XXX ：介休市工矿区农田土壤重金属的健康风险评价1 1 前言近年来，随着工农业的迅速发展，土壤环境污染问题越来越突出，其中土壤环境中金属污染尤为世界所关注，可以说土壤重金属污染是一个世界性问题。重金属进入土壤后难以被微生物降解，可通过大气、土壤、水等不同途径进入生物体内并不断富集，直接或间接地威胁人类健康和生命1-2。据国家环保总局的调查，目前我国一些地区土壤污染严重，对生态环境、食品安全和农业发展构成威胁。 根据农业部环保监测系统对全国24 个省市，320 个严重污染区约548万公顷土壤调查发现，大田类农产品污染超标面积占污染区农田面积的20%，其中重金属污染占 80%，对全国粮食调查发现，重金属Pb、Cd、Hg、As 超标率占 10%。重金属污染物在土壤中移动性差，滞留时间长，大多数微生物不能使之降解。并可经水、植物等介质最终危害人类健康。大多数重金属在土壤中相对稳定，但是大量的重金属进入土壤之后，很难从土壤中迁出，残留在土壤中，逐渐影响土壤的理化性质和生态结构以及功能的稳定性。Kandeler等研究指出受 Cu、Zn、Pb 等污染的矿区土壤微生物量受到严重影响，靠近矿区附近土壤的微生物量明显低于远离矿区土壤的微生物生物量3。农田土壤当中的重金属被吸附到农作物体内能诱导农作物体内产生某些对酶和代谢具有毒害作用和不利影响的物质，间接引起植物伤害，重金属污染的土壤，其作物品质也下降。据估算，全年每年因重金属污染的粮食达 1200 万 t，造成的直接经济损失超过200亿元。重金属通过食物链可以对人体产生直接危害，还可以通过影响水体和大气环境质量间接对人类健康造成威胁。许多低浓度有毒污染物属环境激素类物质，其影响是缓慢地和长期的，可能长达十年乃至数代人。 1995 年至 1972 年，日本富山县神通川流域的“ 骨痛病 ” ，就是由于居民使用了含 Cd 含量高的稻米和引用含Cd 量高的河水中毒而引起的。健康风险评价是 20世纪80年代发展起来的，是指识别环境中可能的风险源，评价其与人体发生接触的暴露途径以及定量评价暴露结果对人体产生的危害程度4。同时，它把环境污染与人体健康联系起来，定量地描述环境健康的危害，估算有害因子对人体危害发生的概率5-6。通过环境健康风险评价，可以直接得出环境质量的综合理论（以对人体健康危害的年风险表示），确定污染物的主次及治理的优先权，从而为环境风险管理提供科学依据和主要决策对象7。本文通过引用国外较完善的风险评价理论，利用健康风险评价模型，对介休市工矿区农田土壤中重金属的分布特征及健康风险进行探讨，为当地居民的健康提供足够的保障，因而风险评价的结果具有现实指导意义。2 研究区概况介休市位于山西省中南部，太丘山北侧，汾河南畔。距省会太原市139公里，是一XXX大学本科毕业论文（设计）2 座正在崛起的年轻的区域性中心城市。全市总面积 744平方公里， 人口 37 万，辖 7 镇 3乡 251 个行政村 5 个街道办事处。境内平川、丘陵、山区各占三分之一，从北向南梯次排列，属暖温带大陆性气候， 四季交替分明， 日照充裕， 气候温和， 年平均气温 10.4，平均降水量 477.2毫米。近年来，介休市在工业上，发挥资源禀赋优势，坚持用先进适用技术改造传统产业和开发建设高新技术产业，扩大市场竞争优势，基本形成了煤焦、钢铁、建材、机械、化工、轻纺六大产业群，成功走出了富有介休物色的发展模式。介休自营出口产品主要有焦煤、生铁、高档面料、铝矾土、高功率石墨电极、日用陶瓷、电石等。由于境内煤炭储量丰富， 是中国重要的煤炭产地， 依托于煤炭，介休市近年来炼焦产业也发展迅速。古老介休，商机无限。但介休市在取得巨大经济效益的同时，环境问题也日益严峻，尤其是土壤中重金属元素的不断积累，可直接或间接的危害到人体健康。3 材料与方法3.1 土壤样品的采集样品采集于介休市的工矿区方分别在城关镇石河村，下庄村，郭家村，阎冀堡村，义棠镇西内封村，南村，东堡村，绵山镇岳家湾村和上城南村等9 个村的农田随机布设样点采集样品。