灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究進(jìn)展

張 彥，李 平，梁志杰，竇 明，黃仲冬，高 蕓，齊學(xué)斌,4

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，河南 新鄉(xiāng) 453002； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水環(huán)境因子風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453002； 3.鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源高效安全利用重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453002)

灌區(qū)作為糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物的主要生產(chǎn)基地，在保障國(guó)家糧食安全方面發(fā)揮了顯著的作用。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展以及生活水平的提高，灌區(qū)水安全和水生態(tài)文明建設(shè)應(yīng)加大研究[1-3]，而灌區(qū)目前面臨著基礎(chǔ)設(shè)施老舊、水利信息化程度低、水資源匱乏且浪費(fèi)嚴(yán)重以及水土環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了灌區(qū)農(nóng)業(yè)高效用水和綠色發(fā)展[4]。尤其近年來(lái)由于對(duì)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境重視和治理力度不足，灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染形勢(shì)較為嚴(yán)峻，給灌區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。

灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是指在一定空間區(qū)域內(nèi)，由水-土-氣-作物等環(huán)境因素所構(gòu)成的一種開(kāi)放系統(tǒng)，其具有復(fù)雜性、循環(huán)性、流動(dòng)性等特征，因此灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境極易受人類活動(dòng)、氣候環(huán)境變化、植被格局演變與更替等人工、自然要素的影響[5]。農(nóng)業(yè)是主要的用水戶，農(nóng)業(yè)用水約占全國(guó)用水總量的60%[6]。灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染物來(lái)源主要有工業(yè)廢水、生活污水和養(yǎng)殖廢水排放，化肥農(nóng)藥的施用以及地膜的利用等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)面積超過(guò) 2.0萬(wàn)hm2的灌區(qū)有459個(gè)，廢污水排放總量約699.66億t，化肥施用量約5 859.4萬(wàn)t，農(nóng)藥使用量約165.51萬(wàn)t[7-8]，農(nóng)田地膜覆蓋量約1 980萬(wàn)hm2[9]，因此，灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是利用生態(tài)、環(huán)境和毒理等學(xué)科知識(shí)，定量評(píng)估污染物對(duì)人類和生物的負(fù)面效應(yīng)的概率及其輕重程度的過(guò)程[10]。灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是評(píng)估由灌區(qū)區(qū)域內(nèi)污染物引起的水生態(tài)環(huán)境發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境受到污染后會(huì)增加灌區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)，且污染風(fēng)險(xiǎn)具有潛在性、破壞性和長(zhǎng)期性，故對(duì)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是十分必要的。目前，灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要包括農(nóng)用水水質(zhì)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、農(nóng)田土壤和農(nóng)作物中污染物含量的超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，涉及灌區(qū)地下水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[11]、地表水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[12]、農(nóng)田土壤生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[13]以及人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[14]等。本文擬梳理灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染物來(lái)源及類型、污染物遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，系統(tǒng)總結(jié)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究進(jìn)展，并對(duì)需進(jìn)一步深入研究的內(nèi)容作出展望，以期為提高灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染治理水平和保障灌區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供參考。

1 灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染物及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

1.1 污染物來(lái)源及類型

1.2 污染物遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程

灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染物在灌區(qū)水循環(huán)過(guò)程中進(jìn)行遷移轉(zhuǎn)化，其具體的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程如圖1所示。由圖1可見(jiàn)，再生水和養(yǎng)殖廢水中的污染物一部分通過(guò)廢污水排放進(jìn)入地表水，地表水中的污染物由于下滲作用滲入地下水，再生水、養(yǎng)殖廢水、地表水和地下水中的污染物通過(guò)農(nóng)田灌溉進(jìn)入農(nóng)田土壤中并在土壤中累積。農(nóng)藥和化肥使用后，積累于農(nóng)田土壤中；微塑料通過(guò)地膜降解以及地表水和再生水灌溉并攜帶其他污染物進(jìn)入土壤，影響了土壤結(jié)構(gòu)及其他物理性質(zhì)。灌區(qū)農(nóng)田土壤中的污染物通過(guò)地表徑流和農(nóng)田退水匯入地表水體中，借助水體在包氣帶中的遷移進(jìn)入地下水中，農(nóng)作物則通過(guò)根系吸收轉(zhuǎn)移土壤與水體中的污染物，并最終通過(guò)生物富集和食物鏈對(duì)人體健康產(chǎn)生一定威脅。總體上灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程具有一定的復(fù)雜性，受到自然因素和人類活動(dòng)的影響，并隨著陸地、土壤和地下水循環(huán)過(guò)程遷移轉(zhuǎn)化。

