土壤安全临界值确定方法

低于某个值后影响作物生长发育，严重时出现缺素症状，该值即为临界值。因测定方法和作物而异。

项目联合了省内外18个部门和单位，集聚了多学科、多专业的专家，投入了巨大的实物工作量，获得了数以百万计高精度的实测数据，编制了近千张各类图件，全面更新了浙江省土壤地质-地球化学资料，查明了农业地质环境现状，首次发现并评价了浙江省的富硒土壤资源，较深入地研究了重金属和有机污染物对农业地质环境的影响，提升了环境地球化学的研究水平。根据调查研究成果，结合浙江省实际进行了农业综合区划，建立了浙江省第一个“农业地质环境信息系统”，并对农业地质环境的保护提出了一系列建议与对策，所获得的调查、研究成果具有重要的科学意义和多领域的实际应用价值，部分成果已在实际应用中产生了较好的效果。
（一）主要成果
1）获得多介质、多元素、多指标的高精度实测数据，编制了系列基础性地球化学图件，全面更新和充实了浙江省区域地球化学资料。
2）查明了浙江省主要农业经济区的农业地质环境现状，达到了“摸清家底”的目的。
①查明了土壤环境质量现状和土壤污染问题；②查明了农田浅层地下水的环境质量状况和污染现状；③查明了滩涂及近岸浅海沉积物的环境质量现状；④查明了土壤营养微量元素的丰缺现状；⑤基本查明了浙江省主要优势农产品安全现状。
3）研究了浙江特色农产品的立地地质背景，建立了适生的地质地球化学模型，进行了种植适宜性评价，为特色农产品的区域布局规划提供了科学依据。
4）首次发现并评价了富硒土壤，为浙江农业提供了新的自然资源，为发展高效生态农业，实现农民增收提供了新思路。
5）提出了浙江省农业地质环境标准，为地方土壤质量标准的制定、农业地质环境的监测与管理奠定了基础。
6）首次把地学研究成果引入农业区划工作，“浙江省农业综合区划”提升了传统区划工作的科技含量，增强了区划工作的科学性。
7）开展了具有针对性的有关土壤地质、农业地质环境变化预测预警、城市及周边土壤污染及生态影响和农业地质环境调查方法技术体系方面的专题研究评价工作，深化了对浙江农业地质环境的认识，提高了综合研究水平。
8）示范区农业地质环境调查，取得了良好的社会经济效益。
9）综合运用系统集成技术，建成了“浙江省农业地质环境信息系统”。
10）提出了浙江省农业地质环境问题的若干对策与建议。
（二）主要创新点
1.观念创新
在项目实施中，始终坚持从实际出发，自觉地把思想认识从那些不合时宜的观念、做法中解放出来，走创新之路。在浙江省联席会议和联合领导小组的支持下，对项目的组织管理形式进行了创新，主要体现在：
（1）把握项目研究方向，优先为政府宏观决策提供技术服务
将项目定位于为浙江省率先实现现代化的先行基础工作，确定项目首要目标是为全省农业结构调整、优势农产品区划服务，为政府宏观决策提供技术支持；提出了以“评价、标准、示范、推广、应用”为重点、以评价为主线的工作思路；加快农业地质环境调查成果向生产力转化，体现全面、协调、可持续的科学发展观。
（2）转变观念，打破部门和单位界线，实现多学科多专业的技术融合
农业地质环境是一个多相态、多介质、多层次复杂的表层系统，必须注重地学与各相关学科的融合集成。项目实施过程中，打破了部门和单位界线，实行开放式的项目运行机制；在充分发挥地质学及地球化学在农业地质环境调查评价中基础性作用的同时，跳出传统地质学的领域，与农学、生态学、环境学等相关学科相互融合；千方百计整合省内外各方面的技术力量，集聚了各专业的优势，并科学、严密地加以策划和管理，采用联合、协作、互补的新管理机制，组成了有18个部门和科研院校的攻关团队，包括地质、农业、环境、区划、信息、分析等180余名各类专业技术人员，充分体现多部门合作、多学科融合、多专业协同的特点。
（3）以服务为宗旨，狠抓项目成果转化
在项目实施中，随时跟踪各级政府和社会公众的需求，坚持技术创新，以市、县示范区为突破口，从推进农业结构调整着眼，紧紧围绕政府规划和浙江社会可持续发展的实际，以优化区域布局为方向，实现不同角度的融合，在项目进行过程中加强综合研究和阶段性总结，及时推出了一批实用成果，有力地促进了成果转化。
（4）努力探索，实现管理机制创新
农业地质环境调查工作的组织是一项复杂的系统工程，只有在管理机制上大胆创新，才有可能实现成果的突破与创新。在浙江省政府的支持下，浙江省农业地质环境调查建立了由省政府有关部门领导组成的项目工作联席会议及办公室，成立了由省、部有关部门领导组成的项目联合领导小组和办公室，聘请省内外资深专家组建了专家指导组，对项目工作进行全程指导，保证了项目的科学性；建立并健全项目的各项管理制度，以制度管项目，达到了各负其责、协调管理，发挥整体功能的目标。这些创新性的管理机制，打破了传统的封闭、半封闭项目工作和管理模式，促进多部门、多学科、多专业的结合，有力地保障了项目的顺利开展和应用性成果的转化。
