第二节 土壤环境质量现状评价标准研究过程
一、土壤环境质量标准研究工作基础和遇到的问题
（一）土壤环境质量状况调查工作
1.全国耕地土壤例行监测
根据《全国基本农田保护区环境质量监测规划纲要》要求，从1999年开始，全国农业环境监测体系有计划、有步骤地开展了全国基本农田保护区土壤环境质量例行监测工作，建立国控监测点和样点档案，按年度开展调查监测工作，追踪耕地环境质量变化趋势。全国共布设基本农田土壤监测国控点1488个，建立样点档案678份。根据长期定位追踪发现：横向比较，全国范围内的一般农田、大中城市郊区农田、污水灌区农田、工矿企业区周边农田的污染程度呈递增趋势，即一般农区<大中城市郊区农田<污水灌区农田<工矿企业区周边农田；纵向比较，三类污染区域的污染状况随年份的增加均有加重趋势。监测结果基本能反映我国基本农田耕地环境质量状况和发展趋势，为我国耕地环境质量保护工作提供科学的依据。
2.重点区域农业环境质量调查工作
多年来，在农业部（现农业农村部）科教司的领导下，农业部环境保护科研监测所（农业部环境监测总站）及全国农业环境监测体系选择重点区域（包括有代表性的农业生产区和不同类型的农业环境污染区），积极开展农用水、农田土壤、农区大气、农畜水产品污染状况调查监测工作，准确把握我国农业环境质量状况，及时向有关部门报告，为政府决策提供依据。
1978年开展了“全国污水灌区农业环境质量状况调查”。
1982年开展了“全国农业环境土壤和主要农作物背景值调查”。
1986年开展了“全国农业环境质量状况调查”。
1994年开展了“全国农、畜、水产品质量（有害物质残留）状况调查”。
1995年开展了“淮河流域农业环境污染调查”。
1996年开展了“全国第二次污水灌区农业环境质量状况调查”。
1999年启动了“全国基本农田保护区土壤环境质量例行监测”。
2000年开展了“蔬菜中重金属及农药残留检测工作”。
2001年对北京、天津、上海、深圳4个全国无公害食品试点城市和河北定州等100个国家级无公害农产品（种植业）生产示范基地县的农业环境质量进行了调查监测。
2002年对京、津、沪、渝4个直辖市和重点旅游城市桂林的蔬菜生产基地及湖北大冶、广西河池刁江、辽宁张士灌区基本农田进行了监测。
2003年对10省市优势农产品强筋小麦、高油大豆主产区农业环境质量进行了监测评价。
2004年对13省优势农产品小麦、玉米、水稻、大豆四大作物主产区农业环境质量进行了监测评价。
2008年，在前期调查的基础上，各省划出了农业环境可疑污染区（大中城市郊区、工矿企业区周边、污水灌区）农田，作为优先调查监测的区域。
2009年启动了“全国农产品产地环境质量监测工作”。
通过上述大量的调查监测工作，可初步掌握我国重点区域农业环境质量状况。我国的农业环境质量状况不容乐观，尽管一般农区耕地环境质量尚好，土壤中污染物有逐渐累积的趋势；有些大中城市郊区、工矿企业区周边的农田污染问题较为突出，需要引起有关部门足够的关注。
（二）在产地土壤污染评价中遇到的问题
《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）作为技术性法律，是土壤污染评价的依据。绿色食品、无公害食品、有机食品等产地环境条件中土壤污染物限量值均是以此为依据制定的。但是在实际工作中遇到了以下问题。
1.土壤超标，农产品不超标
全国无公害基地县产地环境质量评价中，云南、广西、广东、四川等省（自治区）的一些地区，土壤中重金属背景值含量较高，但生产的农产品并不超标，一些地方生产的农产品甚至是多年来出口创汇的主打产品，而且经得起发达国家在食品卫生方面的严格检查。然而，其产地环境质量评价却不合格，被排除在无公害生产基地之外。
2.土壤不超标，农产品超标
我国南方的一些省份是酸性土壤区，土壤pH值较低，有些元素土壤容量很小，甚至低于《土壤环境质量标准》中的二级标准值（二级标准为农田利用限量值，绿色食品等土壤中的标准值就是依此制定的）。造成虽然土壤符合标准，但生产的农产品有些却超过食品卫生标准。例如：在作者项目组研究中，在湖北大冶红壤区所做的盆栽和小区实验显示，当镉的含量超过0.23mg/kg时，一些小白菜中镉的含量就会超过食品卫生标准。
