中国土壤铜的区域分级基准建立及生态风险评估初探_陈艳楠.pdf

第 43 卷第 3 期2023 年 3 月Vol.43，No.3Mar.，2023环境科学学报Acta Scientiae Circumstantiae中国土壤铜的区域分级基准建立及生态风险评估初探陈艳楠1，钱雨欣1，李志美1，何伟1，*，徐福留21.中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京 1000832.北京大学城市与环境学院，北京 100871摘要：中国幅员辽阔，土壤类型复杂多样，全国采用统一的土壤铜环境标准，会造成局部地区土壤生态风险评估出现误判.为了开展精细化区域环境管控，亟需建立区域性土壤铜环境基准.本文基于土壤酸碱度、有机碳和阳离子交换量与物种敏感度分布曲线确定的铜生态阈值之间的关系，估算中国省级区域不同土地利用类型土壤铜的环境基准值，继而结合中国土壤环境浓度，对现行标准进行初步生态风险评估.研究表明：不同省级区域土壤中铜的环境基准值存在较明显差异，空间分布符合南低北高的规律；农用地土壤现行标准对土壤铜风险存在误估情况，且该标准对土壤铜风险误估程度在地域分布上存在明显分界线；现行标准的区域适用性不足，区域性环境标准的制定迫在眉睫.本文所得中国土壤铜的区域分级环境基准为新标准的建立提供了科学依据.关键词：土壤环境基准；铜；土壤理化性质；物种敏感度分布；土地利用类型文章编号：0253-2468（2023）03-0448-11 中图分类号：X820.4 文献标识码：APreliminary study on regional grading benchmarking and ecological risk assessment of copper in Chinese soilsCHEN Yannan1，QIAN Yuxin1，LI Zhimei1，HE Wei1，*，XU Fuliu21.School of Water Resources and Environment，China University of Geoscience Beijing，Beijing 1000832.College of Urban and Environmental Sciences，Peking University，Beijing 100871Abstract：China is a vast country with complex and diverse soil types.Therefore，the current unified national soil standard for copper（Cu）will likely misestimate its ecological risk in some regional areas.In order to carry out precise regional environmental management and control of copper in soil，it is urgent to the establish regional environmental benchmarks.Based on soil acidity，organic carbon，cation exchange capacity，and their relationships with the ecological thresholds of Cu determined by the species sensitivity distribution curve（SSD），we computed the environmental benchmarks of copper under different land use types in provincial regions of China，and then preliminarily assessed the ecological risk of the current standard by combining with the background and environmental concentrations of Cu in the soils in China.The results showed that：regional differences in the environmental benchmarks of Cu indicated a distribution of lower value in the south and higher value in the north；the ecological risks of copper in agricultural areas were underestimated using the current standard，and there were obvious dividing lines in the spatial distribution of