陳景輝 ，郭毅，楊博 ，屈撐囤 ,

1. 西安石油大學(xué)/陜西省油氣田環(huán)境污染控制技術(shù)與儲(chǔ)層保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065；2. 西安石油大學(xué)期刊中心，陜西 西安 710065；3. International Laboratory of Air Quality and Health (ILAQH), Queensland University of Technology, 2 George St, Brisbane City, Queensland, 4000, Australia 4. 西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065；5. 石油石化污染物控制與處理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206

生態(tài)興則文明興，生態(tài)衰則文明衰。改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)經(jīng)歷了世界歷史上規(guī)模最大、速度最快的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平持續(xù)增長(zhǎng)，工業(yè)化水平不斷提高，城市化急速推進(jìn)，導(dǎo)致中國(guó)城市土壤出現(xiàn)不同程度的重金屬污染。重金屬一旦進(jìn)入土壤后，很難從土壤中移除，會(huì)嚴(yán)重影響土壤的理化性質(zhì)，破壞土壤酶活性和微生物活性，使其生產(chǎn)能力明顯下降，由于重金屬污染具有隱蔽性、長(zhǎng)期性和滯后性等特點(diǎn)，會(huì)通過(guò)經(jīng)手-口攝入、皮膚接觸和呼吸攝入等途徑威脅城市居民健康（Bi et al.，2013）。重金屬進(jìn)入人體后會(huì)在某些器官上富集，使體內(nèi)蛋白質(zhì)和各種酶失去活性，如果超過(guò)人體耐受限度，會(huì)引起急（慢）性中毒，導(dǎo)致人體肝腎功能受損，引起骨痛、癱瘓等一系列疾病。土壤污染不僅破生態(tài)環(huán)境，影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且會(huì)給生態(tài)安全、食品安全和人體健康帶來(lái)嚴(yán)重威脅。

城市土壤重金屬的污染特征和健康風(fēng)險(xiǎn)日益受到廣泛關(guān)注，目前國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)城市土壤重金屬污染特征進(jìn)行了大量研究（Jaffar et al.，2017；張慧等，2017；柴立立等，2019；劉春躍等，2020；劉玲玲，202050-51；侯佳渝等，2021；姚文文等，2021；王天欣，202110-11）。省會(huì)城市一般為各省的政治、經(jīng)濟(jì)、科教、文化、交通中心，是一個(gè)省的象征和標(biāo)志，代表著全省發(fā)展水平，交通發(fā)達(dá)、工業(yè)生產(chǎn)生活頻繁，其土壤重金屬?gòu)V受關(guān)注，盡管有學(xué)者從不同角度開(kāi)展了城市土壤中重金屬污染的研究，但是主要集中在重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布、污染水平、空間分布特征、源解析等方面。從全國(guó)范圍來(lái)看，目前尚缺少關(guān)于省會(huì)城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布特征及人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究。

因此，本研究收集和整理了國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表的研究文獻(xiàn)，對(duì)收集到的國(guó)內(nèi)各省會(huì)城市土壤重金屬元素和國(guó)外部分城市重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)整理，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)篩選和評(píng)估后，分析了中國(guó)省會(huì)城市土壤重金屬污染現(xiàn)狀，評(píng)價(jià)了人體健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，以期為決策部門(mén)提高土壤風(fēng)險(xiǎn)研判能力和健康風(fēng)險(xiǎn)防控提供理論依據(jù)和科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究利用中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方、維普等國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)收集和整理了最近5年公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)（其中貴陽(yáng)、烏魯木齊和香港3市文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間分別為2012、2008和1997年），覆蓋中國(guó)27個(gè)省會(huì)城市、4個(gè)直轄市和2個(gè)特別行政區(qū)（暫未查詢(xún)到中國(guó)臺(tái)北）的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)。通過(guò)訪問(wèn)Web of Science（www.webofscience.com）、Engineering Village（www.engineeringvillage.com）和 Science Direct（www.sciencedirect.com）等網(wǎng)站搜集整理了美國(guó)Tucson、俄羅斯 Karabash、英國(guó) Prescot、加拿大Sudbury、澳大利亞Kembla、西班牙Huelva、波蘭Glogow、羅馬尼亞Baia Mare、伊朗Kerman、智利Puchuncaví共10個(gè)城市的5種重金屬元素（As、Cu、Pb、Zn和Cd）質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2 評(píng)價(jià)模型

