中国土壤环境质量区划方案
日期：2017-11-24
一、引 言
我国土壤环境总体状况堪忧，部分地区污染较为严重，已成为社会经济全面发展的突出短板之一。2014 年4 月，环境保护部和国土资源部联合发布了《全国土壤污染调查公报》（中华人民共和国环境保护部和国土资源部，2014），从污染分布情况看，南方土壤污染重于北方；长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大，污染的区域性特征明显。 为解决全国土壤污染防治问题，2016 年5 月，国务院印发了《土壤污染防治行动计划》（中华人民共和国国务院，2016），着重强调加强区域风险管控。
土壤作为一种重要的自然资源，区域保护和调控是土壤环境管理的核心工作，分区控制和分类治理是土壤环境管理的重要手段。我国是世界上较早开展现代区划研究的国家之一，从理论到方法均开展了深入研究（景贵和，1962；黄秉维，1965；侯学煜，1988；郑度等，2008）。20 世纪50 年代以后，黄秉维（1958）提出了《中国综合自然区划的初步草案》，揭示并肯定了地带性规律的普遍存在，完善了经典的区划方法论，推动了全国自然区划工作深入。20 世纪80 年代后，与综合自然区划相呼应，其他种类的部门/单要素区划同期展开，如生态区划（傅伯杰等，2001）、土壤区划（席承藩等，1982）、土地利用区划（封志明，2001）、地貌区划（李炳元等，2013）、农业区划（全国农业区划委员会，1981）、水文区划（熊怡等，1995）等。
二、全国土壤环境质量空间格局与形成机制
土壤与水、大气等介质不同，其环境质量受更复杂因素的多重影响（图 1），包括自然的成土条件、人为污染途径，还有它们的复合叠加过程。在区域尺度上，自然因素对土壤环境质量的影响比较明显，尤其是成土母质和母岩。成土过程、岩石类型、矿物种类等地球化学属性直接影响土壤中无机元素的含量。在局域范围内，人为因素的影响更为突出。 工业、农业和生活等社会活动产生的有机和重金属污染物，通过不同污染途径进入土壤环境。其他因素还包括洪水、径流等生态灾害和生态过程，如洪水泛滥引发的污染物搬运、酸雨引发的重金属活化、降尘引发的重金属扩散，均体现出自然因素和人为因素的叠加作用。
2.1 土壤环境背景值
土壤环境背景值是指在不受或很少受人类活动影响、不受或很少受现代工业污染与破坏的情况下，土壤原来固有的化学组成和结构特征。我国于“七五”期间在全国范围内开展土壤环境背景值调查，获得了镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铅（Pb）等12 种元素的土壤环境背景值（魏复盛，1992），弄清了土壤环境背景值区域分异规律。
“七五”调查结果表明，镉、汞、砷、铅在全国分布上表现出明显的区域性特征（郑春江，1994）。参考全国土壤酸碱度空间变化（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，2014），按土壤环境质量Ⅱ级标准（GB15618-1995）（中国环境保护部南京环境科学研究所，1995），对土壤中Cd-Hg-As-Pb 背景值进行综合评价（图 2）。由于自然原因，西南地区多种重金属元素的背景值较高，人为活动更加剧了区域性的重金属复合污染程度。统计结果表明，镉超标比例最高，且与其他元素复合，Cd-Hg-As-Pb 的复合超标地块时有出现，绝大部分的中重度污染区（P ip 大于3）均为复合污染区。这些局域性的土壤污染在特定条件下易于发生污染物的迁移、扩散。因此，必须高度关注高背景地区的初始型局域性土壤污染引发的区域性土壤环境风险。
2.2 土壤地球化学值
区域地球化学过程能反映元素在环境介质中的分布特征和迁移循环规律，在认识环境总体特征和相互依存关系中占有特殊重要地位。20 世纪80 年代以来，由原地质矿产部、卫生部、中国科学院3 个部门联合开展的“八五”重点攻关项目“区域地球化学及在农业和生命科学上的应用研究”。根据水系沉积物和土壤样品的重金属含量，绘制了《中国生态环境地球化学图集》（李家熙等，1999）。
该调查结果不仅能说明当地的地球化学规律，还反映了流域性重金属污染状况。参照土壤环境背景值评价方法，对土壤中Cd-Hg-As-Pb 地球化学值进行综合评价（图 3）。统计结果表明，4 种元素主要集中在西南地区，尤其在滇黔桂三地的含量较高，但在粤北-湘南也有分布。4 种重金属的总超标率约为10%，其中镉的占比最大，超标面积约为统计面积的7%。从污染物的浓度分布来看，迁移能力较强的镉、汞和铅等3 种元素已经显示出局域性→流域性→区域性的污染扩散特征。
2.3 土壤有机污染