the provincial regions under the current standard；the regional applicability of the current standard is insufficient，and it is urgent to update or develop regional environmental benchmarks of Cu in soil.This study will provide scientific basis for the establishment of regional soil environmental grading benchmarks for Cu in China.Keywords：soil environmental benchmarks；copper；soil properties；species sensitivity distribution；land use types1引言（Introduction）土壤是陆地生态系统重要的组成部分，人类所生产的90%污染物最终会进入土壤，危害陆地生态系统健康.近几十年来，中国的高速工业化和城市化导致大量重金属进入土壤，污染情况不容乐观（Luo et al.，2012；陈卫平等，2018）.铜作为土壤重金属污染之一，其自然来源为母岩以及死亡动植物组织及其分解产物，DOI：10.13671/j.hjkxxb.2022.0285陈艳楠，钱雨欣，李志美，等.2023.中国土壤铜的区域分级基准建立及生态风险评估初探 J.环境科学学报，43（3）：448-458CHEN Yannan，QIAN Yuxin，LI Zhimei，et al.2023.Preliminary study on regional grading benchmarking and ecological risk assessment of copper in Chinese soils J.Acta Scientiae Circumstantiae，43（3）：448-458收稿日期：2022-07-07 修回日期：2022-08-14 录用日期：2022-08-15基金项目：国家自然科学基金面上项目（No.42177201）；北京市自然科学基金面上项目（No.8202042）；中央高校基本科研业务费（No.265QZ2021004）；国家级大学生创新创业训练计划项目（No.202111415042）作者简介：陈艳楠（2000），女，E-mail：；责任作者，E-mail：3 期陈艳楠等：中国土壤铜的区域分级基准建立及生态风险评估初探人为来源则主要有金属冶炼过程中的三废排放、含铜农药的施用及污水灌溉（范拴喜，2011）.土壤铜污染不仅会通过抑制植物光合作用来干扰植物生长发育（Kumar et al.，2008），还会经食物链传递和生物富集进而影响动物与人体健康（卜元卿等，2007）.此外，有研究表明，土壤微生物与酶活性也对铜存在明显响应（陈欣瑶等，2021）.为了实现不同土地利用类型土壤中铜污染的区域化管控，需要开展土壤环境基准和风险评估体系建设（孟伟等，2006）.目前，主流方法包括地统计法（王炜明，2007）、环境地球化学法（汪庆华等，2007；陈兴仁等，2012）、地积累指数法（彭景等，2007）、潜在生态危害法（赵沁娜等，2005）及物种敏感度分布曲线（SSD）法 （沈洪艳等，2018；孙在金等，2018）.美国与欧洲国家均推荐采用SSD法进行土壤生态风险的评估（冯承莲等，2015）.与其他几种方法相比，SSD法具有高准确性，且可预测污染物对生态系统的潜在风险.目前，中国土壤的生态环境标准仍存在诸多亟待解决的问题（Chen et al.，2018）：一是尚未形成区域化的土壤质量标准，采用全国统一的环境标准对不同理化性质与利用类型土壤的防治工作进行指导，无疑会带来不同程度上的生态风险误估，甚至可能导致部分土壤生态环境进一步恶化；二是土壤重金属治理标准的参考因素有限，如仅限于依据不同酸碱度（pH）范围选定标准值，未考虑有机碳（OC）和阳离子交换能力（CEC）等其他土壤性质，导致土壤标准欠缺科学性和灵活性；三是中国现行的 土壤环境质量 农用地土壤 污染风险管控标准（试行）（GB15618-2018）的制定以农作物（水稻和小麦）盆栽和小区试验为主，部分指标进行了野外土壤-农产品协同调查，目的为保护食用农产品质量安全，不能满足国家自然保护区、居住用地、工商业用地等不同利用类型土壤环境质量评价的多样化需求（王国庆等，2005）.为了获得不同理化性质土壤中铜的生态阈值，Wang等（2015）利用SSD法构建了物种存在生态风险的金属浓度（HCx）与土壤基本理化 性质（pH、OC、CEC）之间的数学模型.