中國西南“三江”流域區土壤鉈空間分布及健康風險評估

劉福田,王學求,遲清華

中國西南“三江”流域區土壤鉈空間分布及健康風險評估

劉福田1,2,王學求1*,遲清華1

(1.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所,自然資源部地球化學探測重點實驗室,河北 廊坊 065000；2.長安大學地球科學與資源學院,陜西 西安 710054)

通過對中國西南“三江”流域區土壤樣品中鉈元素含量的分析,并多方法聯合應用綜合評價研究區土壤鉈的污染狀況,結果表明,中國西南“三江”流域區淺層土壤鉈元素含量范圍為0.17~2.65mg/kg,變異系數小,均值為0.80mg/kg,整體略高于中國土壤背景值,而略低于深層土壤鉈元素含量,研究區淺/深層土壤鉈元素含量特征主要受控于自然地質背景,整體具有“北高南低,西高東低”的趨勢.基于中國不同母巖類型區土壤相關元素含量為背景的富集系數(均值1.30)、地累積指數(均值-0.41)、潛在生態風險(均值12.48)及非致癌健康風險評估(危害商小于1)參數均顯示研究區土壤鉈污染程度整體較低,不存在土壤重金屬鉈元素的非致癌健康風險,其實質上反映了在自然背景控制下研究區土壤鉈的低污染和低健康風險特征.不同土地利用方式區土壤鉈含量特征及淺/深層土壤鉈元素含量之比反映了研究區存在一定人為污染,且人為鉈污染具有“北輕南重,西輕東重”的趨勢.綜合分析表明,研究區鉛鋅等礦產的相關礦業活動可能是該區人為鉈污染輸入的主要來源,人為污染疊加自然地質背景使研究區存在一定低程度污染及潛在健康風險的區域,即獨龍江流域南部和怒江流域中南部、瀾滄江流域北部和南部、元江流域中南部地區,該區域應引起人們對土壤鉈污染的重視.

土壤；重金屬；鉈；健康風險；中國西南“三江”地區

鉈(Tl)作為一種典型的稀有分散元素,在自然界多介質中廣泛分布且豐度較低,其工業用途大,普遍應用于現代化工、軍事工業、醫藥、高能物理及超導材料等領域[1-2].鉈是一種高毒性元素,具有強蓄積性,毒性作用持續時間長,對人體更是神經毒物,已被世界多國列為優先控制的主要污染物之一[3-4].鉈元素可在動植物體內及其生存環境中累積富集,造成生物中毒和環境污染[5-7].自鉈元素被發現以來,世界范圍內與鉈元素相關的污染中毒事件已多有報道,尤其是含鉈資源開發等導致的集群性中毒事件對人類健康安全產生了巨大威脅[8-11].隨著社會經濟建設的不斷發展,含鉈資源的開發及使用強度進一步增加,鉈的環境污染問題日益引起人們的關注,調查相關環境介質(水、土壤、大氣及動植物等)中鉈污染現狀,評價其潛在生態危害,研究鉈及其相關組成化合物的遷移富集途徑及致害機理等已成為當前生態環境領域的研究熱點之一[11-16].

環境介質中鉈元素的來源主要是自然風化及礦業活動產生的三廢-“廢水、廢氣、廢渣”,自然界中的含鉈巖礦及工業三廢中的鉈,通過系列表生作用可多途徑的在水、大氣、土壤及動植物體中積累富集[17-20],形成未來環境的“化學定時炸彈”源.當今國內外對鉈污染的研究主要集中在土壤和水介質,研究目標亦多是對礦區相關礦業活動可能引起的局部環境污染進行評價[13-16],而對大尺度區域性的研究較少.目前,全球約80%的鉈礦床主要集中在低溫成礦域,其中我國黔西南低溫成礦域中發現的鉈礦床主要有貴州濫木廠汞鉈礦床、云南南華砷鉈礦床及蘭坪金頂鉛鋅礦床伴生型鉈礦床.研究表明,鉈礦床類型主要為低溫熱液型,鉈元素的富集成礦亦多與低溫硫化物有關[10,21].我國西南地區作為典型的低溫成礦域,其內砷、汞、鉛、鋅等低溫組合元素及伴生元素鉈礦產資源豐富[22-23],該地區礦產區的集中分布及長期以來大規模的礦業生產開發活動,對該區的生態環境產生了較大的影響,如云南金頂鉛鋅礦區附近嚴重的鉛鎘污染及南華砷鉈礦床附近呈現的明顯鉈污染效應[24-25].前人對此的研究多集中在土壤常見重金屬調查(如鉛、汞、鋅、鎘、鎳、銅等)及重要礦區附近的相關元素污染評價等方面,而對該區的鉈污染調查研究相對較少.為此,本文選取中國西南三江地區的“獨龍江-怒江-瀾滄江-元江”流域為研究區,以中國地球化學基準計劃項目的匯水域土壤樣品為研究對象,試圖查明鉈元素在大流域內的含量空間分布特征,并通過多方法的聯合應用對大流域區內的鉈污染狀況及健康風險進行系統評估,以期為該地區的環境安全等提供部分有益參考.

