林佳佳,王 維,居 婕,劉曉磊,孫 華 * (.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃系,江蘇 南京 0095；.江蘇省環(huán)境保護(hù)廳,江蘇 南京 0036)

棕(褐)地指廢棄的、閑置的或沒有得到充分利用的工業(yè)或商業(yè)用地及設(shè)施,在這類土地利用過程中,往往因存在著嚴(yán)重的環(huán)境污染而更為復(fù)雜[1].已有研究主要圍繞其概念、成因及整治等展開[2-5].而棕(褐)地自身也存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[6-8].如何對(duì)城市棕(褐)地存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別與評(píng)價(jià)已經(jīng)成為城市環(huán)境管理中的重要內(nèi)容[9-10].

本文采用改進(jìn)的NAS四步法及潛在生態(tài)危害指數(shù)法分別對(duì)無錫市錫山區(qū)棕(褐)地存在的健康風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),敏感受體為居住在棕(褐)地附近的居民,包括成人和兒童.已有的運(yùn)用NAS四步法對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)的研究中,一般選取美國(guó)環(huán)境保護(hù)局依據(jù)美國(guó)人群特征設(shè)定的參數(shù),考慮到模型參數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果不確定性的影響,依據(jù)我國(guó)人群特征對(duì)相關(guān)模型參數(shù)進(jìn)行了修正.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

無錫市錫山區(qū)位于江蘇省東南部,是長(zhǎng)江三角洲地區(qū)重要的工業(yè)基地.近年來,錫山區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變,傳統(tǒng)工業(yè)不斷外遷,出現(xiàn)大量棕(褐)地.

1.2 棕(褐)地樣點(diǎn)選取

本文以錫山區(qū)四大城市發(fā)展模塊,即錫東新城、安鎮(zhèn)—羊尖新市鎮(zhèn)、東港—錫北新市鎮(zhèn)、鵝湖新市鎮(zhèn)的棕(褐)地類型為基礎(chǔ),結(jié)合錫山區(qū)土地利用現(xiàn)狀與規(guī)劃圖、工礦企業(yè)分布圖資料,依地塊大小和污染程度選取21個(gè)樣點(diǎn),在2010年9～12月進(jìn)行樣品采集和分析,采用垂直柱狀法,取混合土樣.風(fēng)干、研磨過100目篩,采用火焰原子吸收法測(cè)定土壤重金屬含量.

1.3 研究方法

1.3.1 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法 采用NAS四步法對(duì)棕(褐)地存在的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),該法的模型運(yùn)算主要分布在暴露評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)表征兩個(gè)階段.

1.3.1.1 暴露評(píng)價(jià) 錫山區(qū)棕(褐)地重金屬的暴露途徑主要有 3種,即不慎攝食污染土壤、皮膚接觸污染土壤及吸入污染土壤顆粒物[11-12],相應(yīng)分析模型如下:

(1)不慎攝食污染土壤

(2)皮膚接觸污染土壤

(3)吸入污染土壤顆粒物

式中: CDI為攝入的污染物,mg/(kg·d);CS為土壤中污染物質(zhì)濃度,mg/kg;IR1為土壤攝入量,mg/d;CF為單位轉(zhuǎn)換因子,kg/mg;EF為暴露頻率,d/a;ED為暴露期限,a;SA為接觸土壤的皮膚表面積,cm2;AF為土壤對(duì)皮膚的吸附系數(shù),mg/cm2;ABS為皮膚對(duì)污染物的吸收系數(shù);PEF為土壤塵產(chǎn)生因子,m3/kg;IR2為空氣攝入量,m3/d;AT為平均作用時(shí)間,d;BW為人群平均體重,kg.

1.3.1.2 風(fēng)險(xiǎn)表征 參考世界衛(wèi)生組織(WHO)和國(guó)際致癌研究機(jī)構(gòu)(IARC)關(guān)于化學(xué)物質(zhì)致癌性編制的分類系統(tǒng),重金屬Cr、Pb、Cu和Zn均存在非致癌風(fēng)險(xiǎn),重金屬 Cd不但存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)還存在致癌風(fēng)險(xiǎn).

(1) 致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

致癌風(fēng)險(xiǎn)是指人體暴露于某種致癌物質(zhì)下所引起的癌癥發(fā)生的概率,其值是通過平均到整個(gè)生命周期的平均每天攝入量(CDI)乘以不慎攝食、皮膚接觸或呼吸吸入致癌斜率系數(shù)(CSF)計(jì)算得出,即:

式中:CR為致癌風(fēng)險(xiǎn)值;CDI為平均每天攝入量(假設(shè)生命周期為 70a),mg/(kg·d);CSF為各種暴露途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)斜率系數(shù), kg·d/mg.

