《工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準制定技術指南》

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ESC

中國生態(tài)學會團體標準

T/ESCXXXX—XXXX

工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準制定

技術指南

Technicalguidelineforderivingsoilecologicalriskcriteriaforcontaminated

industrialandminingsites

（征求意見稿）

在提交反饋意見時，請將您知道的相關專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國生態(tài)學會發(fā)布

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工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準制定技術指南

1范圍

本標準規(guī)定了工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準制定的內容、程序、方法和技術要求。

本標準適用于工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準值的制定。

本標準不適用于放射性物質。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

本標準引用了下列標準、技術規(guī)范等規(guī)范性文件，包括土壤生態(tài)毒理學和生物測試標準化方法，未

涉及的方法可參考附錄A。

GB/T21809化學品蚯蚓急性毒性實驗

GB/T27855化學品土壤微生物碳轉化試驗

3術語和定義

請選擇適當的引導語

3.1工礦場地industrialandminingsite

用于從事工業(yè)生產和礦山開采活動的地塊，包括地塊范圍內的土壤、地表水、地下水以及地塊內所

有構筑物、設施和生物之和。

3.2土壤生態(tài)風險基準criteriaforsoilecologicalrisk

污染物對土壤生態(tài)系統(tǒng)不產生特定不利影響（或有害效應）的臨界含量，包含了土壤污染物含量和

其所產生的不利影響（或有害效應）之間的完整關系。

3.3生態(tài)情景ecologicalscenario

污染物暴露于受體時，造成差異化生態(tài)效應的環(huán)境參數的集合。

3.4x%危害濃度hazardousconcentration（HCX）

受影響物種的累積概率達到x%時的污染物濃度，或（100-x）%的物種能夠得到有效保護的污染物

濃度。

3.5x%效應濃度effectiveconcentration（ECX）

與對照組相比，污染物對受試生物產生x%生態(tài)效應（如死亡率、生長抑制率、生殖等）時的濃度。

3.6無觀察效應濃度noobservedeffectconcentration,NOEC

在規(guī)定的暴露條件下，通過實驗和觀察，與適當的對照機體比較，一種外源污染物質不引起生物任

何有害作用的最高濃度。

3.7最低可觀察效應濃度lowestobservedeffectconcentration,LOEC

指在規(guī)定的暴露條件下，通過實驗和觀察，與適當的對照機體比較，一種化合物引起機體出現某種

2

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作用（非有害作用）的最低劑量或濃度。

3.8預測無效應濃度predictednoeffectconcentration，PNEC

化學物質不會對土壤生物產生特定不利效應的最大暴露劑量或濃度，或稱保護土壤生態(tài)安全的土

壤污染物最大允許含量。

3.9生態(tài)保護水平ecologicalprotectionlevel

根據工礦場地未來土地開發(fā)利用方式下土壤所提供的生態(tài)服務功能的重要性所確定的生態(tài)物種或

生態(tài)過程保護的程度。

3.10物種敏感度分布speciessensitivitydistribution（SSD）

在生態(tài)系統(tǒng)中，不同物種對某一脅迫因子的敏感程度服從一定的累積概率分布，可通過概率或經驗

分布函數來描述不同物種樣本對脅迫因素的敏感度差異。

3.11評估因子assessmentfactor

從實驗測定的劑量效應關系外推估計不會發(fā)生不利效應的污染物濃度的校正系數。

3.12污染土壤生態(tài)風險評估ecologicalriskassessmentofcontaminatedsoil

評估污染物進入土壤后對關注的生態(tài)受體（陸生植物、土壤微生物和土壤動物等）及其生態(tài)過程（如

硝化作用、有機質礦化、磷酸酶活性等）產生顯著危害的可能性。

3.13土壤環(huán)境背景值soilenvironmentalbackgroundvalue

指基于目標土壤污染物環(huán)境背景含量的統(tǒng)計值。通常以土壤環(huán)境背景含量的某一分位值表示。

4工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準制定流程

工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準的制定主要包括6個步驟（圖1），具體如下：

（1）確定需要保護的生態(tài)受體和生態(tài)過程；

（2）生態(tài)毒性數據的收集與篩選；

（3）基準外推方法選擇；

（4）PNEC的外推；

（5）基準值的確定；

（6）基準值的審核。

3

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圖1工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準制定流程

