漲知識！近十年土壤污染物源解析

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:首次全國土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果顯示，當(dāng)前我國土壤環(huán)境質(zhì)量總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，造成土壤污染的主要污染物以無機型為主，有機型次之。改善土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，降低土壤污染的風(fēng)險，亟需對土壤中高濃度的污染物進(jìn)行有效控制和治理，而利用科學(xué)的源解析手段來獲取土壤中污染物的主要來源及其貢獻(xiàn)是控制和治理的關(guān)鍵。我國政府高度重視土壤污染防治工作，于2016年5月由國務(wù)院印發(fā)《土壤污染防治行動計劃》，又被稱為“土十條”，其中提到要“加強污染源監(jiān)管”以及“明確治理與修復(fù)主體”等內(nèi)容，這些都會涉及到土壤污染物源解析的相關(guān)研究。因此，開展土壤污染物源解析研究將成為今后我國土壤污染防治工作的重要內(nèi)容之一。

目前對源解析的認(rèn)識存在兩個層次，第一個層次只需定性判斷出環(huán)境介質(zhì)中主要污染物的來源類型，稱為源識別(source identification);第二個層次是在源識別的基礎(chǔ)上，定量計算出各類污染源的貢獻(xiàn)大小，稱為源解析(source apportionment)，很多研究人員將兩者統(tǒng)稱為源解析。源解析的研究最初是針對大氣環(huán)境中顆粒物來源開展的，現(xiàn)已逐步形成比較完整的大氣污染源解析技術(shù)體系：污染源清單-空氣質(zhì)量擴散模型-受體模型。與大氣污染不同，土壤污染的隱蔽性、累積性、地域性等復(fù)雜特征使得土壤污染物來源解析的研究受到較大的限制。近些年有不少學(xué)者開始研究土壤環(huán)境中污染物的來源解析工作，雖然相對于大氣污染源解析研究而言仍有欠缺，但也取得了一定的研究成果。為便于更清楚全面的了解在土壤環(huán)境中源解析的研究現(xiàn)狀，本文以“2006年1月1日至2016年1月1日”為期限，以“Source apportionment &Soil”作為英文關(guān)鍵詞以及以“源解析&土壤”作為中文關(guān)鍵詞，分別利用“Web of Science”數(shù)據(jù)庫和“中國知網(wǎng)”數(shù)據(jù)庫進(jìn)行“主題”檢索，共收集到相關(guān)文章134篇，在此基礎(chǔ)上總結(jié)近十年來土壤污染物源解析的研究進(jìn)展。需要指出的是，本文認(rèn)為源識別(source identification)層次并非是真正意義上的源解析，因此只選擇了“源解析(source apportionment)”作為檢索關(guān)鍵詞。本文的檢索方式并不能檢索出近十年間全部土壤源解析的論文，但作者認(rèn)為所收集的論文基本能代表近十年間土壤源解析研究的主要成果。

文獻(xiàn)調(diào)研顯示，近十年來在多個國家均開展過土壤污染物源解析的研究，其中我國開展的相關(guān)研究最多，主要集中在我國東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省市，例如，遼寧省、江蘇省、上海市、浙江省、福建省、廣東省等(圖1)。可以看出，我國研究人員非常關(guān)注和重視人類活動頻繁地區(qū)的土壤污染源解析研究工作。但就目前的研究成果來看，大多停留在定性地判定土壤中污染物來源類型上，定量計算各類源貢獻(xiàn)的研究還比較少。源解析方法主要參考大氣污染源解析方法中的受體模型法，通過分析土壤樣品中有指示意義的示蹤物來實現(xiàn)土壤污染物來源的定性識別和定量解析。本文在簡要總結(jié)土壤污染源解析研究對象的基礎(chǔ)上，以受體模型為核心，重點介紹各種源解析方法以及在應(yīng)用上的優(yōu)勢和局限。

1 土壤污染物源解析研究對象

凡是影響土壤正常功能，降低農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，影響人體健康的物質(zhì)，都可以稱為土壤污染物。根據(jù)污染物的性質(zhì)，土壤環(huán)境污染物大致分為無機、有機、生物和放射性污染物四大類。其中生物和放射性污染物具有特定的污染途徑，其來源較單一，易識別。而重金屬和部分有機污染物來源復(fù)雜多樣，且具有毒性強、難降解、殘留時間長、在環(huán)境中分布廣等特性，一旦在土壤中積累，會持續(xù)威脅生態(tài)環(huán)境安全和人體健康，因此目前土壤污染源解析主要針對重金屬和有機污染物的研究。