1 材料與方法

1.1 研究區概況

圖1 中國西南“三江”流域區河漫灘土壤采樣位置及地質圖

研究區位于中國西南部的三江地區, 21°~ 34°N, 91°~106°E,自北向南依次跨越青海、西藏和云南行政區,其中云南所涉面積最大,研究區包含獨龍江、怒江、瀾滄江和元江4個流域(圖1a),總流域面積約38.35萬km2,其中瀾滄江流域面積最大,怒江次之,獨龍江流域面積最小,流域內主體地貌特征呈現為高山峽谷相間,氣候類型多樣,由北至南包含高原山地氣候、亞熱帶季風氣候和熱帶季風氣候.研究區主體對應于三江多金屬成礦構造帶,其內地層巖性復雜[22-23],廣泛出露古生代-早中生代海相碳酸鹽巖,晚中生代-新生代陸相碎屑巖,元古宙變質巖以及多期次的巖漿巖(圖1b).三江構造帶中南段的中低溫熱液成礦頗具特色[26],其內鉈、汞、砷、鉛、鋅等低溫元素富集,相關礦產資源豐富,包含多個大型-超大型金屬礦床,如蘭坪超大型含鉈鉛鋅礦床、核桃坪超大型鉛鋅礦床、蘆子園超大型鉛鋅礦床,該地區多個大型礦集區的長期礦業活動可能為該地區提供了包括鉈在內的系列重金屬污染源[27].

1.2 樣品采集與測試

中國地球化學基準計劃作為“全球地球化學基準計劃”的一部分,其以經自然混勻作用而具有均一化特征匯水域沉積物(泛濫平原或河漫灘沉積物等)為推薦采樣介質,并按照1:20萬圖幅為網格單元建立基準網,每個網格中選擇2個匯水域(面積介于2000~5000km2)部署采樣點,匯水域沉積物現多以發育成沖洪積土壤,每個基準點同時采集表層和深層土壤樣品,以此來反映整個流域的元素平均值或研究區土壤背景值[28-29],中國地球化學基準計劃詳細介紹可參考文獻[29].在中國西南主要流域的高山峽谷地貌區選擇經自然沉積形成且無明顯污染的河漫灘,同點位采集淺層(0~25cm)和深層(>100cm)沖洪積土壤樣品,若土壤厚度不足100cm時,采集土壤C層樣品,無法滿足深層樣品采樣時,僅采集淺層樣品.研究區共采集土壤樣品253件(淺層138件和深層115件),其中獨龍江流域16件(淺層8件和深層8件),怒江流域96件(淺層55件和深層41件),瀾滄江流域89件(淺層47件和深層42件),元江流域52件(淺層28件和深層24件),采樣點位見圖1.樣品均為組合樣品,由點位大致呈等邊三角形且點距小于50m的3個子樣組合而成,每個組合樣品的重量約為5kg.采集樣品時剔除土壤中植物、礫石等雜物,過10目(2mm)尼龍篩,采集的土壤樣品室內風干后置于無污染聚乙烯塑料瓶保存.取適量樣品送實驗室磨碎至200目(0.074mm),稱取0.2500g樣品用10mL氫氟酸,5mL硝酸,2mL高氯酸消解,在200℃的電熱板上加熱使高氯酸蒸發,多次循環冷卻加熱至高氯酸蒸發冒盡.此時殘渣趁熱加入8mL王水溶解后,將溶液轉入25mL聚乙烯試管中,用去離子水稀釋定容并搖勻,澄清.之后,移取清液1mL于聚乙烯試管中,用2%的硝酸稀釋至10mL,搖勻,同時制備空白溶液,以Rh為內標,用等離子體質譜儀(ICP-MS)測定土壤樣品中的鉈元素含量[30].為控制分析質量,在實驗過程中插入國家標準物質、實驗室密碼樣和野外重復樣,實驗結果顯示標準物質合格率和密碼樣品合格率均為100%,重復樣品合格率98.6%,表明實驗數據的高質量性.