基于前人探索研究，本文估算了基于pH、OC和CEC等土壤理化性质的中国省级区域土壤铜生态阈值，即环境基准值，分析了现行农用地土壤风险管控标准对土壤中铜生态风险造成的误估，并结合本研究所得区域性环境基准对不同土地利用类型土壤铜生态风险进行再评估，继而结合现行农用地土壤风险管控标准、区域农林地土壤铜环境基准和土壤铜环境浓度，对现行标准的适用性进行了综合评判.2数据来源与方法（Data sources and methods）2.1数据来源中国土壤理化性质数据来自世界土壤数据库（Harmonized World Soil Database，HWSD），中国省级地区土壤铜背景值数据来自 中国土壤地球化学参数（侯青叶等，2020），中国现行农用地土壤污染风险管控标准参考 土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）（GB15618-2018）（生态环境部 国家市场监督管理总局，2018），土壤现有铜环境浓度来自文献调研（Duan et al.，2016），Duan 等（2016）收集了万余条国内外关于中国土壤污染的数据，获取中国共1997个样点的精确地理坐标与土壤铜浓度，所得数据兼具准确性和科学性.上述数据的统计信息如表1所示.2.2计算方法2.2.1地积累指数根据各省土壤铜背景值及环境浓度数据，采用地积累指数法对各省土壤中铜的环境浓度进行污染水平评价，计算公式见式（1）.Igeo=log2(Cn1.5Bn)（1）式中，Cn为现有土壤铜环境浓度（mgkg-1），Bn为土壤铜背景值（mgkg-1）.地积累指数及其污染程度分别为：0，轻度污染；01，轻度-中度污染；12，中度污染；23，中度-强污染；34，强污染；45，强-极强污染；5，极强污染（Duan et al.，2016）.2.2.2环境基准值Wang等（2015）依据土壤铜背景值不会对土壤构成生态风险的假设，筛选过滤原始数据后建立可靠的生态毒性数据库，此数据库包含19种高等植物和2种微生物的高质量慢性生态毒性数据，然后进行物种外推，并通过浸出因子与老化因子实现生态毒性数据的校正，以减少实验室和田间条件下 449环境科学学报43 卷金属生态毒性的差异，最后拟合 SSD，并计算出（100-x）%物种不存在生态风险的安全阈值，即生态阈值（HCx）（Wang et al.，2015）.本文基于以上拟合结果，在ArcGIS 10.4.1中利用公式（2）（5）计算不同生态保护水平土壤铜生态阈值（HC1、HC5、HC20与HC40）并进行空间分析.log HC1=0.079pH+0.176log OC+0.836log CEC-0.299(R2=0.85)（2）log HC5=0.077pH+0.231log OC+0.734log CEC+0.062(R2=0.96)（3）log HC20=0.083pH+0.259log OC+0.667log CEC+0.407(R2=0.99)（4）log HC40=0.094pH+0.249log OC+0.672log CEC+0.583(R2=0.99)（5）HC1、HC5、HC20和HC40分别代表国家级自然保护区、农林用地、城市居住区及工商业用地等土地利用类型中土壤铜生态阈值（NEPC，2011）.本文土壤铜的环境基准值采取HCx分别与铜背景值（BVp）的统计值 相加而得，其中第2.5百分位数（2.5%BV）和第97.5百分位数（97.5%BV）构成95%的置信区间，作为不确定性表1中国各省级区域土壤基本理化性质与铜的环境浓度和背景值Table 1Physical and chemical properties and environmental and background concentrations of copper in soil from provincial regions of China省份安徽北京福建甘肃广东广西贵州海南河北河南黑龙江湖北湖南吉林江苏江西辽宁内蒙古宁夏青海山东山西陕西上海四川天津西藏新疆云南浙江重庆土壤基本理化性质pH6.67.55.47.25.75.55.75.37.57.36.56.65.86.77.35.67.07.17.76.37.47.87.37.56.57.85.96.95.75.66.0OC1.2%0.6%1.3%0.9%1.2%1.4%1.3%1.3%0.7%0.8%1.4%1.0%1.3%1.4%1.0%1.3%1.0%0.9%0.7%1.4%0.7%0.7%0.7%1.0%1.5%0.6%1.5%0.9%1.3%1.8%1.2%CEC/（cmolkg-1）13.912.110.013.99.613.315.09.013.415.316.813.311.217.213.410.315.314.412.814.413.314.812.511.414.512.713.411.912.513.213.0铜环境浓度/（mgkg-1）点位数112221779613044132226410110345125285652673410127443634180221521408864均值122.330.343.8159.184.570.051.761.2727.136.357.7122.068.926.434.1148.5132.021.363.330.959.424.037.5101.465.543.720.942.0