针对上述问题和实际工作需要，项目组先后申报了科技部公益性研究项目《耕地土壤污染监测与评估技术研究》（2001DIA10022）、科技部重大标准研究项目《农产品产地污染控制与技术标准研究》（2002BA906A76）、质检公益性行业科研专项《食用农产品产地土壤质量安全等级评价方法及重金属限量标准研究》（200910201）等项目，对耕地土壤中重金属污染监测评价技术进行了较为系统的研究。
二、土壤环境质量评价技术研究实验过程
（一）基本情况
1.研究方法确定
利用盆栽与小区实验相结合的研究方法。通过6年（2000～2005年）时间，对我国5个典型地区、5种土壤类型（刁江流域红壤、长江中游红壤、辽东半岛棕壤、长江三角洲黄泥土、黄淮海平原潮土）中重金属Cd、Pb与2种不同种类作物（水稻、小白菜）吸收累积关系进行了深入研究。盆栽实验每种土壤设置8个浓度梯度、5个平行、2次重复，共做了1575个盆栽实验；在小区实验中，在5个研究区域内，分别选择铅镉污染程度不同的小区进行实验，共选择51个实验小区进行种植，土壤和植物样品一一对应采集，每种样品采集250个，共获取盆栽和小区实验有效数据10000多个。
2.研究区域与土壤类型选择
根据多年来对农业环境的大量调查、监测工作经验，选择在我国不同气候和地理环境下，具有典型的、有代表性的土壤类型，同时考虑到在该区域可找到相应的污染区域，作为小区验证实验和大田实地调查的场地。最后，确定的研究区域与土壤类型为：黄淮海平原潮土区、辽东半岛棕壤区、长江中游红壤区、长江三角洲和刁江流域水稻土区5个典型区域。
3.实验作物种类选择
根据大量样品检测结果，选择具有代表性的、对污染物相对敏感的、普遍种植的大宗作物种类。最后确定：以小青菜代表蔬菜类农产品（因为大多数菜地往往是叶菜、果菜、根菜混种或轮种，而小青菜又是对污染物相对敏感的作物）；以水稻代表大田作物，因为在大田作物（玉米、高粱、大豆、小麦、水稻等）中，水稻对常见污染物相对敏感，而且又在全国普遍种植。
4.实验污染物选择
在8项重金属中，污染普遍、毒性相对较大、在作物中超标出现概率较大的污染物，最后确定为Pb和Cd。
（二）盆栽实验和小区实验
1.稻田土壤Cd临界值制定技术研究
实验采用盆栽实验和田间小区实验相结合的方法。在上述5种土壤类型进行实验工作。
（1）水稻盆栽方案
1）实验方法
土壤类型：广西刁江—红壤；湖北大冶—红壤；辽宁张士—棕壤；江苏苏州—黄泥土；天津东丽—潮土。
水稻品种：杂交粳稻。
种植时间：2004年3～10月。
采集样品部位：根、稻谷（糙米）、茎叶、土壤。
采集样品量：作物，每个梯度5个重复均匀取样，混合，采集糙米和茎叶各250g，根150g，洗净风干；土壤，每个梯度每个重复（每盆）用小土钻取3个点，5个重复，共15个点样充分混匀后，用四分法留足风干土0.5kg。
每种土用量：风干土1700kg。
盆数：525个。
每盆土壤用量：10kg。
植株数：每盆3穴，每穴3株。
肥料：统一施肥量，以尿素作氮肥，磷酸二氢钾作磷肥和钾肥。
污染物：Pb，Cd。
污染物添加梯度：Pb、Cd各8个梯度，每个梯度重复5次。
①辽宁张士。棕壤土实验结果如下：
②江苏苏州黄泥土实验结果如下：
③天津东丽潮土实验结果如下：
④湖北大冶红壤土实验结果如下：
⑤广西刁江红壤土实验结果如下：
污染物形态：乙酸铅、氯化镉。
污染物添加方式（仅供参考）：称出每个梯度重复所需土壤总质量和添加污染物的总量，把污染物溶解于尽量少的水中，把此溶液倒入少量称出的土中，稍干后弄碎，放入称出的土中，充分混匀，称量分装入每个盆中（添加污染物时，如需加施底肥可同时加入）。
2）盆栽的几点要求
①首先捡出盆栽用土较大的石头、砖块和植物的根茎等杂物，然后风干后过5mm筛。
②盆装土前先加肥料拌匀，统一放置1周后再添加污染物。盆装土后，先灌水，水稻Pb和Cd处理盆要灌到淹水状态，2～4周后再插秧或播种。
③水稻盆栽要保持一定的水位。需补加水时，不能过猛、过多，以免溢出盆外或飞溅到其他盆里。
④根据作物生长期的需要及作物生长情况，进行施肥。
⑤注意预防病虫害和防雨。
⑥水稻每个梯度都要进行考种（分蘖、株高、千粒重）。
（2）水稻（Cd）盆栽实验 盆栽实验土壤采集5个地区接近各自背景值的土壤，并对其进行理化分析（见表3-1和表3-2）和镉含量分析（见表3-3）。
表3-1 盆栽土壤理化性质
表3-2 盆栽土壤的颗粒组成
表3-3 五地区盆栽土壤中Cd含量 单位：mg/kg