2.技术创新
（1）以结合为创新点，实现了勘查地球化学调查方法技术应用的新突破
尽管中国的勘查地球化学调查技术，在国际上处于领先地位，但调查仍以元素在各种介质中的总量为主，在多目标应用方面受到一定的局限。本次调查充分考虑到勘查地球化学调查资料的社会需要，第一次提出并实现了元素地球化学总量与有效量（或可浸提量）和形态分析的结合、无机元素与有机污染物的结合、地球化学环境调查与生物效应调查的结合，既丰富了调查内容，又大大提高了资料的有效利用程度，缩短了认识过程。具体体现在以下几个方面。
1）通过元素总量与有效量（或可浸提量）关系的研究，引出“有效度”的概念，在对土壤环境质量评价和污染程度评价中，“有效度”可作为一个新的指标。
2）通过土壤重金属元素的形态研究发现，不同的pH环境下土壤元素形态组成有很大差异，预示着土壤环境变化有可能引起土壤中重金属活化而导致生态风险；土壤中不同种类重金属元素的形态组成比例相差甚大，以Cd可溶态比例最高，这是决定土壤重金属污染生态风险的重要因素，从而为元素的生态环境风险评价提供了依据，具有学术意义和应用价值。
3）通过无机元素与有机污染物（如多氯联苯、六六六、DDT）的调查，推进了环境综合评价的深度和广度，使评价成果更具有实用性。
4）通过环境与生物效应的研究，确认了富硒农产品与富硒土壤的关系，为富硒土壤定级提供了依据，为功能性农产品开发提供了重要的基础资料，同时为安全农产品产地土壤环境质量标准的制定提供了依据。
（2）以实践为基础，以多学科、多专业结合为创新点，建立了农业地质环境评价体系
农业地质环境调查本身就是一项全新的工作，探索性强。评价在整个调查过程中始终处于核心地位，评价的科学性、系统性和可操作性，是建立农业地质环境评价体系的主导原则。与一般评价体系所不同的是，浙江省农业地质环境评价体系具有多目标性和综合性的特点。另一个值得说明的是，评价体系构建的过程也是调查工作不断深化的过程，评价体系的科学性不仅来自理论指导，并且源于生产实践，在当前全国开展的同类项目中具有示范性。
（3）首次提出了“浙江农业地质环境质量推荐标准”
在研究了现行的土壤环境质量标准（GB15618—1995）及相关部分标准后认为，土壤系统的复杂性要远大于水和大气。由于中国地域辽阔，各地自然地理环境、地质背景、土壤性质差异甚大，在全国范围内使用同一标准进行评价存在很多问题。尽快地建立适合浙江特点的地方标准，一直是大家的期待。
农业地质环境调查项目的启动，为地方标准的研制提供了前提和可能，以丰实的区域调查数据为基础，以土壤与农产品中重金属相关性研究成果为支撑，提出的“浙江农业地质环境质量推荐标准”，与国家土壤环境质量标准中的一级标准相对应，并初步研究了作物—土壤元素的含量关系，提出了浙江省土壤安全临界值，为制定适合浙江特点的地方标准奠定了坚实的基础，这在全国尚不多见，也是本项目工作的一个突出成果。
（4）应用特色农产品适生地质模型进行适宜性区划，实现了由研究到应用的转化
基于一些名优特农产品对产地地质背景具有强烈的依赖性这一特点，通过对浙江名茶、优质竹笋、临安山核桃、诸暨香榧、长兴银杏、常山胡柚等一批特色农产品的产地地质、地球化学调查与研究成果的系统总结，建立了浙江特色农产品的适生地质模型，且以适生模型为依据，进行区域种植适宜性评价和区划（适宜区、较适宜区和不适宜区），使特色农产品的发展区划科学性增加，方法技术具有创新性。
（5）提出了土壤地质单位新概念，进行成土母质分类，提高了土壤母质研究程度
土壤母质是自然环境中客观存在的地质实体，一直为土壤学和地质学所共同关注。调查表明，不同空间范围内同类母质所形成的土壤类型往往性质差异极大，同一类型土壤可覆盖不同的母质。为使调查成果更好地与土壤分类相衔接，开展了以土壤母质为重点，以土壤母岩—土壤母质—土壤系统为对象的综合研究，把浙江土壤母质划分出36种类型，并对各母质类型的岩性特征、矿物学特征、地球化学特征等进行了总结，编制了浙江省土壤地质图，使土壤地质研究向前跨越了一大步。
（6）综合运用“3S”技术和系统集成技术，研制了首个省级农业地质环境信息系统
《浙江省农业地质环境数据库图层及属性文件格式》是在全国率先编写的农业地质数据库建设的规范，统一了空间和非空间数据库建设的图层及属性文件格式，解决了数据生产的标准化问题。
浙江省农业地质环境信息系统（AGEIS）采用海量地形与影像管理技术、快速三维显示技术、空间数据和非空间数据一体化管理技术以及组件式GIS（COMGIS）技术等关键技术，应用先进的金字塔模型来管理地理、地球化学等栅格数据，解决海量数据高效索引机制及实时读取和剪裁，通过优化OpenGL指令次序和条带化显示数据模型实现三维数据快速显示，真正做到了显示内容与数据大小无关，这在国内并不多见。