（1）內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法。內(nèi)梅羅指數(shù)法是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算的最常用的方法之一，是一種綜合污染物多因子評(píng)價(jià)方法，其計(jì)算公式為：

式中：

Ci——樣品中重金屬i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

Si——重金屬i的參考值（當(dāng)Pi＞1時(shí)說(shuō)明污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)），本研究選取中國(guó)土壤元素背景值作為參考值；

Pi——單項(xiàng)污染指數(shù)；

PN——綜合污染指數(shù)；

Piave——平均單項(xiàng)污染指數(shù)；

Pimax——最大單項(xiàng)污染指數(shù)。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)（陳景輝，2011）為：PN≤0.85無(wú)污染，0.85＜PN≤1.71 輕污染，1.71＜PN≤2.56 中度污染，PN＞2.56重度污染。

（2）人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。人類(lèi)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是一種用來(lái)計(jì)算暴露于某種重金屬的人類(lèi)（兒童、成人）受到健康風(fēng)險(xiǎn)與損害可能性的方法。根據(jù)美國(guó)環(huán)境署（USEPA）推薦的土壤重金屬暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，認(rèn)為土壤重金屬主要以經(jīng)手-口攝入、呼吸攝入和皮膚接觸3種途徑進(jìn)入人體，從而帶來(lái)健康風(fēng)險(xiǎn)。借鑒前人已有的研究（李括等，2020；賈中民，2021），上述 3種暴露途徑的平均每日劑量（ADD）估算公式為：

式中：

ADDing、ADDinh、ADDdermal——每日平均通過(guò)手-口攝入、呼吸攝入和皮膚接觸的暴露量（mg·kg-1·d-1）；

C——土壤中重金屬濃度，其余參數(shù)含義和取值見(jiàn)表1。

表1 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)暴露參數(shù)Table 1 Health risk assessment exposure parameters

土壤重金屬對(duì)人體主要有非致癌風(fēng)險(xiǎn)（一般用非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) HI表征）和致癌風(fēng)險(xiǎn)（一般用致癌風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)CR表征，是個(gè)體由于暴露于致癌危害而發(fā)展為癌癥的概率）。非致癌風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)商（HQ）用于評(píng)估單一重金屬對(duì)人體的非致癌風(fēng)險(xiǎn)，HQ的總和即為HI，可用于評(píng)估大量重金屬的總體潛在非致癌風(fēng)險(xiǎn)。HQ、HI和CR的計(jì)算公式分別為：

式中：

HQi— —某種非致癌重金屬的單項(xiàng)健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；

ADDi——某種非致癌重金屬的日平均暴露量；

RfDi——參考劑量；

SFi——斜率致癌因子系數(shù)，不同參數(shù)取值見(jiàn)表2。

表2 土壤重金屬不同暴露途徑的參考劑量和斜率致癌因子Table 2 Reference dose and slope carcinogens of heavy metals in soils exposed to different pathways

當(dāng)HQ或HI＞1時(shí)，表示非致癌風(fēng)險(xiǎn)較小或可忽略不計(jì)；反之，則表示重金屬存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)環(huán)保署（USEPA）推薦的CR的土壤治理分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（黃煜韜等，2022）為：CR＞10-4時(shí)，致癌風(fēng)險(xiǎn)較高；10-6＜CR＜10-4時(shí)，可接受水平的致癌風(fēng)險(xiǎn)；CR＜10-6時(shí)無(wú)致癌風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平

中國(guó)省會(huì)城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，中國(guó)省會(huì)城市土壤中As、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg 等元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍分別為2.65—28.63、3.84—59.14、21.3—200.73、16.47—249.03、403.85—1160.15、9.56—56、17.93—119、40.26—381.79、0.10—1.24、0.04—0.87 mg·kg-1。各個(gè)元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12.52、18.5、74.03、38.26、676.19、30.27、45.64、122.86、0.42、0.20 mg·kg-1，分別是中國(guó)土壤元素背景值的1.12、1.75、1.21、1.69、1.16、1.13、1.75、1.66、4.18、2.87倍，這表明中國(guó)省會(huì)城市土壤中的重金屬存在一定程度的積累。此外，Mn、Ni和Pb的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)都較小，說(shuō)明這3種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在各省會(huì)城市中分布較均勻。在所統(tǒng)計(jì)的33個(gè)省會(huì)城市中，10種重金屬元素中超標(biāo)率最高的為 Cd，達(dá)到 96.9%，其次依次分別為 Co（93.9%）、Hg（90.9%）、Mn（90.9%）、Pb（81.8%）、Cr（72.7%），超標(biāo)率較低的分別為 As、Cu、Ni、Zn，均為69.7%。

