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农业部项目:辽宁省农产品禁止生产区划分试点技术支持。

为保障农产品产地可持续利用及农产品质量安全,农业部、财政部下发了《农产品产地土壤重金属污染防治实施方案》。其中通过农产品禁止生产区划分,进行种植业结构调整是保障农产品安全的核心内容之一,社会敏感度高,科学、严谨地完成农产品产地禁止生产区划分工作,具有前瞻性意义。

为此,项目主持单位辽宁省农业环境保护监测站和项目技术支撑中科院沈阳应用生态所成立了联合工作小组。在沈阳张士污灌区、锦州太和地区和葫芦岛市的北港街道等三个土壤重金属镉污染较重的地区开展了初期调研,并按50亩一个点采集了土壤和对应的农作物样品,进行了分析和评价。最终选定葫芦岛市北港街道独树村作为实验地块,该地区土壤重金属镉重度污染,农产品超标率较高,存在双超标样点,且农户和村委会积极配合。根据农业部、财政部《农产品产地土壤重金属污染防治实施方案》(农科教发[2012]3号)要求,制定了本技术方案。拟重点开展重金属镉污染土壤农产品禁止生产区划分研究,探索建立禁止生产区的划分技术规程、地区农业种植结构调整模式与农户补偿机制,构建农产品禁止生产区划分综合技术,为我省乃至全国重金属污染农产品产地管理提供示范。

 

拟定的技术路线如下:

 

一、 试点区域基本情况调查

本次试点地点选择葫芦岛市北港街道独树沟村,试点面积2000亩。

1、自然、社会经济概况及农业生产基本情况

辽宁省葫芦岛市北港街道独树沟村,地理坐标北纬N40°47′2″东经E120°55′37″,该村附近有沈山线铁路和滨海公路穿过,距离葫芦岛市区6km,距离葫芦岛锌厂5km,为典型的城市近郊村,土壤肥沃,有机质含量20.2g/kg。种植的主要农作物有玉米和蔬菜,村里玉米种植面积5000多亩,有设施蔬菜大棚近210栋,共500亩,种植户达200户,种植的作物类型大部分为辣椒、茄子、西红柿、黄瓜和豆角等作物,年产各类蔬菜2100余吨,年产值1200余万元。  

2、污染环境历史与状况

葫芦岛的土壤污染源主要来自葫芦岛锌厂和周围的多个个体锌厂,葫芦岛锌厂自1937年建厂以来至今已有七十多年的历史。其向环境中排放的废水、废气、废渣对环境已造成了严重的影响, 其中废气的排放是造成土壤污染的重要原因。锌厂排放的烟尘中有镉等多种重金属的氧化物或盐类,随着烟尘飘散最终沉降到海水或土壤中。据统计, 葫芦岛锌厂在建国后的三十年中, 通过烟尘排放的镉达747. 66吨, 年平均烟尘排镉量24. 12吨。几十年来,锌厂周围的土壤环境已受到了严重的污染。该地区的农产品污染问题经中央电视台报道,引起极大关注。

监测研究表明,葫芦岛市土壤Cd、Zn污染属于重污染,而其它几种重金属属于中度污染。土壤中Pb、Cd、Zn、Cu主要呈现以锌厂为中心,向外围辐散降低的规律,说明了重金属对葫芦岛市土壤生态系统带来了严重影响。试验地葫芦岛市北港街道独树沟村的土壤重金属检测表明,其为葫芦岛污染较为严重的地区,土壤中重金属Cd含量在1.7-7.6mg/kg,属于重度污染。对农作物的检测研究表明,葫芦岛地产农作物的重金属含量远高于市售农作物;在市场上,部分来源于本地的粮食、蔬菜也提高了市售蔬菜、粮食重金属的平均含量;初步的监测分析表明,葫芦岛锌厂附近玉米籽实的镉含量超标率41.6%,实验地区独树村的玉米籽实超标率80%以上。