1.3 評價方法

目前土壤環境質量評價方法眾多,根據評價對象的不同可分為兩類:評價單個污染因子污染程度的單因子指數法和評價多種污染因子共同污染的綜合評價法.其中,單因子指數法主要包括單因子污染指數法、幾何均值評價法、富集系數法、地累積指數法和潛在生態風險評估法等[31-32].本文選用富集系數法、地累積指數法、潛在生態風險評估法及美國環境保護局(USEPA)開發的健康風險評估模型對研究區土壤鉈的污染狀況進行綜合評價.

1.3.1 富集系數法 富集系數法(EF)計算參見(1)式,其是通過選擇地球化學性質穩定的參比元素,一般為上地殼或頁巖中的鈧、鋯、鈦和鋁等元素,然后將樣品中的元素濃度與背景中的元素濃度進行比較,以此來評價相關介質中元素的虧損富集程度.研究表明,利用富集系數法評價流域沉積物中重金屬污染程度時,選用鋁做參比元素較適宜[33].同時,為了進一步消除不同成土母巖來源的土壤中元素地球化學特征的差異,本次研究使用中國不同母巖類型區A層土壤的鉈和鋁含量為背景[34],以此來評價研究區土壤中鉈元素的污染狀況.根據富集系數的大小,污染程度可劃分為5個等級:EF￡1.5清潔,1.5< EF￡3輕度污染,310非常嚴重污染[35-36].

EF=(C/ref)樣品/(C/ref)背景(1)

式中:C為待研究元素的含量,mg/kg;ref為參比元素的含量,mg/kg.

1.3.2 地累積指數法 地累積指數法(geo)是較早用于評價沉積物重金屬污染程度的方法,計算參見(2)式,其是通過樣品中的元素濃度與修正后的元素背景值的比較獲得,根據前人對頁巖背景值中巖性差異等可能引起的變化研究,修正系數一般取1.5來減少造巖運動等可能引起的環境地球化學背景變異性[37].本文選取中國不同母巖類型區A層土壤的鉈含量為背景[34],以此來評價研究區土壤中鉈元素的污染狀況.根據指數大小,污染程度可分為7個等級:geo￡0清潔,05非常嚴重污染[38-39].

式中:C為待研究元素的含量,mg/kg;E為待研究元素的背景值,mg/kg.

1.3.3 潛在生態風險評估法 潛在生態風險評估法是從生物毒性角度來定量評估單元素或多元素潛在生態危害的有效方法,其單元素潛在生態風險評估計算公式如下,

E=T·C/E(3)

式中:E為待研究元素的潛在生態危害程度;T為待研究元素的毒性響應系數;C為待研究元素的含量,mg/kg;E為待研究元素的背景值[40-41],mg/kg.該計算中同樣選取中國不同母巖類型區A層土壤的鉈含量為背景[34].研究表明,鉈與砷具有相似的毒性特征(砷的毒性響應系數為10),且在有關鉈的毒性響應系數研究中得到鉈的毒性響應系數為10[42],因此本文中鉈的毒性響應系數取10.根據相關參數可將潛在生態風險分為5個等級,具體見表1.

表1 土壤單元素潛在生態風險等級劃分[40-41]

表2 非致癌健康風險評價暴露參數[43]

注:“—”表示無數據.