(2) 非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

非致癌風(fēng)險(xiǎn)值是通過平均每天攝入量(CDI)除以每一種暴露途徑相對(duì)應(yīng)的參考劑量(RFD)計(jì)算得出,即:

式中:HQ為非致癌風(fēng)險(xiǎn)值;CDI為平均每天攝入量(平均到整個(gè)暴露作用期),mg/(kg·d);RFD 為參考劑量,mg/(kg·d).

表1 暴露評(píng)價(jià)參數(shù)值Table 1 Exposure assessment parameters

1.3.1.3 參數(shù)取值 本文暴露評(píng)價(jià)中各參數(shù)的計(jì)算參考值主要參照美國(guó)環(huán)保署的《暴露評(píng)價(jià)指南》[13]確定,但由于《暴露評(píng)價(jià)指南》中參數(shù)值界定是以美國(guó)當(dāng)?shù)厝梭w皮膚面積與暴露人群的種族作為參考,若直接采用國(guó)外人體參數(shù)數(shù)據(jù),將會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生不利影響, 從而影響整個(gè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性.

同時(shí),考慮到我國(guó)的實(shí)際情況,各參數(shù)計(jì)算參考值也根據(jù)有關(guān)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)文獻(xiàn)[14-17]中給出的參考值以及我國(guó)《工業(yè)企業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)》(HJ/T25-1999)中的暴露參考值做出了相應(yīng)修正,修正過程如下,修正結(jié)果見表1.

(1) 其中土壤攝入量、單位轉(zhuǎn)換因子、暴露頻率、暴露期限、致癌平均作用時(shí)間與非致癌作用時(shí)間修正依據(jù)《工業(yè)企業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)》(HJ/T25-1999)[18]、《場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》確定.

(2) 其中接觸土壤的皮膚表面積、土壤對(duì)皮膚的吸附系數(shù)、皮膚對(duì)污染物吸收系數(shù)的修正過程如下:目前由于中國(guó)人皮膚表面積的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)極為匱乏,間接估算時(shí)存在一定不完整性,修正數(shù)據(jù)借鑒其他亞洲國(guó)家人體參數(shù)[14]、全國(guó)范圍內(nèi)的大型調(diào)查和文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)[15]等方式,而國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中得出的參數(shù)值一致性高[16-17],故進(jìn)行修正.人群平均體重、空氣攝入量依據(jù)國(guó)內(nèi)人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及相關(guān)中國(guó)衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)資料.本文風(fēng)險(xiǎn)表征中 CSF和 RFD的計(jì)算參考值主要參照《場(chǎng)地環(huán)境評(píng)價(jià)導(dǎo)則》、美國(guó)環(huán)保局頒布的《Cancer dose-response assessment and application to environmental mixtures》[19](US EPA 1996)以及有關(guān)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)文獻(xiàn)[18-20]中給出的參考值確定,見表2.

表2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型參數(shù)CSF和RFD值Table 2 The value of CSF and RFD in health risk assessment model

1.3.1.4 風(fēng)險(xiǎn)可接受水平的確定 一般認(rèn)為可接受非致癌風(fēng)險(xiǎn)閾值為 1[21],而對(duì)于可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)則沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),本文參照我國(guó)污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則中的規(guī)定,以 10-6作為最大的致癌風(fēng)險(xiǎn)可接受水平.

1.3.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法 采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)棕(褐)地存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià).

(1) 單個(gè)重金屬污染系數(shù)(the factor of contamination),Cif.

式中:Cif為某種金屬的污染系數(shù);Ci實(shí)測(cè)為某種重金屬的實(shí)測(cè)值;Ci背景為某種重金屬的背景值.

本文土壤重金屬背景值的選取主要參考研究區(qū)域附近地區(qū)土壤重金屬背景值的相關(guān)研究文獻(xiàn)[22-24]來確定,見表3.

(2) 土壤重金屬污染度Cd,是多種重金屬污染系數(shù)之和.

(3) 重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)Tir,該系數(shù)反映了重金屬在生物相、沉積相和水相之間的響應(yīng)關(guān)系,本文采用Hakanson制定的標(biāo)準(zhǔn)化重金屬毒性響應(yīng)系數(shù),見表3.