每个样点均为10 20 分样点组成的混合样，采样深度为0 20cm。采集样品用铁锹或土钻挖掘后，用竹铲或竹签把与铁锹接触的土壤挂掉后再采样。将采集到的土壤样品置于通风处晾干，剔出杂物，粉碎磨细经反复处理后使其全部通过100目筛待用。采样过程做好采样记录。3.2 测定项目及方法表 1 土壤重金属总量的测定方法项目样品处理方法分析方法汞（ Hg）HNO3-H2SO4-KMnO4冷原子吸收法镉（ Cd）HCl-HNO3-HF-HClO4石墨炉 原子吸收分光光度法铅（ Pb）HCl-HNO3-HF-HClO4石墨炉 原子吸收分光光度法铬（ Cr）HCl-HNO3-HF-HClO4火焰 原子吸收法铜（ Cu）HCl-HNO3-HF-HClO4火焰 原子吸收法锌（ Zn）HCl-HNO3-HF-HClO4火焰 原子吸收法镍（ Ni）HCl-HNO3-HF 火焰 原子吸收法砷（ As）HNO3-H2SO4-HClO4二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法XXX ：介休市工矿区农田土壤重金属的健康风险评价3 土壤经过前处理后按四分法分取所需土样量，磨碎使其全部通过20目筛后，充分混匀，用四分法缩分成两份，一份备用，一份磨碎至全部通过100目筛后充分混合均匀后装袋，用以元素的分析。样品处理过程中贴好标签做好记录。土壤重金属含量的测定见表1。3.3 健康风险评价3.3.1 健康风险评价模型健康风险评价是以风险度作为指标，把环境污染与人体健康联系起来，定量地描述重金属污染对人体健康产生危害的风险。健康风险内容主要包括估算污染物进入人体的数量、评估剂量与负面健康效应之间的关系。本次试验主要通过非致癌健康风险评价模型进行评价，如式（ 1）所示。其中 :HQ（Hazard Quotient）表示非致癌风险种各种暴露途径下单个污染物的危害指数，其数值的大小，表示风险的大小；HI 表示多个污染物的总体非致癌风险指数， 对于给定的物质， 当 HI1时，认为存在风险，必须立即采取措施限制暴露。对于多种物质，HI 值越大，其存在的风险越大，反之越小。RFD（Reference Dose）为化学污染物的某种暴露途径下的参考剂量， mg kg-1 d-1； EDI 为人均摄入量， mg/kg d。HQ=EDI非/RFD (1) HI=HQi(2) 3.3.2 暴露模型及参数的选择（1）暴露模型的确定。土壤中重金属污染对人体产生的危害主要有3 种途径：一是通过土壤、蔬菜、水果系统中重金属积累的食物链传递；二是通过口鼻直接吸入空气中受污染的土壤扬尘；三是人体皮肤接触污染土壤通过皮肤渗入。本文主要是研究在皮肤暴露途径下，土壤重金属对成人人体的健康风险。介休市居民在这种途径下摄入重金属污染物的量采用人均日摄入量EDI 来表示，即人体终身暴露于致癌物质的单位时间单位体重的平均日摄入量 mg/(kg d)，用式（ 3）计算。EDI=(CS CF SA AFABS EF ED)/(BW AT) (3) 式（3）中， CS 为重金属元素浓度； CF 为转换系数； EF 为暴露频率， ED 为暴露时间， BW 为受体体重， AT 为平均作用时间， SA 为可能接触土壤的皮肤面积，AF 为土壤对皮肤的吸附系数，ABS 为皮肤吸附系数。（2）参数的确定。根据美国EPA暴露因子手册9-12外，还根据国情与研究区域进行了补充和修正， 其中暴露参数频率根据我国国情修正为350d/a13，确定本次暴露评价参数取值，见表3。国内学者研究的各重金属健康风险评价风险参考剂量（RFD）14-16如表 2 所示。