1.3.4 健康風險評估法 土壤中重金屬進入人體主要有3種主要途徑:經口攝入、呼吸吸入和皮膚直接接觸[44].本次通過美國環境保護局(USEPA)推薦的健康風險評估模型對研究區土壤中重金屬鉈元素進行慢性非致癌金屬元素的健康風險評估,鉈在3種主要暴露途徑的人體暴露量(ADD)計算公式如下(4)~(6)[43-45]:

經口攝入途經的長期日暴露量:

經呼吸吸入途經的長期日暴露量:

(5)

經皮膚直接接觸途經的長期日暴露量:

非致癌風險的評估一般采用危害商(HQ)來衡量,其是暴露量與非致癌物參考劑量的比值,見表達式(7).一般當HQ<1.0時,認為由慢性非致癌金屬元素造成的健康風險較低,當HQ>1.0時,則認為存在健康風險,應當引起人們的警戒.

HQ=ADD/RfD(7)

式中:ing、inh、derm分別代表經口攝入、呼吸吸入和皮膚直接接觸3種途徑中的相關參數,相關參數詳見表2.

2 結果與分析

2.1 鉈元素空間分布特征

中國西南主要流域區土壤鉈元素含量統計特征表明(表3),研究區淺層土壤鉈元素含量范圍為0.17~2.65mg/kg,均值為0.80mg/kg,整體略高于中國土壤背景值(鉈含量均值為0.62mg/kg)[34].獨龍江、怒江、瀾滄江和元江4個流域的淺層土壤鉈含量均值分別為1.39,0.82,0.75,0.72mg/kg,整體具有從西向東逐漸降低的趨勢.研究區北部上游地區及南部中下游地區的淺層土壤鉈平均含量為0.81, 0.80mg/kg,與研究區整體含量水平接近,且北部上游地區略高于南部中下游地區.研究區各流域淺層土壤樣品中鉈含量超過中國土壤背景的頻率均較高(超過50%),其中以獨龍江和怒江最高,分別為100%和80%,且北部上游地區較南部中下游地區明顯較集中.淺層土壤鉈含量統計特征所反映的研究區鉈含量“北高南低,西高東低”的趨勢特征與其空間分布特征具有良好的統一性(圖2a).

表3 中國西南“三江”流域區土壤鉈元素含量統計特征(mg/kg)

注:“—”為無數據.

圖2 中國西南“三江”流域區淺/深層土壤鉈元素含量空間分布特征

圖3 中國西南“三江”流域區不同統計單元土壤鉈元素含量及相關污染評價參數分布特征

深層土壤元素含量能代表元素的自然背景[29],研究區深層土壤鉈元素含量范圍為0.20~4.05mg/kg,均值為0.83mg/kg,略高于淺層土壤,且研究區淺/深層土壤中鉈含量變異系數均較小(表3),表明研究區淺層土壤中鉈應主要來源于自然背景,即自然含鉈巖礦的風化,而后期人為活動影響較小.通過不同母巖類型區土壤鉈分布特征的對比可知(圖3a),研究區不同母巖類型區淺/深層土壤鉈的變化特征一致,并與中國不同母巖類型區A層土壤鉈背景的變化特征相似,進一步表明,自然成土母巖類型控制了研究區淺/層土壤鉈的空間分布特征.淺/深層土壤中鉈含量空間分布具有高度一致性,均具有“北高南低,西高東低”的特征(圖2),表明淺層土壤繼承了深層土壤中鉈元素地球化學特征.同時,南部中下游地區淺層土壤中鉈含量高于深層土壤水平,及元江流域淺層土壤鉈含量的均值和中值均高于深層土壤水平,間接表明研究區南部中下游地區尤其是元江流域區存在一定的人為鉈污染.

結合研究區采樣點土地利用方式及人為活動干擾程度的不同,將研究區的土地類型分為農用地、瓜果蔬菜地、荒地、草地和河道灘地,其人為活動干擾程度依次遞減.研究區不同土地利用方式區土壤鉈含量分布特征表明(圖3b),一方面,不同土地利用方式區淺/深層土壤鉈具有一致的分布模式,表明其應主要受控于自然地質背景;另一方面,人為活動干擾強烈的瓜果蔬菜地淺層土壤鉈含量明顯大于深層,且隨著人為干擾程度的降低,深層土壤鉈含量明顯高于淺層,即綜合反映了研究區土壤鉈含量雖然整體受控于自然背景,但亦存在一定人為活動的影響.