二、土壤及农产品安全质量监测与评价

 在实验地点选定2000亩实验区,选定作物以农户种植面积较大、当地广泛种植的作物区域为实验区,初步选定的作物类型为玉米和蔬菜。

1、  样点布设

在前期初筛的基础上,按照《农田土壤环境质量检测技术规范》(NY/T395-2012)和《农、畜、水产品污染监测技术规范》(NY/T398-2000)的要求,大田在选定的地块,采用网格布点方法采样,每15亩布点采集1个土壤样品和对应农产品样品;剔除客土大棚,每个大棚按蔬菜类型采集1个土壤和对应的蔬菜样品,大棚内蔬菜类型2个以上的,选择2个主要类型对应采集2对样品。

2、  样品采集与分析

样品采集:土壤样品与农产品样品同步采集。土壤样品采用梅花采样方法,设置5个分采样点,混合后作为一个土壤样品单元;采集样品深度0-20cm耕作土壤。同时采集5个土壤分采样点对应作物的可食部分混合后为一个农产品样品。

采集时间和频次:大田农作物在成熟时采集1次;设施蔬菜分2季(3月、9月),上市期内采集一次。

样品分析:土壤样品检测pH值、有机质、阳离子交换量、汞、镉、砷、铅、铬、锌等指标;农产品样品主要检测汞、镉、砷、铅、铬等指标。

检测土壤样品分析方法参照《农田土壤环境质量检测技术规范》(NY/T395-2012)的要求,监测项目及方法见下表。

1 土壤监测项目与分析方法

项  目

分 析 方 法

执 行 标 准

pH值

玻璃电极法

NY/T 1377

无火焰-原子吸收法

GB/T 17141

氢化物一非色散原子荧光法

GB/T 22105.2

无火焰-原子吸收法

GB/T 17141

火焰原子吸收分光光度法

GB/T 17138

氢化物一非色散原子荧光法

GB/T 22105.1

火焰原子吸收分光光度法

HJ 491

 阳离子交换量

森林土壤阳离子交换量的测定

LY/T 1243

有机质

重铬酸钾-容重法

GB 9834

农产品检测方法参照《食品中污染物限量标准》(GB2762-2012)的要求,检测的项目及方法如下:

2农产品监测项目与分析方法

项  目

分 析 方 法

执 行 标 准

无火焰-原子吸收法

GB5009.15

氢化物原子荧光光度法

GB5009.11

无火焰-原子吸收法

GB5009.12

原子荧光法

GB5009.17

无火焰-原子吸收法

GB5009.123

3、  数据处理

参照《农田土壤环境质量检测技术规范》(NY/T395-2012)、《农、畜、水产品污染监测技术规范》(NY/T398-2000),分别计算产地环境单因素环境评价指数和农产品单项污染指数。

计算不同作物品种的富集系数,土壤及作物样品重金属的变异系数、中位值、平均值等参数。并在一定置信区间分析农产品重金属含量的分布规律。

将评价指数结果与该地区的1:1万地图叠加,制得并绘制农产品产地评价因子分级分布图及污染指数分布图。

4、  结果评价

1)        参考《农田土壤环境质量检测技术规范》(NY/T395-2012)、《农、畜、水产品污染监测技术规范》(NY/T398-2000)、《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)、《食品中污染物限量标准》(GB2762-2012)《粮食卫生标准》(GB2715-2005)。开展产地环境安全性评价和农产品污染评价,以污染指数判定试验区产地环境和农产品的污染级别,其中污染指数Pi≤1为非污染,相应地区为非污染区;1<Pi≤2为轻污染,相应地区为轻度污染区;2<Pi≤3为中度污染,相应地区为中度污染区;Pi>3为重污染,相应地区为重度污染区。