表 2 各金属健康风险评价参考剂量（RFD/mg kg-1 d-1）重金属Cd As Pb Zn Cu Hg Ni Cr RFD 0.001 0.0003 0.0035 0.3 0.04 0.0003 0.02 0.003 XXX大学本科毕业论文（设计）4 表 3 健康风险评价暴露参数暴露评价参数CF EF ED BW AT( 非致癌 ) SA ABS AF 参考值10 kg/mg 350 d/a 30a 60kg 365 30d 500 cm2/d 0.001 1.00 mg/cm2 d 4 结果与分析4.1 土壤中重金属含量统计分析介休市工矿区农田土壤中8 种重金属 As、Hg、Cd、Cr、Zn、Ni、Cu、Pb 实测含量统计结果见表 4，晋中地区土壤环境背景值见表5。表 4 土壤重金属含量（mg/kg ）地点砷/As 汞/Hg 镉/Cd 铜/Cu 锌 /Zn 镍 /Ni 铬/Cr 铅/Pb 城关镇石河8.71 0.075 0.152 21.38 96.84 21.50 62.79 22.34 下庄9.83 0.177 0.156 26.01 105.80 25.71 69.32 23.35 郭家庄6.72 0.064 0.157 25.22 170.00 24.78 70.63 23.34 阎冀堡9.68 0.054 0.145 26.30 89.89 28.72 72.41 21.84 义棠镇西内封10.44 0.168 0.142 26.88 83.71 29.18 68.88 22.06 南村15.19 0.093 0.308 38.80 179.40 41.66 70.32 36.77 东堡14.67 0.062 0.234 44.37 97.03 36.04 69.98 25.32 绵山镇岳家湾9.74 0.052 0.182 29.96 81.97 33.76 66.43 24.26 上城南10.60 0.047 0.157 37.44 82.29 33.90 66.50 23.31 平均值10.62 0.088 0.181 30.71 109.66 30.58 68.58 24.73 从表 4 可以看出， 8 中重金属在土壤的浓度范围分别为As 6.7215.19mg/kg；Hg 0.0470.177 mg/kg；Cd 0.1420.308 mg/kg；Cu 21.3844.37 mg/kg；Zn 81.97179.40 mg/kg；Ni 21.5041.66 mg/kg；Cr 62.7972.41 mg/kg；Pb 21.8436.77 mg/kg。土壤中As、Hg、Cd、Zn、Ni、Cr、Pb、Cu 的平均含量分别为： 10.62mg/kg；0.088 mg/kg；0.181 XXX ：介休市工矿区农田土壤重金属的健康风险评价5 mg/kg；109.66 mg/kg；30.58 mg/kg；68.58 mg/kg；24.73 mg/kg；30.71 mg/kg。表 5 晋中地区土壤背景值（mg/kg ）17元素As Pb Cu Ni Cr Zn Hg Cd 背景值8.6 17.4 27.6 31.3 62.3 71.9 0.039 0.152 与晋中地区土壤背景值（见表5）相比，介休市工矿区农田土壤重金属的含量（平均值） ，只有镍（ Ni）未超过晋中地区土壤背景值，As、Pb、Cu、Cr、Zn、Hg、Cd 的含量均已超过晋中地区土壤环境背景值，其中以Hg 的污染最为严重，其次为Zn、Pb、As、Cd、Cu、Cr、Ni。说明这些农田土壤已普遍受到重金属污染，污染程度较为严重。4.2 土壤重金属健康风险评价应用健康风险评价模型和模型参数，计算出所选土壤重金属（Cd、As、Pb、Zn、Cu、Hg、Ni、Cr）可能引起的成人人体健康风险如表7 所示。表 6 土壤重金属非致癌风险指数评价结果（HQ/10-3）项目城关镇石河村下庄郭家庄阎冀堡义棠镇西内封南村东堡绵山镇岳家湾上城南HI Cd 0.012 0.012 0.013 0.012 0.011 0.025 0.019 0.015 0.013 0.130 As 2.320 2.320 2.320 2.3