2.2 健康風險評估結果及討論

2.2.1 土壤污染及生態風險評價 淺層與深層土壤的重金屬元素含量之比可在一定程度上反映淺層土壤受人為活動影響的程度,比值大于1代表淺層土壤受到人為活動的影響,且比值越大受影響程度越大[46].同時,研究區不同母巖類型區淺層與深層土壤的重金屬元素含量之比分布特征與自然背景控制下的不同母巖類型區土壤鉈含量分布特征差異較大(圖3a),進一步表明了該比值應代表與自然背景不同的控制因素,即人為活動.研究區淺層與深層土壤鉈元素含量的比值范圍為0.25~1.85,均值為1.02,比值整體較小,超標污染樣品數占全部樣品的45.22%,表明研究區土壤整體受人為污染程度較小.研究區各地區的淺層與深層土壤鉈元素含量的比值統計特征及其空間分布特征均表明(表4和圖4a),受人為污染的地區主要是研究區南部的元江流域,且人為污染程度的順序為:元江>瀾滄江>怒江>獨龍江,即人為污染特征具有“北輕南重,西輕東重”的趨勢.

研究區淺層土壤鉈的富集系數和地累積指數的統計特征表明(表4),兩者整體變化范圍較窄(0.45~4.98和-2.55~1.49),均值較小(1.30和-0.41),樣品超標污染頻率整體較低,表明研究區淺層土壤整體污染水平較低.各地區淺層土壤鉈的富集系數和地累積指數的統計特征具有一致性(表4),平均值大小均為北部上游地區大,南部中下游地區小,西部獨龍江流域至東部元江流域依次降低,表明研究區北部較南部污染程度深,西部流域較東部流域污染程度重,即研究區污染特征具有“北高南低,西高東低”的趨勢,該趨勢特征與這兩個指數的空間分布特征具有高度一致性(圖4b和圖4c),而與前述的淺層/深層土壤的重金屬元素含量反映的人為污染特征具有相反的趨勢,這表明富集系數與地累積指數反映的污染特征可能主要受自然背景控制.通過將土壤污染評價參數與不同母巖類型區土壤鉈含量分布特征進行對比(圖3c),可以發現,他們具有相似的變化特征,進一步表明上述評價參數主要受自然背景控制.

表4 中國西南“三江”流域區土壤鉈元素污染評價參數統計特征

注:“—”表示無此項.

圖4 中國西南“三江”流域區土壤鉈污染評價參數的空間分布特征

圖5 中國西南“三江”流域區土壤鉈成人/兒童HQ與ADD統計特征

從生物毒性角度出發的潛在生態風險特征進一步表明(表4),研究區淺層土壤整體不具有鉈的潛在生態風險,但在獨龍江、瀾滄江和元江3個流域的南部存在明顯的局部潛在風險高值區(圖4d),即獨龍江流域南部存在局部中等風險,瀾滄江和元江流域南部存在較大局部中等風險的可能性(極大值分別為33.52和31.97,接近中等風險閥值40).

2.2.2 健康風險評估 研究區淺層土壤鉈元素的非致癌風險評估結果表明(圖5),研究區淺層土壤鉈的成人/兒童整體危害商均小于1,表明該區不存在非致癌元素鉈的健康風險問題.各地區的危害商和暴露劑量統計特征表明(圖5),兒童的非致癌風險及暴露劑量明顯高于成人,約為成人風險的8倍,且成人/兒童的3種鉈暴露途徑中非致癌風險及暴露量大小順序均為:經口攝入>皮膚直接接觸>呼吸系統吸入,這與前人的研究結果相同[15,42-44].研究區各地區淺層土壤鉈元素的非致癌風險評估結果及其參數的空間分布特征具有相似性(圖5和圖6),北部上游地區的成人/兒童健康風險程度及暴露劑量高于南部中下游地區,并由西向東各流域依次減小,即研究區成人/兒童健康風險程度及暴露劑量具有“北高南低,西高東低”的趨勢,與前述研究區淺/深層土壤鉈元素含量空間分布等特征相似,說明自然背景控制的土壤鉈元素含量的高低影響了該地區土壤鉈非致癌健康風險的水平.

