确定化工区土壤重金属生态安全阈值的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及土壤生态技术，特别涉及一种确定化工区土壤重金属生态安全阈值的 方法。
【背景技术】
[0002] 伴随着社会经济的快速发展，全球对金属的需求量也越来越大，使得金属矿藏的 开采和冶炼呈现几何增长的趋势。而大量使用的重金属，又通过各种途径进入土壤，造成土 壤环境的污染，对土壤生态安全和人类健康造成严重威胁。例如，大量工业园区的建设和规 划，虽然保障了不同企业的有机融合，但大量企业的聚集，工业废水、废液的排放，也对工业 园区和周边区域的生态环境带来一定压力。尤其是集中了较多金属冶炼加工企业及基于金 属为媒介的大型化工厂的工业园区，这些工业园区内企业的重金属废液排放，将导致工业 园区环境的重金属污染，而污染园区中的重金属元素，可以通过地表径流和大气沉降作用， 进一步污染工业园区周边区域的农田土壤。由于重金属污染物在土壤中的移动性差、滞留 时间长、不易被生物降解，进而导致种植的粮食作物受到重金属污染，从而通过食物链对人 类身体健康造成严重威胁。
[0003] 随着社会对生态环境的日益重视，工业园区内土壤重金属污染的问题越来越受到 关注，对重金属污染土壤的风险评估研究也日益深入。其中，关于化学工业活动产生种类繁 多、成分复杂的含重金属污染物，例如，铅、铬、镉、砷、汞等重金属污染物，对土壤形成的污 染，成为土壤重金属生态风险评估研究的热点。
[0004] 目前，针对当前我国化工区土壤重金属污染的技术问题，还未提出相关土壤重金 属（铅、铬）的生态安全阈值，以对重金属污染物导致的土壤生态风险进行有效评估，并构 建适合我国国情的化工区土壤重金属生态安全阈值的获取方法，从而为化工区重金属污染 物导致的土壤环境生态风险监管提供直接技术支持和决策依据。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种确定化工区土壤重金属生态安全阈值 的方法，对重金属污染物导致的土壤生态风险进行有效评估。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供了一种确定化工区土壤重金属生态安全阈值的方 法，该方法包括 ：
[0007] Al，收集生物毒性数据，所述生物毒性数据包括文献生物毒性数据和试验生物毒 性数据，收集的生物毒性数据包括：在ECOTOX毒性数据库中获取的文献生物毒性数据、在 中国知网中国期刊全文数据库中获取的文献生物毒性数据、以及实验室测定得到的试验生 物毒性数据；
[0008] A2,按照预先设置的筛选策略，对收集的生物毒性数据进行筛选，所述筛选策略包 括：归一化结合可靠性、相关性和充分性的策略、代表性物种优先选择策略、生态毒理学评 价指标确定策略、确定敏感保护目标，保证生物毒性数据完整性的策略和确定生物毒性数 据评价标准策略；
[0009] A3,判断筛选得到的生物毒性数据量是否满足预先设置的数据量阈值，如果是，执 行步骤A4,否则，通过生态毒理学试验补充生物毒性数据，执行步骤A4 ;其中，所述数据量 阈值至少采用四门十科生物物种量，所述四门十科生物物种包括但不限于：被子植物门中 禾本科的一种生物、菊科的一种生物、葱科的一种生物、葫芦科的一种生物、十字花科的一 种生物、豆科的一种生物、茄科的一种生物、环节动物门中正蚓科的一种生物、节肢动物门 中等节跳科的一种生物以及软体动物门中玛瑙螺科的一种生物；
[0010] A4,基于筛选得到的生物毒性数据，或筛选得到的生物毒性数据和通过生态毒理 学试验补充的生物毒性数据，确定化工区土壤重金属生态安全阈值；其中，在生物毒性数 据中包含有陆地生物毒性数据的情况下，在用于确定化工区土壤重金属生态安全阈值的生 物毒性数据量大于预先设置的确定数阈值时，采用基于物种敏感性的分布法确定所述化工 区土壤重金属生态安全阈值，在用于确定化工区土壤重金属生态安全阈值的生物毒性数据 不大于预先设置的确定数阈值时，采用评估因子法确定所述化工区土壤重金属生态安全阈 值；在生物毒性数据中不包含有陆地生物毒性数据的情况下，利用平衡分配法确定所述化 工区土壤重金属生态安全阈值。
[0011] 较佳地，所述筛选策略进一步包括：毒性数据是否适用于拟采用的外推方法、毒性 数据是否符合国家环境管理政策的要求、毒性数据来源是否能代表本国的生态系统现状与 物种中的一种或其任意组合。
[0012] 较佳地，所述敏感保护目标包括：陆生植物、土壤无脊椎动物以及土壤微生物。
[0013] 较佳地，使用基于log-logistic的物种敏感性的分布法确定所述化工区土壤重 金属生态安全阈值，公式如下：
[0014]
【主权项】