基于收集的134篇文獻(xiàn)，對研究者們在解析土壤污染來源時針對的污染物種類進(jìn)行統(tǒng)計，并依次計算出各污染物出現(xiàn)次數(shù)所占的比例，從而得到近十年國內(nèi)外土壤污染物源解析研究對象出現(xiàn)頻率(圖2)。經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，目前土壤污染物源解析研究中涉及的重金屬或類金屬元素的種類達(dá)到40種之多，包括鉛、鎘、鋅、銅、鉻、砷、鎳、汞、錳、鈷、鐵、鋁、釩、鉀、鈣、鎂、銻、鍶、鈦、鋇、鈉、錫、硒、鋰、鉬、銀、鉍、鎵、鈾、鈹、鈰、銫、鍺、鈮、鉑、銣、鈧、鉭、釷、釔等元素。研究最多的是鉛(lead，Pb)、鎘(cadmium，Cd)、鋅(zinc，Zn)、銅(copper，Cu)、鉻(omium，Cr)、砷(crsenic，As)、鎳(nickel，Ni)、汞(mercury，Hg)等8種元素(圖2a)。土壤污染物源解析研究中涉及的有機污染物主要是持久性有機污染物，主要包括：多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbon，PAHs)及其含氧衍生物(oxygen-containing dervatives of polycyclic aromatic hydrocarbon，OPAHs)、滴滴涕(dichloro diphenyl trichloroethanes，DDTs)、六六六(Benzene hexa chlorides，BHCs)、二噁英/呋喃(poly chloroinated dibenzo-p-dioxins/furans，PCDD/Fs)、多溴聯(lián)苯醚(poly brominated diphenyl ethers，PBDEs)、多氯聯(lián)苯(poly chlorinated biphenyls，PCBs)、硫丹(Endosulfan)、氯丹(Chlordane)、多氯化萘(poly chlorinated naphthalenes，PCNs)、六氯苯(hexa chloro benzene，HCB)、艾氏劑(Aldrin)等。其中，PAHs是土壤源解析中研究最多的一類有機污染物，其次是DDTs、HCHs、PCDD/Fs等(圖2b)。

土壤中重金屬和有機物的來源十分復(fù)雜，土壤金屬元素的來源可分為自然源和人為源。自然源主要包括成土母質(zhì)、巖石風(fēng)化、火山噴發(fā)等，人為源主要包括工業(yè)源(工業(yè)廢物排放)、農(nóng)業(yè)源(化肥、農(nóng)藥、畜禽糞便等)、生活源(城鄉(xiāng)生活廢水、農(nóng)家肥等)、交通源以及其他污染源(廢棄物焚燒等)等等。土壤有機物主要來源于人類活動，部分有機物可來源于自然源，如某些植物和微生物體內(nèi)可以合成微量多環(huán)芳烴，火山活動和森林火災(zāi)也可以產(chǎn)生一定量的多環(huán)芳烴。表1列出了土壤中主要污染物的來源。這些污染源通過大氣沉降、廢水排放、農(nóng)業(yè)施肥等途徑進(jìn)入土壤中，并在土壤中積累。

2 土壤污染物源解析方法及其應(yīng)用

源解析研究通常采用三種方法：源清單法、擴散模型法和受體模型法。源清單法通過調(diào)查和統(tǒng)計不同源類的排放因子和活動水平，估算各類源的排放量，根據(jù)排放量來識別對受體有貢獻(xiàn)的主要排放源。該方法結(jié)果簡單清晰，但存在排放因子不確定性大、人類污染活動水平資料缺乏、各類源排放量難以準(zhǔn)確統(tǒng)計等問題。擴散模型法是從污染源出發(fā)，根據(jù)污染源排放清單和污染物傳輸過程來評估不同源類對受體的貢獻(xiàn)。應(yīng)用擴散模型法不僅可以得到不同源類在三維空間的分布及貢獻(xiàn)，而且還能區(qū)分出本地排放源和外來傳輸源。但由于所需源清單存在很大不確定性以及污染物復(fù)雜的遷移轉(zhuǎn)化過程，使得污染源類與受體之間的關(guān)系難以建立，該方法的應(yīng)用受到很大的局限性。為解決這兩種方法存在的問題，出現(xiàn)了受體模型法，通過對土壤樣品和排放源樣品中對源有指示作用的示蹤物進(jìn)行分析，定性識別受體的源類，并定量確定各類源對受體的貢獻(xiàn)。與源清單法和擴散模型法相比，受體模型不需要調(diào)查各源類的排放因子和活動水平，也不需要追蹤排放因子的傳輸過程，直接對受體環(huán)境進(jìn)行測定。受體模型法是當(dāng)前土壤污染物源解析研究中最主要的技術(shù)手段。本文主要總結(jié)了受體模型法中最常用到的方法在土壤源解析研究中的應(yīng)用情況，并比較了各種方法的異同。