圖6 中國西南“三江”流域區土壤鉈成人/兒童HQ與ADD空間分布特征

2.2.3 討論分析 研究區淺/深層土壤鉈元素含量的空間分布具有“北高南低,西高東低”的特征,南部中下游流域的高鉈含量樣品點位與西南地區區域化探顯示的鉈地球化學明顯異常富集區具有良好的重疊性[47],即獨龍江流域的南部、瀾滄江流域的南部和元江流域的東南部.同時,該地區對應的地層巖石類型主要為酸性花崗巖,與酸性花崗巖較其它巖性具有明顯高的鉈含量(0.73mg/kg)優勢相吻合[48].上述特征進一步表明,研究區淺/深層土壤鉈含量主要受控于自然地質背景,這與Zhuang等[49]研究得出的水域沉積物中鉈主要來源于內生礦物,人類活動貢獻率占比較低的結論一致.本次研究中相關富集系數、地累積指數、潛在生態風險及非致癌健康風險評估參數空間分布特征不僅與淺/深層土壤鉈元素含量的空間分布具有高度一致性,而且上述評價參數與中國不同母巖類型區A層土壤鉈背景具有相似的分布模式(圖3),綜合表明研究區自然地質背景不僅控制了淺/深層土壤中鉈元素含量,還決定了其相關參數的大小及分布,且上述評價參數整體反映了在自然背景控制下研究區土壤鉈的低污染和低健康風險特征.淺/深層土壤鉈元素含量之比的空間分布特征表現出“北低南高,西低東高”的特征,表現出與自然地質背景控制相反的特征,且其具有與中國不同母巖類型區A層土壤鉈背景差異較大的分布模式(圖3a),這說明淺/深層土壤鉈元素含量之比能良好反映人為污染特征,且其空間分布特征反映的研究區人為鉈污染具有“北輕南重,西輕東重”的趨勢,這可能與研究區東南部更接近低溫成礦域的相關礦產產出集中地有關[50].

圖7 中國西南“三江”流域區土壤輕度污染或潛在健康風險特征

I:獨龍江流域南部和怒江流域中南部, II:瀾滄江流域北部, III:瀾滄江流域南部, IV:元江流域中南部地區

雖然研究區淺層土壤鉈的污染評價及相關健康風險評估均顯示該地區整體人為污染程度較低,不存在健康風險問題,但是根據淺層土壤鉈元素含量及多種評估參數的空間分布特征可圈定出具有一定低程度污染及潛在健康風險的區域,即獨龍江流域南部和怒江流域中南部(Ⅰ)、瀾滄江流域北部(Ⅱ)和南部(Ⅲ)、元江流域中南部地區(Ⅳ)(圖7a),上述區域淺層土壤鉈元素含量的均值分別為0.96mg/ kg、0.75mg/kg、0.85mg/kg及0.81mg/kg,均高于中國土壤背景值0.62mg/kg,并與瑞士、加拿大等國家推薦的農業等利用方式土壤中鉈的最大容許含量1.00mg/kg相接近[11],表明上述區域內土壤介質中鉈含量已相對較高,將會對人體尤其是兒童產生相對高的暴露劑量及健康風險.上述問題區域的淺/深層土壤鉈元素含量之比的均值分別為1.29、1.03、1.28和1.32,均大于1,結合前述人為活動干擾下的淺層土壤具有明顯高的鉈含量(圖3b),綜合反映了上述區域具有一定程度人為污染,且對比發現,這些潛在問題區域多位于鉛鋅礦床附近位置,這可能與鉈作為典型的內生成巖成礦元素具有親石和親硫的雙重屬性,其易在低溫Pb、Zn等硫化物礦床內富集特征有關[12,51-52].為此,進一步選取研究區北部的問題區域(Ⅱ)建立近區和遠區鄰近緩沖區,統計發現,自問題區域向外經近區至遠區,淺層與深層土壤鉈元素含量之比逐漸降低,反映了隨著與鉛鋅礦床聚集問題區域距離的增加,人為活動干擾程度逐漸降低(圖7b和圖7c),該現象表明研究區鉛鋅等礦產的相關礦業活動可能是該區人為鉈污染輸入的主要來源.

