麥麥提吐?tīng)栠d·艾則孜，艾尼瓦爾·買買提，阿吉古麗·馬木提，買托合提·阿那依提

1. 新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊 830054 2. 新疆大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，烏魯木齊 830046

農(nóng)田土壤重金屬污染直接影響到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全以及人體健康[1-2]。重金屬作為一種潛在有毒污染物，由于具有嚴(yán)重的污染后果與復(fù)雜的環(huán)境效應(yīng)，不僅影響土壤環(huán)境安全，而且通過(guò)直接接觸、地面揚(yáng)塵吸入和手口攝入等途徑進(jìn)入人體，產(chǎn)生健康危害[3-5]。農(nóng)田土壤中重金屬元素以土壤作為媒介，在農(nóng)作物中累積，通過(guò)不同途徑直接危害人體健康[6-7]。土壤重金屬污染的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為環(huán)境科學(xué)重要研究領(lǐng)域之一，把土壤環(huán)境污染與人體健康聯(lián)系起來(lái)，描述土壤重金屬污染對(duì)人類產(chǎn)生健康危害的風(fēng)險(xiǎn)，為確定優(yōu)先控制污染元素與潛在健康風(fēng)險(xiǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)[8-10]。

近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者對(duì)我國(guó)工業(yè)化程度與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的區(qū)域農(nóng)田土壤重金屬污染的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面開(kāi)展了研究工作[11-14]，并取得了一定的研究成果，但關(guān)于我國(guó)工業(yè)化程度與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較落后的新疆干旱區(qū)相關(guān)研究極少。隨著西部大開(kāi)發(fā)政策與絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的提出以及我國(guó)東部沿海地區(qū)產(chǎn)業(yè)向新疆轉(zhuǎn)移，新疆綠洲農(nóng)田土壤重金屬污染對(duì)新疆綠洲居民所帶來(lái)的健康危害越來(lái)越受關(guān)注[15]。雖然也有一些學(xué)者對(duì)新疆煤炭產(chǎn)業(yè)區(qū)土壤[16]、大氣降塵[17]中重金屬污染的健康風(fēng)險(xiǎn)方面進(jìn)行了研究，但關(guān)于新疆綠洲農(nóng)田土壤重金屬污染的健康風(fēng)險(xiǎn)方面未見(jiàn)報(bào)道，開(kāi)展綠洲農(nóng)田土壤健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的需求迫切。

本研究以新疆加工辣椒、番茄主產(chǎn)區(qū)——焉耆盆地為研究區(qū)，以綠洲農(nóng)田土壤重金屬污染的健康風(fēng)險(xiǎn)為研究對(duì)象，采用地質(zhì)累積指數(shù)與US EPA健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)焉耆盆地農(nóng)田土壤中重金屬污染與潛在健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，以此來(lái)討論新疆綠洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)化強(qiáng)度不斷提高的背景下，農(nóng)田土壤重金屬污染對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裨斐傻慕】碉L(fēng)險(xiǎn)，以期為綠洲農(nóng)田土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法 (Materials and methods)

1.1 研究區(qū)概況

焉耆盆地(86°54′～87°29′ E，41°52′～42°22′ N)是天山主脈與支脈之間復(fù)雜地貌形態(tài)的中生代斷陷山間盆地，位于新疆塔克拉瑪干沙漠東北部(圖1)。

焉耆盆地綠洲總面積278 045 hm2，在行政區(qū)劃上包括新疆維吾爾自治區(qū)焉耆、博湖、和碩與和靜縣。研究區(qū)氣候?qū)儆谂瘻貛Т箨懶愿珊祷哪畾夂?，海? 050～1 800 m，多年平均降水量68.1 mm，多年平均蒸發(fā)量2 366 mm，多年平均氣溫8.63 ℃。研究區(qū)土壤類型主要為灌耕棕漠土、灌耕草甸土、灌耕沼澤土、灌耕石質(zhì)土、灌耕風(fēng)沙土和鹽土等土壤類型。農(nóng)作物主要以辣椒、棉花、番茄、小麥、玉米、向日葵等為主，是我國(guó)加工辣椒和加工番茄的重要產(chǎn)地[15]。近年來(lái)引入了建材、冶金等重點(diǎn)企業(yè)，綠洲城市化、工業(yè)化程度不斷提高，逐漸成為新疆綠洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心示范區(qū)[15]。

