2023重金属污染土壤生态风险评估技术指南

重金属污染土壤生态风险评估技术指南目  次前言 II范围 1规范性引用文件 1术语和定义 1总体要求 3生态风险评估程序 3风险识别 3暴露评价 5效应评价 9综合生态风险表征 12附录A（资料性）不同土地利用方式的土壤污染生态受体、评价终点和测定终点 14I重金属污染土壤生态风险评估技术指南范围本文件适用于重金属污染土壤生态风险评估。规范性引用文件（包括所有的修改单适用于本文件。GB/T21010土地利用现状分类GB/T27921风险管理风险评估技术GB36600土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）HJ25.1建设用地土壤污染状况调查技术导则HJ25.2建设用地土壤污染风险管控和修复环境监测技术导则HJ25.3建设用地土壤污染风险评估技术导则HJ682建设用地土壤污染风险管控和修复术语HJ710.1生物多样性观测技术导则陆生维管植物HJ710.10生物多样性观测技术导则土壤大中型动物HJ804土壤8种有效态元素的测定 二乙烯三胺五乙酸浸提-电感耦合等离子体发射光谱法HJ964HJ生态环境健康风险评估技术指南SL/Z467生态风险评价导则术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1土壤生态风险评估soilecologicalriskassessment1通过收集、组织和分析环境数据来评估土壤污染对陆地生态系统中土壤动物、微生物和植物个体、种群、群落以及特定生态系统的风险的过程。3.2证据—权重法weight-of-evidence(WoE)在评估中通过组合、评估和整合证据进行技术推断的过程，在评估中证据-权重法能够用来定量估算、模型选择或得出定性结论。3.3生态暴露评价ecologicalexposureassessment3.4生态效应评价ecologicaleffectassessment3.5生态风险表征ecologicalriskcharacterization3.6土壤重金属化学风险soilheavymetalchemicalrisk评估区样点土壤重金属污染物总浓度及二乙烯三胺五乙酸（DTPA）有效态浓度超过对照区的概率或可能性。3.7土壤重金属生物累积风险soilheavymetalbioaccumulationrisk评估区样点重金属污染土壤在生物测试中模式生物的污染物组织累积量超过对照区的概率或可能性。3.8土壤重金属生态毒理学风险soilheavymetalecotoxicologicalrisk评估区样点重金属污染土壤在生物测试中模式生物的生物标记物响应与对照区相比出现显著差异的概率或可能性。3.9土壤重金属生态系统风险soilheavymetalecosystemrisk评估区不同空间位置基于野外实际生态调查的生物群落水平以上生态效应与对照区相比出现显著2差异的概率或可能性。3.10土壤重金属有效态含量bioavailableheavymetalconcentrationinsoil缓冲液浸提出来的土壤重金属浓度。[来源：HJ804-2016，3.1]3.11生态受体ecologicalreceptor暴露于土壤重金属污染物胁迫下的生物个体、种群和群落。总体要求场地特异性评估过程分级递进多尺度适用性证据—权重法的可靠性和可操作性生态风险评估程序生态风险评估程序见图1。风险识别一般规定风险识别主要包括以下步骤：资料收集、污染识别、生态受体确定。资料收集3HJ25.1规定的第一阶段土壤污染状况调查的要求。资料收集方式可采用资料收集、现场踏勘和人员访谈，必要时可进行现场采样。图1重金属污染土壤生态风险评估程序污染识别HJ25.1HJ25.2土壤监测点位布设方法的要求。4pH、有机质、土壤质地等理化性质数据。应根据调查数据及当地土壤背景值确定污染源地块土壤污染物种类、污染程度和范围。生态受体确定生态受体确定应根据评价目的及目标、污染地块及周边土地利用类型综合考虑后确定。林草地的生态受体应包括关键/目标物种及土壤养分循环功能等。农用地（耕地和园地）的生态受体应包括作物、菌根、土壤养分循环功能等。A所示。暴露评价一般规定暴露评价包括土壤化学风险评价和生物累积风险评价。当化学风险评价结果显示不存在风险时，评估过程终止。当结果显示存在一定风险时，继续下一阶段生物累积风险评价。7.2.47.3.4。化学风险评价数据获取1km-2km作为评估区域。HJ25.1HJ25.2200m200m网格布10m10m0cm~20cm。pH（CEC）HJ804。对照点选择HJ25.2的规定。土壤污染物总量及有效态含量的参考值宜选择对照点土壤样品重金属污染物总量及有效态浓度。化学风险指数采用相对风险指数法计算重金属污染化学风险指数，见公式（1）。𝐻