表3 土壤重金屬背景值與毒性系數(shù)Table 3 The background values and toxicity index of soil heavy metal

(4)單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)(the potential ecological risk index),Eir.

(5)土壤重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)(the potential ecological risk index),RI.

重金屬污染潛在生態(tài)危害程度分級(jí)[24-25]見表4.

表4 重金屬污染潛在生態(tài)危害指標(biāo)與分級(jí)關(guān)系Table 4 The potential ecological risk index and graded relationship of the heavy metal pollution

2 結(jié)果與分析

2.1 健康風(fēng)險(xiǎn)

2.1.1 致癌風(fēng)險(xiǎn) 根據(jù)式(1)～式(4)以及表1～表3中的各參數(shù)值,計(jì)算得出錫山區(qū)棕(褐)地致癌風(fēng)險(xiǎn).由圖1可見,錫山區(qū)棕(褐)地致癌風(fēng)險(xiǎn)值總體小于致癌風(fēng)險(xiǎn)可接受水平,但已非常接近,說明致癌風(fēng)險(xiǎn)問題較嚴(yán)重.其中,兒童受到的致癌風(fēng)險(xiǎn)明顯高于成人,主要是不慎攝食土壤暴露途徑造成的,在皮膚接觸土壤與吸入污染顆粒暴露途徑產(chǎn)生的致癌風(fēng)險(xiǎn)中兒童明顯低于成人,因成人的皮膚表面積與呼吸量均比兒童大.在錫山區(qū)四大發(fā)展模塊中,錫東新城棕(褐)地致癌風(fēng)險(xiǎn)值最大,鵝湖新市鎮(zhèn)棕(褐)地致癌風(fēng)險(xiǎn)值最小,安鎮(zhèn)—羊尖新市鎮(zhèn)與東港—錫北新市鎮(zhèn)棕(褐)地致癌風(fēng)險(xiǎn)水平相近,這主要是因?yàn)殄a東新城是錫山區(qū)工業(yè)發(fā)展的核心區(qū)域,原先的污染企業(yè)較多,污染程度最高.安鎮(zhèn)—羊尖新市鎮(zhèn)與東港—錫北新市鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展情況相類似,鵝湖新市鎮(zhèn)是錫山區(qū)新興產(chǎn)業(yè)及高科技產(chǎn)業(yè)集中區(qū)域,污染程度最低.

圖1 錫山區(qū)棕(褐)地對(duì)成人和兒童致癌風(fēng)險(xiǎn)值(成人與兒童)Fig.1 The brownfield cancer risk in Xishan District(adult and child)

2.1.2 非致癌風(fēng)險(xiǎn) 根據(jù)式(1)～式(3)和式(5)以及表1～表3中的各參數(shù)值,計(jì)算得出錫山區(qū)棕(褐)地非致癌風(fēng)險(xiǎn)值,見圖2.

由圖 2可以看出,錫山區(qū)棕(褐)地非致癌風(fēng)險(xiǎn)狀況與致癌風(fēng)險(xiǎn)狀況類似,其值不管是針對(duì)成人還是兒童,總體來說都小于非致癌風(fēng)險(xiǎn)可接受水平,但是已經(jīng)非常接近,說明棕(褐)地產(chǎn)生的非致癌風(fēng)險(xiǎn)問題也已經(jīng)比較嚴(yán)重,這符合錫山區(qū)的實(shí)際情況;成人和兒童相比較,成人受到的非致癌風(fēng)險(xiǎn)明顯高于兒童,但是成人在不慎攝食土壤暴露途徑中受到的非致癌風(fēng)險(xiǎn)低于兒童,這主要與兒童不慎攝食土壤的概率較大;在錫山區(qū)四大發(fā)展模塊中,錫東新城棕(褐)地非致癌風(fēng)險(xiǎn)值同樣最高,污染最為嚴(yán)重,這主要是因?yàn)殄a東新城是錫山區(qū)工業(yè)發(fā)展的核心區(qū)域,原有高污染企業(yè)較多,污染程度最為嚴(yán)重;在3種不同的暴露途徑中,吸入污染顆粒途徑產(chǎn)生的非致癌風(fēng)險(xiǎn)水平最低,產(chǎn)生非致癌風(fēng)險(xiǎn)水平最高的暴露途徑是皮膚接觸土壤途徑.