1.2 樣品采集與測(cè)定

2016年5—8月在研究區(qū)進(jìn)行表層(0～20 cm)農(nóng)田土壤樣品采樣，總采集194個(gè)樣品。測(cè)定方法參考了《土壤農(nóng)化分析》[18]與《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166—2004)[19]。土壤樣品中As含量用PERSEE原子熒光光度機(jī)(PF-7)測(cè)定，其他元素含量用火焰原子吸收光譜儀(Agilent 200AA)測(cè)定。每批土樣做3次空白樣和平行樣，取平均值作為樣品的最終含量。測(cè)試過(guò)程中加入標(biāo)準(zhǔn)土壤參比物質(zhì)(GSS-12)進(jìn)行質(zhì)量控制，各重金屬的回收率均在允許范圍內(nèi)。

1.3 地質(zhì)累積指數(shù)法

采用德國(guó)科學(xué)家Müller[20]在1969年提出的地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)農(nóng)田土壤重金屬污染程度。地質(zhì)累積指數(shù)(Igeo)計(jì)算式如下[20]：

Igeo=log2(Ci/1.5Bi)

(1)

式中，Ci為重金屬的測(cè)定含量，Bi為土壤背景值，1.5是由于成巖影響而產(chǎn)生的背景系數(shù)矩陣校正因子。地質(zhì)累積指數(shù)污染級(jí)別分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1。

1.4 潛在人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

1.4.1 模型與參數(shù)選擇

土壤中重金屬可通過(guò)手-口直接攝入、皮膚接觸與呼吸系統(tǒng)等3種暴露途徑進(jìn)入人體，長(zhǎng)期累積后對(duì)人體健康造成危害[21]。采用US EPA健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型[22]，對(duì)研究區(qū)農(nóng)田土壤中7種重金屬元素3種暴露途徑對(duì)兒童和成人的日平均暴露量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

手-口途徑攝入日均暴露量 CDIingest，單位為mg·(kg·d)-1。

(2)

呼吸途徑攝入日均暴露量CDIinhale，單位為mg·(kg·d)-1。

(3)

皮膚接觸途徑攝入日均暴露量CDIdermal，單位為mg·(kg·d)-1。

(4)

總?cè)站┞读緾DItotal，單位為mg·(kg·d)-1。

CDItotal=CDIingest+CDIinhale+CDIdermal

(5)

圖1 研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 Sketch map of the study area and sampling sites

Igeo≤00～11～22～33～44～5>5污染分級(jí)Pollution level清潔Clean輕微Slight輕度Light中度Moderate重度Serious嚴(yán)重Very serious極嚴(yán)重Severe

式(2)～(5)中，Csoil為土壤重金屬元素的實(shí)測(cè)濃度(mg·kg-1)，IngR表示土壤的經(jīng)手-口攝入頻率(mg·d-1)，CF表示轉(zhuǎn)換系數(shù)(kg·mg-1)，EF表示暴露頻率(d·a-1)，BW表示體重(kg)，InhR表示呼吸頻率(m3·d-1)，PEF為灰塵排放因子(m3·kg-1)，SA表示暴露皮膚表面積(m2)，SL表示土壤對(duì)皮膚的黏附系數(shù)[mg·(cm2·d)-1]，ABS表示皮膚吸收因子(無(wú)量綱)；ED表示暴露期(a)，ATnc和ATca分別代表重金屬非致癌和致癌平均暴露時(shí)間(d)。根據(jù)US EPA暴露因子手冊(cè)[23]、Superfund風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則[24-25]以及農(nóng)田土壤重金屬污染的健康風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)研究資料[8, 11, 13, 26]確定的本研究暴露評(píng)價(jià)參數(shù)見(jiàn)表2。