5確定需要保護的生態(tài)受體和生態(tài)過程

在制定工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準時，需要先確定需要保護的土壤生態(tài)受體和生態(tài)過程，這些

生態(tài)受體和生態(tài)過程應為土壤生態(tài)系統(tǒng)中有代表性的生產者、消費者和分解者，具體可包括以下3類：

（1）生產者為陸生植物，如農作物、需要保護的野生植物等；

（2）消費者為整個生命周期主要生活在土壤中的無脊椎動物，如蚯蚓、線蟲、跳蟲等；

（3）分解者為土壤微生物和微生物主導的土壤生態(tài)過程，如真菌、細菌、土壤呼吸作用、土壤消

化作用等。

6生態(tài)毒性數據的收集及篩選

6.1數據來源

單一物種的生態(tài)毒性數據主要通過以下3種途徑獲得：

（1）開展土壤生態(tài)毒理實驗：按照附錄A中的土壤生態(tài)毒理學和生物測試標準化方法，開展相應

物種的生態(tài)毒理實驗，優(yōu)先考慮我國的本土模式生物和實驗方法，獲取生態(tài)毒性數據；

（2）檢索已有的生態(tài)毒數據庫：主要從美國環(huán)保署的“ECOTOX”生態(tài)毒理數據庫

（/ecotox）獲取目標毒性數據；

（3）收集公開發(fā)表文獻里的毒性數據：主要從國內外常用的文獻數據獲取數據，包括Webof

Science（）、中國知網（）、萬方數據庫

（）等。

6.2數據篩選原則

從數據庫或文獻中獲取毒性數據需對收集的毒性數據進行篩選和處理，有效毒性數據的篩選遵循

以下原則：

（1）生態(tài)毒性數據應遵循GB/T、OECD或ISO規(guī)定的標準化實驗方法獲得；

（2）應能根據文獻資料確定測試生物暴露于土壤污染物的時間和毒性終點，并可根據劑量-效應關

系估算毒性效應數據ECX，如EC10、EC50等；

（3）文獻應記錄開展毒性實驗的條件，如土壤pH、有機質、陽離子交換量、粘粒含量、溫度等；

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（4）毒理實驗開展的環(huán)境暴露介質選擇人工或者自然土壤，排除水培、濾紙培養(yǎng)、體腔注射等暴

露方式下獲得的毒性數據；

（5）文獻資料獲得的生態(tài)毒性數據應排除復合污染實驗結果，選擇單一關注污染物暴露獲得的毒

性數據，避免存在非關注污染物的顯著干擾；

（6）田間實驗數據用于基準的制定時，除滿足以上條件外，還應當同時滿足如下條件：①效應數

據必須來自同一地區(qū)同一研究實驗周期，并有供試土壤理化性質數據；②樣品采集、處理和存儲應遵照

標準方法或可接受的操作程序；③其他田間實驗相關條件如采樣設計的科學性等需要根據具體實驗進

行評估；

6.3毒性效應指標的選擇

制定工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準時，優(yōu)先選擇可能影響生態(tài)受體個體生長、發(fā)育或種群繁衍相

關特性的毒性效應指標。

（1）對于陸生植物，選擇生物量、產量、根伸長等；

（2）對于土壤無脊椎動物，選擇繁殖率、種群數量和生長率等；

（3）對于土壤微生物和微生物主導的土壤生態(tài)過程，選擇土壤微生物量、土壤硝化作用、土壤呼

吸作用等。

6.4毒性效應終點的選擇

制定工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準時，根據不同的毒性效應終點，確定不同的毒性效應水平。具

體可分為以NOEC、LOEC、EC10等為效應終點的無效應水平（Level1）和以EC50、LC50、LD50等為效

應終點的半數效應水平（Level2）

（1）無效應水平毒性數據推導的生態(tài)風險基準相對嚴格，當環(huán)境濃度超過相應基準濃度時表明生

態(tài)風險開始發(fā)生，可作為生態(tài)風險篩選值；

（2）半數效應水平毒性數據推導的生態(tài)風險基準相對寬松，當環(huán)境濃度超過相應基準濃度時表明

可能對土壤生態(tài)物種或生態(tài)過程產生50%的生態(tài)危害效應，生態(tài)風險相對較高，需要采取措施以降低生

態(tài)風險，可作為生態(tài)風險管制值;

