基于農(nóng)產(chǎn)品安全的土壤環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)研究以Cd和DDT為例第1頁(yè)/共24頁(yè)研究背景-土壤Cd標(biāo)準(zhǔn)缺乏區(qū)域性或土壤類型對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，可操作性較差缺乏土壤環(huán)境基準(zhǔn)的系統(tǒng)研究，尚無(wú)完善的標(biāo)準(zhǔn)制定程序矛盾“土壤超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品不超標(biāo)“，“農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)土壤不超標(biāo)”我國(guó)現(xiàn)行土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)未考慮我國(guó)土壤污染特點(diǎn)土壤類型多，性質(zhì)差異大元素背景值差異大農(nóng)作物種類和品種多且吸收差異大Fig.1Cumulativeprobabilitydistributionofsoilqualitystandard(SQS)forCdinagriculturalsoilsofdifferentcountriesaroundtheworld.第2頁(yè)/共24頁(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)：一級(jí)0.05mg/kg；二級(jí)0.5mg/kg；三級(jí)1.0mg/kg農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)：0.1mg/kg食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(HJ332-2006)：0.1mg/kg標(biāo)準(zhǔn)值的制定均缺乏足夠的科學(xué)依據(jù)研究背景-土壤DDT標(biāo)準(zhǔn)第3頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)制定方法基于土壤污染物有效性模型，老化模型和物種敏感性分布建立農(nóng)產(chǎn)品安全的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)閾值的方法。

長(zhǎng)期老化模型：短期老化模型：老化模型：Cu、Zn、Ni、Co

、DDT等污染物的老化：老化模型：量化土壤性質(zhì)和時(shí)間與污染物活性（有效性）之間的關(guān)系生物有效性模型：量化土壤性質(zhì)與富集系數(shù)之間的關(guān)系常用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?log10[Cplant]=a×log10[Csoil]+b×pH+c×log10[CEC/OC/clay]+klog10[BCF]=a×pH+b×log10[CEC/OC/clay]+k第4頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)制定方法物種敏感性分布法(Speciessensitivitydistribution，SSD)假設(shè)生態(tài)系統(tǒng)中不同物種對(duì)某一污染物的敏感性能夠被一個(gè)分布所描述，通過(guò)生物測(cè)試獲得的有限物種的毒性閾值是來(lái)自于這個(gè)分布的樣本，可用于估算該分布的參數(shù)。Fig.1Cumulativeprobabilitydistributioncurveof1/BCFamong20ricecultivarsbythespeciessensitivitydistribution.(Songetal.,2015)Fig.2TheCuSSDcurvesfittedbyBurrIIIfunctionsforfourrepresentativescenariosofChinesesoils..(Wangetal.,2015)第5頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)制定方法制定程序第6頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)制定方法制定步驟1建立土壤污染物的富集數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)研文獻(xiàn)資料并匯總有關(guān)研究項(xiàng)目中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，收集污染物的富集數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，篩選標(biāo)準(zhǔn)如下：試驗(yàn)是否有合理的對(duì)照；暴露途徑是否均一合理或隨機(jī)分布；試驗(yàn)中條件控制是否始終一致；是否有足夠的重復(fù)和濃度梯度，便于統(tǒng)計(jì)分析；外源添加污染物，沒(méi)有復(fù)合污染和其他障礙因子的影響；沒(méi)有其它明顯不合理的因素，如缺少土壤性質(zhì)，評(píng)價(jià)終點(diǎn)，等等。第7頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)制定方法制定步驟2利用土壤污染物的老化模型歸一化富集數(shù)據(jù)有老化模型的：將不同時(shí)間點(diǎn)的、短期的污染物的BCF值歸一化到某一長(zhǎng)期的時(shí)間點(diǎn)，以消除實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和田間實(shí)際污染情況的差異。沒(méi)有老化模型：根據(jù)污染物在土壤中老化的程度（低、中、高）分別除以不同的老化因子進(jìn)行數(shù)據(jù)校正。第8頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地重金屬基準(zhǔn)制定方法制定步驟（2）種間外推log10[BCF]=a×pH+b×log10[CEC/OC/clay]+k以生物富集系數(shù)（BCF）預(yù)測(cè)值與測(cè)定值之間的誤差和最小為條件求解獲得各個(gè)物種對(duì)應(yīng)不同模型的截距（k）。根據(jù)外推出的模型計(jì)算各物種的BCF預(yù)測(cè)值。3確立土壤污染物的生物有效性模型并歸一化數(shù)據(jù)（1）生物有效性模型BCF=f（pH,OC,CEC,……）第9頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地重金屬基準(zhǔn)制定方法制定步驟（3）種內(nèi)變異