1.4.2 人體的健康風(fēng)險(xiǎn)表征

土壤中污染物進(jìn)入人體后所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型包括致癌風(fēng)險(xiǎn)模型和非致癌風(fēng)險(xiǎn)模型[21]。 本研究中的As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等7種重金屬對(duì)人體都具有健康風(fēng)險(xiǎn)，因此對(duì)7種重金屬元素都進(jìn)行非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。由于US EPA只給出了As與Cd的致癌斜率(SF)值，故本文只對(duì)As與Cd進(jìn)行致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，討論研究區(qū)附近或與研究區(qū)有接觸的兒童和成人的健康風(fēng)險(xiǎn)表征。潛在非致癌風(fēng)險(xiǎn)用非致癌風(fēng)險(xiǎn)商(HQ)和非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(HI)來(lái)表示，其計(jì)算公式為：

(6)

HI=∑HQ=HQingest+HQinhale+HQdermal

(7)

式中，CDI為非致癌重金屬元素的日均暴露量，RfD為非致癌重金屬不同暴露途徑的參考劑量。當(dāng)HQ或HI<1時(shí)，表示農(nóng)田土壤重金屬元素產(chǎn)生的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)可以忽略；當(dāng)HQ或HI>1時(shí)，表示存在非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。

潛在致癌風(fēng)險(xiǎn)用致癌風(fēng)險(xiǎn)商(CR)與致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(TCR)來(lái)表示，其計(jì)算公式為：

CR=CDI×SF

(8)

TCR=∑CR=CRingest+CRinhale+CRdermal

(9)

式中，CDI為致癌重金屬元素的日均暴露量，SF為重金屬在某種暴露途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)斜率系數(shù)。CR或TCR在10-4為最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，其≤10-6為可忽略致癌風(fēng)險(xiǎn)水平。據(jù)US EPA綜合危險(xiǎn)信息系統(tǒng)(IRIS)中信息和相關(guān)資料[2]和相關(guān)研究[8, 11, 14]，各種暴露途徑的RfD和SF見(jiàn)表3。

2 結(jié)果(Results)

2.1 農(nóng)田土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析

表4可知，焉耆盆地綠洲農(nóng)田土壤As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量變幅都較大，分別為0.52～28.87、0.05～0.69、33.68～123.39、19.45～73.12、19. 45～55.97、1.01～96.36和38.99～911.98 mg·kg-1。這7種元素平均含量分別為6.0、0.20、55.91、30.63、34.34、40.70和113.84 mg·kg-1。研究區(qū)農(nóng)田土壤中所有元素含量平均值均未超出《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(HJ 332—2006)》[27]中的限值。但1.55%樣本中的As含量，0.52%樣本中的Cd含量，35.05%樣本中的Pb含量以及6.19%樣本中的Zn含量超出了《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的限值》。As與Cu含量的平均值未超出新疆灌耕土背景值[28]，Cd、Cr、Ni、Pb和Zn含量的平均值分別超出新疆灌耕土背景值的1.67、1.41、1.30、3.01和6.78倍。研究區(qū)農(nóng)田土壤中As、Pb和Zn的變異系數(shù)(CV)分別為1.03、0.58、1.24，均大于0.5，變異比較明顯，表明As、Pb和Zn可能受某些局部污染源的影響。

表2 土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)參數(shù)Table 2 The parameter for health risk assessment of soil heavy metals

表3 重金屬不同暴露途徑的參考劑量(RfD)和斜率因子(SF)Table 3 References dose (RfD) for non-carcinogen metals and slope factors (SF) for carcinogen metals