3 結論

3.1 中國西南“三江”流域區淺層土壤鉈元素含量范圍為0.17~2.65mg/kg,均值為0.80mg/kg,整體略高于中國土壤背景值,而略低于深層土壤鉈元素含量.在自然地質背景(自然含鉈巖礦)控制下,流域區淺/深層土壤鉈元素含量的高低順序為獨龍江>怒江>瀾滄江>元江,整體呈現“北高南低,西高東低”的趨勢.

3.2 基于中國不同母巖類型區土壤相關元素含量為背景的富集系數、地累積指數、潛在生態風險及非致癌健康風險評估參數均顯示研究區土壤鉈污染程度整體較低,不存在土壤重金屬鉈元素的非致癌健康風險,其實質上反映了在自然背景控制下研究區土壤鉈的低污染和低健康風險特征.不同土地利用方式區土壤鉈含量特征及淺/深層土壤鉈元素含量之比反映了研究區存在一定人為污染源,且人為鉈污染具有“北輕南重,西輕東重”的趨勢.

3.3 研究區鉛鋅等礦產的相關礦業活動可能是該區人為鉈污染輸入的主要來源,人為污染疊加自然地質背景使研究區存在一定低程度污染及潛在健康風險的區域,即獨龍江流域南部和怒江流域中南部(Ⅰ)、瀾滄江流域北部(Ⅱ)和南部(Ⅲ)、元江流域中南部地區(Ⅳ).

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致謝：在此對中國地球化學基準計劃項目全體成員野外和室內的辛苦工作表示誠摯的感謝.

Spatial variation and health risk assessment of thallium in floodplain soil in “Three Rivers” regions of southwest China.

LIU Fu-tian1,2, WANG Xue-qiu1*, CHI Qing-hua1

(1.Key Laboratory of Geochemical Exploration, Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Langfang 065000, China；2.School of Earth Science and Resources, Chang’an University, Xi’an 710054, China)., 2021,41(4)：1765~1777

Based on the analysis of thallium content in floodplain soil samples obtained by the China Geochemical Baselines project in “Three Rivers” regions of ??southwest China, the pollution status of the thallium in soil of the study area was comprehensively evaluated by multiple methods. Results showed that, the thallium content in top soil of the region was 0.17~2.65mg/kg with the mean of 0.80mg/kgand the coefficients of variation was low, which was slightly higher than soil background value of China and slightly lower than that in deep soil. The characteristics of thallium content in the top/deep soil were mainly controlled by the natural geological background, and its overall trend was “north was higher than south, and west was higher than east”. Based on the background of related elements of soil in different parent rock areas in China, the parameters of enrichment coefficient, geoaccumulation index, potential ecological risk with the mean 1.30, -0.41 and 12.48, respectively, and non-carcinogenic health risk assessment with hazard quotient less than 1 all showed that the thallium contamination level of soil in the study area was generally low and there was no non-carcinogenic health risk of heavy metal of thallium in the soil, which essentially reflected that there had the characteristics of low pollution and low health risk of thallium pollution in soil of the study area under the control of natural geological background. Meanwhile, there was a certain amount of man-made pollution with a tendency of “north was lighter than south, and west was lighter than east” in the study area, reflected by the distribution characteristics of thallium content of soil in different land use field and the ratio of thallium content in top and deep soil. Comprehensive analysis showed that, the mining activities related to lead and zinc minerals in the study area might be the main source of man-made thallium pollution. Some parts of the study area had a certain degree of pollution and potential health risks due to the superposition of man-made pollution and natural geological background, including the south of Drung river basin, south central Nujiang river basin, the north and south Lancang river basin and south central Yuanjiang river basin, and these areas should attract people's attention to thallium pollution in soil.

soil；heavy metal；thallium；health risk；“Three Rivers” regions of southwest China

X53

A

1000-6923(2021)04-1765-13

劉福田(1993-),男,安徽阜陽人,博士,主要從事油氣地質與應用地球化學研究.

2020-08-12

國家重點研發計劃項目(2016YFC0600600);中國地質調查局地質調查項目(121201108000150005; 1212011120331;1212010661313)

* 責任作者, 研究員, wangxueqiu@igge.cn