实验用土壤为辽宁张士的棕壤（简称“辽宁土”）；天津东丽区的潮土（简称“天津土”）：江苏苏州的黄泥土（简称“江苏土”）；湖北大冶的红壤（简称“湖北土”）；广西刁江的红壤（简称“广西土”）。
盆栽实验采用容量为15kg的塑料盆，每盆装土12kg，添加尿素作氮肥；磷酸二氢钾或磷酸氢二钾作磷钾肥。添加的毒物为镉（氯化镉CdCl2·2.5H2O），处理浓度见表3-4，每个处理重复3次。
表3-4 盆栽水稻Cd处理浓度 单位：mg/kg
将土壤风干拣出杂质压碎、过筛，定量称出与肥料混合装盆，1周后添加镉化合物混匀，淹水2周后插秧。水稻品种为杂交粳稻，生长期为170d，整个生长期为自来水浇灌，并且保持渍水状态。水稻生长期间根据生长情况追肥。
收获时采集水稻全样，同步采集土样，将稻谷、稻草、稻根（洗净）分别处理，并于70℃以下烘干、脱壳、磨碎、过筛。土壤样品风干后磨碎、过筛。
①土壤添加不同浓度Cd对水稻生长的影响。5个地区原土壤pH值有较显著差异，水稻收获后采集土壤样品进行分析，pH值的差异有所减小，见表3-5。
表3-5 盆栽土壤pH值（收水稻后）
在同一类型的土壤中，不同浓度Cd处理对水稻的生长（株数、株高、穗长）、产量（千粒重、谷粒重）影响差异不显著，见表3-6。
表3-6 Cd对水稻生长的影响
注：株数指每盆平均株数。
在5种类型的土壤中，低浓度Cd处理的水稻生长和谷粒重都较比对照组好。在文献中也有这样的报道。这是由于少量的Cd能刺激水稻的生长，使水稻长势和产量都好于对照组，这就增加了Cd污染的隐蔽性和潜在危害性，所以不能单纯从作物的生长和产量来判断Cd对水稻的污染状况。
不同类型的土壤中，辽宁土水稻的生长和产量都较好。
②土壤不同浓度镉对水稻吸收Cd的影响。5种土壤水稻吸收Cd随着土壤Cd浓度的增大而显著增加。水稻各部位对Cd的吸收浓度都是稻根>稻草>糙米，见表3-7～表3-11。
从盆栽水稻可看出，水稻在不同土壤上生长吸收镉的量不同，湖北土上生长的水稻吸收Cd的量较多。如土壤添加Cd浓度为6.0mg/kg时，辽宁土糙米含镉量为0.345mg/kg；天津土糙米含镉量为0.295mg/kg；江苏土糙米含镉量为0.120mg/kg；广西土糙米含镉量为0.189mg/kg；湖北土添加Cd 4.8mg/kg时，糙米含镉量已达到0.602mg/kg。
表3-7 辽宁土不同Cd处理水稻吸收Cd的影响 单位：mg/kg
表3-8 天津土不同Cd处理水稻吸收Cd的影响 单位：mg/kg
表3-9 江苏土不同Cd处理水稻吸收Cd的影响 单位：mg/kg
表3-10 湖北土不同Cd处理水稻吸收Cd的影响 单位：mg/kg
表3-11 广西土不同Cd处理对水稻吸收Cd的影响 单位：mg/kg
③土壤中T Cd与土壤有效态Cd。水稻对Cd的吸收与土壤中T Cd、DTPA可提取Cd有极显著的相关性见表3-12。
表3-12 土壤中总Cd与土壤中有效态Cd 单位：mg/kg
④水稻吸收Cd与土壤中Cd含量的相关性。5种不同类型土壤中的Cd与糙米中Cd、稻草中Cd、稻根中Cd都有显著的相关性见表3-13。
表3-13 水稻吸收Cd与土壤中Cd含量的相关性（r值）
⑤供试土壤中Cd的临界值。土壤T Cd、有效态Cd与糙米中Cd都有显著的相关性，依据国家标准，食品中Cd限量指标大米含镉量0.2mg/kg（GB 2762—2012）计算，以水稻为指示植物的土壤Cd的临界值见表3-14。
表3-14 供试土壤Cd的临界值
注：相关方程y=a+bx。
（3）水稻（Cd）小区试验 首先各土类地区根据污灌调查土壤中Cd污染情况，筛选出Cd污染水平满足各个土类Cd浓度梯度的要求，再采土壤样品进行分析确定被选小区土壤中含镉量。
每个土类选3～5个不同程度Cd污染小区，用GPS定位。每个小区2亩。水稻品种为杂交粳稻或当地主要品种。田间种植、施肥等管理工作按照本地区水稻常规进行。
Cd小区试验因条件限制，广西刁江的红壤没能进行实验。
水稻收获时，每个小区按照梅花布点法，设5个采样点，用GPS定位中心点位。每个点采5穴水稻全样（稻谷、稻草、稻根），同时采集水稻根部穴位土壤样品。
水稻样品分别经清洗、烘干、脱粒、脱壳、粉碎、过筛处理。
土壤样品风干后磨细、过筛。
①各小区水稻对Cd的吸收。随着土壤含镉量的增大，水稻对Cd的吸收增加。水稻各部位对Cd的吸收量为稻根>稻草>糙米（见表3-15）。
表3-15 各小区水稻含镉量
注：除标注以及pH值外，表中单位为mg/kg。