（3）低效應水平和高效應水平的生態(tài)毒性數據分別處理；

（4）同一物種有多個毒性效應指標的，取最敏感的毒性效應指標；

（5）同一物種的相同毒性效應指標，取這些毒性效應濃度的幾何平均值，不同土壤的相同微生物

或生態(tài)過程指標分別處理。

（6）所有毒性效應終點的單位保持一致，均換算為mg/kg；

7基準外推方法選擇

根據收集與篩選后的生態(tài)毒性數據量多少，選擇工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準外推的方法，當篩

選后的毒性數據滿足不低于2類6種不同的生態(tài)受體或生態(tài)過程時，優(yōu)先選擇SSD模型進行毒性數據

外推，并根據獲取的毒性數據情況，結合評估因子估算PNEC。當數據類型和質量不滿足SSD構建要求

時，可選擇評估因子法進行毒性數據外推，評估因子法外推獲得的PNEC可作為工礦污染場地土壤生態(tài)

風險基準確定的臨時依據，待毒性數據量滿足SSD要求時，仍需對基準值進行修訂。

7.1SSD構建與質量評價

利用收集篩選后的生態(tài)毒性數據建立污染物效應濃度和物種累積分布之間的SSD模型，常用的分

布函數包括BurrIII、Log-normal、Log-logistic、Weibull、Gumbel及Gamma。分別利用上述6種分

布函數對毒性數據進行擬合，推薦根據赤池信息準則（Akaikeinformationcriterion，AIC），選擇擬

合度較好的一個或多個分布函數，確定各個優(yōu)選分布函數的權重，最終建立基于優(yōu)選分布函數加權平均

后的SSD模型。6種分布函數、擬合優(yōu)度評價方法及優(yōu)選函數的權重確定方法見附錄B。

7.2評估因子法

當生態(tài)毒性數據量不滿足SSD構建要求時，可按照表1所列情況選擇最敏感毒性效應濃度和相應

的評估因子進行外推。

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表1評估因子AF取值推薦表

有效數據限定條件評估因子取值

至少有一個營養(yǎng)級生物（如植物、蚯蚓或微生物）的L(E)C50值1000

至少有一種生物（如植物）的NOEC值100

至少在兩個營養(yǎng)級上有兩種生物的NOEC值50

至少在三個營養(yǎng)級上有三種生物的NOEC值10

已知物種敏感性分布曲線（SSD方法）5-1（根據情況確定）

現場數據或模擬生態(tài)系統(tǒng)下得到的數據（根據現場情況確定）

8土壤預測無效應濃度PNEC的外推

8.1物種敏感度分布法外推

分別依據優(yōu)選的分布函數，按照權重平均獲得不同生態(tài)保護水平下的危害濃度???，結合考慮獲

取毒理數據的質量，除以評估因子（1~5）（表1）作為土壤PNEC值。其中危害濃度???中X值的確定可

根據不同的生態(tài)情景確定，如場地未來不同用地開發(fā)類型，不同土壤性質等，具體由當地環(huán)境管理要求

而定。無效應Level1水平外推的數據作為生態(tài)篩選值，半數效應Level2水平外推的數據作為生態(tài)管

制值。

8.2評估因子法外推

當獲取的毒理數據不滿足SSD要求時，選擇毒性數據的最敏感值，根據表1所列情況選擇相應的評

估因子（AF），用毒性數據最敏感值除以評估因子估算PNEC值。由于數據量的限制，該方法可只用于

生態(tài)篩選值推導。

9工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準值的確定

獲取PNEC值后，根據污染物類型，考慮土壤環(huán)境背景值的影響，最終確定工礦污染場地土壤生態(tài)

風險基準值。主要分以下兩類情況：

（1）制定重金屬元素類污染物的基準，考慮土壤環(huán)境背景濃度，可選取全國土壤環(huán)境背景數據的

50%順序統(tǒng)計值作為背景值缺省值（見附錄C），也可根據具體評價項目所在地區(qū)的背景值，利用外推

獲得的PNEC疊加當地土壤環(huán)境背景值作為工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準值；