2.2 農(nóng)田土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

從7種重金屬的平均地質(zhì)累積指數(shù)(Igeo)來(lái)看(表5)，在194個(gè)樣本中所測(cè)重金屬的平均污染級(jí)別從高到低依次為：Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Cu、As。重金屬Zn(1.79)的Igeo平均值表現(xiàn)為輕度污染，Cd(0.09)和Pb(0.62)的Igeo平均值表現(xiàn)為輕微污染，As、Cr、Cu與Ni平均值表現(xiàn)為無(wú)污染態(tài)勢(shì)。從7種重金屬元素最大累積指數(shù)的情況來(lái)看，As、Cd與Cr的最大累積指數(shù)介于1～2之間，達(dá)到了輕度污染水平，Cu與Ni的最大累積系指數(shù)介于0～1之間，達(dá)到了輕微污染水平，Pb的最大累積指數(shù)為2.25，達(dá)到了中度污染水平，Zn的最大累積指數(shù)為5.18，達(dá)到了極嚴(yán)重污染水平。Zn的最小累積指數(shù)表現(xiàn)為輕微污染，其它6種元素最小累積指數(shù)表現(xiàn)為無(wú)污染態(tài)勢(shì)。

從各重金屬元素不同污染級(jí)別樣本數(shù)占樣本總數(shù)的比例來(lái)看，大部分樣本As的累積指數(shù)屬于無(wú)污染，As無(wú)污染樣本數(shù)占樣本總數(shù)的94.33%。Cd樣本中無(wú)污染、輕微污染和輕度污染樣本數(shù)分別占樣本總數(shù)的33.51%、65.46%和1.03%。Cr樣本中無(wú)污染、輕微污染和輕度污染樣本數(shù)分別占樣本總數(shù)的70.62%、28.86%和0.52%。Cu與Ni樣本中無(wú)污染樣本的比例較大，分別占樣本總數(shù)的98.97%與77.23%。Pb樣本中無(wú)污染、輕微、輕度和中度污染樣本數(shù)分別占樣本總數(shù)的21.65%、32.47%、40.21%與5.67%。Zn的污染水平表現(xiàn)出很強(qiáng)的區(qū)域性，其輕微、輕度、中度、重度、嚴(yán)重和極嚴(yán)重污染樣本數(shù)分別占樣本總數(shù)的2.58%、78.87%、10.82%、3.09%、2.58%和2.06%。

2.3 非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

根據(jù)US EPA健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的參數(shù)及重金屬元素實(shí)測(cè)含量計(jì)算得到了焉耆盆地農(nóng)田土壤As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb與Zn等元素通過(guò)不同暴露途徑對(duì)成人和兒童的非致癌風(fēng)險(xiǎn)暴露劑量(表6)。從農(nóng)田土壤7種元素日均非致癌暴露量來(lái)看，土壤中Zn對(duì)成人和兒童的總?cè)站侵掳┍┞读?CDItotal)分別為3.36×10-4mg·(kg·d)-1和4.39×10-4mg·(kg·d)-1，其總?cè)站侵掳┍┞读孔罡?；而Cd對(duì)成人和兒童的總?cè)站侵掳┍┞读糠謩e為6.07×10-7mg·(kg·d)-1和7.88×10-7mg·(kg·d)-1，其總?cè)站侵掳┍┞读孔畹汀＾r(nóng)田土壤中7種重金屬通過(guò)3種途徑的總?cè)站侵掳┍┞读繌拇蟮叫∫来螢椋篫n、Cr、Pb、Ni、Cu、As、Cd?？傮w而言，農(nóng)田土壤7種重金屬對(duì)兒童的總?cè)站侵掳┍┞读烤哂趯?duì)成人的總?cè)站侵掳┍┞读?。從暴露途徑?lái)看，不論對(duì)于成人還是兒童，通過(guò)手-口攝入農(nóng)田土壤重金屬均為該區(qū)域農(nóng)田土壤中重金屬最主要的暴露途徑，其次為皮膚接觸途徑，通過(guò)呼吸途徑對(duì)人體健康危害作用最小。農(nóng)田土壤中7種重金屬元素通過(guò)手-口途徑對(duì)兒童的暴露量均大于對(duì)成人的暴露量，通過(guò)呼吸與皮膚接觸途徑對(duì)兒童的暴露量均小于對(duì)成人的暴露量。

