TGXAS-青葙修复镉污染农田土壤技术规程编制说明

团体标准《青葙修复镉污染农田土壤技术规程》（征求意见稿）编制说明一、项目来源根据《广西标准化协会关于下达2021年第十九批团体标准制修订项目计划的通知》(桂标协[2021]51号)文件精神，由桂林理工大学提出，桂林理工大学、广西壮族自治区农业科学院资源与环境研究所共同起草的团体标准《青葙修复镉污染农田土壤技术规程》。二、项目背景及目的意义由于我国经济发展方式粗放，产业结构和布局不合理，污染物排放总量居高不下，部分地区土壤污染严重，随着我国国民经济的高速发展和城镇人口的急剧增加，各种有毒有害重金属元素通过多种途径进入农田土壤，造成农田土壤中各种有毒有害重金属元素富集，使得各地相继出现了严重的重金属污染事件，而且重金属污染问题日益凸显，对农产品质量安全和人体健康构成了严重威胁。我国部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出，根据《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总的点位超标率为16.1%，耕地土壤点位超标率分别为19.4%。据不完全调查，全国受污染的耕地约有1.5亿亩，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体废弃物堆存占地和毁田200万亩，合计约占耕地总面积的1/10以上，其中多数集中在经济较发达的地区。严重的土壤污染造成巨大危害。据估算，全国每年因重金属污染的粮食达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。国务院2016年5月印发的《土壤污染防治行动计划》提出，到2020年，全国土壤污染加重趋势得到初步遏制，土壤环境质量总体保持稳定，农用地和建设用地土壤环境安全得到基本保障，土壤环境风险得到基本管控。受污染耕地安全利用率达到90%左右，污染地块安全利用率达到90%以上。到2030年，全国土壤环境质量稳中向好，农用地和建设用地土壤环境安全得到有效保障，土壤环境风险得到全面管控。受污染耕地安全利用率达到95%以上，污染地块安全利用率达到95%以上。到本世纪中叶，土壤环境质量全面改善，生态系统实现良性循环。2019年1月1日起《中华人民共和国土壤污染防治法》正式实施，在政策的推动下，我国环保监管加强的压力下，土壤污染防治与修复拉开大幕。《中华人民共和国土壤污染防治法》明确了土壤污染防治规划、土壤污染风险管控标准、土壤污染状况普查和监测、土壤污染预防、保护、风险管控和修复等方面的基本制度和规则。土壤污染防治法的正式施行，意味着我国土壤污染治理迈向了新的高度，将逐步推动土壤污染防治产业结构调整和优化。镉是土壤中最普遍的污染物之一。全国土壤污染状况调查公报显示，我国土壤镉的点位超标率达7%，是所有无机污染物中最高的。因为镉与其他重金属相比，具有较高的移动性和生物有效性，易通过食物链威胁人体健康，所以该元素也被认为是土壤中危害性最大的污染物之一。摄入过量的镉会损伤肾脏和神经系统，并导致骨质疏松和免疫力下降，因此，土壤镉污染的治理已成为关系公众健康的重要环境问题。广西矿产资源丰富，有色金属矿产开采、选矿和冶炼加剧了土壤重金属污染。同时，喀斯特地貌发育普遍，地表径流扩大了重金属污染土壤的范围。据统计，全区镉超标土壤面积约占30%，远高于全国平均水平。在《国家重金属污染综合防治“十二五”规划》中将广西列为14个重金属污染防治重点省区之一。土壤镉对动植物的毒性效应取决于其生物有效性，镉的生物有效性不仅与土壤镉总量有关，其赋存形态更是影响镉植物吸收的重要参数。