②各小区水稻吸收Cd与土壤中含镉量的相关性。水稻各部位对Cd的吸收与土壤中T Cd、DTPA可提取Cd都有显著的相关性，见表3-16。依据国家标准，食品中Cd限量指标大米含镉量0.2mg/kg（GB 2762—2012）计算，以水稻为指示植物的土壤Cd临界值，见表3-17。
表3-16 各小区水稻吸收Cd与土壤中Cd含量的相关性（r值）
表3-17 各小区水稻土壤Cd的临界值
注：相关方程y=a+bx。
（4）实验结果小结 对于不同类型的土壤盆栽和小区实验，在实验Cd浓度范围内土壤中含镉量对水稻生长和产量影响均不显著。
水稻各部位对Cd的吸收在5类土壤盆栽和小区实验中都是稻根>稻草>糙米。
5类土壤中T Cd、有效态Cd与糙米中Cd都有极显著的相关性。
依据国家标准食品中Cd限量指标大米含镉量0.2mg/kg（GB 2726—2012）计算出5类水稻土壤临界值，见表3-18。
表3-18 水稻土壤Cd的临界值 单位：mg/kg
2.稻田土壤Pb临界值制定技术研究
（1）试验方法 试验采用盆栽试验和田间小区实验相结合的方法，选择5种不同类型的土壤进行实验工作。
（2）实验设计
1）水稻（Pb）盆栽试验。盆栽实验土壤采集5个地区接近各自背景值的土壤，并对其进行理化分析（见表3-19和表3-20）和Pb含量分析（见表3-21）。
表3-19 盆栽土壤理化性质
表3-20 盆栽土壤的颗粒组成（质量分数）
表3-21 五地区盆栽土壤中含铅量 单位：mg/kg
实验用土壤为辽宁张士的棕壤（简称“辽宁土”）；天津东丽区的潮土（简称“天津土”）；江苏苏州的黄泥土（简称“江苏土”）；湖北大冶的红壤（简称“湖北土”）；广西刁江的红壤（简称“广西土”）。
盆栽实验采用容量为15kg的塑料盆，每盆装土12kg，添加尿素作氮肥，磷酸二氢钾或磷酸氢二钾作磷钾肥。添加的毒物为铅［乙酸铅Pb（OAC）·3H2O］，处理浓度见表3-22，每个处理重复3次。
表3-22 盆栽水稻铅处理浓度 单位：mg/kg
将土壤风干拣出杂质压碎、过筛，定量称出与肥料混合装盆，1周后与添加铅化合物混匀，淹水2周后插秧。水稻品种为杂交粳稻，生长期为170d，整个生长期为自来水浇灌，并且保持渍水状态。水稻生长期间根据生长情况追肥。
收获时采集水稻全样，同步采集土样，将稻谷、稻草、稻根（洗净）分别处理，并于70℃以下烘干、脱壳、磨碎、过筛。土壤样品风干后磨碎、过筛。
①土壤添加不同浓度铅对水稻生长的影响。5个地区原土壤pH值有显著差异，水稻收获后采集土壤进行分析，pH值的差异有所减小，见表3-23。
表3-23 盆栽土壤pH值（收水稻后）
天津土、江苏土、湖北土盆栽水稻随着土壤添加Pb浓度增大，水稻的生长和产量有逐渐下降的趋势，见表3-24。
辽宁土、天津土、江苏土、盆栽水稻土壤添加Pb 2400mg/kg时，水稻的生长和产量有逐渐下降的趋势，见表3-24。
辽宁土盆栽水稻生长和产量比其他4种土都好，是最好的。
表3-24 Pb 对水稻生长的影响
注：株数指每盆平均株数。
②土壤不同浓度Pb对水稻吸收铅的影响。在5种土壤中，水稻吸收Pb随着土壤Pb浓度的增大而增加。
水稻各部位对Pb的吸收量都是稻根>稻草>糙米，见表3-25～表3-29。
从盆栽水稻可看出，水稻在不同类型土壤上生长，即使土壤含铅量相同，水稻吸收Pb的量也不相同。湖北土上生长的水稻吸收Pb的量较多。如土壤添加Pb浓度为1200mg/kg时，湖北土糙米含铅量为0.782mg/kg；辽宁土糙米含铅量为0.460mg/kg；广西土糙米含铅量为0.345mg/kg；天津土、江苏土糙米含铅量更低。
表3-25 辽宁土不同Pb处理对水稻吸收Pb的影响 单位：mg/kg
表3-26 天津土不同Pb处理对水稻吸收Pb的影响 单位：mg/kg
表3-27 江苏土不同Pb处理对水稻吸收Pb的影响 单位：mg/kg
表3-28 湖北土不同Pb处理对水稻吸收Pb的影响 单位：mg/kg
表3-29 广西土不同Pb处理对水稻吸收Pb的影响 单位：mg/kg
③土壤中T Pb与土壤有效态Pb。水稻对Pb的吸收与土壤中T Pb、DTPA可提取Pb有显著的相关性，见表3-30。
表3-30 土壤中T Pb与土壤中有效态Pb 单位：mg/kg
④水稻吸收Pb与土壤中含铅量的相关性。5种不同类型土壤中的Pb与糙米中Pb、稻草中Pb、稻根中Pb都有显著的相关性，见表3-31。