圖1 灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染物遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程

1.3 典型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

針對(duì)不同的污染物類型，結(jié)合相關(guān)的研究成果，總結(jié)了幾種典型的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，主要包括單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、地下水脆弱性DRASTIC評(píng)價(jià)法、地質(zhì)累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、風(fēng)險(xiǎn)商法、毒性當(dāng)量因子法和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等。單因子污染指數(shù)法主要是對(duì)水體或土壤中單一污染物的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果單一，不能體現(xiàn)水體或土壤綜合污染程度[22-23]。內(nèi)梅羅污染指數(shù)法是對(duì)水體或土壤中多種污染物的污染程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其結(jié)果能夠合理地反映水體或土壤所受到的污染程度[24-25]。單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)的污染物類型主要為無(wú)機(jī)污染物。地下水脆弱性DRASTIC評(píng)價(jià)法是以地下水位埋深、凈補(bǔ)給量、含水層介質(zhì)類型、土壤介質(zhì)類型、地形坡度、包氣帶介質(zhì)類型和含水層滲透系數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)各個(gè)指標(biāo)對(duì)地下水脆弱性影響程度進(jìn)行賦權(quán)，進(jìn)而進(jìn)行加權(quán)求和得到地下水脆弱性指數(shù)，其值越大說(shuō)明地下水越脆弱[26-27]。地質(zhì)累積指數(shù)法充分考慮了自然地質(zhì)和人為活動(dòng)對(duì)重金屬污染的影響，廣泛地應(yīng)用到土壤中重金屬積累的污染評(píng)價(jià)，其主要是按照“從劣不從優(yōu)”原則來(lái)確定土壤污染綜合評(píng)價(jià)等級(jí)[28-29]。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法主要用于定量評(píng)價(jià)土壤和沉積物中的重金屬污染程度，其將重金屬含量、生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)和毒理學(xué)特征聯(lián)系在一起[30-31]。風(fēng)險(xiǎn)商法是一種表征生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度的評(píng)價(jià)方法，其風(fēng)險(xiǎn)商值為污染物實(shí)際測(cè)試濃度或污染物環(huán)境預(yù)測(cè)濃度與其預(yù)測(cè)無(wú)效應(yīng)濃度的比值，主要評(píng)價(jià)的污染物為重金屬和有機(jī)污染物[32-33]。毒性當(dāng)量因子法主要評(píng)價(jià)水體或土壤環(huán)境中的混合物對(duì)機(jī)體健康影響的潛在風(fēng)險(xiǎn)，污染物的毒性當(dāng)量因子與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乘積表示為該污染物的毒性當(dāng)量，主要評(píng)價(jià)的污染物為TCDD和PCBs[34-35]。人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通過(guò)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)污染物殘留給人類帶來(lái)的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)，包括致癌物引致的致癌風(fēng)險(xiǎn)以及非致癌物引致的非致癌風(fēng)險(xiǎn)[36-37]。

2 研究進(jìn)展

結(jié)合灌區(qū)污染物的來(lái)源及遷移去向，本文主要從灌區(qū)區(qū)域內(nèi)地表水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、地下水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、土壤生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估4個(gè)方面，歸納總結(jié)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究進(jìn)展。

2.1 地表水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

地表水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是自然環(huán)境和人為因素影響導(dǎo)致地表水水體惡化引起的水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，地表水通過(guò)農(nóng)田灌溉進(jìn)入灌區(qū)將增大灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。目前地表水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法主要有單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、主成分分析法和模糊數(shù)學(xué)法等，此外還有與新技術(shù)相結(jié)合的評(píng)估方法，如基于貝葉斯、蒙特卡羅、模擬退火(SA)+誤差反傳算法(BP)、遙感圖像處理系統(tǒng)(RS)+地理信息系統(tǒng)(GIS)、Copula函數(shù)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能(INVEST)和德?tīng)柗品ǖ娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型等。

