土壤检测中砷元素的标准限值及危害

砷是土壤中广泛存在的有毒重金属元素，其天然本底与人为活动输入共同决定了土壤砷含量水平。土壤中的砷不仅会破坏生态系统稳定性，还会通过农产品累积、直接接触等途径进入人体，威胁健康。明确土壤砷的标准限值是管控污染的核心依据，而深入理解其危害则是推动防控的关键前提。本文结合国内外标准体系与研究成果，系统梳理土壤检测中砷元素的标准要求及潜在危害，为土壤环境管理与风险防控提供参考。

土壤中砷元素的来源

土壤中砷的天然本底主要来自地壳岩石的风化作用。砷常与硫、铁等元素结合形成矿物（如雄黄、雌黄），岩石经长期风化后，砷会以离子或化合物形式释放到土壤中，不同地区的地质背景差异导致本底值相差较大——如火山活动频繁区域的土壤砷本底值通常更高。

人为活动是土壤砷污染的主要驱动因素。历史上，含砷农药（如砷酸钙、砷酸铅）曾广泛用于防治农业病虫害，长期施用导致砷在农田土壤中持续累积；部分化肥（如磷酸铵）因原料含砷，也会成为间接污染源。

工业排放是高浓度砷污染的重要来源。冶金、化工、半导体制造等行业的废水、废气、废渣中含大量砷，未经处理直接排放或堆放会导致周边土壤砷含量急剧升高；矿产开发（如金矿选冶中的砷化氢废气、尾矿库渗漏）更是造成区域土壤砷污染的典型场景。

此外，生活垃圾填埋场的渗滤液、含砷消费品（如某些颜料、防腐剂）的丢弃，也会缓慢向土壤释放砷，成为城市及城郊土壤砷污染的潜在来源。

土壤砷元素的标准限值体系

中国现行土壤砷标准主要依据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）与《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 36600-2018）。其中，农用地标准针对耕地、园地等，设置“风险筛选值”与“风险管制值”两级阈值：以耕地为例，当土壤pH≤5.5时，砷的风险筛选值为30mg/kg（意味着低于此值时，农产品达标概率高，无需额外管控），风险管制值为120mg/kg（超过此值时，农产品超标风险极大，需采取种植结构调整或土壤修复等措施）；随着pH升高，管制值逐步提升至250mg/kg（pH>7.5），这是因为碱性土壤中砷的生物有效性更低。

建设用地标准则根据土地用途分类：一类用地（如住宅、学校、医院）的砷筛选值为15mg/kg、管制值120mg/kg，二类用地（如工业、仓储）筛选值30mg/kg、管制值200mg/kg——差异源于一类用地人群（尤其是儿童）的暴露频率更高，需更严格的限值。

欧盟的土壤砷标准以《关于土壤保护的指令》（EC 833/2013）为核心，针对农用地设定“临界值”（20mg/kg干重），当土壤砷含量超过此值时，需评估对植物、动物及地下水的风险；美国环保署（EPA）的《土壤筛选导则》（SSL）则针对不同暴露场景：residential场景（儿童玩耍、花园种植）的砷筛选值为20mg/kg，commercial/industrial场景为100mg/kg，该标准重点考虑土壤砷通过 ingestion（误食土壤）、inhalation（吸入扬尘）及 dermal contact（皮肤接触）的暴露风险。

需注意的是，不同国家的标准基于各自的土壤类型、饮食结构与暴露场景制定，因此数值存在差异，但核心逻辑均围绕“控制砷的生物有效性与人体暴露风险”展开。

砷元素对土壤生态系统的危害

土壤微生物是生态系统物质循环的核心驱动力，而砷对微生物的毒性极强。低浓度砷会抑制微生物的酶活性（如脱氢酶、脲酶），降低有机质分解与养分循环效率；高浓度砷则会直接杀死敏感微生物，导致土壤微生物多样性下降——研究显示，当土壤砷含量超过50mg/kg时，细菌群落丰度可减少30%以上，真菌群落结构也会发生显著改变。

植物是土壤生态系统的重要组成部分，砷对植物的危害贯穿生长全过程。种子萌发阶段，砷会破坏胚的细胞膜结构，导致发芽率降低：如水稻种子在砷浓度10mg/L的溶液中，发芽率较对照组下降25%；幼苗期，砷会抑制根系生长（表现为根长缩短、侧根减少），影响水分与养分吸收；生长期，砷会干扰叶绿素合成，降低光合作用效率，导致叶片发黄、植株矮小——严重时会导致植物死亡。

土壤动物（如蚯蚓、跳虫）是土壤肥力的“工程师”，砷对其也有明显毒性。蚯蚓作为土壤中生物量最大的动物类群，长期暴露于砷污染土壤中会出现体重下降、繁殖力降低甚至死亡：研究发现，当土壤砷含量达到40mg/kg时，蚯蚓的存活率在30天内降至60%以下；跳虫等小型土壤动物对砷更敏感，低浓度砷即可导致其种群数量锐减，进而破坏土壤的“生物扰动”功能。

这些危害最终会导致土壤生态系统的稳定性下降，削弱其支撑农业生产与生态服务的能力。

砷元素对农产品安全的影响

农产品是土壤砷进入人体的主要载体，而砷在作物中的累积规律与作物种类、土壤条件密切相关。水稻是典型的砷高累积作物，因为淹水条件下砷以亚砷酸根（As(III)）形式存在，更容易被根系吸收——研究显示，稻田土壤砷含量每增加10mg/kg，大米中的砷含量可增加0.05-0.1mg/kg（接近GB 2762-2017中大米无机砷的限量标准0.2mg/kg）。

