農(nóng)村土壤重金屬含量分布與健康風(fēng)險評價

王冰

摘要依據(jù)農(nóng)村土壤監(jiān)測結(jié)果，對飲用水源地周邊、耕地、居民區(qū)周邊和養(yǎng)殖場周邊土壤的重金屬指標(biāo)進(jìn)行含量分布和健康風(fēng)險評價。結(jié)果表明：農(nóng)村土壤中重金屬含量的順序為Cr>Pb>As>Cd>Hg；農(nóng)村養(yǎng)殖場周邊土壤中重金屬的含量較其他3個點位均偏高；重金屬對2類暴露人群的非致癌風(fēng)險可以忽略；重金屬Cr、As和Cd呼吸吸入致癌風(fēng)險均明顯小于10-6，重金屬As經(jīng)口攝入、經(jīng)皮膚接觸致癌風(fēng)險對兒童和成年人的致癌風(fēng)險均介于可以接受范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞農(nóng)村土壤；重金屬；含量分布；健康風(fēng)險

中圖分類號X53文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2018）05-0147-03

AbstractBased on the results of monitoring in rural soil， the content distribution and health risk assessment of heavy metals in the surrounding area of drinking water sources， cultivated land， residential area and farms were evaluated.The results demonstrated that the content of heavy metal in rural soil was Cr>Pb>As>Cd>Hg；The contents of heavy metals in the soil around the farm were higher than those of the other three sites； The non carcinogenic risk of heavy metals in the two kinds of exposed population can be ignored； Heavy metals such as Cr， As and Cd were significantly less than 10-6 in respiratory inhalation cancer risk；The carcinogenic risk of As between oral intake and dermal contact to children and adults were within acceptable limits.

Key wordsRural soil； Heavy metals； Content distribution；Health risk

為了加強農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量保護(hù)，真實反映農(nóng)村區(qū)域的環(huán)境狀況，我國環(huán)境保護(hù)部要求各地每年開展對農(nóng)村的環(huán)境監(jiān)測工作，其中就包括農(nóng)村土壤監(jiān)測。目前，各地農(nóng)村土壤監(jiān)測僅依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）等標(biāo)準(zhǔn)文件對土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤污染結(jié)果進(jìn)行評價，但未考慮不同土壤性質(zhì)、土壤利用方式對土壤污染及人體暴露所造成的重大而直接的影響，也缺少農(nóng)村土壤重金屬的含量分布、污染狀況與農(nóng)村居民的生產(chǎn)、生活、身體健康等指標(biāo)與人體健康有關(guān)的風(fēng)險評價和評估。眾所周知，農(nóng)村土壤與居民生活是直接接觸的，人們的生命、身體健康與農(nóng)村土壤息息相關(guān)。隨著工業(yè)化進(jìn)程和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，土壤重金屬污染帶來的潛在健康風(fēng)險已經(jīng)引起國內(nèi)外研究人員的高度關(guān)注。谷陽光等[1]對我國31個省會城市的土壤重金屬研究發(fā)現(xiàn)，兒童和成年呼吸吸入重金屬致癌風(fēng)險由高到低順序均為Cr、As、Ni、Cd，還指出我國大部分城市應(yīng)該重視土壤砷污染。翟琨等[2]研究發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要及時監(jiān)測、控制和修復(fù)土壤中Cd、Cr、As 3種重金屬污染物質(zhì)的進(jìn)入，將其限定在環(huán)境容量范圍內(nèi)，確保土壤環(huán)境質(zhì)量安全。

依據(jù)農(nóng)村土壤監(jiān)測結(jié)果，以農(nóng)村飲用水源地周邊、耕地、居民區(qū)周邊和養(yǎng)殖場周邊的土壤作為研究對象，選取Cd、Hg、As、Pb、Cr共計5種重金屬，分析農(nóng)村土壤重金屬含量分布特征，構(gòu)建農(nóng)村土壤重金屬健康風(fēng)險評價模型，揭示農(nóng)村土壤重金屬暴露風(fēng)險。研究農(nóng)村地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量與人體健康風(fēng)險之間的關(guān)系，對于防止重金屬污染、重金屬危害人體健康，能夠提供相應(yīng)的科學(xué)決策依據(jù)，具有一定的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