DDT、HCH 残留量根据1952 年以来全国历年产量、使用量（Li et al .，1998；1999；1999；Wei et al .，2007) ，及根据降解动力学方程估算的土壤中残留量，估算单位面积的残留量。并以自测和其他研究报告公开的重要省市实测值（赵淑敏等，2002；龚钟明，2003；陆继龙等，2004；赵炳梓等，2005；关卉等，2006；耿存珍，2006；史双昕等，2007；李倦生等，2008；刘汉林等，2009；孟飞等，2009；申进朝等，2009；吴志昇等，2009；张帆等，2009；张
泉等，2010；方利江等，2011；潘声旺等，2011；王秋菊等，2011；王兴琴等，2011；柳敏等，2012；冉聃等，2012；毕峻奇等，2012；陈瑶，2012；贺珊珊等，2013）进行校正，估算全国土壤中残留DDT 和HCH 的浓度空间分布。
历史研究（张彦旭，2010）根据实测及文献中报道的PAHs 排放数据，估算了全国PAHs 排放量，并根据人口及相关活动的时空分布将其插值，从而获得了较高时空分辨率的排放清单，可计算国内县级尺度的单位面积排放量。
参照土壤背景值评价方法，对土壤中DDTHCH-PAHs 进行综合评价（图 4），其中PAHs 标准参考《全国土壤污染现状调查技术规范》（中国环境保护部，2008）。统计结果表明，全国土壤有机污染较轻，有机氯农药的贡献率略大于多环芳烃。其中，六六六、滴滴涕等有机氯农药污染问题主要体现在耕地土壤，因此其残留程度与土地利用方式及强度有关。多环芳烃主要来源于生物质能源与化石能源，前者大多分散在农村地区，后者则相对集中在主要经济区。上述3 类污染物的叠加污染指数分布图表明，大面积轻微有机污染主要分布在农业地区，尤其是黄淮海平原、山东半岛、长江中下游地区、四川盆地、湘江流域、江汉平原与洞庭湖周边；小面积较重污染主要分布在东南沿海、京津冀、辽中南城市群、长三角与珠三角等重要经济区。
2.4 全国土壤环境质量概况
全国土壤主要重金属污染( Cd-Hg-As-Pb）背景值评价图（图 2）、地球化学含量评价图（图 3）和主要有机物污染（DDT-HCH-PAHs）评价图（图 4）基本反映了全国土壤环境质量的总体状况。将上述评价图与全国土地利用方式（国家科技基础条件平台，2014）进行叠置处理，可估算全国土壤环境质量概况，可并绘制基于土地利用现状的土壤环境质量概况图（图 5），反映了我国土壤环境质量及空间格局等综合特征。
综合评价结果表明，超过Ⅱ级标准（中国环境保护部南京环境科学研究所，1995）的区域主要集中在西南地区。东南地区总体尚好，但长三角、珠三角和东南沿海超标相对较多。北方地区质量总体较好，尤其是内蒙及西北地区超标率远低于全国平均水平，环渤海地区局域超标，但尚未形成大片污染区。
为定量评价区域土壤环境质量，本文提出了以下计算方法：首先确定目标区域，然后计算区域内各点的污染指数P ip 及其平均值P ave，最后评估各个区域的土壤环境质量状况。按此方法，结果如下：
以P ave 来评价土壤区域环境质量，体现了点位属性与区域属性之间的尺度转换。不足之处是P ave 忽略了计算单元内的空间异质性，因此在分析计算污染程度及污染面积时，应考虑点位数据的统计分布情况。
土壤环境质量受自然、人为等多因素影响，还与土壤基础条件有关。土壤中的重金属含量不仅和成土母质、外源输入量有关，还与土壤类型（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，2014）及其酸碱度（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，2014）、有机质（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，2014）、阳离子代换量（朱显谟等，1978）、黏粒（郭书海等，2014）等理化性质有关。
三、全国土壤环境质量区域特征与成因
（1）北方区———————————————————————————————————————————————————————————————————————————
包括黑、吉、辽、京、津、冀、鲁、豫、晋、陕、甘、宁、新、内蒙古等东北、华北、西北地区，共14 个省、市、自治区。水热资源的空间分布及其他资源条件，使环渤海地区人类活动强度较高，土壤环境质量相对较差，有局域性的中重度污染区。但总体上北方区土壤背景值远低于全国平均水平，重金属排放量较少，总体质量优良。
（2）东南区———————————————————————————————————————————————————————————————————————————