表4 研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬含量及污染水平Table 4 Concentrations and pollution level of heavy metals in farmland soils of the study area

表5 研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬Igeo及污染水平Table 5 Igeo and pollution level of heavy metals in farmland soils of the study area

在日均暴露量分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)式(6)和(7)，得到研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)商(HQ)和非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(HI)(表7)。

從表7可知，焉耆盆地農(nóng)田土壤中7種重金屬在3種暴露途徑下成人的非致癌風(fēng)險(xiǎn)商(HQ)從大到小依次為：HQPb、HQAs、HQCr、HQCd、HQNi、HQCu與HQZn；兒童的非致癌風(fēng)險(xiǎn)商(HQ)從大到小依次為：HQAs、HQPb、HQCr、HQCd、HQNi、HQCu與HQZn。對(duì)成人來(lái)說(shuō)，農(nóng)田土壤中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb與Zn的HQ對(duì)非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(HI)的貢獻(xiàn)率分別為30.45%、8.34%、17.71%、1.44%、3.50%、37.58%和0.97%。對(duì)兒童來(lái)說(shuō)，農(nóng)田土壤中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb與Zn的HQ對(duì)HI的貢獻(xiàn)率分別為32.69%、5.76%、23.33%、1.44%、3.40%、32.36%和0.89%?？梢钥闯?，研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬元素導(dǎo)致的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)主要由重金屬As、Cr與Pb不同暴露途徑所貢獻(xiàn)。在3種暴露途徑非致癌風(fēng)險(xiǎn)中，皮膚接觸途徑非致癌風(fēng)險(xiǎn)(HQdermal)最高，其次為手-口攝入途徑非致癌風(fēng)險(xiǎn)(HQingest)，呼吸途徑非致癌風(fēng)險(xiǎn)(HQinhale)最小。農(nóng)田土壤中7種重金屬元素通過(guò)手-口途徑對(duì)兒童的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)均大于對(duì)成人的暴露量，通過(guò)呼吸與皮膚接觸途徑對(duì)兒童的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)均小于對(duì)成人的暴露量。總的來(lái)看，焉耆盆地農(nóng)田土壤中7種重金屬通過(guò)3種暴露途徑的HQ與HI均小于1，風(fēng)險(xiǎn)較小，屬于可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，重金屬對(duì)兒童的HI略小于成人，表明農(nóng)田土壤重金屬污染對(duì)成人的非致癌健康危害更高。農(nóng)田土壤中重金屬HQ與HI值雖然處于可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，但其手-口攝入途徑和皮膚接觸途徑非致癌風(fēng)險(xiǎn)以及HI最大值(0.65)已達(dá)到了較高的水平，值得引起重視。

表6 研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)日均暴露量 (mg·kg-1·d-1)Table 6 The average daily exposure for non-carcinogenic risk of heavy metals in farmland soils of the study area (mg·kg-1·d-1)

表7 研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Table 7 The non-carcinogenic risk index of heavy metals in farmland soils of the study area