2)        比较不同作物对不同重金属富集系数的大小,判断作物对重金属的敏感性。

3)        在以上相关研究基础上,提出用于禁产区划分的土壤环境科学评价方法。

5、  相关分析与判断

采用EXCEL、SPASS统计分析软件,对产地环境和农产品中污染物含量进行相关性分析。

1)采用统计学方法,综合分析农产品重金属含量( 或富集系数)与土壤重金属含量及pH值等多参数的相关性,为禁产区划分提供参考。如果产品双超标率较高,且产品与土壤重金属含量相关性较好,达到显著水平,可以初步认定该农作物为该地区的禁止生产作物类型。

2)尝试建立农产品重金属含量(污染指数)与土壤多项(理化和污染)指标的拟合模型,以其通过模型判断土壤重金属含量对不同类型农作物的影响程度。参考限量标准,进而确定疑似禁产作物品种类型。

3)采用统计分析手段,分析采样点污染物含量的偏差、变化趋势,评价一定区域内数据正态分布情况,明确试验区土壤重金属含量变化情况,为禁产区的划分提供支持。

4)采用克里格差值方法进行污染物含量空间变化趋势预测,为禁产区边界确定提供参考。

三、农产品禁止生产区划分与边界确定

1、  划分标准与方法:

禁产区的划分要对受多种复杂因素影响的作物和产地之间的相关关系进行分析,已有研究大都是在室内以盆栽试验模拟大田环境, 这和实际的大田环境有很大的不同。因此,本实验以大田实验的数据为基础,以农产品与土壤重金属含量的超标情况和相关性作为划分农产品禁产区的标准。

实验区域内农产品重金属残留在剔除异常值后呈现正态分布特征;以双超标点代表的面积作为疑似禁产区域;同时,区域内农产品与土壤重金属含量相关性较好,相关系数达到显著水平,可以确定该地区为该农作物单品种禁止生产地区;棚菜以双超点代表的大棚面积为禁产区域。如果相关性较低,不能确定因果关系的,不能划定禁产区。

       2、  边界确定

依据上述禁产区划定标准,划定疑似禁产区后,首先采用克里格差值方法,同时参考行政区划,初步确定边界。并在边界附近进行加密监测,距离边界50米内,再加密采样2个点,分析土壤重金属含量和农产品重金属含量,如果双超,确定禁产区边界,验证和修订克里格差值确定的边界;如果非双超,重新布点采样,划定边界;棚菜按单个大棚的实际边界确定。

      3、  图件制作

1)采用克里格差值方法制作实验区农产品产地评价因子(土壤重金属)分布图及污染指数分布图。

2)根据禁产农产品品种,绘制不同作物安全分布图

四、 农业生产结构调整及相关处理措施建议

      1、调整原则:

在拟定的禁产区内,开展多品种农产品种植实验,筛选重金属高抗作物品种,在保证农产品安全的前提下,确定结果调整的作物。要尽量考虑排除土壤以外的诸如灌溉水、空气、农药化肥等污染源对农作物可能形成的异因同果影响。

     2、农作物重金属敏感性调查与确认:

      1)敏感作物调查:

 结合实验区土壤环境特点和参数特征,结合国内外的文献资料和课题组先前开展研究的的实验结果,分析试验区主要农作物品种对重金属的敏感性,对不同种类的重金属具有高抗性和高富集的作物进行分类,初步确认重金属敏感性农作物品种。

      2)高抗低富集作物筛选:

在实验地附近选择与禁产区土壤环境基本一致的地块,作为筛选试验小区,开展低富集镉的作物筛选实验。为排除空气飘尘可能对作物产生影响,增加块根等地下作物筛选和蔬菜的大棚种植条件筛选实验,以考察和排除土壤以外污染源的干扰;考虑外源污染源输入时间不同,导致土壤中重金属的稳定性差异,进而影响作物对重金属的吸收,实验设计增加大棚和相邻裸地土壤重金属有效态与作物的相关性研究。