1. 一种确定化工区土壤重金属生态安全阈值的方法，其特征在于，该方法包括： Al，收集生物毒性数据，所述生物毒性数据包括文献生物毒性数据和试验生物毒性数 据，收集的生物毒性数据包括：在ECOTOX毒性数据库中获取的文献生物毒性数据、在中国 知网中国期刊全文数据库中获取的文献生物毒性数据、以及实验室测定得到的试验生物毒 性数据； A2,按照预先设置的筛选策略，对收集的生物毒性数据进行筛选，所述筛选策略包括： 归一化结合可靠性、相关性和充分性的策略、代表性物种优先选择策略、生态毒理学评价指 标确定策略、确定敏感保护目标，保证生物毒性数据完整性的策略和确定生物毒性数据评 价标准策略； A3,判断筛选得到的生物毒性数据量是否满足预先设置的数据量阈值，如果是，执行步 骤A4,否则，通过生态毒理学试验补充生物毒性数据，执行步骤A4 ;其中，所述数据量阈值 至少采用四门十科生物物种量，所述四门十科生物物种包括但不限于：被子植物门中禾本 科的一种生物、菊科的一种生物、葱科的一种生物、葫芦科的一种生物、十字花科的一种生 物、豆科的一种生物、茄科的一种生物、环节动物门中正蚓科的一种生物、节肢动物门中等 节跳科的一种生物以及软体动物门中玛瑙螺科的一种生物； A4,基于筛选得到的生物毒性数据，或筛选得到的生物毒性数据和通过生态毒理学试 验补充的生物毒性数据，确定化工区土壤重金属生态安全阈值；其中，在生物毒性数据中包 含有陆地生物毒性数据的情况下，在用于确定化工区土壤重金属生态安全阈值的生物毒性 数据量大于预先设置的确定数阈值时，采用基于物种敏感性的分布法确定所述化工区土壤 重金属生态安全阈值，在用于确定化工区土壤重金属生态安全阈值的生物毒性数据不大于 预先设置的确定数阈值时，采用评估因子法确定所述化工区土壤重金属生态安全阈值；在 生物毒性数据中不包含有陆地生物毒性数据的情况下，利用平衡分配法确定所述化工区土 壤重金属生态安全阈值。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述筛选策略进一步包括：毒性数据是否适 用于拟采用的外推方法、毒性数据是否符合国家环境管理政策的要求、毒性数据来源是否 能代表本国的生态系统现状与物种中的一种或其任意组合。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述敏感保护目标包括：陆生植物、土壤无 脊椎动物以及土壤微生物。
4. 如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，使用基于log-logistic的物种 敏感性的分布法确定所述化工区土壤重金属生态安全阈值，公式如下：
y为累积概率； X为浓度； P1、P2为参数。
5. 如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述评估因子法是通过将选出的 最低报道毒性值除以预先设置的评估因子来确定所述化工区土壤重金属生态安全阈值。
6. 如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，通过所述平衡分配法计算土壤中 污染物的预测无效应浓度的公式如下：
式中，PNECstjil为土壤中污染物的预测无效应浓度，单位为mg. kg4 ; Ks〇iiiatCT为土壤/水分配系数，单位为m3. πΓ3 ; PNECwato为水体中污染物的预测无效应浓度,单位为mg. Ι71 ; RHOstjil为湿土的容重，单位为kg. m_3。
7. 如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在实验室测定得到试验生物毒性 数据后，所述方法进一步包括： 将来自不同特性土壤的试验生物毒性数据转化为标准土壤试验生物毒性数据。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，转化公式如下： 式中，
NOEC 或 L (E) C5tl(standard)为标准土壤的 NOEC 或 L (E) C5tl，单位为 mg. kg-1 ; NOEC 或 L (E) C5tl(exp)为试验土壤的 NOEC 或 L (E) C5tl，单位为 mg. kg-1 ; F〇mS()il(standari)为标准土壤中有机质的比率,单位为kg. kg'默认为3. 4% ; FonW(exp)为试验土壤中的有机质比率，单位为kg. kg'
9. 如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括： 根据预先设置的更新策略更新确定的化工区土壤重金属生态安全阈值。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述更新策略包括：土壤类别以及生态毒 理学评价指标，其中，土壤类别包括：土壤物理性质、化学性质以及土壤微生物活性；生态 毒理学评价指标包括：半数致死浓度、EC X、NOEC以及L0EC。
【专利摘要】本发明公开了一种确定化工区土壤重金属生态安全阈值的方法。该方法包括：A1，收集生物毒性数据；A2，按照预先设置的筛选策略，对收集的生物毒性数据进行筛选；A3，判断筛选得到的生物毒性数据量是否满足预先设置的数据量阈值，如果是，执行步骤A4，否则，通过生态毒理学试验补充生物毒性数据，执行步骤A4；A4，基于筛选得到的生物毒性数据，或筛选得到的生物毒性数据和通过生态毒理学试验补充的生物毒性数据，确定化工区土壤重金属生态安全阈值。应用本发明，可对重金属污染物导致的土壤生态风险进行有效评估。
【IPC分类】B09C1-00
【公开号】CN104722569
【申请号】CN201310695302
【发明人】刘征涛, 王婉华, 王晓南, 陈丽红
【申请人】中国环境科学研究院
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年12月18日