根據(jù)194個(gè)采樣點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用GIS技術(shù)與地統(tǒng)計(jì)法[29]，分析農(nóng)田土壤中重金屬對(duì)成人和兒童的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(HI)的空間分布格局。首先利用GS+9.0軟件確定空間插值需要的最佳半方差函數(shù)理論模型和相關(guān)參數(shù)，然后利用ArcGIS 10.3軟件，選擇Kriging最優(yōu)內(nèi)插法，最終生成研究區(qū)農(nóng)田土壤中重金屬的HI空間分布圖(圖2)。從圖2可見(jiàn)，焉耆盆地綠洲農(nóng)田土壤重金屬對(duì)成人和兒童的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布格局基本一致，并呈現(xiàn)了較明顯的區(qū)域分異性特征。成人和兒童的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布上均出現(xiàn)高值區(qū)，HI高值區(qū)主要分布于博湖縣南部與和靜縣西部區(qū)域，HI低值區(qū)分布于博湖縣北部區(qū)域。結(jié)合樣點(diǎn)采集背景分析，HI高值區(qū)的土壤樣本中As與Pb含量相對(duì)較高，因此非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高。

2.4 致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

根據(jù)US EPA健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的參數(shù)及重金屬元素實(shí)測(cè)含量，得到了焉耆盆地農(nóng)田土壤As與Cd通過(guò)不同暴露途徑對(duì)成人和兒童的日均致癌風(fēng)險(xiǎn)暴露情況(表8)。

從表8可知，焉耆盆地農(nóng)田土壤中As對(duì)成人和兒童的總?cè)站掳┍┞读?CDItotal)分別為6.07×10-6mg·(kg·d)-1和7.93×10-6mg·(kg·d)-1；而Cd對(duì)成人和兒童的總?cè)站掳┍┞读糠謩e為1.18×10-7mg·(kg·d)-1和2.11×10-7mg·(kg·d)-1，研究區(qū)農(nóng)田土壤As與Cd對(duì)人體日均致癌暴露量相差1個(gè)數(shù)量級(jí)，既農(nóng)田土壤中As通過(guò)3種途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)暴露量均比Cd高。農(nóng)田土壤中As與Cd的3種途徑對(duì)兒童日均致癌暴露量均高于對(duì)成人的日均致癌暴露量，土壤中As與Cd對(duì)兒童的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)危害更大。從暴露途徑來(lái)看，不論對(duì)于成人還是兒童，通過(guò)手-口攝入農(nóng)田土壤中重金屬均為該區(qū)域農(nóng)田土壤中重金屬最主要的致癌風(fēng)險(xiǎn)暴露途徑，其次為皮膚接觸途徑，通過(guò)呼吸途徑對(duì)人體健康致癌風(fēng)險(xiǎn)最小。

根據(jù)式(8)和(9)，得到研究區(qū)農(nóng)田土壤中致癌重金屬的致癌風(fēng)險(xiǎn)商(CR)與致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(TCR)(表9)。從表9可知，焉耆盆地農(nóng)田土壤中As的CR大于Cd的CR。對(duì)成人來(lái)說(shuō)，農(nóng)田土壤中As和Cd的CR對(duì)TCR的貢獻(xiàn)率分別為95.32%和4.68%。對(duì)兒童來(lái)說(shuō)，As和Cd的CR對(duì)TCR的貢獻(xiàn)率分別為92.41%和7.59%?？梢钥闯?，研究區(qū)TCR主要由重金屬As不同暴露途徑所貢獻(xiàn)，As是研究區(qū)農(nóng)田土壤中最主要的致癌風(fēng)險(xiǎn)因子。對(duì)兒童來(lái)說(shuō)，在As的3種暴露途徑中，手-口攝入途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，其次為皮膚接觸途徑，呼吸途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)最小。對(duì)成人來(lái)說(shuō)，在As的3種暴露途徑中，皮膚接觸途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，其次為手-口攝入途徑，呼吸途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)最小。Cd的2種暴露途徑中，不論對(duì)于成人還是兒童，手-口攝入途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)高，呼吸途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)小?？偟膩?lái)看，焉耆盆地農(nóng)田土壤中As和Cd通過(guò)3種暴露途徑的CR與TCR均小于10-4，屬于可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，重金屬對(duì)兒童的致癌風(fēng)險(xiǎn)略高于成人。其中Cd通過(guò)2種暴露途徑的CR均小于10-6，屬于可忽略致癌風(fēng)險(xiǎn)水平。As的CR雖然屬于可接受風(fēng)險(xiǎn)水平(10-6～10-4)，但其手-口攝入途徑和皮膚接觸途徑CR與TCR最大值(成人7.18×10-5，兒童7.67×10-5)已達(dá)到了較高的水平，值得引起重視。