镉的生物有效性是其环境毒性效应的重要参数，因而通过物理、化学和生物等方法调控农田土壤的形态转化过程，降低镉的生物有效性，减少作物镉吸收，实现镉污染农田土壤“边生产边修复”是当前土壤污染控制与修复领域的研究热点之一。尽管近几十年来已经通过物理、化学、生物和化学-生物联合等技术修复镉污染农田土壤，并取得一系列研究成果，部分还在生产上得以推广实施，但由于土壤本身的复杂性，加之作物对生长环境的强烈依赖性等主要因素导致上述部分研究成果无法在真实环境或者大范围内应用。此外，农田生态系统极易受到环境和人为因素的影响，传统的物理和化学修复技术表现出投资昂贵、设备复杂、破坏土层、易二次污染等局限性，对镉生物有效性调控技术都无法持久，环境因子的波动很有可能会导致镉形态的转变。植物修复技术因同时具备治理效果的永久性、治理过程的原位性、治理成本的低廉性、后期处理的简易性、环境美学的兼容性等多项优点是一项有广阔应用前景的新兴土壤污染修复技术。该技术主要依靠超富集植物的超量富集作用去除污染土壤中的重金属污染物。目前，国内外已发现约17种镉超富集植物，有商陆、龙葵、三叶鬼针草、忍冬、天蓝遏蓝菜等，但许多植物受地区环境条件限制且生物量小、生长缓慢、不易人工种植，如遏蓝菜不易直接用于重金属污染的土壤植物修复，仅能作为一种模式之物进行重金属富集机制研究。经研究发现，青葙能在锰矿渣堆积区域大量生长，且生物量较大，具有锰超富集特征，同时对镉也有较高的耐受和富集能力，是一种具有应用价值的镉超富集植物。青葙是苋科青葙属一年生草本植物，分布于我国大部分地区。该植物叶片镉含量高达276mg/kg，地上部分的干重可以达到5-8吨/公顷，生长周期仅3-4个月，一年可以种植2次。国内外报道的主要几种Cd修复植物的生物量、富集浓度和去除量等修复性能。通过比较可知，青葙在生物量和去除量等修复性能具有明显优势。与国际上研究最多Cd超富集植物T.caerulescens比较，青葙对土壤镉的去除量分别是T.caerulescens的2.5倍。植物修复技术对于植物的种植具有一定的技术要求。研究发现，施肥是提高超富集植物修复污染土壤效率的重要辅助措施。氮是植物生长必需的营养元素之一，施用氮肥显著提高植物修复镉污染土壤的效率，或施用螯合剂能够显著地增加土壤重金属的生物有效性，从而提高植物修复效率。然而，目前缺乏规范化的青葙修复土壤镉污染技术，导致修复过程中青葙富集镉效果不佳或富集物处理不当，从而出现二次污染。因此制定团体标准《青葙修复镉污染农田土壤技术规程》，以标准为抓手强化青葙修复镉污染农田土壤技术管理，从根本上解决农田土壤镉污染带来的农产品安全问题已迫在眉睫。三、项目编制过程（一）成立标准编制工作组团体标准《青葙修复镉污染农田土壤技术规程》项目任务下达后，桂林理工大学成立了标准编制工作组，起草单位制定了起草编写方案与进度安排，明确任务职责，确定工作技术路线，开展标准研制工作。具体标准编制工作由桂林理工大学、广西壮族自治区资源与环境研究所等起草单位组成标准编制工作组，编制工作组成员如下：刘杰、游少鸿、胡钧铭、陈喆、俞果、蒋萍萍、莫凌云、宋波、张杏峰、刘斌、蒋金平、李婷婷。编制工作组下设三个组，分别是资料收集组、草案编写组、标准实施组。资料收集组负责国内外有关青葙修复镉污农田技术的文献资料的查询、收集和整理工作，查阅前人对青葙修复镉污农田的研究情况和目前科学界对青葙修复镉污农田技术的研究进展。草案编写组负责起草标准草案、征求意见稿和标准编制说明、送审稿及编制说明的编写工作，包括后期召开征求意见会、网上征求意见，以及标准的不断修改和完善。标准实施组负责《青葙修复镉污染农田土壤技术规程》标准发布后，组织环保相关企业和农户开展标准宣贯培训会，对标准进行详细解读，让相关人员了解标准，并根据标准对青葙修复镉污染农田土壤技术等进行规范化操作，为切实保障我区耕地安全，提高土壤环境质量，并对标准实施情况进行总结分析，不断对标准提出修正意见。