包括皖、苏、沪、浙、闽、鄂、湘、赣、粤、琼等长江中下游及东南沿海地区，共10 个省、市。土壤背景值接近全国平均水平，土壤污染主要为上游径流输入和高强度人类活动叠加所致。长江三角洲及下游沿岸、珠江三角洲及下游沿岸有一定污染，特征为输入叠加； 湘江流域重金属有效态高，危害较大，风险较高； 南部地区淋溶较强，土壤环境质量较好。总体质量尚可。
（3）西南区———————————————————————————————————————————————————————————————————————————
包括桂、黔、滇、川、渝等5 个省、市、自治区，土壤背景值显著高于全国平均水平，主要源于喀斯特石灰岩地区的内源型母质继承和洪积平原的外源型径流迁移。矿产活动加剧并造成了该地区的土壤重金属污染，并向下游扩散。呈现出流域性、区域性特征，但大部分地区土壤中重金属的生物可利用程度仍在安全范围内。
（4）青藏高原——————————————————————————————————————————————————————————————————————————
包括青海、西藏2 个省、自治区，基本处于原生态状态，大部分地区为无人区，局域地区受人类活动轻微扰动，但有证据表明该地区砷元素的背景值较高。总体属于自然生态区。全国土壤区域污染成因与分区见图 6 。
四、全国土壤环境质量区划方案
4.1 区划原则
全国土壤环境质量的空间格局既反映了自然过程、人为活动及相互作用的多重结果，也体现了土壤环境质量形成过程的综合驱动力。西南诸省、长江中下游地区、环渤海地区均具有不同的污染机制及环境质量特征，并且在未来相当长的时间内这种演化过程还会不断延续，空间特征可能依旧存在，这就为全国土壤环境质量分区提供了科学依据。每个分区内的不同单元受其自然条件和社会因素的影响，污染途径和环境质量差异明显，与土地利用方式、生态、气候、植被状况等因素有关，尤其受土壤类型及土壤基础条件的影响。
4.2 区划指标
土壤环境质量区划需采用与土壤环境质量有关的评估指标。土壤环境质量不仅涉及污染物的种类和浓度，还包括土壤对污染物容纳、吸收和净化的能力，以及维护保障人类和动植物健康的能力。由于其内涵的复杂性，目前对土壤环境质量状况的综合评估尚无统一标准与方法，但已形成大量评估指标。评估指标大致可分为两大类，一类是分析性指标，即定量指标，如以国家土壤环境质量标准为参照的环境质量因子P ip；另一类是描述性指标，即定性指标，如基于土壤环境影响因子的环境属性综合分析结果。本书在指标选择上以定量指标为主，兼顾定性分析，参考能影响土壤环境质量的其他因素，如土壤类型与基本条件、土壤环境缓冲能力、土壤污染自净能力等。
4.3 区划边界
影响全国土壤环境质量的主要重金属与有机物存在空间差异性，在多因子污染评价的综合质量空间差异基础上（图 5），分析土壤环境质量与地貌进行相关性，探索全国尺度上土壤污染格局与地理特征的关系（图 7）。结果表明，同一地貌单元内的土壤环境质量具有较好的相关性，其原因是在陆地环境中地貌对地表物质和能量具有再分配作用，如喀斯特地貌与镉浓度高度相关； 其次，地形地貌影响土地的利用方式，如黄淮海、成都、江汉等平原地区均为粮食种植基地，是六六六、滴滴涕和多环芳烃等有机污染物的残留区、累积区。由此可见，地貌影响土壤环境质量，并表现为区域内的一致性和区域间的差异性，即土壤环境质量与地貌单元具有较好的相关性，其区域划分的边界可参考地貌区划。
4.4 区划命名
4.5 区划结果
（1）一级区划———————————————————————————————————————————————————————————————————————————
首先以IB为指标，对镉、汞、砷、铅等4 种污染物分别进行计算，最后获得综合指数，IB≥2.0，为高背景值区； IB≤1.0，为低背景值区。
然后以Igeo 为指标，对镉、汞、砷、铅等4 种污染物分别进行计算，最后获得综合指数，Igeo≥2，为输入叠加区。
最后，以上述结果进行制图，考虑综合地理因素及其他区划边界，将全国分为北方低背景区、东南输入叠加区、西南高背景区、青藏高原自然生态区4 个一级区（图 8）。
（2）二级区划———————————————————————————————————————————————————————————————————————————
以土壤环境质量的空间分布及土壤污染特征，参考地貌、土壤等其他区划，将4 个一级区进一步划为22 个二级区（图 8），并分为清洁区、基本清洁区、局部超标区和大面积超标区4 种质量状况。区划指标是土壤污染指数P ip 的平均值P ave，具体划分标准见表 1 。