從圖 3還可以得出以下結(jié)論:不管是針對(duì)成人還是兒童,重金屬Pb和Cr相對(duì)于其他3種重金屬Cd、Cu和Zn來說,產(chǎn)生的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均較大,尤其是Pb在錫山區(qū)棕(褐)地非致癌風(fēng)險(xiǎn)中的貢獻(xiàn)率最大,重金屬Pb和Cr是錫山區(qū)棕(褐)地非致癌風(fēng)險(xiǎn)最主要的風(fēng)險(xiǎn)源.

2.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)式(6)～式(8)和式(9)以及表4和表5中的各參數(shù)值,計(jì)算得出錫山區(qū)棕(褐)地重金屬污染物質(zhì)的潛在生態(tài)危害系數(shù)Eir及潛在生態(tài)危害指數(shù)RI,具體數(shù)值見表5.

圖2 錫山區(qū)棕(褐)地非致癌風(fēng)險(xiǎn)值(成人與兒童)Fig.2 The brownfield non-cancer risk in Xishan District(adult and child)

由表 5可以看出,在總的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度方面,錫山區(qū)棕(褐)地存在的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于中度危害水平.在錫山區(qū)四大發(fā)展模塊中,錫東新城棕(褐)地存在的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平最高,東港—錫北新市鎮(zhèn)與安鎮(zhèn)—羊尖新市鎮(zhèn)棕(褐)地存在的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平緊接其后,均處于中度危害水平,鵝湖新市鎮(zhèn)棕(褐)地存在的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平最低,處于輕度危害水平,這主要是因?yàn)殄a東新城是錫山區(qū)工業(yè)發(fā)展的核心區(qū)域,污染企業(yè)較多,污染程度最高;安鎮(zhèn)—羊尖新市鎮(zhèn)與東港—錫北新市鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展情況相類似,污染程度相近;鵝湖新市鎮(zhèn)是錫山區(qū)新興產(chǎn)業(yè)及高科技產(chǎn)業(yè)集中區(qū)域,污染程度最小.在單因子污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度方面,就錫山區(qū)整體而言,重金屬 Cd產(chǎn)生的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平最高,處于較強(qiáng)危害水平,重金屬Cr、Pb、Cu和Zn產(chǎn)生的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均處于輕度危害水平;就錫山區(qū)四大發(fā)展模塊而言,重金屬 Cd產(chǎn)生的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最嚴(yán)重,其中,在錫東新城,重金屬 Cd產(chǎn)生的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于很強(qiáng)危害水平,在東港—錫北新市鎮(zhèn)和安鎮(zhèn)—羊尖新市鎮(zhèn),重金屬 Cd產(chǎn)生的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均處于較強(qiáng)危害水平,在鵝湖新市鎮(zhèn),重金屬 Cd產(chǎn)生的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于中度危害水平,其余重金屬Cr、Pb、Cu和 Zn在錫山區(qū)四大發(fā)展模塊中產(chǎn)生的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均處于輕度危害水平.

圖3 錫山區(qū)棕(褐)地重金屬對(duì)人體非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Fig.3 The brownfield hazard quotients and risk for each element in Xishan District

表5 錫山區(qū)棕(褐)地重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)Eir及潛在生態(tài)危害指數(shù)RITable 5 The brownfield heavy metals potential ecological risk index Eir and RI in Xishan District

3 結(jié)論

3.1 錫山區(qū)棕(褐)地產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn),不論是致癌風(fēng)險(xiǎn)還是非致癌風(fēng)險(xiǎn)均已非常接近風(fēng)險(xiǎn)可接受水平;在錫山區(qū)四大發(fā)展模塊中,錫東新城發(fā)展模塊相比其他三大發(fā)展模塊,存在的致癌風(fēng)險(xiǎn)與非致癌風(fēng)險(xiǎn)都是最大的;在三大暴露途徑中,吸入污染顆粒暴露途徑與其他兩種暴露途徑相比,產(chǎn)生的致癌風(fēng)險(xiǎn)與非致癌風(fēng)險(xiǎn)均是最小的;重金屬Pb和Cr是錫山區(qū)棕(褐)地產(chǎn)生非致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要風(fēng)險(xiǎn)源.

3.2 錫山區(qū)棕(褐)地存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)比較嚴(yán)重,其主要風(fēng)險(xiǎn)源是重金屬 Cd;與健康風(fēng)險(xiǎn)情況類似,在錫山區(qū)四大發(fā)展模塊中,錫東新城發(fā)展模塊存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大.

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