表3 中國(guó)省會(huì)城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 3 Content of heavy metals in soils of provincial capitals in China

利用Arcgis軟件繪制了中國(guó)省會(huì)城市土壤重金屬空間分布圖（如圖1）。從圖1可以看出，中國(guó)省會(huì)城市之間的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異很大，Cu、Mn和 Zn的最高值出現(xiàn)在昆明，分別為 249.03、1160.15、381.79 mg·kg-1，分別是中國(guó)土壤背景值的11.02、1.99、5.15倍；Ni和Pb的最高值出現(xiàn)在上海，分別是 56 mg·kg-1和 119 mg·kg-1，是中國(guó)土壤背景值的2.08倍和4.58倍；As、Co、Cr、Cd和Hg的最高值分別出現(xiàn)在長(zhǎng)春、蘭州、西寧、長(zhǎng)沙和北京，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 28.63、59.14、200.73、1.24、0.87 mg·kg-1，分別是中國(guó)土壤背景值的 2.56、5.58、3.29、12.40、12.43倍。

圖1 中國(guó)省會(huì)城市土壤重金屬空間分布特征Figure 1 Spatial distribution characteristics of heavy metals in soils of provincial capitals in China

國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究表明，城市土壤環(huán)境中重金屬的主要來(lái)源除過(guò)土壤母質(zhì)之外，更重要的因素還有交通、工業(yè)、建筑等三大領(lǐng)域。昆明的 Cu、Zn和Cd元素出現(xiàn)累積，可能與研究區(qū)土壤背景值偏高有關(guān)，同時(shí)該城市冶煉廠含有Cd和Zn的粉塵通過(guò)大氣沉降或降塵污染進(jìn)入土壤也是導(dǎo)致累積的重要原因（汪潔等，2022）。上海市 Pb、Ni和 Zn出現(xiàn)了一定程度累積，Pb、Ni和Zn主要與工業(yè)、交通活動(dòng)有關(guān)，上海市作為是中國(guó)的國(guó)際金融中心，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量500多萬(wàn)輛，工業(yè)發(fā)達(dá)，交通活動(dòng)頻繁，是導(dǎo)致其土壤重金屬超標(biāo)的主要原因。As的污染主要來(lái)源于含砷金屬的開(kāi)采和冶煉，用砷或砷化合物作原料的玻璃、顏料、原藥、紙張的生產(chǎn)以及煤的燃燒等過(guò)程產(chǎn)生的工業(yè)廢水，素有“中國(guó)汽車(chē)之城”的長(zhǎng)春市被譽(yù)為中國(guó)重工業(yè)基地的搖籃，除過(guò)擁有中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)有限公司和長(zhǎng)春客車(chē)廠等多家大中型企業(yè)之外，重點(diǎn)發(fā)展了食品、醫(yī)藥、光電、有色金屬加工、機(jī)械、印刷等工業(yè)，是導(dǎo)致重金屬As污染的主要原因。李春艷（2021）39在2021年的研究認(rèn)為，蘭州市表層土壤中Co超標(biāo)的原因在于研究區(qū)有大量的在建和裝修樓盤(pán)，Co作為生產(chǎn)各種合金和鈷鹽的重要原料，在工程施工或出售建筑材料過(guò)程中會(huì)被釋放出來(lái)，隨干濕沉降并富集到表土，污染土壤環(huán)境。西寧市（楊蕊等，2016）研究區(qū)形成了以化工、冶金和機(jī)械制造等工業(yè)體系為主的產(chǎn)業(yè)鏈，Cr主要來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)粉塵。胡延彪等（2016）對(duì)湘江長(zhǎng)沙段江灘土壤污染現(xiàn)狀研究結(jié)果表明該區(qū)域Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是國(guó)家二級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)40倍以上，Cu、Pb、Zn和Cd均存在不同程度富集，通過(guò)形態(tài)分析得出Cd弱酸提取態(tài)比例較高，非常容易通過(guò)水和大氣轉(zhuǎn)移和釋放，因此，土壤重金屬的另一個(gè)來(lái)源可能是含有污染物的工業(yè)廢水和生活污染進(jìn)入地表（下）水后所致。北京市存在一定程度的Hg的點(diǎn)源污染，是導(dǎo)致其土壤重金屬超標(biāo)的主要原因（劉玲玲，2020）22?？傊?，城市土壤重金屬的污染和累積程度受交通、工業(yè)、建筑和生產(chǎn)活動(dòng)的影響最為明顯。