（二）收集整理文献资料标准编制工作组收集了国内有关植物种植修复镉污染相关文献资料。主要有：GB15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》HG/T5553-2019《土壤修复用过氧化氢》HJ25.4-2014《污染场地土壤修复技术导则》DB13/T2206-2020《农用地土壤重金属污染修复技术规程》DB45/T2145-2020《农田土壤重金属污染修复技术规范》（三）研讨确定标准主体内容标准编制工作组在对收集的资料进行整理研究之后，标准编制工作组召开了标准编制会议，对标准的整体框架结构进行了研究，并对标准的关键性内容进行了初步探讨。经过研究，标准的主体内容青葙修复镉污染农田土壤技术的术语和定义、种植管理、植株处理、修复效果评估。（四）调研、形成征求意见稿桂林理工大学牵头组织实施国家自然科学基金项目“Cd/Mn在超富集植物青葙中的交互作用及其共富集机制”，“青葙属植物锰富集性状差异及其与SRAP标记的关联分析”；国家重点研发计划项目“重金属污染农田的植物萃取技术、产品与装备研发”子课题；广西科技创新驱动专项“广西农田重金属污染防治关键技术研究及应用示范”；广西自然科学基金杰出青年基金项目“青葙对锰的超富集特征及其修复性能研究”，研究解决了青葙对土壤镉富集机制和修复土壤镉污染关键技术问题。桂林理工大学环境科学与工程学院刘杰教授团队在镉污染农田植物修复方面取得进展，相关研究以“Phytoextractionofcadmium-contaminatedsoilbyCelosiaargenteaLinn.Along-termfieldstudy”为题在线发表在环境科学领域国际顶级期刊EnvironmentalPollution上。在此基础上还在国内外核心期刊发表了《DecapitationimprovestheefficiencyofCdphytoextractionbyCelosiaargenteaLinn》、《强化青葙修复镉污染土壤的柠檬酸施用方式优化试验研究》、《青葙对镉的超富集特征及累积动态研究》、《青葙修复镉污染土壤的田间试验研究》等。并申请发明专利：《一种利用巨大芽孢杆菌强化青葙修复镉污染农田土壤的方法》，为标准的制定提供了技术支持。2021年7月，在前期工作的基础之上，通过理清逻辑脉络，整合已有的参考资料中有关青葙修复镉污染农田土壤的技术要求，并结合植物修复实际要求的基础上，按照简化、统一等原则编制完成团体标准《青葙修复镉污染农田土壤技术规程》（草案）。2021年7月，标准起草工作组再次深入环保产业有代表性企业针对青葙修复镉污染农田土壤情况进行分组实地调研学习。通过实地调研，掌握各地方关于青葙修复镉污染农田土壤的具体要求。并实际征求意见，通过收集反馈了大量意见，标准编制工作组多次召开会议，对标准草案进行了反复修改和研究讨论。最终形成了团体标准《青葙修复镉污染农田土壤技术规程》（征求意见稿）和（征求意见稿）编制说明。四、标准制定原则1、实用性原则本标准是在充分收集相关资料和文献，分析青葙修复镉污染农田土壤技术当前现状，在现有国家、行业标准相关植物修复镉污染农田技术要求的基础上，结合桂林理工大学等科研院所和相关生产企业多年的青葙修复镉污染农田土壤的经验、试验而总结起草的。符合当前青葙修复镉污染农田土壤技术发展的方向与市场需求，有利于行业的长远发展，有利于切实保障我区耕地安全，提高土壤环境质量，对推动环保产业健康发展，具有较强的实用性和可操作性。2、协调性原则本标准编写过程中注意了与青葙修复镉污染农田土壤技术规程相关法律法规的协调问题，在内容上与现行法律法规、标准协调一致。