龙岩市不同利用类型土壤及农...d和As污染风险与贡献分析_王蕊.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023龙岩市不同利用类型土壤及农作物 Pb、Cd 和 As 污染风险与贡献分析王蕊1，陈楠2，张二喜3(1 中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京100037;2 生态环境部环境发展中心，北京100029;3 西京学院理学院，西安710123)摘要:以龙岩市 2 个典型地块为研究对象，采集了土壤样品 174 件及谷物类样品 87 件，利用污染指数法、Hakanson 潜在生态风险指数法和美国 EPA 人体暴露风险评价模型开展不同利用类型土壤及农作物 Pb、Cd 和 As 的污染评价、生态风险评价和不同暴露途径下的健康风险评估，并对比分析 Pb、Cd 和 As 对土壤及农作物污染风险的贡献 结果表明，区不同利用类型土壤及农作物 Pb、Cd 和 As 的污染等级较低，Cd 是主要土壤污染和生态风险因子，对土壤综合污染和综合潜在生态风险的贡献率分别为55.3%和60.2%区土壤及农作物 Pb、Cd 和 As 的污染等级较高，Pb 和 Cd 是主要土壤污染和生态风险因子，对综合污染的贡献率分别为 44.2%和 51.6%，对综合潜在生态风险的贡献率分别为 23.7%和 67.3%Pb 是主要农作物污染因子，对薏米和水稻综合污染的贡献率分别为 60.6%和51.7%经口-土壤暴露途径下，2 个典型地块土壤 Cd 和 As 对成人和儿童的致癌风险均在可接受范围内，区土壤 Pb、Cd 和 As 的非致癌风险较小，区 3 种污染物对总非致癌风险的贡献率为:Pb(68.1%)As(30.5%)Cd(1.38%)经口-水稻摄入途径下，2 个典型地块水稻 Pb 均无致癌风险，Cd 和 As 对成人和儿童的致癌风险贡献率分别为:As(76.8%)Cd(22.7%)和 Cd(69.1%)As(30.3%)区和区 3 种污染物具有较高非致癌风险，均以 As 的贡献最为显著，贡献率分别为 84.0%和 52.0%，其次为 Cd，最后为 Pb关键词:土壤;农作物;污染;健康风险;贡献中图分类号:X171.5文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-2252-13DOI:1013227/j hjkx202204204收稿日期:2022-04-17;修订日期:2022-07-07基金项目:中国地质调查局地质调查项目(DD20221694)作者简介:王蕊(1984 )，女，博士，主要研究方向为矿山环境调查、风险评估与修复，E-mail:wangruijoy126 comPollution isk and Contribution Analysis of Pb，Cd，and As in Soils and Crops UnderDifferent Land Use Types in Longyan CityWANG ui1，CHEN Nan2，ZHANG Er-xi3(1 Ministry of Natural and esources Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Institute of Mineral esources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China;2 Environmental Development Centre of Ministry of Ecology and Environment，Beijing 100029，China;3 College of Science，Xijing University，Xian 710123，China)Abstract:A total of 174 soil samples and 87 grain samples were collected in two typical fields in Longyan City The pollution index method，Hakanson potential ecological riskindex method，and EPA human exposure risk assessment model were used to evaluate the pollution status，ecological risk，and health risks of heavy metals Pb，Cd，and As insoil of different land use types The contributions of Pb，Cd，and As to soil and crop pollution risk were also analyzed The results indicated that the pollution levels of Pb，Cd，and As in soils and crops of different utilization types in regionwere low Cd was the main soil pollutant and ecological risk factor，contributing 55.3%to comprehensivesoil pollution and 60.2%to comprehensive potential ecological risk，respectively The pollution levels of Pb，Cd，and As in soils and crops in regionwere high Pb and Cdwere the main soil pollutants and