2.2 土壤重金屬污染水平

從圖2可知，中國(guó)33個(gè)省會(huì)城市土壤10種重金屬 As、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg的單因子污染指數(shù)分別為1.12、1.75、1.21、1.51、1.16、1.13、1.75、1.56、4.25、2.87。各重金屬元素按其污染等級(jí)可分為 3種類(lèi)型：第一類(lèi)為 As、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn共8種重金屬，單因子污染指數(shù)均大于1小于2，屬于輕污染等級(jí)；第二類(lèi)為Hg，單因子污染指數(shù)介于2和3之間，屬于中度污染；第三類(lèi)為Cd，單因子污染指數(shù)大于3，屬于重度污染。此外，中國(guó)33個(gè)省會(huì)城市土壤重金屬綜合污染指數(shù)為5.35，屬于重度污染。

已有研究表明（彭馳等，2022），銅冶煉場(chǎng)地在全球范圍的占比中，歐洲和亞洲達(dá)到57%，北美洲、南美洲和非洲占比40%，大洋洲僅占3%，而全球主要產(chǎn)銅國(guó)中又以加拿大、智利、波蘭和中國(guó)的研究較多，這些國(guó)家礦產(chǎn)資源豐富，利用礦產(chǎn)資源建立了銅冶煉廠，冶煉廠的廢氣廢水廢渣，會(huì)向城市土壤釋放重金屬，造成一定程度的污染。因此本研究選擇了歐洲的7個(gè)國(guó)家（美國(guó)Tucson、俄羅斯Karabash、英國(guó)Prescot、加拿大Sudbury、羅馬尼亞Baia Mare、西班牙Huelva、波蘭Glogow）、亞洲（伊朗Kerman）、南美洲（智利Puchuncaví）、大洋洲（澳大利亞Kembla）各1個(gè)國(guó)家的代表性城市土壤中的5種重金屬元素（As、Cu、Pb、Zn和Cd）質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行對(duì)比分析，不同城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表 4?？梢钥闯?，中國(guó)省會(huì)城市與所選擇的 10個(gè)國(guó)外城市 5種重金屬 As、Cu、Pb、Zn和 Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值分別為 71.82、531.93、232.34、237.04、5.66 mg·kg-1，分別是上地殼元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 12.60、19.70、9.29、3.16、94.28倍，As、Cu和Cd超標(biāo)率都達(dá)到100%，而Pb和Zn的超標(biāo)率分別為91%和63.6%。As、Cu、Pb和Zn的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)較大，說(shuō)明國(guó)內(nèi)外城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，數(shù)據(jù)比較離散，而Cd的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)相對(duì)較小。

表4 國(guó)內(nèi)外部分城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 4 Contents of heavy metals in soils of some cities at home and abroad

在所選擇的 10個(gè)國(guó)外城市土壤重金屬中，俄羅斯Karabash土壤重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平最高，5種元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯高出其他城市，質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低依次為：Cu (2669 mg·kg-1)＞Zn (1216 mg·kg-1)＞Pb (620 mg·kg-1)＞As (285 mg·kg-1)＞Cd(7.75 mg·kg-1)，分別是上地殼元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的98、16、24、50、129倍，應(yīng)引起足夠的重視，原因是因?yàn)樵撗芯繀^(qū)位于俄羅斯銅礦冶煉廠附近，周邊土壤重金屬元素超標(biāo)，出現(xiàn)了不同程度的累積。