（2）制定無背景濃度污染物的基準，直接以外推獲得的PNEC作為工礦污染場地土壤生態(tài)風險基

準值。

基準值的取值一般保留兩位有效數字，單位以mg/kg表示。

10工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準值的審核

10.1基準的自審核項目

工礦污染場地土壤生態(tài)風險基準的最終確定需要仔細審核基準推導所用數據以及推導步驟，以確

?；鶞屎侠砜煽俊Ｗ詫忢椖咳缦拢?/p>

（1）使用的毒性數據是否可被充分證明有效。

（2）所使用的數據是否符合數據質量要求。

（3）急性毒性數據中是否存在可疑數值。

（4）慢性毒性數據中是否存在可疑數值。

（5）是否存在明顯異常數據。

（6）是否遺漏其它重要數據。

10.2基準的專家審核項目

（1）基準推導所用數據是否可靠。

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（2）物種要求和數據量是否符合基準推導要求。

（3）基準推導過程是否符合技術標準。

（4）基準值的得出是否合理。

（5）是否有任何背離技術標準的內容并評估是否可接受。

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附錄A

（資料性附錄）

國內國際土壤生態(tài)毒理學和生物測試標準化方法

附表A.1國內土壤生態(tài)毒理學和生物測試標準化方法

方法編號供試生物方法名稱

GB/T21809蚯蚓(Eiseniafetida)化學品蚯蚓急性毒性試驗

GB/T27855土壤微生物化學品土壤微生物碳轉化試驗

GB/T31270.15蚯蚓(Eiseniafetida)化學農藥環(huán)境安全評價實驗準則第15部分：蚯蚓急性毒性試驗

GB/T31270.16土壤微生物化學農藥環(huán)境安全評價實驗準則第16部分：土壤微生物毒性試驗

GB/T31270.19植物化學農藥環(huán)境安全評價實驗準則第19部分：非靶標植物影響試驗

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附表A.2國際土壤生態(tài)毒理學和生物測試標準化方法

方法編號供試生物方法名稱

線蟲(Caenorhabditis沉積物和土壤樣品對秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditiselegans)

ISO10872

elegans)生長、肥力和繁殖毒性影響的測定

ISO11267跳蟲(Folsomiacandida)土壤污染物對彈尾蟲(Folsomiacandida)繁殖的抑制作用

ISO11268-1蚯蚓(Eiseniafetida)污染物對蚯蚓(E.fetida)的急性致毒效應測試

ISO11268-2蚯蚓(Eiseniafetida)污染物對蚯蚓(E.fetida)生殖影響的測定

除揮發(fā)性物質以外的所有可能進入到土壤中的物質對植物

ISO11269-1植物

根系生長情況的影響

土壤中化學物質對多種高等植物的出苗率和早期生長的潛

ISO11269-2植物

在毒性效應

ISO14238土壤微生物污染物對土壤氮礦化和硝化作用的潛在影響

ISO14240土壤微生物土壤污染對微生物生物量的影響

ISO15685土壤微生物土壤污染對硝化微生物的抑制效應

ISO15952幼螺(Helicidae)污染物對陸地幼螺(Helicidae)生長的影響

ISO16072土壤微生物土壤污染對微生物土壤呼吸的影響

ISO16387線蚓(Enchytraeusalbidus)污染物對線蚓(Enchytraeussp.)的繁殖和存活影響

ISO17126萵苣(LactucasativaL.)污染土壤對萵苣(LactucasativaL.)出苗率的影響

運用土壤呼吸曲線法確定微生物群落的豐度和活性，適用

ISO17155土壤微生物

于確定土壤污染物的潛在生態(tài)毒性

蚯蚓(Eiseniafetidaand測定土壤質量和化學品對蚯蚓(EiseniafetidaandEisenia

ISO17512-1

Eiseniaandrei)andrei)的回避試驗.

測定土壤質量和化學品對彈尾蟲(Folsomiacandida)的回避

ISO17512-2彈尾蟲(Folsomiacandida)

試驗.