128.696.426.1标准偏差256.036.061.5527.4257.9101.539.4182.64152.723.6190.2404.152.228.029.9185.9456.734.797.512.1182.28.944.7162.9117.432.041.014.4182.0256.711.8铜背景浓度/（mgkg-1）均值2623142515184272323193232162524211916242322273128302628402524变异系数0.30.20.60.20.70.50.50.70.20.20.30.30.40.40.30.30.40.40.30.10.20.20.10.20.30.20.30.20.40.40.3X2.51513412251211213616116111188918151521221418161613812X502523122513163762322203029162524201917242222273128302528362423X97.542343235434188203433265359264140393328313330344345454638854837偏度0.70.20.9-0.310.80.710.10.1-0.80.60.600.30.30.50.20.300.50.20.20.40.30.30.9-0.40.90.50.2峰度0.50.10.10.40.40.1-0.10.40.60.30-0.10.2-0.8-0.10.2-0.1-0.8-0.80.40.30.40.30.400.10.40.40.4-0.30注：X2.5、X50和X97.5分别表示第2.5、50和97.5百分位数.4503 期陈艳楠等：中国土壤铜的区域分级基准建立及生态风险评估初探边界，第 50%百分位数（50%BV）代表平均值.将基于 HC1、HC5、HC20与 HC40所得环境基准值分别称为 一级环境基准值（PNEC1）、二级环境基准值（PNEC2）、三级环境基准值（PNEC3）与四级环境基准值（PNEC4），此4个级别的环境基准可作为各省制定不同利用类型的土壤中铜环境质量标准的基础和依据.PNECi=HCx+BVp(i=1，2，3，4)（6）式中，HCx对于PNEC1、PNEC2、PNEC3和PNEC4分别取自公式（2）（5）中的HC1、HC5、HC20和HC40.2.2.3农用地环境标准的误估分析中国现行的 土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）（GB15618-2018）仅适用于耕地、园地、草地等土壤，重点关注食用农产品质量，以食用农产品的消费者为主要保护目标.对于pH小于6.5和pH大于6.5的果园土壤，铜环境标准值分别为150 mgkg-1和200 mgkg-1；对于pH小于6.5和pH大于6.5的其他土壤，铜环境标准值分别为50 mgkg-1和100 mgkg-1（生态环境部和国家市场监督管理总局，2018）.基于土地利用类型的划分，本文二级环境基准值（PNEC2）适用于农林用地，与GB15618-2018适用的土地利用类型基本一致.为探究现行标准误估水平，本文将农用地土壤污染风险管控标准（PS）与本研究所得二级环境基准值（PNEC2）进行比较分析，计算两者比值，即误估指数（ER）（式（7）.以评估中国2018年推行的土壤污染风险管控标准对农用地土壤中铜金属可能造成的风险误估.由于目前未掌握台湾、香港、澳门背景值数据，仅对其余31个省级区域进行评估.当ER1时，使用现行标准会低估该省级区域土壤铜生态风险；当ER1，表明该省级区域土壤铜会产生生态风险，RPi1，表明该省级区域土壤铜不会产生生态风险.RPi=ECPNECi（8）3结果与讨论（Results and discussion）3.1中国土壤铜污染现状中国各省级区域土壤中铜背景值为742 mgkg-1，变异系数为0.34，属中等变异（表1和图1a），各省级区域土壤铜背景值差异中等偏大.除珠江流域和东南沿海诸河流域外，铜背景值基本符合南高北低、西高东低的分布趋势；广东、广西、海南和福建等沿海地区的土壤铜背景值较低，内陆地区土壤铜背景值较高.海南省铜背景值浓度最低，仅为7 mgkg-1，贵州省和云南省铜背景值最高，分别为42和40 mgkg-1，说明在未受人类活动影响下，土壤铜含量就已处于较高水平，其原因为云贵高原新生代沉积盆地中存在砂岩型铜矿床（方维萱等，2014）.全国各省级区域土壤铜环境浓度分布表明，南部与东部地区土壤铜浓度相对更高，其中，河北省土壤铜因部分区域污染严重，其平均浓度达727.08 mgkg-1（图1b）.与图1a比较可知，人为因素改变了土壤铜含量区域分布，各省级区域土壤铜环境浓度的变异系数高达1.42，属于高度变异水平.各省土壤中铜的地积累指数表明，中国绝大多数省级区域土壤铜污染处于轻度或无污染状态，但仍有部分省级区域土壤铜污染处于中度或强污染状态（图1c）.此外，湖北、安徽、云南等省级区域的土壤铜浓度相对较高，但其污染程度仅位于中等水平.3.2中国土壤中铜环境基准值估算中国土壤铜的环境基准值为10.01178.56 mgkg-1.