表3-31 水稻吸收铅与土壤中含铅量的相关性（r值）
⑤供试土壤中Pb的临界值。土壤T Pb、有效态Pb与糙米中Pb都有显著的相关性，依据国家标准，食品中铅限量指标大米含铅量0.2mg/kg（GB 2762—2012）计算，以水稻为指示植物土壤Pb的临界值见表3-32。
表3-32 供试土壤Pb的临界值
注：相关方程y=a+bx。
2） 水稻（Pb）小区试验。首先各土壤地区根据污灌调查土壤中Pb污染情况，筛选出Pb污染水平满足各个土类Pb浓度梯度的要求，再分析土壤样品确定被选小区土壤中含铅量。
每个土类最好选3～5个不同程度Pb污染小区，用GPS定位。每个小区2亩。水稻品种为杂交粳稻或当地主要品种。田间种植、施肥等管理工作按照本地区水稻常规进行。
Pb小区试验因条件限制，只选择了天津东丽区的潮土和广西刁江的红壤。水稻收获时，每个小区按照梅花布点法，设5个采样点，用GPS定位中心点位。每个点采5穴水稻全样（稻谷、稻草、稻根），同时采集水稻根部穴位土壤样品。
水稻样品分别经清洗、烘干、脱粒、脱壳、粉碎、过筛处理。
土壤样品风干后磨细、过筛。
①各小区水稻对Pb的吸收。小区水稻生长情况与周边大田水稻无明显异常。
随着土壤含铅量的增大，水稻对Pb的吸收增加。水稻各部位对Pb的吸收量为稻根>稻草>糙米，见表3-33。
表3-33 各小区水稻含铅量 单位：mg/kg
②各小区水稻吸收Pb与土壤中含铅量的相关性。水稻各部位对Pb的吸收与土壤中T Pb、DTPA可提取Pb有显著的相关性，见表3-34。依据国家标准，食品中Pb限量指标大米含铅量0.2mg/kg（GB 2762—2012）计算，以水稻为指示植物的土壤Pb临界值见表3-35。
表3-34 各小区水稻吸收Pb与土壤中Pb含量的相关性（r值）
表3-35 各小区水稻土壤Pb的临界值
（3）实验结果小结 Pb对水稻的生长和产量有一定的影响，但影响的程度不显著。
在不同土壤中，盆栽和小区实验都表明水稻各部位对Pb的吸收都是稻根>稻草>糙米。
在同一个土壤中水稻吸收Pb随土壤含铅量增加而增大，并且水稻各部位对Pb的吸收与土壤中T Pb、DTPA可提取Pb有显著的相关性。
临界值的确定，依据国家标准食品中铅限量指标大米含铅量0.2mg/kg（GB 2726—2012）计算出5类水稻土壤Pb临界值见表3-36。
表3-36 水稻土壤Pb的临界值 单位：mg/kg
3.菜田土壤Cd临界值制定技术研究
实验采用盆栽试验和田间小区实验相结合的方法。选择5种不同类型的土壤进行实验工作。
（1）青菜盆栽方案
1）实验方法
土壤类型：广西刁江—红壤土；湖北大冶—红壤土；辽宁张士—棕壤土；江苏苏州—黄泥土；天津东丽—潮土。
青菜品种：当地大宗品种。
生长期：50d左右。
种植时间：2004年。
收货时间：2004年。
采集样品部位：茎叶、土壤。
采集样品量：每个梯度3个重复的样品去除干叶、烂叶外，全部采集洗净风干；每个梯度3个重复的土壤混匀后用四分法采集风干土0.5kg。
污染物：Pb，Cd。
每种土壤用量：风干土100kg。
盆数：360个。
每盆土壤用量：1.2kg左右。
植株数：定苗后每盆8～10株。
肥料：统一施肥量，以尿素作氮肥，磷酸二氢钾作磷肥和钾肥。
污染物添加梯度：重金属8个梯度，每个梯度重复3次。
①辽宁张士棕壤土实验结果如下：
②江苏苏州黄泥土实验结果如下：
③天津东丽潮土实验结果如下：
④湖北大冶红壤土实验结果如下：
⑤广西刁江红壤土实验结果如下：
污染物形态：乙酸铅、氯化镉。
污染物添加方式（仅供参考）：称出每个梯度几个重复所需土壤总量和添加污染物的总量，把污染物溶解于尽量少的水中，把此溶液倒入少量称出的土中，稍干后弄碎，放入称出的土中，充分混匀，称量分装入每个盆中（添加污染物时，如需加施底肥可同时加入）。
2）盆栽的几点要求
①首先拣出盆栽用土较大的石头、砖块和植物的根茎等杂物，然后风干过5mm筛。
②盆装土后，先灌水，Pb和Cd处理盆要灌到淹水状态，2～4周后再插秧或播种。
③补加水时，不能过猛、过多，以免溢出盆外或飞溅到其他盆里。
④根据作物生长期的需要及作物生长情况进行施肥。
⑤注意预防病虫害和防雨。
⑥收获时要称量每个梯度的生物量。
⑦实验过程中要注意人身安全。