土壤微生物(Arthrobacter利用球形節(jié)桿菌(Arthrobacterglobiformis)脫氫酶活性進

ISO18187

globiformis)行固體樣品接觸試驗

ISO20963昆蟲類(Oxythyreafunesta)污染物對昆蟲幼蟲(Oxythyreafunesta)的急性致毒效應

油菜(Brassicarapa)

ISO22030化學物質對陸地植物油菜和燕麥的繁殖力的影響

燕麥(Avenasativa)

ISO23753土壤微生物污染物對非淹水土壤中脫氫酶活性的影響

ISO29200蠶豆(Viciafaba)高等植物遺傳毒性效應評價ー蠶豆微核試驗

OECD207蚯蚓(E.fetida和E.andrei)污染物對蚯蚓(E.fetida和E.andrei)的急性致毒效應

OECD208植物化學物質對土壤中高等植物出苗率和苗生長情況的影響

OECD216土壤微生物污染物對土壤微生物氮轉化能力的影響

OECD217土壤微生物污染物對土壤微生物碳轉化能力的影響

OECD220線蚓(Enchytraeusalbidus)化學物質對線蚓(Enchytraeusalbidus)的繁殖力影響

OECD222蚯蚓(E.fetida和E.andrei)化學物質對蚯蚓(E.fetida和E.andrei)的繁殖力影響

OECD226螨蟲(Hypoaspisaculeifer)化學物質對螨蟲(Hypoaspisaculeifer)的繁殖力影響

化學物質的沉降過程對土壤植物葉片和地上部分生長狀況

OECD227植物

的影響

跳蟲(Folsomiacandida和化學物質對跳蟲(Folsomiacandida和Folsomiafimetaria)的

OECD232

Folsomiafimetaria)繁殖力影響

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附錄B

（資料性附錄）

物種敏感性分布曲線擬合函數、擬合優(yōu)度評價及優(yōu)選函數權重確定方法

附表B.1物種敏感性分布曲線擬合函數

擬合函數名稱函數公式變量及參數含義

1

BurrIII型函數?=

Γ?(??)??

[1+?()]

Gamma型函數?=?

Γ?

?(???)/??—擬合函數的累積分布函數，%

Gumbel型函數?=???

1?—污染物毒性濃度，mg/kg

Log-logistic型函數?=

??

1+log(??)??、?、?、?、?—擬合函數參數

Log-normal型函數?=Φ(???)

???

?()

Weibull型函數?=1???

B.1擬合函數擬合優(yōu)度評價

模型擬合優(yōu)度評價是用于檢驗總體中的一類數據其分布是否與某種理論分布相一致的統(tǒng)計方法。

對于參數模型來說，檢驗模型擬合優(yōu)度的方法推薦使用赤池信息準則（Akaikeinformationcriterion，

???），使用最大似然估計法進行模型擬合，并計算每個模型的???值：

???=?2?+2?（Eq.1）

式中?表示最大對數似然函數，?為擬合模型的參數數量，計算得到的???值越小，說明模型擬合

優(yōu)度越好。當樣本量較少時，可使用小樣本版???（????）進行模型評價。

?

???=?2?+2?()（Eq.2）

?????1

式中?和?的含義同上，?代表樣本數量，當?≤?+1時，本參數不適用。

貝葉斯信息準則（Bayesianinformationcriterion,???）可作為另一種替代來評價模型擬合優(yōu)度，

它在形式和設計上與???相似，但模型估算的方法為Metropolis-Hastings，下式中的參數含義同上。

???=?2?+2???(?)（Eq.3）

B.2優(yōu)選函數權重確定

根據各個擬合函數的???值，建立不同分布函數與最優(yōu)分布函數（最低???值）之間的信息差值:

Δ?=?????min(???)（Eq.4）

????為第i個分布的???值，min(???)為所有擬合函數中???的最低值，Δ???=0的分布函數為最

優(yōu)擬合分布函數，一般認為Δ???≤2的函數擬合度均較好，建議保留并賦予函數權重??：

1

??2??

??=1（Eq.5）

??2??

∑?=1?

上式中m為保留的函數個數，??含義同上，則最終SSD模型為多個模型的加權平均模型，推導特

定???為各優(yōu)選模型的加權均值：