考虑背景值的95%置信区间，一级四级环境基准值的95%置信区间分别为10.01102.89、17.18113.42、34.42139.20和59.27178.56 mgkg-1，均跨越一个数量级，可见全国范围内不同省级区域土壤生态系统对铜容忍存程度存在较大差异（图2）.由于生态保护水平不同，国家级保护区、农林用地、城市居住区及工商业用地等土地利用类型土壤铜环境基准值存在较大的差异.451环境科学学报43 卷铜的环境基准值符合南低北高的空间分布分布规律；当背景值百分位数升高时，云南、贵州省相应环境基准值显著增加，这是由当地土壤铜的高背景值引起的.长江流域南部、珠江流域和东南沿海诸河流域的省级区域环境基准值相对较低，即土壤生物对铜更加敏感.国际上通常将HC5用于土壤环境基准值的推导和建立，这类基准值主要适用于农业土壤.此外，各省级区域土壤重金属背景值的中位数可以较好地反映该省的中等水平，因此以基于HC5+50%BV得到的环境基准值为例（图2e），分析农林用地土壤中铜的生态安全阈值.该环境基准值（PNEC2）为22.1862.42 mgkg-1，约84%省级区域的环境基准值位于4060 mgkg-1的区间内，海南省、福建省、广东省、广西省的环境基准值低于40 mgkg-1，对铜的环境容量小；贵州省的环境基准值高于60 mgkg-1，土壤生态系统对铜的容忍度较高.需要注意的是，本文中国省级区域土壤铜环境基准的精确度相比于原土壤污染风险管控标准已有较大程度提高，用95%的置信区间表示环境基准值的不确定性范围.但在实际应用中仍存在尚需完善的地方，具体表现为两方面：一是利用中国土壤理化性质数据计算HCx时，所得HCx实则代表各省均值，但因土壤具有异质性，同省份内不同县市HCx存在较大差异，需要进一步确定HCx的不确定性范围.二是各省土壤重金属的背景浓度仅有2.5%、50%和97.5%累积频率对应的数值，只能确定背景值范围，缺乏各市或各县实际背景值，故只能得到各省基准值的不确定性范围，实际应用中还需确定某地的精确背景值，进而获取适用于该地的土壤铜环境基准值.3.3现行农用地土壤铜污染风险管控标准的误估分析目前，中国现行的农用地土壤铜风险管控标准依据GB15618-2018.该环境标准虽然有利于提高土壤污染评价的可比性和操作性，但在实际应用中，由于不同区域土壤理化性质存在极大差异，会显著影响土壤中污染物生物有效性，使得全国统一的标准值在区域土壤污染调查和评估中往往存在一定的不确定性，有时候难以反映部分地区真实土壤污染情况，甚至可能出现假阴性（土壤未超标但对土壤生态系统产生危害）或假阳性（土壤超标但对土壤生态系统没有影响）的情况.2021年中国生态环境状况公报显示，影响农用地土壤环境质量的主要污染物是重金属，精准评估土壤铜风险对于防治农用地土壤铜污染是十分必要的.现行农用地土壤环境标准与PNEC2（2.5%BV）比值（ER）的空间分布表明，现行标准对所有省级区域土壤中铜生态毒性的估计都过于乐观.参数值ER符合南低北高的分布趋势，数值大于2的高值区主要分布于华北、华东、华中、西北地区及东南沿海一带（图3a）.若长期沿用此标准管理农用地土壤，最高可使铜浓度累积至土壤承受能力的2.9倍.现行农用地土壤环境标准与PNEC2（50%BV）比值（ER）的空间分布表明，ER大于1的省级区域面积占比76.84%，现标准对农林用地中铜的生态风险有较大误估（图3b）.现行农用地土壤环境标准与PNEC2（97.5%BV）比值（ER）的空间分布表明，ER符合南低北高的空间分布特征，ER大于1的省级区域面积占比55.94%，无ER大于2的省级区域（图3c）.本文所有中国底图源自自然资源部(http:/)下载的 中国地图 1 1400万 4开 有邻国 线划二，审图号:GS(2020)4620号图1中国各省土壤铜背景值、环境浓度和地累积指数（a.背景值，b.环境浓度，c.地累积指数）Fig.1The background concentration，environmental concentration，and geo-accumulation index of copper in the soil from various provincial regions in China（a.background concentration，b.environmental concentration，c.geo-accumulation index）4523 期陈艳楠等：中国土壤铜的区域分级基准建立及生态风险评估初探现行农用地土壤铜污染风险管控标准对土壤铜生态风险的误估程度在地域分布上存在明显分界线，此交界线以北区域采用现行农用地标准会低估风险，而交界线以南区域采用该标准会高估风险，该交界线与省级区域pH和OC分布有关，省级区域pH、OC的分布也以该线为分界线，交界线以南区域土壤OC值高、pH值小，交界线以北区域土壤OC值低、pH值大.图2中国省级区域土壤铜的各级环境基准值（ac.基于2.5、50和97.5百分位数背景值的一级环境基准值，df.