地表水生態(tài)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)管控和預(yù)警能夠?yàn)橄嚓P(guān)管理部門提供及時(shí)的決策措施，以保障生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水安全[38-39]。對(duì)于河流水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，徐凌云等[40]利用基于INVEST的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型對(duì)黑水河流域水質(zhì)污染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估，葉幫玲[41]利用基于RS+GIS的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型對(duì)湘江長(zhǎng)沙段水質(zhì)污染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估；對(duì)于水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，張彥等[42]基于Copula函數(shù)原理建立了小型湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化聯(lián)合風(fēng)險(xiǎn)概率；對(duì)于飲用水源水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，二維水流水質(zhì)模型、壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型分別被利用在漢江上游水源地、深圳水庫(kù)水源地以及白龜山水庫(kù)水源地的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中[43-45]。灌區(qū)地表土壤中的污染物在地表徑流、降水沖刷淋溶以及農(nóng)田退水的作用下匯入河道中污染地表水生態(tài)環(huán)境，李延林等[15,46]的研究表明寧夏銀北灌區(qū)利用農(nóng)田排水灌溉對(duì)土壤鹽漬化和重金屬存在一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)，孫兵[47]將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)用在黑龍江饒河灌區(qū)地表水生態(tài)環(huán)境評(píng)估中。此外，王立陽(yáng)等[48]利用改進(jìn)的潛在危害指數(shù)法篩選了沈陽(yáng)市典型城市河流的優(yōu)先控制污染物并評(píng)估了其生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；Kim等[49]、Zhu等[50]、Safakhah等[51]、Xu等[52]和Viana等[32]分別評(píng)估了氯化苯扎氯銨、四溴雙酚A、雙酚A、29種農(nóng)藥和防污殺菌劑在韓國(guó)某制藥廠附近溪流、白洋湖和撫河、伊朗波斯灣北端穆薩河口、黃浦江、巴西Sao Marcos Bay水域中的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。由此可見(jiàn)，地表水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)具有廣泛性、復(fù)雜性，涉及人類社會(huì)的各個(gè)方面，因此，開(kāi)展地表水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)河流、水庫(kù)以及灌區(qū)區(qū)域污染物預(yù)防和治理、保障水生態(tài)環(huán)境具有至關(guān)重要的作用，可以避免地表水體污染對(duì)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境造成一定的危害。

2.2 地下水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

地下水污染風(fēng)險(xiǎn)是指含水層中地下水遭受污染的水平及其可能性[26,53]。地下水具有更新速度慢、埋藏條件較為復(fù)雜的特性，在受到污染物污染后依靠自凈能力難以降解，治理比較困難[54]。目前地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法主要包含風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、數(shù)據(jù)分析法和過(guò)程模擬法。風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是根據(jù)特定的評(píng)分原則構(gòu)建地下水風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系進(jìn)行評(píng)估，該類方法雖然操作簡(jiǎn)便，但其主觀性強(qiáng)、評(píng)估精度和不同區(qū)域間對(duì)比的適應(yīng)性較低[55-56]。其中，DRASTIC評(píng)估方法是典型的評(píng)估地下水脆弱性的方法[57]，廣泛應(yīng)用在松嫩平原[58]、遼河平原[59]、Tandula流域[60]和再生水灌區(qū)[61]等地下水脆弱性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中；另外，Jhariya[62]和Venkatesan等[63]通過(guò)ArcGIS技術(shù)與DRASTIC相結(jié)合的方法分別對(duì)Tandula和Palar流域灌區(qū)的地下水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估。數(shù)據(jù)分析法是利用線性或非線性回歸分析以及聚類分析法等方法對(duì)灌區(qū)地下水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，此類方法需要大量數(shù)據(jù)，降低了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主觀性，但數(shù)據(jù)獲取較難[64-66]。周長(zhǎng)松等[67]利用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)小店污灌區(qū)淺層地下水重金屬Cd和Cr的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估。過(guò)程模擬法是基于污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型模擬污染物運(yùn)移規(guī)律進(jìn)而對(duì)污染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估[68-69]。其中，RBCA和3MRA模型是典型的地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型[70]。過(guò)程模擬法具有較強(qiáng)的客觀性和科學(xué)性，但需要大量的模型參數(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的新方法越來(lái)越多，如基于ArcView GIS構(gòu)建的BOS模型、改進(jìn)的HSSM模型、MTBE地下水污染模型以及GIS和模糊邏輯相結(jié)合的方法等[71-72]，李瑋等[73]利用Multi-cell和Hydrus-1D模型對(duì)北京市東南郊再生水灌區(qū)地下水中的有機(jī)污染物多環(huán)芳烴進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；Rehman等[37]評(píng)估了巴基斯坦Sahiwal地區(qū)由于地下水和廢污水灌溉而引起蔬菜中重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。可見(jiàn)，地下水生態(tài)環(huán)境污染物具有種類多、含量較低但危害大的特點(diǎn)，開(kāi)展地下水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為保護(hù)地下水資源、合理利用非常規(guī)水以及地下水生態(tài)環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)管理提供了技術(shù)和理論依據(jù)。