圖2 研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬HI空間分布Fig. 2 Spatial distribution of HI of heavy metals in farmland soils of the study area

元素ElementsCDIingestCDIinhaleCDIdermalCDItotal成人Adults兒童Children成人Adults兒童Children成人Adults兒童Children成人Adults兒童ChildrenAs3.47E-066.20E-065.11E-101.74E-102.60E-061.73E-066.07E-067.93E-06Cd1.18E-072.11E-071.74E-115.94E-12——1.18E-072.11E-07

從焉耆盆地農(nóng)田土壤重金屬對(duì)成人和兒童的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(TCR)空間分布格局來(lái)看(圖3)，研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬對(duì)成人和兒童的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布格局基本一致，并均出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

TCR值較高的區(qū)域主要分布于博湖縣南部區(qū)域，TCR值較低的區(qū)域主要分布于博湖縣北部與和靜縣東部區(qū)域。結(jié)合樣點(diǎn)采集背景分析，TCR高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的樣本中As含量相對(duì)較高，這與非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(HI)空間分布規(guī)律一致。這些區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中污染物的排放、辣椒加工產(chǎn)業(yè)以及交通運(yùn)輸?shù)瓤赡茉斐赊r(nóng)田土壤中As含量增高，從而導(dǎo)致致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)的增加。

3 討論 (Discussion)

農(nóng)田土壤中重金屬元素通過(guò)不同途徑進(jìn)入人體，體內(nèi)過(guò)量蓄積對(duì)健康產(chǎn)生危害。本研究檢測(cè)的7種元素平均含量均未超出《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的限值，表明研究區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量處于可持續(xù)的安全范圍之內(nèi)。由于焉耆盆地是我國(guó)加工辣椒與加工番茄主產(chǎn)區(qū)，考慮到部分樣本中As、Cd、Pb和Zn含量超出了《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的限值，農(nóng)田土壤中As、Cd、Pb和Zn這4種重金屬污染應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。重金屬元素的富集程度越高，其受到人為污染的可能性越大。研究區(qū)農(nóng)田土壤中As、Pb與Zn的主要來(lái)源為農(nóng)藥、化肥、除草劑和殺蟲(chóng)劑等人類活動(dòng)[30]，農(nóng)用的土壤中Cd可作為施用農(nóng)藥、化肥和有機(jī)肥等農(nóng)業(yè)活動(dòng)的標(biāo)識(shí)元素之一[31]，綠洲灌耕土對(duì)Pb的吸附能力很大[32]。結(jié)合采樣點(diǎn)實(shí)際情況，Cd、Pb、Zn含量較高的采樣點(diǎn)主要分布于研究區(qū)內(nèi)人口密集的城鎮(zhèn)周邊的農(nóng)田和交通主干道周邊的農(nóng)田。可以看出，研究區(qū)農(nóng)田土壤施用的含As、Cd與Zn等重金屬元素的化肥和農(nóng)藥，博湖縣南部農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)以及研究區(qū)內(nèi)交通運(yùn)輸狀況導(dǎo)致農(nóng)田土壤重金屬積累與污染，從而導(dǎo)致健康風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬TCR空間分布Fig. 3 Spatial distribution of TCR of heavy metals in farmland soils of the study area

