土壤生态风险阈值是指“土壤中某一污染物对生态受体或生态功能不产生不良或者有害影响的最大剂量(无作用剂量)或浓度”。我国现行的土壤污染风险管控框架及土壤环境质量标准主要以食物链累积风险和人体健康风险为主,然而建立基于土壤生态风险阈值的土壤环境质量标准,对土壤污染生态风险管控至关重要。砷是土壤中典型重金属,过量的砷会严重影响植物、无脊椎动物和微生物的生理生态功能,建立科学合理的土壤砷生态风险阈值对于实现土壤中砷污染的精准评价与管控具有重要意义。由于土壤性质复杂性及生物多样性,建立科学精准的环境质量标准颇具挑战,因此,持续开展土壤中砷的生态风险阈值研究工作需求迫切。
省土壤学会副秘书长、中科院南京土壤研究所王玉军研究员团队在Eco-Environment & Health期刊上发表了题为:“Determining soil conservation strategies: Ecological risk thresholds of arsenic (As) and the influence of soil properties”的研究论文。该研究旨在评估土壤理化性质对砷毒性的影响以及土壤砷的生态安全阈值推导,为我国现行的土壤环境质量标准提供科学参考。
该研究首先在全国12种典型土壤上开展大麦根生长毒性试验,发现不同土壤上的大麦砷毒性阈值差异显著,砷对大麦根伸长10%抑制效应浓度(EC10)和50%抑制效应浓度(EC50)分别为12.01 - 437.25 mg/kg和59.75 - 678.26 mg/kg。通过部分依赖图(PDPs)分析土壤关键因子对ECx的影响,发现clay和Mn-ox、Fe-ox与ECx值呈非线性上升趋势,表明这些变量值越高,生态毒性阈值越大(砷毒性越低)。基于研究开展的12种叶菜、瓜果和景观类植物,以及Web of Science报导的植物、无脊椎动物和微生物的生态毒理学试验,共计得到21个物种的84条毒性数据。将21个物种毒性数据归一化到四种典型土壤中(酸性、中性、碱性和碱性石灰性土壤),发现玉米和蚕豆对砷的毒性最为敏感,而跳虫对砷的毒性最不敏感。四种典型土壤的HC5(保护95%物种不受危害的浓度)值分别为80 mg/kg(酸性土壤),47 mg/kg(中性土壤),40 mg/kg(碱性土壤)和28 mg/kg(碱性石灰性土壤)。通过逐步回归法得到了四种不同土地利用类型的HCx预测模型,并基于pH和clay推导出不同土地类型下的生态安全阈值,其中自然保护地和农业用地的生态安全阈值最为严格,在32 mg/kg至82 mg/kg之间,而商业用地和工业用地的生态安全阈值最为宽松,介于134 mg/kg至230 mg/kg之间,而公园用地和居住用地的生态安全阈值介于二者之间分别为74 mg/kg至145 mg/kg和115 mg/kg至201 mg/kg。