自20 世紀80 年代以來，隨著高強度的人類活動和經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，大量人為排放的重金屬和有機污染物以不同類型、方式、途徑進入土壤，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70 年代，世界上工業(yè)先進、農(nóng)業(yè)發(fā)達的國家就開始調(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)境保護工作。進入20 世紀80年代，我國在土壤有機氯農(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)量標準，為全國土壤污染防治與環(huán)境保護奠定了新基礎(chǔ)。至90 年代末，土壤重金屬、農(nóng)藥、石油污染的微觀機制和物化控制、微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)研究取得了新進展，重金屬污染土壤的植物修復研究在我國起步。2000 年10 月在杭州召開了第一屆“International Conference of Soil Remediation”，標志著我國土壤修復科學、技術(shù)、工程和管理研究與發(fā)展序幕的全方位拉開。邁入新世紀后，我國土壤污染與修復工作得到進一步重視。科技部、國家自然科學基金委員會、中國科學院等相繼部署了土壤污染與控制修復科技研究項目;2001年污染土壤修復技術(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成為國家環(huán)境治理和生態(tài)文明建設(shè)的重大現(xiàn)實需求。土壤修復的基礎(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、蚯蚓毒性試驗、陸生無脊椎動物試驗、土壤原生動物毒性試驗、土壤微生物試驗等。當生物體暴露于各種逆境時，其體內(nèi)組織、細胞以及分子結(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)毒理學診斷，并能夠為土壤污染的預防和修復提供依據(jù)。

植物

當土壤中的重金屬和有機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。土壤中的重金屬和有機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)毒理學評價中應用最為廣泛(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決策支持系統(tǒng)(Okx et al.，1998)，包括三個子模塊：風險削減(R)、技術(shù)的環(huán)境效益(E)和修復費用(C)，綜合比較后得出最適用于污染場地的修復技術(shù)(圖1)。 REC 模型將污染場地修復過程分為三個階段：①修復準備階段;②修復進行階段;③修復結(jié)束后，分時段計算每種備選修復方案的風險降低水平、環(huán)境效益和修復費用。

圖1REC模型決策支持流程圖

(一)風險削減(R)

降低污染場地的潛在風險是任何修復行為的最主要驅(qū)動力。風險水平的高低決定于污染水平、暴露途徑和風險受體，采用不同的修復技術(shù)必然會有風險降低水平的差異。REC 模型內(nèi)嵌的風險計算模式包括人體健康風險、生態(tài)風險和其他受體的風險。在進行風險計算時設(shè)置一定的暴露時限，對每一種備選修復技術(shù)，隨著修復工作的進行，風險水平逐漸降低，最后計算整個暴露期限內(nèi)的風險總和(圖2)。

圖2REC模型風險降低水平計算示意圖

對備選修復技術(shù)Ai，其風險降低水平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技術(shù)的環(huán)境友好程度。任何修復技術(shù)在改善場地環(huán)境條件的同時，也會造成環(huán)境負面影響。如采取修復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面環(huán)境效應。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)為標準化以后的Ai。

(三)修復費用分析(C)

REC 模型中修復費用分析即修復成本的計算過程將各類費用分為初始成本、流通/運營成本、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方案的可行性。然而，在采用REC 模型進行決策分析之前，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。在實際進行決策時，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:科學出版社  作者:駱永明等

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