元素ElementsCRingestCRinhaleCRdermalCRTCR成人Adults兒童Children成人Adults兒童Children成人Adults兒童Children成人Adults兒童Children成人Adults兒童ChildrenAs5.21E-069.31E-067.71E-092.63E-099.53E-066.35E-061.47E-051.57E-05Cd7.21E-071.29E-061.10E-103.74E-11——7.21E-071.29E-061.54E-051.70E-05

雖然焉耆盆地農(nóng)田土壤重金屬含量未超出安全極限，但手-口攝入途徑和皮膚接觸途徑非致癌、致癌風(fēng)險(xiǎn)已達(dá)到了較高的水平。其中As、Cr與Pb引起的非致癌風(fēng)險(xiǎn)(對(duì)HI的貢獻(xiàn)率大于85%)以及As引起的致癌風(fēng)險(xiǎn)(對(duì)TCR的貢獻(xiàn)率大于92%)值得重視。研究區(qū)As與Cd對(duì)兒童的致癌風(fēng)險(xiǎn)高于成人。由于食物攝入是土壤中重金屬進(jìn)入人體產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn)最直接的途徑[33]，當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品的食用可能對(duì)兒童造成較高的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)給予更多的關(guān)注。由于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與土壤中重金屬化學(xué)形態(tài)與生物有效性有關(guān)[34]，對(duì)焉耆盆地農(nóng)田土壤重金屬有效態(tài)含量與農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量相關(guān)性進(jìn)行研究，可進(jìn)一步弄清農(nóng)田土壤重金屬污染對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與人體健康的影響程度。

土壤重金屬污染的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是土壤環(huán)境中有毒化學(xué)物質(zhì)及其各種暴露途徑分析的有效方法[35]。特殊環(huán)境背景下，重金屬元素對(duì)人體的危害程度主要受到各環(huán)境介質(zhì)中重金屬元素含量以及人體攝入量大小等許多因素的影響。近年來(lái)，雖然國(guó)內(nèi)學(xué)者采用US EPA健康風(fēng)險(xiǎn)模型、蒙特卡洛(Monte Carlo)模型[36]等方法進(jìn)行中國(guó)土壤重金屬污染的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，但由于研究起步晚，在評(píng)價(jià)的各環(huán)節(jié)均存在一定的局限性與不確定性。在重金屬日均暴露量研究過(guò)程中，污染物的生物有效性不可忽略[37]，直接利用重金屬元素全量，而不考慮其生物有效性，在計(jì)算潛在健康風(fēng)險(xiǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)增加風(fēng)險(xiǎn)的情況。由于針對(duì)我國(guó)西北干旱區(qū)綠洲特殊的土壤環(huán)境，缺乏相應(yīng)的土壤重金屬污染暴露量參數(shù)，編寫適合綠洲實(shí)際的環(huán)境基準(zhǔn)手冊(cè)，將是干旱區(qū)綠洲人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究的重點(diǎn)。

本研究表明，焉耆盆地農(nóng)田土壤中Zn呈現(xiàn)輕度污染，Cd與Pb呈現(xiàn)輕微污染，As、Cr、Cu與Ni呈現(xiàn)無(wú)污染態(tài)勢(shì)。重金屬元素的經(jīng)手-口攝入途徑為研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬日均暴露量及健康風(fēng)險(xiǎn)主要途徑。農(nóng)田土壤7種重金屬通過(guò)3種暴露途徑的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均屬于可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬對(duì)兒童的非致癌風(fēng)險(xiǎn)低于成人，致癌風(fēng)險(xiǎn)高于成人。As與Pb是焉耆盆地農(nóng)田土壤產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn)的主要污染物，應(yīng)作為風(fēng)險(xiǎn)決策管理的優(yōu)先控制對(duì)象。

通訊作者簡(jiǎn)介：麥麥提吐?tīng)栠d·艾則孜(1981—), 男，地理學(xué)(自然地理學(xué))博士，副教授，主要研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)綠洲土壤環(huán)境安全研究。

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