1材料與方法

1.1數(shù)據(jù)采集2014—2016年農(nóng)村土壤共計監(jiān)測7個村莊，每年每個村莊均設(shè)置4個土壤點位，即飲用水源地周邊土壤、耕地土壤、居民區(qū)周邊土壤和養(yǎng)殖場周邊土壤，共計28個土壤點位。每個土壤點位均進(jìn)行Cd、Hg、As、Pb、Cr共5種重金屬的樣品采集和樣品監(jiān)測。為便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，選取土壤點位時間上和空間上的均值，即選取飲用水源地周邊、耕地、居民區(qū)周邊、養(yǎng)殖場周邊的7個村莊3年監(jiān)測數(shù)據(jù)的均值，以期代表不同農(nóng)村土壤點位的重金屬污染狀況，評價農(nóng)村飲用水源地周邊、耕地、居民區(qū)周邊和養(yǎng)殖場周邊的土壤重金屬健康風(fēng)險。

1.2土壤重金屬健康風(fēng)險評價模型

不同類型污染物通過土壤途徑進(jìn)入人體后引起的健康風(fēng)險的評價模型包括致癌物所致健康危害的風(fēng)險模型和非致癌物所致健康危害的風(fēng)險模型[2]。土壤重金屬對人體主要有非致癌風(fēng)險和致癌風(fēng)險，2種風(fēng)險可分別通過以下公式進(jìn)行計算[1]：

HI=HQi=ADDijRfDij（1）

CR=ADDij×SFij（2）

式中，HI為非致癌風(fēng)險指數(shù)；i為某一種重金屬；HQi為非致癌重金屬i的單項健康風(fēng)險指數(shù)；ADDij為非致癌重金屬i第j種暴露途徑的日均暴露量；RfDij為非致癌重金屬i第j種暴露途徑的參考劑量；CR為致癌風(fēng)險；SFij為致癌重金屬i第j種暴露途徑的斜率系數(shù)。HQ或HI的數(shù)值大小，表示風(fēng)險的大小，當(dāng)HQ或HI小于1時，表示非致癌健康風(fēng)險較小或者可以忽略；當(dāng)HQ或HI大于1時，表示存在非致癌健康風(fēng)險。美國環(huán)保署推薦的CR的土壤治理標(biāo)準(zhǔn)為大于10-6，也有研究認(rèn)為CR在10-6～10-4時是可以接受的[3-5]，當(dāng)CR小于10-6時，一般認(rèn)為基本不存在致癌風(fēng)險[6]。

兒童和成年人對土壤重金屬暴露途徑主要有經(jīng)口攝取、呼吸吸入和皮膚接觸3種途徑。依據(jù)有關(guān)研究[7-8]，上述3種暴露量可通過平均每日劑量（ADD）公式（3）～（5）進(jìn)行估算。公式（1）～（5）中的參數(shù)數(shù)值及物理含義見表1和表2。

重金屬經(jīng)口攝入途徑日均暴露量：

ADDing=C×Ring×EF×ED×10-6BW×AT（3）

重金屬經(jīng)呼吸吸入途徑日均暴露量：

ADDinh=C×Rinh×EF×EDPEF×BW×AT（4）

重金屬經(jīng)皮膚接觸途徑日均暴露量：

ADDdermal=C×SA×SL×ABF×EF×ED×10-6BW×AT（5）

2結(jié)果與分析

2.1農(nóng)村土壤重金屬的分布特征

農(nóng)村土壤中重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cr的含量范圍分別為0.060～0.280、0.016～0.112、1.89～13.60、15.0～38.7、20.4～78.0 mg/kg；平均值分別為0.153、0.059、6.74、23.1、41.3 mg/kg；5種重金屬含量最大值均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）二級標(biāo)準(zhǔn)限制，評價結(jié)果均為無污染；農(nóng)村土壤中5種重金屬含量由大到小的順序為：Cr、Pb、As、Cd、Hg。

從農(nóng)村土壤的4個不同點位5種重金屬的含量分布（圖1和圖2）可以看出，重金屬Cd的分布特征為：養(yǎng)殖場周邊=居民區(qū)周邊>耕地>飲用水源地周邊；重金屬Hg的分布特征為：居民區(qū)周邊>養(yǎng)殖場周邊>飲用水源地周邊>耕地；重金屬As的分布特征為：養(yǎng)殖場周邊>飲用水源地周邊>居民區(qū)周邊>耕地；重金屬Pb的分布特征為：養(yǎng)殖場周邊>居民區(qū)周邊>耕地>飲用水源地周邊；重金屬Cr的分布特征為：養(yǎng)殖場周邊>居民區(qū)周邊>飲用水源地周邊>耕地。由此得出，飲用水源地周邊土壤和耕地土壤的重金屬含量較農(nóng)村養(yǎng)殖場周邊和居民區(qū)周邊土壤的含量是普遍偏低的，而農(nóng)村養(yǎng)殖場周邊土壤中重金屬的含量較其他三者土壤表現(xiàn)均為偏高，表明農(nóng)村養(yǎng)殖場周邊土壤的重金屬污染問題需要引起關(guān)注。