（2）青菜（Cd）盆栽试验 盆栽实验土壤来自辽宁张士棕壤土（简称“辽宁土”）；天津东丽潮土（简称“天津土”）；江苏苏州黄泥土（简称“江苏土”）；湖北大冶红壤土（简称“湖北土”）；广西刁江红壤土（简称“广西土”）。采集5个地区接近各自背景值的土壤，并对其进行理化分析（见表3-37、表3-38）和镉含量分析（见表3-39）。
表3-37 盆栽土壤理化性质
表3-38 盆栽土壤的颗粒组成（质量分数）
表3-39 五地区盆栽土壤中含镉量 单位：mg/kg
盆栽实验采用容量为1.5kg的塑料盆，每盆装土1.2kg。添加尿素作氮肥，磷酸二氢钾作磷钾肥。添加物质为氯化镉（CdCl2·2.5H2O），处理浓度见表3-40，每个处理重复3次。
表3-40 盆栽青菜Cd处理浓度 单位：mg/kg
将土壤风干拣出杂质压碎，过筛。定量称出与肥料混匀，装盆、湿润土壤，1周后与镉化合物混匀，2周后播种青菜。青菜品种为春绿一号。生长期为45d左右，整个生长期间为自来水浇灌。
收获时采集青菜鲜样，并称其质量。同步采集土壤样品。将青菜鲜样于70℃以下烘干，磨碎、过筛。土壤样品风干后磨碎、过筛。
①土壤添加不同浓度Cd对青菜生长的影响。pH值对青菜生长、产量影响不显著。收获青菜后对土壤pH值进行测定。天津土、江苏土、湖北土、广西土pH值变化不大，只有辽宁土pH值降低，见表3-41。
表3-41 盆栽青菜土壤pH值
5种类型土壤中不同浓度Cd对青菜生长和产量有一定影响，辽宁土、天津土、湖北土从产量来看较好，江苏土Cd高浓度产量较差，广西土Cd低浓度（空白，0.1mg/kg）和高浓度（2.4mg/kg）长势、产量都较差，见表3-42。
表3-42 Cd对青菜生长的影响
②土壤添加不同浓度Cd对青菜吸收Cd的影响。在5种土壤中青菜吸收Cd都是随着土壤Cd浓度的增大而显著增加，并呈极显著的相关性，见表3-43。在5种土壤上生长的青菜对Cd的吸收是：广西土>湖北土>辽宁土>江苏土>天津土。这与土壤pH值由低到高的排序相反，土壤pH值越高，青菜从土壤中吸收的Cd量越少。青菜对Cd非常敏感，土壤添加Cd 0.1mg/kg（弱酸性土壤）或0.2mg/kg（中性或弱碱性土壤）时，青菜吸收Cd的量就显著增加，可是这并不影响青菜的生长和产量。
表3-43 土壤不同浓度Cd与青菜吸收的Cd 单位：mg/kg
③土壤中T Cd与土壤中有效态Cd。青菜对Cd的吸收与土壤中T Cd及DTPA可提取有效态Cd有极显著的相关性，见表3-44。
表3-44 土壤中T Cd与土壤有效态Cd 单位：mg/kg
④青菜吸收Cd与土壤中含镉量的相关性。不同类型土壤中T Cd、有效态Cd与青菜中Cd都有极显著的相关性，见表3-45。
表3-45 青菜吸收Cd与土壤中Cd含量的相关性（r值）
⑤供试土壤中Cd的临界值。供试土壤总Cd、有效态Cd与青菜中Cd都有极显著的相关性。由此依据国家标准食品中Cd限量指标，叶菜含镉量0.2mg/kg（GB 2762—2012）计算，以青菜为指示植物的土壤临界值见表3-46。
表3-46 青菜土壤Cd的临界值
注：相关方程y=a+bx。
（3）青菜（Cd）小区实验 依据土壤被Cd污染的情况筛选出Cd污染水平能满足各个土类浓度梯度的要求，再收集土壤样品进行分析，确定小区土壤中含镉量。
每个土类选5个不同程度Cd污染小区，用GPS定位（在实际操作中，有的土类未能筛选出5个不同梯度的小区）。每个小区面积为2亩，青菜品种为当地的主要品种。小区实验的农事操作和田间管理工作按照本地区青菜管理常规进行。
青菜生长期为45d左右，收获时每个小区按照梅花布点法，布设5个采集点，用GPS定位中心点位，每个点采青菜样品1～2kg，同时采集青菜根部土壤样品。
青菜样品去掉干叶和黄叶，洗净后风干或于70℃以下烘干后粉碎、过筛。
土壤样品风干后磨碎、过筛。
①各小区青菜对Cd的吸收。随着土壤中含镉量的增加，青菜对Cd的吸收增大，见表3-47。
表3-47 各小区青菜Cd含量 单位：mg/kg
②各小区青菜吸收Cd与土壤中含镉量的相关性。青菜对Cd吸收与土壤中T Cd、可提取Cd有显著的相关性，见表3-48。
表3-48 小区青菜土壤Cd的临界值 单位：mg/kg
依据国家标准食品中Cd限量指标叶菜含镉量0.2mg/g（GB 2762—2012）计算，以青菜为指示植物的土壤Cd临界值见表3-49。
表3-49 小区青菜土壤Cd的临界值
注：相关方程y=a+bx。
（4）实验结果小结 不同类型的土壤盆栽和小区实验都表明土壤中含镉量对青菜生长和产量有一定的影响，土壤不同影响有差异。