2.3 土壤生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

灌區(qū)土壤是為作物提供水分和養(yǎng)分的重要載體，其受到污染物污染后直接影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。灌區(qū)土壤中的污染物具有隱蔽性、遷移難、累積性以及污染后果嚴(yán)重等特點(diǎn)，給灌區(qū)土壤生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了潛在風(fēng)險(xiǎn)[74]，尤其是利用再生水和養(yǎng)殖廢水灌溉的灌區(qū)。目前灌區(qū)土壤生態(tài)環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)的研究方法主要有熵值法、地質(zhì)累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和毒性當(dāng)量因子法等。熵值法是土壤污染生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的一種單因子評(píng)估方法，孫麗敏[75]采用熵值法對(duì)老解放河流域污灌區(qū)土壤中重金屬和有機(jī)污染物生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估；Zhou等[33]采用熵值法研究畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)和肥料中的抗生素在農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)中存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)。地質(zhì)累積指數(shù)是由德國(guó)科學(xué)家Muller提出的研究土壤重金屬污染程度的指標(biāo)[76]，Sun等[28]采用地質(zhì)累積指數(shù)對(duì)草海濕地岸線農(nóng)田重金屬污染進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；李小牛等[29]利用地質(zhì)累積指數(shù)評(píng)估了小店污灌區(qū)土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是瑞典化學(xué)家Hakanson提出的基于沉積學(xué)原理建立的評(píng)估重金屬危害風(fēng)險(xiǎn)的方法[23]，主要評(píng)估多種污染物的綜合風(fēng)險(xiǎn)并定量劃分出潛在危害程度，目前在灌區(qū)農(nóng)田土壤污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面取得了一定的進(jìn)展，Gao等[77]利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法研究發(fā)現(xiàn)生物炭和正磷酸鹽共熱解可有效降低污染農(nóng)田土壤中Pb、Cd、Cu的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；Tran等[78]分析了越南河內(nèi)東北地區(qū)土壤中金屬和非金屬濃度的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。毒性當(dāng)量因子法是評(píng)估土壤有機(jī)污染物生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的方法，劉娟等[79]評(píng)估了灌區(qū)稻田多氯聯(lián)苯引起的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；相關(guān)學(xué)者研究表明有機(jī)氯農(nóng)藥殘留對(duì)灌區(qū)土壤生物存在一定的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，如劉寶林等[80]研究表明前郭灌區(qū)稻田土壤中的DDTs對(duì)土壤生物、鳥(niǎo)類、消費(fèi)者產(chǎn)生了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。為了緩解農(nóng)業(yè)用水緊張，部分地區(qū)加大了再生水和養(yǎng)殖廢水灌溉農(nóng)田比例，使灌區(qū)土壤生態(tài)環(huán)境面臨著嚴(yán)峻的問(wèn)題，因此對(duì)灌區(qū)土壤生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，可為灌區(qū)土壤污染防治與修復(fù)、土壤環(huán)境評(píng)價(jià)與環(huán)境保護(hù)、土壤生態(tài)環(huán)境平衡保持及可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)和決策依據(jù)。