2.2農(nóng)村土壤重金屬健康風(fēng)險評價

農(nóng)村不同土壤點位對兒童和成年人的非致癌暴露風(fēng)險HQ值和HI值分別見表3和圖3。在農(nóng)村飲用水源地周邊、耕地、居民區(qū)周邊、養(yǎng)殖場周邊的4個不同土壤點位中，5種重金屬對兒童非致癌暴露風(fēng)險HQ值均大于對成年人的風(fēng)險。單個重金屬HQ值在兒童和成年人排序均為：As>Cr>Pb>Cd/Hg。HQ值在4個不同土壤點位和2類暴露人群中均小于1，5種重金屬對2類暴露人群的綜合非致癌風(fēng)險HI值也均小于1，表明單個重金屬或5種重金屬對2類暴露人群的非致癌風(fēng)險均可以忽略。在4個土壤點位中，5種重金屬HI值在兒童和成年人之

間的排序為：養(yǎng)殖場周邊>居民區(qū)周邊>飲用水源地周邊>耕地，HI值的較高值出現(xiàn)在養(yǎng)殖場周邊土壤，需引起重視。

農(nóng)村不同土壤點位對兒童和成年人的致癌暴露風(fēng)險CR值見表4。3種致癌重金屬兒童和成年人呼吸吸入致癌風(fēng)險

排序均為：Cr>As>Cd。三者CR值均明顯小于10-6。4個土壤點位經(jīng)口攝入、經(jīng)皮膚接觸致癌風(fēng)險對兒童和成年

人分別為（1.61～3.09）×10-5、（1.57～2.11）×10-6，2種途徑的致癌風(fēng)險均介于可以接受范圍內(nèi)（10-6～10-4）。但美國環(huán)保署推薦的CR的土壤治理標(biāo)準(zhǔn)是大于10-6，所以農(nóng)村土壤As需要引起足夠的重視，避免出現(xiàn)土壤As污染事故。由于目前只有As的經(jīng)口攝入和皮膚接觸致癌參數(shù)，因此只考慮As經(jīng)口攝入和皮膚接觸的致癌風(fēng)險，未考慮其他2種致癌重金屬Cd和Cr經(jīng)口攝入和皮膚接觸的致癌風(fēng)險，故農(nóng)村土壤重金屬致癌風(fēng)險可能會比該研究評價所得到的風(fēng)險更大[1]，對其他重金屬的致癌風(fēng)險仍需進(jìn)一步研究關(guān)注。

3結(jié)論

通過對農(nóng)村飲用水源地周邊、耕地、居民區(qū)周邊和養(yǎng)殖場周邊土壤的5種重金屬指標(biāo)進(jìn)行含量分布和健康風(fēng)險評價，結(jié)果表明：農(nóng)村土壤中5種重金屬含量為：Cr>Pb>As>Cd>Hg。飲用水源地周邊土壤和耕地土壤的重金屬含量較農(nóng)村養(yǎng)殖場周邊和居民區(qū)周邊土壤中的含量普遍偏低，而農(nóng)村養(yǎng)殖場周邊土壤中重金屬的含量較其他三者土壤表現(xiàn)均為偏高。HQ和HI值均小于1，表明單個重金屬或5種重金屬對2類暴露人群的非致癌風(fēng)險均可以忽略。HI值在4個土壤點位的排序為：養(yǎng)殖場周邊>居民區(qū)周邊>飲用水源地周邊>耕地。3種致癌重金屬呼吸吸入致癌風(fēng)險排序均為：Cr>As>Cd。三者CR值均明顯小于10-6。重金屬As經(jīng)口攝入、經(jīng)皮膚接觸致癌風(fēng)險對

兒童和成年人的致癌風(fēng)險均介于可以接受范圍內(nèi)。但美國環(huán)保署推薦的CR土壤治理標(biāo)準(zhǔn)大于10-6，故農(nóng)村土壤As需要引起足夠的重視，避免出現(xiàn)土壤As污染事故。

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