黃仲齊研究員；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所馬義兵研究員；華南農(nóng)業(yè)大學(xué)李永濤教授；南開大學(xué)周啟星、孫紅文教授；北京大學(xué)王學(xué)軍教授等。福建農(nóng)林大學(xué)王果教授詳細(xì)回復(fù)了作者的咨詢；廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所陳能場研究員在通訊交流與討論中提供了許多資料和坦率的見解，在此一并表示衷心的感謝。（轉(zhuǎn)自：土壤觀察）

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