基于2.5、50和97.5百分位数背景值的二级环境基准值，gi.基于2.5、50和97.5百分位数背景值的三级环境基准值，jl.基于2.5、50和97.5百分位数背景值的四级环境基准值）Fig.2Environmental benchmarks of copper in soils for different types of land use in China（a.PNEC1（2.5%BV），b.PNEC1（50%BV），c.PNEC1（97.5%BV），d.PNEC2（2.5%BV），e.PNEC2（50%BV），f.PNEC2（97.5%BV），g.PNEC3（2.5%BV），h.PNEC3（50%BV），i.PNEC3（97.5%BV），j.PNEC4（2.5%BV），k.PNEC4（50%BV），l.PNEC4（97.5%BV）453环境科学学报43 卷3.4中国土壤铜生态风险分级评价由于中国人类活动强度存在区域差异，土壤污染在全国尺度上也呈现出明显的区域特征，不同省级区域的土壤污染特征并不相同.中国各省级区域生态风险值（RP）的变化范围为0.6725.86，各省级区域铜污染风险程度差异悬殊.对具有铜污染生态风险的省级区域进行统计分析，可见各土地利用类型的土壤均存在不同程度的铜污染生态风险.对于自然保护区土壤，统计具有铜污染风险的省级区域，其数量占比的95%置信区间为54.8%87.1%，国土面积占比的中位数为55.7%，这意味着当采用土壤铜背景值中位数建立一级基准时，55.7%国土中的自然保护区面临较高的生态风险.此外，37.7%国土的农林用地土壤、21.7%国土的城市居住区土壤，以及16.8%国土的工商业用地土壤也均面临较高生态风险.需要注意的是，由于计算所用铜环境浓度为各省级区域内平均值，因此RP仅反映各省土壤的平均情况，RP小于1的省级区域内，个别点位土壤仍可能面临较高的铜污染生态风险（表2）.3.4.1国家级自然保护区土壤铜生态风险评价基于 2.5%BV 的中国省级区域国家级自然保护区土壤铜生态风险（RP1）空间分布表明，RP1符合南高北低、东高西低的空间分布规律.在中国东部和南部地区，尤其是长江中下游地区和东南沿海地区的土壤铜生态风险较高；RP1大于5的省级区域面积占比高达22.58%（图4a）.基于50%BV的RP1空间分布表明，广东省、云南省和贵州省的RP1显著减小，土壤中铜的风险明显降低；RP1大于1的省级区域 面 积 占 比 降 至 55.71%（表 1 和 图 4b）.基 于97.5%BV的RP1空间分布（图4c）表明，甘肃与河北省的RP1大于3；西藏自治区RP1最小，仅为0.34.图3农用地土壤铜污染风险管控标准的误估分析（ac.基于2.5、50和97.5百分位数背景值的误估值，d.各省级区域ER柱状图）Fig.3The misestimation analysis of the standard for Cu in soil in GB15618-2018（a.ER（2.5%BV），b.ER（50%BV），c.ER（97.5%BV），d.bar chart of ER in various provincial regions）表2中国土壤具有铜污染生态风险的省级区域按基准级别的统计分析Table 2Statistical analysis of provincial regions with ecological risk of copper pollution in China by benchmark level基准级别一级二级三级四级背景值百分位数2.550.097.52.550.097.52.550.097.52.550.097.5个数占比87.10%61.29%54.84%64.52%58.06%48.39%48.39%38.71%32.26%32.26%22.58%9.68%面积占比99.66%55.71%35.61%57.39%37.65%29.62%25.45%21.71%15.89%19.49%16.82%8.08%4543 期陈艳楠等：中国土壤铜的区域分级基准建立及生态风险评估初探3.4.2农林用地土壤铜生态 风险评价世界多国将HC5用于农用地土壤环境相关标准制定的基础参数，因此，利用本研究所得的土壤铜二级环境质量基准进行农林用地土壤铜生态风险评估具有很强的参考价值（颜增光等，2008；马瑾，2021）.基于2.5%BV的中国省级区域农林用地土壤铜生态风险（RP2）空间分布表明，RP2大于1的省级区域面积占比为57.39%，地域分布符合南高北低、东高西低的规律（表1）；河北省和江西省RP2大于5，分别为18.78和5.02（图5a）.基于50%BV的RP2空间分布表明，RP2大于1的省级区域面积占比 图4国家级自然保护区土壤铜生态风险评价（ac.基于2.5、50和97.5百分位数背景值的生态风险值，d.