1.思路与方法

浙江省土壤安全临界值即浙江省土壤环境质量二级标准，根据浙江省农业地质环境项目实施的农业地质环境与农产品安全调查成果资料，以稻谷重金属元素累积量与根系土壤重金属含量关系为依据，以保证稻谷食用安全为准则，进而确定生产安全稻米的土壤重金属元素安全临界值。受到大米食用安全标准中定值指标的限制，土壤安全临界值指标仍以As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn为主。

由于大田条件下水稻等农作物对土壤重金属的吸收累积受众多环境条件的影响，而现有调查方法又很难彻底排除这些因素的影响，因此，本次进行的土地安全临界值研究属于初步的探索性研究，今后还需要大量调查资料和研究工作的补充完善。土壤安全临界值影响因素和技术对策主要从以下几方面考虑。

1）植物或农产品中元素含量不仅受到土壤元素含量的影响，而且还受到大气环境质量、降尘污染、灌溉水质量的影响。实际研究中还受到样品加工处理，如稻谷清洗、稻谷脱壳、脱糠程度、加工机械污染、样品消化处理方法等干扰影响。尽管本次调查中采取了一系列方法技术措施，但仍存在一些问题，主要是稻谷脱壳、脱糠不够完全，因而，参照稻米食用卫生标准（指大米中重金属限量值）确定的土壤安全临界值，显然过于严格。

2）即使样品采集、加工处理的方法技术没有问题，也不一定能建立良好的根系土壤与稻谷元素含量关系模型。这是因为水稻对土壤重金属元素的吸收、富集及其他们在植株内迁移、淀积的影响因素十分复杂，包括水稻品种、种植管理水平、土壤环境条件（有机质、pH、质地等）、元素含量水平、存在形态、拮抗与协同元素含量，等等。因此，往往需要综合考虑各种主要影响因素，细化采样调查和统计单元划分，才有可能建立比较理想的稻谷—根系土壤元素含量关系模型。例如，当根系土元素全量与稻谷元素含量关系不甚密切时，需要考虑根系土中水溶态、离子交换态等活动态元素含量与稻谷元素含量的关系。在当前条件下，可综合考虑影响重金属生物有效量的土壤环境条件，如土壤质地、有机质、pH值、CEC、矿物组成、氧化还原电位等，以求建立较为良好的关系模型。

3）二级标准的制定和完善是一个长期的过程，以野外大田环境中水稻—土壤体系的元素含量关系模型确定标准值，是二级标准制定方法之一。显然，为排除大田自然环境条件下众多复杂因素的干扰和影响，必须采取盆栽试验、大田试验等做补充，在相对可控的环境条件下，建立更为显著的根系土—稻谷元素含量关系模型，从而对临界值进行修正。

4）当采取了上述各项技术措施后，仍无法建立较为理想的根系土—稻谷元素含量关系模型，则可采用概率统计法确定土壤安全临界值，即将土壤重金属分为不同的含量段，根据各含量段对应的稻谷重金属含量超标概率（超出大米标准的概率），确定土壤安全临界值。

2.数据资料依据

浙江省农业地质环境调查项目在全省范围内，按优势产区的分布，以浙北、浙东、浙中3区为重点，针对粮、油、茶、果、蔬五大类共20余种农产品，共布设采样点1400余个，系统采集农产品和对应土壤样，测定重金属（全量、有效量）、农药、蔬菜硝酸盐、亚硝酸盐等各类指标40多项，为农产品安全性评价、农产品质量与农业环境关系研究提供了基础数据。

水稻是浙江省的大宗优势农产品，本次调查采集了156件稻谷样品，同时采集了对应土壤样。土壤安全临界值研究就是以本次调查取得的稻谷与土壤元素含量数据为依据，以稻米食用安全标准中元素含量限值为定值的参照依据来确定浙江省土壤安全临界值。

3.定值计算方法

由于根系土与稻谷元素含量关系受到众多因素的影响，理想状态下稻谷与根系土元素含量也并不一定遵循线性关系，因此，利用最小二乘法建立两者间线性回归方程，再根据稻米食用安全标准计算土壤安全临界值，无论从理论上还是实际操作方面都存在着不确定性。有鉴于此，本项探索研究中采用散点图解法，以直接形象的原始含量关系，人为确定稻米安全的土壤临界值。

4.应用意义

本次研究根据稻谷—根系土元素含量散点图，确定的土壤安全临界值，是指保证稻米食用安全的土壤重金属含量限值。实际上，野外大田环境稻米中元素不仅来自水稻植株从根系土的吸收，而且包括了大气环境的影响（如降落于稻谷表面并渗透进稻米的那部分元素），因此，实际上是水稻产地土壤、大气、灌溉水质量的综合环境效应。也正因为受到多介质环境的综合作用，稻谷—根系土壤元素含量关系的规律性往往并不显著。