=�����,�13���26+�

�,

……………..(1)式中：

化学−总量/有效态（）

�1�

�1

𝑅��≥2.6i——6.3中识别出的目标重金属污染物；j——研究样点；5HQ(j)——j的重金属污染物总量/j的总化学风险指数为总量和有效态含量的化学风险指数的平均值；RTRw(i,j)——经权重和Z值校正后的样点j中污染物i相对累积指数；N——样点中重金属污染物的相对累积指数RTRw在1.3-2.6之间的总数；M——样点中重金属污染物的相对累积指数RTRw超过2.6的总数；RTRw(i,j)计算见公式（2）。𝑅�

�,�=(,�)

×��,�×��,………..……()� � (�)式中：

对照−总量/有效态C对照－总量/有效态(i)——重金属污染物i土壤总浓度或有效性浓度的参考值；C总量/有效态(i,j)——样点j中重金属污染物i的实测土壤总浓度和生物有效性浓度；Z(i,j)——样点j与对照之间重金属污染物浓度i的差异指数，与显著性水平p有关；w(i,j)——样点j重金属污染物i的权重。Z(i,j)计算见公式（3）。Z（i,j）=1,.5−0×�,,0≤�≤0.050.05<�≤0.06……………….(3).2×(,�−.25,0.06<�≤1式中：p(i,j)——样点j与对照之间污染物i浓度差异的显著性水平p。注：若野外调查及实验室分析时缺少重复，则默认Z为1。w(i,j)计算过程宜根据研究样点土壤生态阈值数据的频率分布确定，并符合以下规定：基于研究样点土壤理化性质，通过生态阈值经验模型估算不同样点中不同重金属的生态阈值。EC501。25%、25%～50%、50%～75%、≥75%4个区间分别赋予权重1.3、1.2、1.11。1EC50估算经验模型EC50回归模型R2测定终点供试土壤EC50(Cr)lgEC50(Cr)=3.457−0.492lgSOM0.890大麦根系生长砖红壤、黑土、灰漠土、潮土、褐土、荒漠土EC50(Ni)lgEC50(Ni)=-0.008+0.366pH+0.824lgOC0.860大麦根系生长钙土、灰漠土、黑土、棕壤EC50(Cu)lgEC50(Cu)=0.725+0.227pH+0.964lgOC0.830大麦根系生长同上EC50(Zn)lgEC50(Zn)=0.16pH+0.047OC+1.960.922大麦根系同上6EC50回归模型R2测定终点供试土壤生长EC50(Cd)lgEC50(Cd)=0.078pH+0.208lgCEC+0.202lgOC+0.7050.941水稻根系生长潮土、黑土、褐土EC50(Pb)lgEC50(Pb)=0.169pH+0.102OC+0.03CEC+1.4150.825大麦根系生长水稻土、紫色土、塿土、潮土、荒漠土、砖红壤、红壤注1：表中经验模型均以添加外源重金属盐的生态毒性试验数据为基础构建；注2：有机碳（OC）为无纲量%；有机质（SOM）的单位为g/kg；CEC的单位为cmol/kg。化学风险评价RTRw(i,j)，分别计算重金属总量和有效态含量的风险积分，见公式（4）。oe���=�������(�,�)1.3×1+%����.3≤����(,)2.6×3+%����.6≤����,)6.5×9+���.5≤����(,)13×7+�������(�,)≥3×1 ….............................................................()式中：i——6.3识别出的目标重金属污染物；j——研究样点；Score(HQ)j——研究样点j的风险积分；�������(�,�)——jj2。表2风险积分级别分级表相对累积指数RTRw风险积分Score(HQ)级别0<RTRw＜1.3Score(HQ)<100无风险1.3≤RTRw＜2.6100≤Score(HQ)＜300轻微2.6≤RTRw＜6.5300≤Score(HQ)＜900中等6.5≤RTRw＜13900≤Score(HQ)＜2700严重RTRw≥132700≤Score(HQ)极严重生物累积风险评价数据获取7.27.2.1所布置的调查样点中，按不同风险级别分别选取土壤3330%确定数量。宜选择敏感生物，如蚯蚓，作为测试生物。7参考值确定宜以7.2.2所确定的照点土壤培养试验样本数据作为参考值。生物累积风险指数采用相对风险指数法计算重金属污染的生物累积风险指数，见公式（5）。�1�� �)=�����(�,�)1≤���26+�1