CV減小表明歸一化處理在一定程度上消除土壤性質(zhì)的影響。種內(nèi)變異系數(shù)第10頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地重金屬基準(zhǔn)制定方法制定步驟4利用SSD方法推導(dǎo)危害濃度（1）SSD曲線擬合BurrⅢ函數(shù)，Log-normal、Log-logistic及Gamma等常用的累積概率分布函數(shù)。常用軟件：澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織(CSIRO)提供的計(jì)算軟件BurrliOZ(http://www.cmis.csiro.au/envir/burrlioz/）；USEPASSD_Generator（2）HC5值推導(dǎo)通過(guò)食品安全標(biāo)準(zhǔn)反推出土壤污染物的臨界濃度，獲得基于外源污染物的保護(hù)95%農(nóng)產(chǎn)品安全的HC5值。第11頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地重金屬基準(zhǔn)制定方法制定步驟將土壤性質(zhì)參數(shù)與HC5值做多元回歸，獲得HC5值的預(yù)測(cè)模型：[HC5]=f(pH,CEC,OC,…)+k（1）基于外源污染物的土壤HC5可由公式（1）計(jì)算得出。其中，連續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)：以基于土壤性質(zhì)的計(jì)算公式表示分段標(biāo)準(zhǔn)：將不同土壤pH、CEC和OC值代入連續(xù)標(biāo)準(zhǔn)方程求解。第12頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地重金屬基準(zhǔn)制定案例《根莖類蔬菜質(zhì)量安全的旱地土壤鎘、鉛、鉻、汞、砷閾值》土壤：21種土壤根菜品種：蘿卜、胡蘿卜和馬鈴薯各4個(gè)品種研究方法：根據(jù)現(xiàn)行土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置重金屬添加濃度，老化3個(gè)月，測(cè)定土壤和根菜中的實(shí)際重金屬含量。計(jì)算生物富集系數(shù)（BCF），確立影響重金屬在土壤-根菜系統(tǒng)中遷移和富集的主控因素和預(yù)測(cè)模型。利用物種敏感性分布法（SSD），根據(jù)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，推導(dǎo)出我國(guó)根莖類蔬菜質(zhì)量安全的旱地土壤重金屬閾值。第13頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地重金屬基準(zhǔn)制定案例《根莖類蔬菜質(zhì)量安全的旱地土壤鎘、鉛、鉻、汞、砷閾值》以Cd為例(1)12個(gè)根菜品種Cd的SSD曲線第14頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地重金屬基準(zhǔn)制定案例《根莖類蔬菜質(zhì)量安全的旱地土壤鎘、鉛、鉻、汞、砷閾值》以Cd為例(2)生物有效性模型種間外推胡蘿卜：log[BCFadd]=?0.200pH?0.313log[OC]+k種類品種k值RMSE蘿卜揚(yáng)花蘿卜1.0970.092滿堂紅1.2960.274碧綠水果蘿卜1.2990.278浙大長(zhǎng)蘿卜1.1950.164胡蘿卜新黑田五寸參1.0330.074三紅八寸參0.7850.150高麗紅九寸參0.8590.122齊頭黃胡蘿卜1.2680.240馬鈴薯魯引1號(hào)0.6970.178鄭薯6號(hào)0.5250.222渝薯1號(hào)0.7260.169荷蘭15號(hào)0.5510.216第15頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地重金屬基準(zhǔn)制定案例《根莖類蔬菜質(zhì)量安全的旱地土壤鎘、鉛、鉻、汞、砷閾值》以Cd為例（3）歸一化前后不同根菜品種種間變異歸一化前后各品種Cd的BCFadd種內(nèi)變異第16頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地重金屬基準(zhǔn)制定案例《根莖類蔬菜質(zhì)量安全的旱地土壤鎘、鉛、鉻、汞、砷閾值》以Cd為例（4）土壤性質(zhì)對(duì)HC5值的影響不同土壤條件下土壤Cd臨界濃度的SSD曲線第17頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地重金屬基準(zhǔn)制定案例《根莖類蔬菜質(zhì)量安全的旱地土壤鎘、鉛、鉻、汞、砷閾值》以Cd為例（4）土壤性質(zhì)對(duì)HC5值的影響HC5add值的預(yù)測(cè)模型：log[HC5add]=0.199pH+0.309log[OC]?2.302，R2=0.99方法連續(xù)式分段式pH<5.5pH5.5?6.5pH6.5?7.5pH>7.5ABCABCABCABC外源添加法HC5add=10(0.20pH+0.31logOC?2.30)20.250.310.350.400.490.56總量法（Cb已知）HC5add+Cb同上+Cb總量法（Cb未知）HC5add+50.270.290.330.350.380.440.480.530.620.69注：pH<5.5、5.5?6.5、6.5?7.5、>7.5取中間值5.0、6.0、7.0、8.0；A、B、C三個(gè)階段值為OC=10、20、30g/kg；當(dāng)土壤中Cd的背景值Cb未知時(shí)，使用全國(guó)農(nóng)業(yè)土壤Cd背景值的中位值（0.13mg/kg）為缺省值。第18頁(yè)/共24頁(yè)《根莖類蔬菜質(zhì)量安全的旱地土壤鎘、鉛、鉻、汞、砷閾值》