各省级区域RP1柱状图）Fig.4Ecological risk assessment of Cu in soil from national reserves in China（a.RP1（2.5%BV），b.RP1（50%BV），c.RP1（97.5%BV），d.bar chart of RP1 in various provincial regions）图5农林用地土壤铜生态风险评价（ac.基于2.5、50和97.5百分位数背景值的生态风险值，d.各省级区域RP2柱状图）Fig.5Ecological risk assessment of Cu in soil from agricultural and forestry areas（a.RP2（2.5%BV），b.RP2（50%BV），c.RP2（97.5%BV），d.bar chart of RP2 in various provincial regions）455环境科学学报43 卷降至37.65%（表1），中国农林用地面临中等水平的铜污染生态风险（图5b）.基于97.5%BV的RP2空间分布表明，河北省、甘肃省和江西省RP2分别为11.97、2.55、2.53，依然处于高风险行列；西藏自治区、内蒙古自治区和陕西省风险最小，RP2均不足0.4.中国作为农业大国，2013年食物自给率就达到了86.34%（张元红，2016），如果不考虑铜标准的区域性差异，继续使用现有的农用地土壤污染风险管控标准，将无法保护全部的农林用地，不但会威胁农产品安全，还会对居民人体健康造成负面影响（图5c）.3.4.3城市居住区土壤铜生态风险评价基于2.5%BV的中国省级区域城市居住区土壤铜生态风险（RP3）空间分布表明，RP3大于1的省级区域面积占比25.45%，中国北部与西部地区大部分省级区域土壤已不存在铜生态风险，存在风险的省级区域多集中在南方地区.河北省和江西省RP3分别达到10.95和3.01（图6a）.基于50%BV所得RP3空间分布表明，RP3大于1的省级区域面积占比为21.71%，地域分布特征无明显变化（图6b）.基于97.5%BV所得RP3空间分布分布表明，RP3大于1的省级区域面积占比降至15.89%，南方部分 省级区域RP3降至1以下（图6c）.3.4.4工商业用地土壤铜生态风险评价基于2.5%BV的中国省级区域工商业用地土壤铜生态风险（RP4）空间分布表明，RP4大于1的省级区域面积占比仅为19.49%，大多数省级区域工商业用地土壤铜生态风险较低（图7a）.基于50%BV所得RP4空间分布表明，RP4大于1的省级区域面积占比降至16.82%，安徽、浙江、海南、上海的工商业用地土壤在此背景值下不再存在铜污染生态风险（图7b）.基于97.5%BV所得RP4空间分布表明，存在铜污染生态风险的省级区域仅有河北省、江西省和甘肃省，RP4分别为5.41、1.38、1.16，面积占比8.83%（图7c）.四级环境基准对土壤环境质量要求相对宽松，但河北、江西、甘肃省RP4始终大于1，其土壤中铜污染风险不容忽视.我国现行的工商业用地土壤铜污染风险管控标准依据 土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行（GB36600-2018），以保障人居环境安全为目的建立土壤污染风险筛选值与管制值，相比本研究以保护生态安全为目的建立的四级环境基准值（PNEC4）更为宽松.在土壤生态环境问题突出的当下，以保护生态环境安全为目标建立建设用地标准是原风险管控标准的重要补充，对于未来构建人类与生物和谐共存的生态文明社会有重要参考价值.图6城市居住区土壤铜生态风险评价（ac.基于2.5、50和97.5百分位数背景值的生态风险值，d.各省级区域RP3柱状图）Fig.6Ecological risk assessment of Cu in soil from urban residential areas（a.RP3（2.5%BV），b.RP3（50%BV），c.RP3（97.5%BV），d.bar chart of RP3 in various provincial regions）4563 期陈艳楠等：中国土壤铜的区域分级基准建立及生态风险评估初探3.5中国省级区域农用地土壤铜现行标准、环境浓度、区域环境基准值综合分析本文根据现行农用地土壤铜污染风险管控标准的误估值（ER）和基于区域环境基准的农林用地土壤铜生态风险值（RP2）确定了4种土壤铜区域基准适用性与生态风险判定特征的状态（图8）：ER1，RP21，RP21，区域环境基准更严格且环境浓度不存在生态风险；ER1，现行标准更严格且环境浓度存在生态风险；ER1，RP21，环境基准更严格且环境浓度存在生态风险.青海、贵州的农用地土壤现行标准相对于本研究区域环境基准值（PNEC2）更为严格，采用现行标准存在高估风险的可能性，在污染不断减弱的情况下，若长期按现行标准治理，会造成管理成本增加和社会资源浪费；但在污染加剧的情况下，从严管理依然十分必要.山西、西藏、内蒙古等11个省级区域的农用地现行标准比本研究PNEC2宽松，现行标准需调整，避免污染进一步恶化导致对土壤铜的生态风险估计不足.四川、云南和黑龙江3个省级区域的农用地现行标准比本研究PNEC2严格，按PNEC2评估，图7工商业用地土壤铜生态风