2.4 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是采用相關(guān)的評(píng)價(jià)手段定量描述污染物對(duì)人體產(chǎn)生健康危害的風(fēng)險(xiǎn)，水體中危害人體健康的污染物通過(guò)灌溉過(guò)程在土壤中積累，進(jìn)而在農(nóng)作物中富集，最終危害人體健康。根據(jù)國(guó)際致癌研究署、美國(guó)能源部風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息系統(tǒng)以及世界衛(wèi)生組織污染物分類系統(tǒng)，健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型主要有致癌和非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，污染物的暴露途徑主要有皮膚接觸、呼吸吸入和經(jīng)口攝入，暴露介質(zhì)主要有土壤和農(nóng)作物。重金屬具有不可降解和生物積累的特征，對(duì)人體的免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)造成危害。相關(guān)研究表明，柏林、津巴布韋的Harare、墨西哥的Mezquital和沈陽(yáng)琿浦灌區(qū)的重金屬對(duì)人體健康造成的總風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)了美國(guó)環(huán)保署(USEPA)和國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)的規(guī)定[81]；天津污灌區(qū)稻米中的甲基汞的超標(biāo)率達(dá)到20.83%[82]；沈撫灌區(qū)玉米中的Cd和Pb殘留量超過(guò)了食品安全限值[83]；Karimyan等[36]對(duì)伊朗庫(kù)爾德斯坦省農(nóng)村地區(qū)土壤中重金屬的人類健康和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估。地下水受到硝酸鹽污染后進(jìn)入人體將引發(fā)呼吸和血液系統(tǒng)疾病，轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁}后將導(dǎo)致消化系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等發(fā)生癌變[84]；張艷等[85]研究表明涇惠渠灌區(qū)地下水中硝酸鹽的濃度超標(biāo)對(duì)人體健康帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。另外，有機(jī)污染物可在土壤中長(zhǎng)距離遷移和長(zhǎng)時(shí)間殘留，嚴(yán)重威脅人體健康和生態(tài)環(huán)境安全，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者評(píng)估了PAHs污染對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的風(fēng)險(xiǎn)[86-87]。李艷等[88]研究表明北京東南郊灌區(qū)農(nóng)作物中PAHs的致癌和非致癌風(fēng)險(xiǎn)均低于USEPA標(biāo)準(zhǔn)值；席北斗等[89]研究表明華北典型污灌區(qū)有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)殘留對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)在控制范圍內(nèi)，但其主要的風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)為р,р′-DDT與γ-HCH；Chen等[90]基于環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估了12種多環(huán)芳烴對(duì)人類健康的風(fēng)險(xiǎn)。可見(jiàn)，目前重金屬、無(wú)機(jī)污染物和有機(jī)污染物已經(jīng)威脅了人類的身體健康，雖然一些指標(biāo)含量在風(fēng)險(xiǎn)可控范圍之內(nèi)，但為了保障糧食和人體健康安全，有必要進(jìn)行相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以建立相關(guān)的預(yù)警機(jī)制。

3 研究展望

a.加強(qiáng)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染治理及相關(guān)管理制度研究。目前隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)，因此要加強(qiáng)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染綜合治理，制定相關(guān)的法規(guī)和制度，為灌區(qū)運(yùn)行提供良好的水生態(tài)環(huán)境。要從源頭上識(shí)別灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境中污染物的關(guān)鍵區(qū)域，加強(qiáng)再生水和養(yǎng)殖廢水管控力度，在保證農(nóng)作物需求的基礎(chǔ)上減小灌區(qū)農(nóng)藥化肥的施用量，增大灌區(qū)農(nóng)田退水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)與管理。針對(duì)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染物復(fù)雜的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程、明顯的區(qū)域差異性等特點(diǎn)，進(jìn)一步開(kāi)展灌區(qū)污染物的分區(qū)分類工作，并將各部門各行業(yè)融入灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境的綜合治理中。另外，由于缺乏衡量灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境綜合管理的指標(biāo)體系，不能全面多目標(biāo)實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境綜合管理，要以節(jié)水灌溉理論為基礎(chǔ)，探索灌區(qū)環(huán)境綜合管理模式和污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，構(gòu)建治理和保護(hù)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)效機(jī)制；同時(shí)要建立灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染治理政策體系和相關(guān)技術(shù)規(guī)范，完善灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染監(jiān)測(cè)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)。