ecological risk factors，contributing 44.2%and 51.6%to comprehensive pollution and 23.7%and 67.3%to comprehensive potentialecological risk，respectively Pb was the main pollution factor of crops，contributing 60.6%and 51.7%to the comprehensive pollution of coix and rice，respectively Thecarcinogenic risks of Cd and As in soil of the two typical regions for adults and children were all within the acceptable range under the oral-soil exposure pathway Thecontribution of Pb，Cd，and As to the total non-carcinogenic risk in regionwas Pb(68.1%)As(30.5%)Cd(1.38%)There was no carcinogenic risk of Pb in ricein the two typical regions under the oral-rice intake pathway The contribution of Cd and As to carcinogenic risk in adults and children were As(76.8%)Cd(22.7%)andCd(69.1%)As(30.3%)，respectively Three pollutants in regionand had high non-carcinogenic risk，and As was the most significant contributor(84.0%and52.0%，respectively)，followed by Cd and PbKey words:soil;crop;pollution;health risk;contribution随着我国经济社会的快速发展，土壤环境形势发生了很大变化，也给社会发展带来了新威胁和新挑战1 文献 2 显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重 重金属污染由于具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，一直以来备受人们关注3 10 污染评价，常用的方法为指数法11，12，这些方法在实际应用过程中往往因评价目的、环境地球化学意义等的不同而选择不同的参照值，进而可能导致评价结果具有较大差异 健康风险评价，常采用美国 EPA 推荐的模型13 18 和文献 19，基于污染物含量和暴露参数对人群的健康风险进行等级划分4 期王蕊等:龙岩市不同利用类型土壤及农作物 Pb、Cd 和 As 污染风险与贡献分析当前对于健康风险评价的研究侧重于经土壤或农作物等单一途径20 29 有研究表明，通过直接经口摄入土壤、皮肤接触土壤、吸入土壤颗粒物等方式是重要的暴露途径，同时，农作物中污染物相对于土壤更容易被人体吸收，因而农作物一旦受到污染，农产品的健康风险也不容忽视14 17，30，31 近年来，关于污染风险评价的已有大量成果，受土壤自身物理化学性质等自然因素和耕作方式等人为因素的影响，土壤和农作物的污染评价结果之间16，20，30 32，土壤污染状况、潜在生态风险评价和通过 土 壤 暴 露 途 径 的 健 康 风 险 评 价 结 果 之间15，16，18，30，31，33 35，以及农作物污染评价和通过摄入 农 作 物 途 径 的 健 康 风 险 评 价 结 果 之间16，17，20，30 32，36 并非呈简单的正相关关系 例如，有研究表明，虽然土壤的污染程度高，但通过土壤暴露途径对人体无明显健康风险15，16，33，35;反之，部分污染物的含量低于筛选值，而健康风险却异常显著18，30，33，34 又如，虽然农作物对污染物的吸收富集能力强，但通过直接摄入农作物途径对人群基本无健康风险16，31，36;反之，农作物的污染程度低，却具有较高农作物摄入健康风险17，20，30，32 笔者前期分别在福建省龙岩市新罗区西南部和西部开展了土壤 Pb、Cd 和 As 的地球化学分布特征研究及来源分析37，38 本文以上述 2 个典型地块为研究对象，在已有工作基础上，利用单因子污染指数法、综合污染指数法和 Hakanson 潜在生态风险指数法对不同土地利用类型的土壤和农作物 Pb、Cd和 As 进行污染评价，研判 Pb、Cd 和 As 的污染及潜在生态危害程度 有研究证实，经口摄入是最主要的暴露途径，对健康风险的贡献率可达 80%90%以上14 17，30，33 35，因此，采用美国 EPA 人体暴露风险评价模型，对经口-土壤和经口-农作物等 2 种暴露途径下的成人和儿童健康风险进行评估 同时，厘定Pb、Cd 和 As 对污染风险的贡献率，以期为保护当地土壤质量、开展农业种植结构调整优化、保障当地农产品质量安全和居民健康等提供科学依据1材料与方法1.1研究区概况龙岩市新罗区位于福建省西南部，地处中山、低山、丘陵和盆地区，山脉和河谷盆地均为北东走向，总体地势呈两边高中间低的态势，平均海拔为685 m 受地形的影响，形成海洋性气候与大陆性气候的过渡带，年平均气温为 19.9，年均降水量为1 692.3 mm 受自然条件的影响，植被群落比较复杂，种类繁多，层次较为明显 典型的植被包括针叶林、常绿阔叶林、竹林和灌草丛这4 个植被型，毛竹林、杉木林和灌草丛这 3 个群系 全区矿产资源丰富，已探明的矿产有 60 余种，主要有煤矿、石灰石矿、铁矿和高岭土矿 土壤类型多为黄