① 北方低背景清洁区续分为5 个二级区，包括东北平原山地清洁区、华北华东低平原清洁区、黄土高原清洁区、内蒙古高原-河谷清洁区、甘新高山-盆地清洁区。划分依据还参考了土地开发历史、利用强度、农业种植模式、城市化发展程度等方面的差异。东北平原山地开发历史较短，农业和林业用地各占一半左右，平原地区城市化程度较高。华北平原丘陵区水热条件较好，开发历史较长，利用强度较高；以农业为主，复种指数最大，有机污染最重。内蒙古高原以牧业为主，黄土高原为半干旱地区，以农业为主，土地利用强度较低。甘新区地广人稀，人为干扰程度很低，耕地比例较小，污染指数最低。
② 东南输入叠加区续分为4 个二级区，包括长江中下游平原基本清洁区、东南沿海山地局部超标区、浙闽中低山清洁区、粤桂低山平原基本清洁区。划分依据还参考了区域间的地貌特征、污染物的输入差异及人类活动特点。长江中下游平原区的重金属污染物主要来自长江上游输入及历史性积累，有机污染物与高强度人类活动有关。东南沿海山地区和浙闽中低山区以重金属污染为主，与背景值和成矿带导致的污染有关，具有一定的流域性污染特征。粤桂低山平原区降水较多，属于强淋溶地区，有利于重金属污染物的脱附淋失，但土壤比较粘重，部分地区有机污染物累积较多。同时，珠三角地区受西、北江污染物输入影响较大，叠加污染严重。
③ 西南高背景风险区续分为7 个二级区，包括秦岭-大巴山局部超标区、四川盆地基本清洁区、粤黔滇中山山地局部超标区、川西南-滇中中高山盆地局部超标区、滇西南高中山地清洁区、桂西喀斯特低山大面积超标区、桂湘赣中低山地局部超标区。划分依据参考了土壤背景值和污染物种类。如四川盆地既有重金属高背景的特点，又有高浓度、多种类有机污染物积累残留的特征。桂西喀斯特低山盆地是典型的高pH、高镉地区，生物可利用性较差，具有一定的风险控制基础。桂湘赣中低山地虽然重金属元素的背景值略低，但易于活化，风险较高。
④ 青藏高原自然生态区续分为6 个二级区，包括横断山、喜马拉雅、江河源头上游、祁连山-昆仑山、柴达木-黄湟盆地、羌塘高原。划分依据还参考了地形地貌，以及光、热、水分等自然条件，兼顾了高背景重金属元素的种类，总体上以自然区的分异为主。
（3）三级区划———————————————————————————————————————————————————————————————————————————
三级区的划分是以区域土壤环境质量为核心，选取土壤污染指数的分位值P n （n = 80）作为定量指标（表 2），进行区域等级评估，再综合考虑土壤类型、土壤有机质、土壤酸碱性、土壤黏粒、土壤阳离子代换量、土壤环境容量、土地利用方式、区域生态环境等因素，将22 个二级区进一步划分为57 个三级区（表 3 和图 8） 。
在具体划分上，三级分区参考并借鉴了中国自然地理区划（黄秉维，1958）、中国土壤区划（傅伯杰等，2001）、全国土地利用区划（封志明，2001）、中国地貌区划（李炳元等，2013）、中国综合农业区划（全国农业区划委员会，1981）和中国水文区划（熊怡等，1995）。
4.6 讨论与展望
（1）土壤环境质量区划是土壤环境区划体系的核心。土壤环境区划从层次上来讲，分为土壤环境质量区划、土壤环境功能区划、土壤环境污染防治规划。现有土壤环境功能区划也进行了质量评价，但缺少土壤环境质量的成因分析（杜立宇等，2012；吴运金等，2014；贾琳等，2015），导致功能区划单元尺度不一、功能定位不明确、功能级别不对等、保护与控制方案缺乏针对性等问题。
（2）土壤环境质量区划是随着土壤环境质量界定而变的。土壤环境质量是一个相对概念，土壤环境质量的“优劣”及空间分异规律也会随着科学认知而改变。随着《农用地土壤环境质量标准（三次征求意见稿）》（中国环境保护部，2016）等新标准的制定与逐步发布，对于土壤中污染物超标与否、土壤环境质量“优劣”的界定将会继续深入讨论与调整，这将直接影响土壤环境质量区划的最终结果。
（3）土壤环境质量区划工作在局部地区还有待细化，为社会需求提供更有力的科学支撑。随着《土壤污染防治行动计划》（中华人民共和国国务院，2016）的逐步落实，全国土壤环境质量详查将提供更加详实的数据基础，有利于土壤环境质量区划体系的完善，进而为全国主体功能区规划（中华人民共和国国务院，2010）的具体实施提供技术支撑。
（4）土壤环境质量区划是土壤环境区域管理的基础。《土壤污染防治行动计划》（中华人民共和国国务院，2016）强调土壤环境管理重点在分类管理与区域风险管控，而土壤环境质量决定了土壤环境功能分类的定位和适宜程度评价，以及污染地区的治理对策与风险区域的管控策略。因此，全国尺度土壤环境质量区划对区域性土壤环境保护开发、风险防控、修复治理等政策制定与工作落地具有重要理论与指导意义。
五、结 论
来源：农业环境科学
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