b.加大灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)理研究。目前灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究對(duì)象相對(duì)單一，主要集中在灌區(qū)地下水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、再生水灌溉引起的水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，而針對(duì)灌區(qū)區(qū)域內(nèi)地表水、農(nóng)田退水及養(yǎng)殖廢水的研究相對(duì)較少。對(duì)于灌區(qū)養(yǎng)殖廢水灌溉，研究?jī)?nèi)容主要是養(yǎng)殖廢水灌溉對(duì)地下水、土壤鹽堿化、土壤水溶性、土壤養(yǎng)分和重金屬遷移特征、農(nóng)作物生長(zhǎng)及水分利用效率方面的影響，而缺乏養(yǎng)殖廢水灌溉對(duì)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)機(jī)理方面的研究。從灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染物來(lái)源來(lái)說(shuō)，污染物雖然包含了有關(guān)的有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)污染物，但仍不全面，亟須建立健全的灌區(qū)水體污染物指標(biāo)體系，并確定各污染物指標(biāo)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的限值。另外，要加強(qiáng)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境的綜合評(píng)估，建立“灌溉用水—土壤生態(tài)—農(nóng)作物—人體健康”綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，將灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體現(xiàn)在各個(gè)過(guò)程中，以全面了解灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境存在的問(wèn)題及各個(gè)環(huán)節(jié)的相互聯(lián)系和作用機(jī)理。

c.加強(qiáng)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)研究。目前灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和標(biāo)準(zhǔn)主要采用國(guó)外的研究成果，但這些成果在我國(guó)的適用性不高，因此需要結(jié)合我國(guó)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境污染的實(shí)際情況進(jìn)一步深入研究，以提出適用于我國(guó)灌區(qū)水環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和標(biāo)準(zhǔn)。借助相關(guān)的模型與技術(shù)方法構(gòu)建適宜的灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)，統(tǒng)一灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、防范、評(píng)估及分區(qū)體系，進(jìn)而建立“源頭—過(guò)程—終端”的預(yù)警機(jī)制，以提高灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管水平和增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策能力。另外，由于灌區(qū)農(nóng)作物易受到水體和土壤中的污染物的影響，因此，要采用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估意識(shí)，擴(kuò)大農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估檢測(cè)力度，利用新的技術(shù)手段評(píng)估農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的安全風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息共享機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)交流預(yù)警平臺(tái)。

d.加強(qiáng)生態(tài)灌區(qū)建設(shè)與評(píng)估。生態(tài)灌區(qū)是以灌區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為導(dǎo)向的“人—社會(huì)—自然”的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)灌區(qū)的建設(shè)是保障灌區(qū)糧食安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是為了解決灌區(qū)水環(huán)境惡化、水體污染、污染物含量超標(biāo)和農(nóng)產(chǎn)品污染等問(wèn)題的必然選擇，同時(shí)是降低灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的重要舉措。要從社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)需求方面，兼顧灌區(qū)開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)平衡，構(gòu)建生態(tài)灌區(qū)健康綜合評(píng)估體系。要從灌區(qū)水資源高效利用、水環(huán)境保護(hù)與治理、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)以及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與管理方法等方面，構(gòu)建生態(tài)灌區(qū)的技術(shù)支撐體系。要利用計(jì)算機(jī)識(shí)別、監(jiān)測(cè)、控制、傳輸和決策等技術(shù)，建立以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的生態(tài)環(huán)境灌區(qū)信息化的服務(wù)平臺(tái)。生態(tài)灌區(qū)應(yīng)實(shí)行多部門聯(lián)合管理模式，從而實(shí)現(xiàn)灌區(qū)生態(tài)環(huán)境從粗放管理向集約化管理轉(zhuǎn)變；要制定生態(tài)灌區(qū)水生態(tài)環(huán)境保護(hù)相關(guān)的政策和法規(guī)，以保護(hù)灌區(qū)的良好運(yùn)行狀態(tài)。總體來(lái)說(shuō)，建立節(jié)水高效、綠色發(fā)展、信息化、自動(dòng)化以及智能化的生態(tài)灌區(qū)是灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境效益達(dá)到最優(yōu)的必經(jīng)之路。