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图1 澳大利亚生态调查值(EILs)的推导方法示意图
注:AF表示评估系数,SSD表示物种敏感分布法,ACL 表示添加污染物水平;绿色箭头表示前一个问题回答为“是”时的路径,红色箭头表示前一个问题回答“否”时的路径,蓝色箭头表示没有选择的路径。
2、使用土壤理化性质计算特定土壤的ACL
澳大利亚使用了包含土壤的理化性质(pH、阳离子交换量和粘土含量) 多元模型用于计算特定土壤的ACL。在这种方法中,不同理化性质的土壤具有不同的污染物EIL,而不是每种污染物的只有一个通用EIL值,即每种污染物的EIL 值不唯一。
3、使用数据归一化模型对毒性数据进行校正
由于土壤的异质性,澳大利亚采用了数据归一化的方法对不同土壤的生物毒性数据进行校正,使用校正过的数据通过物质敏感性分布(SSD) 法推导EILs。该国导则中纳入了不同研究团队开发的土壤与生物毒性关系的经验模型。经验模型利用土壤的物理化学性质(例如土壤pH值和有机碳含量) 预测单一污染物对单一物种的毒性。通过使用归一化关系方程表达土壤特性对毒性数据的影响,以此来使毒性数据反映试验物种的固有敏感性。
4、根据不同用地类型确定物种保护水平
澳大利亚为3种用地方式设置开发了EILs:(1) 具有生态价值的地区;(2) 城市住宅区和公共区域;(3) 商业和工业用地。EILs 不适用于农用地土壤,农用地土壤需要评估污染物对植物的毒性、植物污染物吸收富集和土壤类型等因素。
一般土地使用设置的保护级别为:具有生态价值的地区物种保护水平为99%;城市住宅区和公共开放空间物种保护水平为80%;商业和工业用地的物种保护水平为60%。当污染物存在生物放大效应时,保护水平将相应增加5%。
EILs 在土壤的适用深度为地面以下2m,地面以下2m为大多数生物物种的根系区和生物居住区。干旱地区的生物物种的根渗透率可能更大,具体考虑可能应用到地表以下3m。
三、两国制订保护生态受体的土壤基准值技术要点比较
对上述2个国家制订基于保护生态的土壤基准值的技术要点进行比较可以看出,两国的基准名称、保护对象、毒理数据处理措施等有一定差异,这与各国的具体制定策略有密切关联,有些国家在制定土壤基准值时已考虑了土地利用方式。作者认为由于不同的土地后续利用方式存在差异,在推导土壤基准值的时候建议考虑土地利用方式的差别。同时,毒理数据的选择与甄别直接关系到基准值制订的科学性、合理性,建议借鉴各国对毒理数据的筛选方法对数据进行科学选择。
表1 两国制订保护生态受体的土壤基准值技术要点比较
结 论
1. 美国对于数据的打分制优先选择生物有效性高的土壤,未体现土壤理化性质的差异性。
美国推导Eco-SSL优先选择具有较高生物有效性的土壤的毒性数据,采用土壤生物有效性最高(如4≤土壤pH<5、土壤有机质<2%)的所有生物毒性数据的几何平均值计算Eco-SSL,如果有效数据少于3个,可从土壤生物有效性次高的土壤中(如5.5<土壤pH<7、土壤有机质<2%)寻找生物毒性数据。此类推导方法会导致所推导的土壤基准是基于生物有效性较高的土壤毒性数据获得,生物有效性低的土壤未有相应的土壤基准值。
我国幅员辽阔,由于地域的差异,不同省份的土壤理化性质差异明显,如果采用美国的生物毒性数据打分制,某些土壤生物有效性低的省份的土壤毒性数据不会被纳入基准值制订基础毒性数据的考虑范畴,导致所推导的基准值较为严格,如果在我国北方土壤生物有效性低的地区按照此基准值参照执行环境管理,可能造成“过保护”的情况。因此,建议因地制宜,分区域制订土壤环境基准。如我国农用地标准(GB15618-2018)采用了分4档pH(pH<5.5,5.5≤pH<6.5,6.5≤pH<7.5,pH>7.5)分别制订了我国的农用地土壤筛选值,笔者建议我国的基准研究应借鉴农用地标准的制订经验开展相应的基准研究工作,分区域进行土壤基准的针对性研究。
2. 澳大利亚采纳本国不同团队开发的经验模型存在一定的限制性和不确定性。
澳大利亚在其生态调查值制订过程中,采用了本国研发团队所开发的经验模型,纳入了对土壤理化性质制订不唯一的生态调查值(EILs),其方法值得我国学者参考与借鉴。但其模型涵盖的生物物种相对有限,导致生物毒性数据使用模型的归一化后结果存在一定的不确定性;使用包含土壤理化参数的经验模型,模型本身存在一定的不确定因素。使用经验模型进行生物毒性数据校正,可能与实际土壤生物毒性试验结果有所偏差,高估或者低估化学物质在不同土壤中的毒性,建议对不同开发团队的经验模型进行科学的甄别与采用。
3. 建议我国针对本国的土壤生物毒性数据进行集成,形成共享数据平台,为土壤基准研究提供高质量的基础生物毒性数据。
我国针对土壤生态毒理已开展了大量基础科研工作,相关研究成果发表在国内外期刊,可在中国知网、Web of Science等国内外相关数据库进行查阅。建议我国参考ECOTOX的数据收录方法整理我国已发表的陆生生物毒性数据,对我国的土壤生物毒性数据进行集成,利用大数据、云计算等数据处理技术建立中国生态毒性数据平台,为我国土壤基准研究提供高质量的土壤基础生物毒性数据支持。
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