①实验区域面积40亩,每个类型蔬菜实验大田2-4亩,棚菜及相邻裸地各0.3-0.5亩,设两个平行大棚,每个蔬菜类型应为同一基因品种,设计如下图。

表3、高抗低富集作筛选实验列表

筛选作物类型

种植环境条件

实验面积(亩)

备注

花生:

镉高抗品种:鲁花11

镉敏感品种:白沙1016

大田

5

 

低富集:马铃薯、大葱

大田

5

可根据当地作物类型调整

玉米(低富集品种)

大棚及邻裸地

1个棚+1

增加有效态

低富集茄果类蔬菜(芸豆、辣椒、西红柿、黄瓜、茄子)

大棚及邻裸地

2个棚+2

增加土壤有效态分析

大田

8(2个类型)

 

高富集叶菜(白菜、菠菜、芹菜)

低富集叶菜(甘蓝、生菜、苦苣)

大棚及邻裸地

2个棚+2

增加土壤有效态分析

大田

12(三个类型)

 

合计

 

大田30

大棚5,裸地5

 

 

 

 

种植实验作物类型示意图

20亩地块

每个蔬菜类型4亩

高富集

蔬菜

菠菜

白菜

低富集茄果类

辣椒

茄子

低富集叶菜

甘蓝

10亩地块

每个蔬菜类型2.5亩

鲁花11

白沙1016

马铃薯

大葱

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

大棚及相邻裸地种植实验

组1设2个平行棚,种植作物相同

组2设2个平行棚,种植作物相同

组3

大棚1、2

裸地1、2

大棚3、4

裸地3、4

大棚5

裸地5

白菜

甘蓝

白菜

甘蓝

芸豆

西红柿

芸豆

西红柿

玉米

玉米

菠菜

生菜

菠菜

生菜

黄瓜

茄子

黄瓜

茄子

芹菜

苦苣

芹菜

苦苣

辣椒

 

辣椒

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

③实验区域尽量选用长方形地块,以便考察不同土壤重金属含量条件对作物镉含量的影响。

④大棚和大田采样均采用5点法布点采样,每个作物类型采集5个点,土壤和作物可食部分对应采集。

⑤样品处理和检测同禁产区部分。土壤有效态测定参照《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》(GB/T 23739-2009),以作物污染指数高低和富集系数作物判定标准,筛选低富集镉的作物类型。

⑥监测和统计实验作物的产量,开展经济效益评估,为生态补偿机制和方案制定提供支持。

3)种植结构调整小区验证试验

以筛选确定的高抗作物品种,在已经划定为农产品单品种禁产的区域,开展种植结构调整小区验证试验,依据禁产区划定标准,判别和确定种植结构调整作物类型。

4)同时,针对禁产区内,能够作为畜禽饲料的高杆作物玉米,开展茎、叶重金属含量监测与评估,以保证食物链的安全。

5)根据禁产区域和高抗农产品类型对应的土壤重金属临界值,绘制不同作物安全分布图,种植结构调整区域边界图。撰写农产品产地禁止生产区种植结构调整技术报告。

3、调整方案与要求

(1)划定单品种禁产区范围,按照农产品安全法的要求,在禁止生产区范围内一律禁止种植确定的作物品种。

(2)划定高抗作物调整区范围在禁止生产区公布调整和建议种植的高抗作物品种类型,划定种植区域和范围。

(3)探索建立鼓励农民改变种植模式的方式方法。  

4禁产区划分补偿

    针对划分的禁止生产区,开展生态补偿机制研究。明确补偿类型、补偿对象、补偿依据、补偿标准和补偿保障措施。

对农产品禁产区划分引起的差异开展生态补偿分析,借助国外已有经验,形成系列政策法律法规,形成技术依据(包括补偿对象、补偿资金来源、补偿依据、补偿标准、补偿方式);尝试建立农产品禁产区生态补偿标准体系;开展相关制度建设研究(责任分配机制、管理体制)等等,落实各利益相关者的责任,推动生态补偿相关法律制度的完善。