(,

………..……….(5)式中：

生物累积

� 1

𝑅��≥2.6i——6.3中识别出的目标重金属污染物；j——研究样点；HQ生物累积(j)——样点j的重金属污染生物累积风险指数；RTRw(i,j)——权重和Z值校正后的样点j中重金属污染物i的相对生物累积指数；N——样点中污染物相对生物累积指数RTRw在1.3-2.6之间的总数；M——样点中污染物相对生物累积指数RTRw超过2.6的总数；RTRw(ij)计算见公式（6）。�����,�=��,�0×��,�×��ℎ(,�) (6)式中：RTR(ij)>0——0ji相对生物累积指数;ji的相对生物累积指数；Z(i,j)——jip有关，计算见公式（3）；w(i,j)——样点j污染物i的权重。7.33.3���,)（）。��()��� �,)= ………..….(7)式中：

生物累积

(�)B样品(i,j)——样点j中污染物i的生物累积浓度平均值；B对照(i)——对照点的污染物i生物累积浓度平均值；权重计算过程宜采用多标准决策分析（MCDA）方法进行量化，并符合以下规定：3;3项定量评价分值取平均值，归一化后进行频率分布排序;采用自然断裂法，按照平均分值≤25%、25%～50%、50%～75%、≥75%4个区间分别赋予权重1、1.1、1.21.3。8表3指标的可靠性、相关性和强度的定量评价标准可靠性相关性强度变异系数分值数据获取方式分值R�,)分值��,�分值0%～15%3野外调查/基质试验3>0.631316%～35%2人工模拟试验20.6～0.221～0.52>35%1文献资料1<0.21<0.51生物累积风险评价i经权重和ZRTRw(i,j)的数据分布计算风险积分，见公式（4）。1。效应评价一般规定效应评价包括生态毒理学风险评价和生态系统风险评价。当生态毒理学风险评价结果显示为中等风险水平以下时，评估过程终止。当结果显示存在一定风险时，继续进行生态系统风险评价。（暴露－响应关系8.2.58.3.5。生态毒理学风险评价数据获取7.3.16.4所确定的代表物种，如土壤动物蚯蚓。A。胁迫－效应关系分析（包括总量、生物有效性浓度及组织残留浓度（作为有效的证据纳入到证据链中。参考值确定宜以7.2.2规定的对照点土壤培养试验样本数据作为参考值。生态毒理学风险指数采用相对风险指数法计算生态毒理学风险指数，计算见公式（8）。9𝐻

=�����(,)07���1+�

�,

…………..………(8)式中：

生态毒理学（）

�1�

1

𝑅��≥1i——生态毒理学风险证据链中的有效证据；j——研究样点；HQ毒理学(j)——样点j的生态毒理学风险指数；RTRw(i,j)——样点j中经过权重、Z值和毒性指标抑制/诱导阈值校正过的证据i的相对生态毒性指数；N——样点中证据的相对生态毒性指数RTRw在0.7-1之间的总数；M——样点中证据的相对生态毒性指数超过1的总数；RTRwij)计算见公式（9）。�����,�=��学

�,�×(,�)�(�,)..……….……(9)�ℎ抑制/诱导式中：RTR生态毒理学(i,,j)——样点j证据i的相对生态毒性指数；Z(i,j)——jiip有关，计算见公式（3）；Th——毒性指标抑制/0.20.3，表明毒理学指标响应抑制/诱导20%30%视为效应显著；w(i,j)——毒性指标权重，生态毒理学风险指数的权重确定过程与生物累积风险权重确定过程一致，见7.3.3.4。8.24.3��,�)（1）。𝑅�

(,�)

�,)−(�)()式中：

生态毒理学T样品(i,j)——研究样点j生态毒性指标i的平均值；T对照(i)——对照点生态毒性指标i的平均值；生态毒理学风险评价iRTRw(i,j)Score(HQEcotoxic)，见公式（4）。2。生态系统风险评价数据获取107.2.1GB/T21010,选择评估区内农用地（耕地/园地）、林草地和建设用地（商服用地/工矿仓储用地/住宅/交通/公共管理与公共服务用地/特殊用地）等三大类7.2.1中的土壤调查样点。生态系统水平的生态受体选择宜根据6.4所确定结果，植物及土壤动物生态调查宜符合HJ710.1及HJ710.10的要求。评估区范围内分布于不同空间位置的同一土地利用类型总数不少于3个。生态调查指标宜包括种群、群落组成、结构和功能性状等。胁迫－效应关系分析k-Means聚类分析等（及污染程（参考值确定宜以对照点的生态调查数据作为参考值。生态系统风险指数采用相对风险指数法计算生态系统风险指数，见公式（11）。�� �)=�����(�,�07���1+Σ�

�,

..…(11)式中：

生态系统

�1�

�1

𝑅��≥1i——生态系统风险证据链中的有效证据；j——研究样点；HQ生态系统(j)——样点j的生态系统风险指数；RTRwij)——Z值和指标抑制/ji的相对生态系统效应指数；N——样点中证据的相对生态系统效应指数RTRw在0.7-1之间的总数；M——RTRw1的总数；RTRwij)计算见公式（12）𝑅��

,�=��(�,)×(�,)×��,) (12)�(�)式中：RTR生态系统(i,j)——样点j中证据i的相对生态系统效应指数；Z(i,j)——样点j与对照的生态系统效应指标i之间差异指数，与显著性水平p有关，计算见公式（3）；Th——指标抑制/0.20.3，表明生态系统效应指标响应抑制/诱20%30%视为效应显著；w(i,j)——效应指标权重确定过程同生物累积风险和生态毒理学风险评价，见7.3.3.4。11RTR(i,j)计算见公式（13）。𝑅�生态系统

,�

(�,)−()(�)式中：E样点(i,j)——样点j生态系统效应指标i的平均值；（M）E对照(i)——对照点生态系统效应指标i的平均值；生态系统风险评价iZRTRw(ij)Score(HQ)，见公式（4）。2。综合生态风险表征一般规定2条及以上时评估综合生态风险。综合生态风险指数对每一条证据链的风险指数进行归一化处理，进行加权平均后计算综合生态风险指数，见公式（14）。4��,����,�))�� ()=�1 4

………...……….(14)合 �1�(�,)式中：j——研究样点；i——证据链，包括化学风险、生物累积风险、生态毒理学风险和生态系统风险4条证据链；HQ综合,j——第j个样点的综合生态风险指数；HQ(i.j)-N——第j个样点中利用极值归一化处理后的第i条证据链风险指数；HQ(i.j)-N计算见公式（15）

�(,�−�

�����,�)���(��(�))�xHQ(�)式中：HQ(i.j)——第j个样点中第i条证据链风险指数；12�1Min(HQ(i))——i条证据链风险指数的最小值；Max(HQ(i))——i条证据链风险指数的最大值；Wi,j)——j�1Wi,j)计算见公式（16）式中：

(,�)=(Σ� �,�,)/n (16)w(k,i,j)——第j个样点中第i条证据链中证据k的权重；k——每条证据链中的证据；n——每条证据链中证据的个数综合生态风险评价基于不同土地利用类型的综合生态风险指数分级标准进行综合生态风险评价综合生 风险指数级标准见表4。表4综合生态风险指数划分等级表证据链之间标准差（D）综合生态风险指数（HQ综合）基于土地利用类型的评估结论可接受不可接受D<0.40.00<HQ综合≤0.25N,A,R,I0.25<HQ综合≤0.50A,R,IN,A（存在特殊保护目标）0.50<HQ综合≤0.75I（R）N,A,R（特殊环保要求）0.75<HQ综合≤1.00I（不透水地表）N,A,R,I（特殊环保要求）D>0.4,或者进一步收集数据再次评估0.00<HQ综合≤0.25A,R,IN,A（存在特殊保护目标）0.25<HQ综合≤0.50I（R）N,A,R（特殊环保要求）0.25<HQ综合≤1.00I（R）N,A,R（特殊环保要求）注：N,A,R,I分别指自然覆被、农业用地、住宅用地和工业用地。13附 录 A（资料性）不同土地利用方式的土壤污染生态受体、评价终点和测定终点不同土地利用方式的土壤污染生态受体、评价终点和测定终点见表A.1。A.1不同土地利用方式的土壤污染生态受体、评价终点和测定终点土地利用方式生态受体评价终点测定终点（证据组/证据）（证据链/证据组）个体及以下水平种群/群落水平林草地关键/目标物种植物生长与多样性DNA损伤、氧化酶活性、同工酶、自由基含量、mRNA、蛋白质、细胞/组织完整性、发芽率、幼苗芽长和根长种群数量、密度、多样性指数、生物量、盖度土壤动物生长与多样性DNA损伤、氧化酶活性、同工酶、自由基含量、mRNA、蛋白质、细胞/组织完整性、生长速率、器官衰竭种群数量、密度、繁殖率、死亡率、多样性指数、生物量养分循环功能土壤微生物功能、功能微生物多样性（碳/氮/磷/硫/铁）土壤基础呼吸、诱导呼吸、微生物量碳、水解酶、氧化酶、腐殖酶、矿化氮、硝化潜势、反硝化酶、分子生态网络结构土壤蚯蚓生长DNA损伤、氧化酶活性、同工酶、自由基含量、mRNA、蛋白质、细胞/组织完整性、生长速率、致死率、生物量、运动行为土壤线虫生长与多样性致死率、生物量生长速率、运动行为、细胞/含量、mRNA