3、规范性原则本标准严格按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的要求和规定编写本标准的内容，保证标准的编写质量。4、前瞻性原则本标准在兼顾当前青葙修复镉污染农田土壤技术现实情况的同时，还考虑到了环保产业快速发展的趋势和需要，在标准中体现了个别特色性、前瞻性和先进性条款，作为对青葙修复镉污染农田土壤发展的指导。五、标准主要内容及依据来源团体标准《青葙修复镉污染农田土壤技术规程》主要章节内容包括：术语和定义、种植管理、植株处理、修复效果评估。种植管理包括选地、种植前准备、田间管理、收割。其中选地主要选择土壤镉含量高于GB15618《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》规定的农田土壤污染风险筛选值，低于农田土壤污染风险管制值的地块。根据桂林理工大学前期研究中发现，青葙可以在矿区污染土壤中正常生长且植株高度可大170cm。并通过实验研究发现在镉重度污染的土壤中能够正常生长，植株无中毒症状，表明具有较强的镉耐受能力。在通过进行青葙对污染土壤中镉吸收和富集效果研究中，当土壤镉处理浓度≤15mg/kg时，植物根茎叶的生物量较对照组均没有出现显著下降；在1mg/kg处理组中，青葙的总生物量较队长有显著增加，并达到最大值。由于我国90%以上镉污染土壤为中轻度污染（≤1.5mg/kg），因此青葙对镉的耐受能力完全可以满足土壤修复的需要。除此之外，对照青葙叶片中的镉含量均大于100mg/kg，最高含量高达388mg/kg，并且在镉污染土壤中，青葙对镉的转运系数在1.40~4.45之间，大于1。青葙为多年生草本，多做一年生栽培，花期5—8月，果期6—10月。喜温暖、温湿和阳光充足环境；不耐寒，怕霜冻，耐高温和干旱，忌积水。因此，在每年4月，清除杂草，排干积水，翻耕土壤20cm以上，同时施复合肥（15-15-15）作为基肥。由于南方雨水较多、地下水较浅的地区，需进行开沟分厢，以不产生积水为宜。青葙播种以条播为宜，播种量为每亩约用200~300g。由于青葙生长量大，需在出苗后进行间苗移栽，保持株行距30cm为宜。田间管理包括施肥管理、水分管理和除草。青葙移栽的同时，可通过穴施、条施、撒施等方式，亩施2~3kg的青葙专用微生物菌剂，以促进青葙生长和强化其重金属吸收性能。桂林理工大学通过试验的出：微生物菌剂处理组的青葙地上部分生物量达到了4.48±0.24t·hm-2，与没有接种微生物菌剂的对照组相比增加了27.6%（图1）；接种微生物菌剂使青葙地上部分镉含量显著增加，相比对照组提高了38.5%（图2）；接种微生物菌剂使青葙地上部分镉积累量显著增加，相比于对照组提高了75.7%，大大提高了修复效率。图1青葙地上部分生物量图2青葙地上部分镉含量图3青葙地上部分镉积累量植物生长旺盛期（播种后1个月），每亩可追施复合肥1~2次。青葙为旱地植物，土壤含水量总体保持湿润偏干为宜。江南地区雨季应注意排水，避免淹水。干旱季节应及时灌溉，避免植物因干旱脱水影响生长。青葙成株前杂草是影响植株生长的主要因素之一。因此，青葙播种前3~5天，喷施封闭性除草剂；青葙株高小于30cm时，应及时拔除杂草；青葙株高超过30cm后，生长量较大，覆盖面积大，杂草无光照，所以无需进行除草。我国南方地区，每年可种植青葙2次。第一次播种为4月，收获为6~7月，第二次播种为6~7月，收获为10~11月。青葙株高达到1.5~2.0m即可收获。可用镰刀贴着地面收割地上部，避免扯拽而带出泥土，同时避免重压、踩踏枝条。第二次收获时，同时采集种子，以备次年播种使用。收获物交有资质的单位晾晒或烘干后做