青菜对Cd的吸收与土壤的pH值相关，土壤pH值越小（偏酸性），青菜从土壤中吸收的Cd越多。
在5类土壤中T Cd、有效态Cd与青菜中Cd都有极显著的相关性。
依据国家标准食品中Cd限量指标叶菜含镉量0.2mg/kg（GB 2726—2012），计算出5类青菜土壤Cd临界值，见表3-50。
表3-50 青菜土壤Cd的临界值 单位：mg/kg
4.菜田土壤Pb临界值制定技术研究
（1）试验方法 实验采用盆栽实验与田间小区实验相结合的方法，选择5种不同类别的土壤进行实验工作。
（2）青菜（Pb）盆栽试验 盆栽实验土壤来自辽宁张士棕壤土（简称“辽宁土”）；天津东丽潮土（简称“天津土”）；江苏苏州黄泥土（简称“江苏土”）；湖北大冶红壤土（简称“湖北土”）；广西刁江红壤土（简称“广西土”）。采集5个地区接近各自背景值的土壤，并对其进行理化分析（见表3-51、表3-52）和含铅量分析（见表3-53）。
表3-51 盆栽土壤理化性质
表3-52 盆栽土壤的颗粒组成（质量分数）
表3-53 五地区盆栽土壤中含铅量 单位：mg/kg
盆栽实验采用容量为1.5kg的塑料盆，每盆装土1.2kg。添加尿素作氮肥，磷酸二氢钾作磷钾肥。添加物质为氯化铅［Pb（OAc）2·3H2O］，处理浓度见表3-54，每个处理重复3次。
表3-54 盆栽青菜Pb处理浓度 单位：mg/kg
将土壤风干后拣出杂质压碎，过筛。定量称出与肥料混匀，装盆、湿润土壤，1周后与铅化合物混匀，2周后播种小青菜。青菜品种为春绿一号。生长期为45d左右，整个生长期间为自来水浇灌。
收获时采集青菜鲜样，并称其质量。同步采集土壤样品。将青菜鲜样子70℃以下烘干，磨碎、过筛。土壤样品风干后磨碎、过筛。
①土壤添加不同浓度Pb对青菜生长的影响。从盆栽看来，pH值对青菜生长和产量影响不显著，青菜收获后，采土壤对土壤pH值进行测定，天津土、江苏土、湖北土、广西土pH值变化不大，只有辽宁土pH值降低，见表3-55。
表3-55 盆栽青菜土壤pH值
辽宁土、天津土、江苏土、湖北土，土壤中添加不同浓度Pb对青菜生长和产量有一定影响，但影响不显著。
广西土添加Pb从低至高，所有浓度青菜生长和产量都很差，见表3-56。
表3-56 Pb对青菜生长的影响
②土壤添加不同浓度Pb对青菜吸收Pb的影响。在5种土壤中青菜吸收Pb都是随着土壤Pb浓度的增大而显著增加，并呈极显著的相关性，见表3-57和表3-58。
表3-57 土壤不同浓度Pb与青菜吸收的Pb（一） 单位：mg/kg
表3-58 土壤不同浓度Pb与青菜吸收的Pb（二） 单位：mg/kg
5种不同类型土壤添加同一浓度Pb，青菜吸收Pb的量不相同。如添加Pb 400mg/kg，辽宁土青菜含铅量为0.352mg/kg，天津土青菜含铅量为0.230mg/kg，江苏土青菜含铅量为0.534mg/kg，湖北土青菜含铅量为0.543mg/kg，广西土青菜含铅量为1.380mg/kg。其顺序是：广西土>湖北土>江苏土>辽宁土>天津土。
③土壤中T Pb与土壤中有效态Pb。土壤中T Pb与土壤中有效态Pb的相关性见表3-59。
表3-59 土壤中T Pb与土壤有效态Pb 单位：mg/kg
④青菜吸收Pb与土壤中含铅量的相关性。土壤中T Pb、有效态Pb与青菜中Pb都有显著的相关性，随着土壤Pb浓度的增大，青菜吸收的Pb量增加。
在弱酸性和中性的土壤中，如辽宁土、江苏土、湖北土、广西土青菜吸收的Pb与土壤中含铅量呈极显著的相关性，天津土呈弱碱性，其相关性就稍差一些，见表3-60。
表3-60 青菜吸收Pb与土壤中Pb含量的相关性
⑤供试土壤中Pb的临界值。供试土壤中Pb、DTPA可提取Pb与青菜中Pb都有显著的相关性。由此依据国家标准食品中Pb限量指标，叶菜含铅量0.3mg/kg（GB 2726—2012）计算，以青菜为指示植物的土壤临界值见表3-61。
表3-61 青菜土壤Pb的临界值
注：相关方程y=a+bx。
（3）青菜（Pb）小区试验 首先选出不同类型的土壤，根据土壤被Pb污染的情况，筛选出Pb污染水平能满足各个土类Pb浓度梯度的要求。再采集土壤样品进行分析，确定小区土壤中含铅量。
每个土类选5个不同程度Pb污染小区（在实际操作中，有的土类未能选出5个不同梯度的小区），用GPS定位，每个小区面积为2亩，青菜品种为当地的主要品种，小区试验的农事操作和田间管理工作按照本地区青菜管理常规进行。