pH≤5.55.5＜pH≤6.56.5＜pH≤7.5pH＞7.5OC≤1010＜OC＜30OC≥30OC≤1010＜OC＜30OC≥30OC≤1010＜OC＜30OC≥30OC≤1010＜OC＜30OC≥30總鎘00.300.350.400.400.450.500.500.600.70總鉻53055057030031032017018018595100105注：OC指土壤有機(jī)碳，單位g/kg。

pH≤5.55.5＜pH≤6.56.5＜pH≤7.5pH＞7.5CEC≤1010＜CEC＜30CEC≥30CEC≤1010＜CEC＜30CEC≥30CEC≤1010＜CEC＜30CEC≥30CEC≤1010＜CEC＜30CEC≥30總鉛40506060809090130160160230290注：CEC指土壤陽(yáng)離子交換量，單位cmol/kg。

pH≤5.55.5＜pH≤6.56.5＜pH≤7.5pH＞7.5總汞1.01.52.03.0總砷75554030根莖類蔬菜質(zhì)量安全的旱地土壤鎘、鉻閾值(單位：mg/kg)根莖類蔬菜質(zhì)量安全的旱地土壤鉛閾值(單位：mg/kg)根莖類蔬菜質(zhì)量安全的旱地土壤汞、砷閾值(單位：mg/kg)第19頁(yè)/共24頁(yè)圖1校正的生物富集系數(shù)(BCF')在作物間的敏感性分布（(a)17物種，(b)14物種）保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)制定案例以DDT為例第20頁(yè)/共24頁(yè)保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全的農(nóng)用地環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)制定案例以DDT為例油料作物和非油料作物的土壤DDTs安全閾值分別為0.083mg/kg和0.386mg/kg（保護(hù)水平95%）。土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）中0.5mg/kg對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安