借鉴国外的成功经验,结合我国已有地区的实践经验,尝试开展土地入社、农业适度规模经营、现代农业园区建设、恢复农业原生态和修复农耕试点;探索制订多种形式的补偿方式:如免费发放推荐调整种植结构的种子、苗木等,现金形式的补偿首先核算结构调整后的收益损失,可参照"农业直补"按年度直接发放。提出符合当地情况的禁产区生态补偿的依据、对象、标准、方式,并撰写研究报告。

5、跟踪监测与管理建议

对禁产区内调整种植的高抗作物,进行连续5年的复核监测和再评估,评价改变种植方式后的农产品质量安全变化趋势。同时结合当地的农业生产类型和污染变化情况,定期调整和重新划定禁产区。

五、实施进度安排:

2014年1-2月,确定实验地块,确定实验方案。

2014年3-10月,开展禁产区种植试点实验,同时开展蔬菜高抗作物类型筛选实验。生态补偿机制调查。

2014年11-2015年3月,完成样品检测和数据处理,确定禁产区及边界;拟定生态补偿机制方案。

2015年4月-10月,在禁产区内,开展蔬菜和大田种植结构调整小区验证实验。

2015年11-12月,完成技术报告编写,图件制作。

六、划定禁产区的专家论证

1、  专家组人员组成与要求

    论证专家组人员应由5人以上专家组成,包括从事农业、环境、农产品安全方面的专家组成。

2、  禁产区划分的科学性论证

 禁产区的划定应通过专家论证,论证的内容包括污染源原因分析、产地环境与农产品重金属含量相关性分析结果评价及结论的合理性,明确禁产区的地点、面积、禁止生产的农产品种类和主要污染物种类等等。

3、  产业调整的可行性论证

结合当地的农业生产状况,论证农业生产结构调整的可行性,以及相关处理措施建议的合理性。

七、 结果报告

1、试点划分技术报告(含图件)

            1)农产品禁止生产区划分试点技术总结报告

            2)农业种植品种调整方案

            3)农产品禁止生产区划分方案

            4)农产品禁止生产区划分试点生态补偿建议

2、相关技术规范标准文本。

                                                                                                                                                                八、工作基础

中国科学院沈阳应用生态研究所是围绕国家农业、林业可持续发展及生态环境建设中急需解决的重大问题和应用生态学发展需要的国家级公益性科研机构,经过60年的建设与发展,为国家林业和农业发展、生态环境保护和经济建设做出了重大贡献。针对重金属对农产品安全影响的问题,我所累计完成辽宁省38个县区3300余万亩的农业产地环境质量监测、评价和绿色食品基地规划工作。通过承担承担国家支撑计划"北方典型污灌区镉铅超标农田安全利用技术集成与示范"农业部"绿色农业产地环境评价与预警技术研究"等项目。开展了系列土壤(重金属、农药)-农产品安全的风险因子筛选与评价,污染场地/土壤修复和区域环境学、农业生态系统中环境(土壤)-植物(蔬菜)界面营养和重金属元素迁移转化规律及环境效应研究工作。在产地环境评价参评因子筛选研究中,结合东北地区的土壤特点,将土壤有效态Cd和Pb、阿特拉津、乙草胺、丁草胺和六氯苯以及菲和16种多环芳烃(PAHs)总量共8项指标增加为绿色农业产地环境评价参评因子,并提出了玉米、水稻及蔬菜基地土壤质量标准建议值。在国内引入了农产品质量安全环境因子风险评估技术,并形成了独特的科研基础和优势,在农产品质量安全环境监测与规划技术、农产品质量安全环境因子监测信息库构建、环境污染物对作物的影响机制、农产品质量安全环境风险评估与预警、环境快速检测技术及仪器研发、农产品质量安全环境标准等研究领域处于国内先进水平。修订了《绿色食品 产地环境调查、监测与评价规范》和《绿色食品 产地环境质量》,荣获省部级以上相关奖励6项,累计发表相关论文160余篇。