青菜生长期为45d左右，收获时每个小区按照梅花布点法，布设5个采集点，用GPS定位中心点位，每个点采青菜样品1～2kg，同时采集青菜根部土壤样品。
青菜样品去掉干叶和黄叶，洗净风干后或于70℃以下烘干后，粉碎过筛装瓶。
土壤样品风干后磨碎过筛装袋或瓶。
Pb小区试验因条件限制，仅选了天津东丽的潮土和广西刁江的红壤土。
①各小区青菜对Pb的吸收。随着土壤中含铅量的增大，各小区青菜Pb含量见表3-62。
表3-62 各小区青菜Pb含量 单位：mg/kg
土壤的酸碱性（pH）影响青菜对Pb的吸收。在含铅量相同的土壤中，青菜从弱酸性土壤中吸收的Pb比从弱碱性土壤中吸收的Pb要多一些。
②各小区青菜吸收Pb与土壤中含铅量的相关性。青菜对Pb的吸收与土壤中T Pb、DTPA可提取Pb有显著的相关性，见表3-63。
表3-63 各小区青菜吸收Pb与土壤中Pb含量的相关性（r值）
依据国家标准，食品中Pb限量指标为叶菜含铅量为0.3mg/kg（GB 2762—2012）计算，以青菜为指示植物的土壤Pb临界值见表3-64。
表3-64 各小区青菜土壤Pb的临界值
注：相关方程y=a+bx。
（4）实验结果小结 土壤中不同浓度的Pb对青菜的生长和产量影响不显著。青菜对Pb的吸收与土壤中的pH值相关，土壤pH值越小（弱酸性），青菜从土壤中吸收的Pb越多。土壤中T Pb、有效态Pb与青菜中Pb都有极显著的相关性。临界值的确定依据国家标准食品中Pb限量指标叶菜含铅量0.3mg/kg（GB 2762—2012）计算出5类青菜土壤临界值，见表3-65。
表3-65 青菜土壤Pb的临界值 单位：mg/kg
（三）临界值确定
水稻、青菜从土壤中吸收T Cd、T Pb、DTPA可提取的有效态Cd、Pb的量都随土壤中Cd、Pb含量的增加而增大。并且有显著的相关性。
依据国家标准食品中Cd、Pb限量指标（GB 2726—2012）可计算出五类土壤临界值。
大米：含镉量0.2mg/kg 叶菜：含镉量0.2mg/kg
含铅量0.2mg/kg 含铅量0.3mg/kg
1.水稻土壤临界值确定
见表3-66。
表3-66 水稻土壤临界值 单位：mg/kg
2.青菜土壤临界值确定
见表3-67。
表3-67 青菜土壤临界值 单位：mg/kg
三、土壤环境质量现状评价方法的确立
通过盆栽实验和小区验证，得出了我国5种土壤类型、2种作物种类、2种污染元素的临界值。由此可见，不同土壤类型、不同作物种类、不同污染元素的临界值之间会有很大差异。因此，为科学、合理地对耕地土壤环境质量进行评价，达到既不浪费宝贵的耕地资源，同时又不生产超标的农产品的目的，就要对土壤环境质量进行适宜性评价，即以与待测项目相同土壤类型、相同作物种类的污染物临界值作为评价依据，来判断农产品产地土壤对种植作物的适宜性，改变以往土壤环境质量评价中不论土壤类型、不分作物种类、全国用一个统一的数值进行评价的方法。
适宜性评价采用单项污染指数法，因为在农产品中只要有一项污染物超标即为超标农产品，就不可以食用。因此，要采取一票否决制。
作为适宜性评价依据的土壤中重金属临界值，其影响因素很多，不仅土壤类型、土壤pH值、阳离子交换量、有机质含量、温度、湿度等会影响临界值，同时又因不同的作物种类对污染物的敏感程度不同，其临界值也不相同。因此，应制定《土壤重金属有效态临界值制定技术规范》，各地应根据各自的地域特点、土壤理化性质、种植习惯、污染特征等，选择重点污染区域的典型污染物制定出临界值，以满足实际工作的需要，而不是针对所有土壤类型、作物种类、污染物质一一制定临界值。
也可根据当地污染情况，采用加密布点的方法进行调查和监测，以农产品可食部分超标或因污染减产情况为基准，判断种植作物与产地土壤环境质量的适宜程度。
在此基础上，根据土壤适宜种植作物的种类，可以将农产品产地土壤环境质量划分成不同的等级。
Ⅰ级地：土壤环境质量良好，适宜种植任何种类的农产品，包括对污染很敏感的种类。
Ⅱ级地：只适宜种植具有一定抗性的农产品，而不适宜种植敏感作物。
Ⅲ级地：只适宜种植具有较强抗性的农产品。
Ⅳ级地：污染较为严重，只适宜种植非食用农产品。
为便于在实际中应用，可根据当地实际种植情况、污染特征等，各等级地针对不同污染物种类选择出代表作物作为指示植物。例如：针对污染物Cd，一级地可以小青菜为指示植物：二级地可以水稻为指示植物等。