不同作物的砷累积能力差异显著：禾本科作物（水稻、小麦）的砷累积量通常高于豆科（大豆、花生）与蔬菜（白菜、番茄），这与作物的根系吸收机制有关——禾本科作物的根系会分泌有机酸，增强砷的溶解性，而豆科作物的根瘤菌能固定部分砷，减少吸收。

更关键的是，砷的形态决定了其对人体的毒性：无机砷（As(III)、As(V)）的毒性远高于有机砷（如甲基砷）。水稻中的砷约70%为无机砷，而小麦中的无机砷占比约50%——这也是为什么水稻是砷污染农产品的主要风险来源。

此外，砷还会影响农产品的品质：比如砷污染的蔬菜中维生素C含量可降低20%以上，硝酸盐含量增加50%，不仅降低营养价值，还会增加其他健康风险。

砷元素通过土壤进入人体的暴露途径

食用受污染的农产品是土壤砷进入人体的最主要途径。以水稻为例，成年人每天食用200g大米，若大米砷含量为0.15mg/kg（接近国家标准限值），则每日砷摄入量约为30μg——这已接近世界卫生组织（WHO）推荐的每日允许摄入量（50μg）。对于以大米为主食的人群，这一暴露风险更高。

直接接触土壤是儿童的主要暴露途径。儿童在户外玩耍时，会习惯性地将手放入口中，误食少量土壤（据估算，儿童每日误食土壤量约100mg）；若土壤砷含量为30mg/kg，则每日通过误食摄入的砷约3μg——虽剂量小，但长期累积会增加健康风险。

吸入土壤扬尘是另一种重要途径。在建筑工地、农田翻耕或干旱大风天气，土壤颗粒会被吹起形成扬尘，其中的砷会随着呼吸进入人体肺部——研究显示，在砷污染区域，空气中砷的浓度可达0.05μg/m³以上，长期吸入会增加呼吸道疾病的风险。

饮用受污染的地下水也是潜在途径。当土壤砷含量过高时，砷会随雨水或灌溉水渗漏到地下水中，若地下水作为饮用水源，会导致人群长期暴露于砷污染——如孟加拉国的砷污染地下水事件，已导致数百万人口暴露于高砷水，引发大量皮肤癌病例。

土壤砷污染的检测要点

土壤砷检测的关键第一步是前处理，其目的是将土壤中的砷从固态转化为可溶态。常用的前处理方法是酸消解：采用硝酸-盐酸-氢氟酸-高氯酸的混合酸体系，在高温下分解土壤中的矿物晶格（如硅酸盐、氧化物），释放出砷——该方法适用于大多数土壤类型，但需注意氢氟酸的腐蚀性，操作时需做好防护。

微波消解是近年来推广的高效前处理方法。利用微波的热效应，在密闭容器中快速加热样品，可在30分钟内完成消解，不仅提高效率，还能减少砷的挥发损失——尤其适合批量样品的处理。

检测技术方面，原子荧光光谱法（AFS）是国内土壤砷检测的主流方法。其原理是利用硼氢化钾将砷还原为砷化氢（AsH3），再通过原子荧光检测器测定荧光强度，灵敏度高（检出限可达0.01mg/kg），且成本较低，适合常规检测。

电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）则是高精度检测的首选。该方法通过等离子体将样品离子化，再通过质谱仪分离并检测砷离子，不仅灵敏度高（检出限可达0.001mg/kg），还能同时检测多种重金属元素（如铅、镉、汞），适合需要多元素分析的场景。

质量控制是检测的核心环节。需做好空白实验（消除试剂污染）、平行样（控制实验误差，平行样相对偏差应≤10%）、标准物质（验证方法准确性，如采用GBW07401（GSS-1）土壤标准物质，其砷标准值为15.9±1.1mg/kg）——只有严格控制质量，才能保证检测结果的可靠性。

土壤砷污染的防控关键措施

源头管控是最有效的防控措施。首先，禁止使用含砷农药（如砷酸铅、砷酸钙），推广低毒高效的农药替代；其次，严格控制工业废水、废气、废渣的排放，要求企业安装砷回收装置，确保排放达标；对于矿产开发项目，需建设规范化的尾矿库，防止尾矿渗漏污染土壤。

土壤修复是治理已有污染的核心手段。钝化修复是常用的原位修复技术：通过向土壤中添加钝化剂（如石灰、有机肥、氧化铁），改变砷的存在形态——比如石灰能提高土壤pH，使砷与钙结合形成难溶的砷酸钙；氧化铁能通过吸附作用固定砷，降低其生物有效性——研究显示，添加2%的氧化铁可使土壤砷的生物有效性降低40%以上。

植物修复是绿色环保的修复技术。选择砷超富集植物（如蜈蚣草），其地上部分砷含量可达1000mg/kg以上，通过连续种植可逐步降低土壤砷含量——蜈蚣草的修复效率约为每年每公顷去除10-20kg砷，适合中低浓度砷污染土壤。

合理种植是降低农产品风险的重要措施。在砷污染土壤中，选择低累积作物（如玉米、甘薯、大豆）替代高累积作物（如水稻、小麦），可减少砷向农产品的转移——比如玉米的砷累积系数（作物砷含量/土壤砷含量）仅为0.02，远低于水稻的0.1。