中國(guó) 33個(gè)省會(huì)城市土壤 As、Cu、Pb、Zn和Cd的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 12.52、38.26、45.64、122.86、0.42 mg·kg-1，分別是上地殼元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2.20、1.42、1.83、1.64、7.00倍。圖3為中國(guó)與國(guó)外城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)比圖，可以看出各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平與國(guó)外10個(gè)城市相比略有差異。As和Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別高于澳大利亞Kembla和伊朗Kerman，低于其余8個(gè)城市；Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低（38.26 mg·kg-1），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所選擇的10個(gè)國(guó)外城市；Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平與西班牙Huelva接近，略高于加拿大 Sudbury、澳大利亞 Kembla和伊朗Kerman，遠(yuǎn)低于其余 6個(gè)城市，是羅馬尼亞 Baia Mare的1/20；Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于西班牙Huelva、加拿大Sudbury、澳大利亞Kembla、伊朗Kerman和波蘭Glogow，低于其余 5個(gè)城市，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為俄羅斯Karabash的1/10。

圖3 城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)（對(duì)數(shù)）對(duì)比圖Figure 3 Comparison of heavy metal mass fraction (logarithm) in urban soil

研究表明（陳景輝等，2011），城市土壤中Cu、Pb、Zn、Cd這4種元素地球化學(xué)特性相似，沉積環(huán)境較為相似，具有沉積同源性這一特點(diǎn)，污染變化趨勢(shì)在相同或相似的外界條件下基本一致。所選取的 10個(gè)國(guó)外城市中，均建立了較為成熟的銅冶煉廠，是造成Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)的主要原因，因此中國(guó)Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低（38.26 mg·kg-1），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所選擇的 10個(gè)國(guó)外城市。此外，As、Cd、Pb和Zn作為銅礦石的伴生元素，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列工藝，會(huì)被釋放出來(lái)，經(jīng)過(guò)沉降、堆放、沖刷后進(jìn)入城市土壤，是城市土壤中多種重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)的主要原因。

各城市土壤5種重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低順序表現(xiàn)為：As (Karabash＞Tucson＞Baia Mare＞Sudbury＞Glogow＞Prescot＞Puchuncaví＞Kerman＞Huelva＞ 中國(guó) ＞Kembla) ； Cu (Karabash＞Prescot＞Tucson＞Puchuncaví＞Sudbury＞Glogow＞Baia Mare＞Huelva＞Kerman＞Kembla＞中國(guó))；Pb (Baia Mare＞Karabash＞Prescot＞Tucson＞Glogow＞Puchuncaví＞ 中 國(guó) ＞Huelva＞Sudbury＞Kembla＞Kerman)；Zn (Karabash＞Baia Mare＞Tucson＞Puchuncaví＞Prescot＞ 中國(guó)＞Huelva＞Sudbury＞Kembla＞Kerman＞Glogow)； Cd (Prescot＞Karabash＞Kembla＞Huelva＞Glogow＞Baia Mare＞Tucson＞Sudbury＞Puchuncaví＞中國(guó)＞Kerman)。

2.3 土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.3.1 不同暴露途徑非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)特征

本研究在進(jìn)行人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)選擇除 Co之外的 As、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg共9種元素。省會(huì)城市土壤重金屬兒童與成人不同暴露途徑暴露劑量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表 5，土壤重金屬經(jīng)手-口（非飲食）攝入、呼吸攝入、皮膚攝入途徑引起的兒童和成人非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 土壤重金屬不同暴露途徑的暴露劑量Table 5 Exposure dose of heavy metals in soil by different exposure routes mg·kg-1·d-1

省會(huì)城市土壤重金屬非致癌平均日暴露劑量中，9種重金屬對(duì)兒童經(jīng)3種途徑暴露劑量的變化范圍分別為：2.04×10-7—6.79×10-4（手-口攝入）、5.65×10-18—1.87×10-14（呼吸攝入）、5.73×10-10—1.90×10-6（皮膚攝入），平均值分別為 1.12×10-4、3.08×10-15、3.13×10-7；9種重金屬對(duì)成人經(jīng) 3種途徑暴露劑量的變化范圍分別為 1.19×10-7—3.96×10-4（手-口攝入）、1.27×10-17—4.22×10-14（呼吸攝入）、4.76×10-10—1.58×10-6（皮膚攝入），平均值分別為 6.52×10-5、6.95×10-15、2.60×10-7。兒童和成人不同暴露途徑的非致癌日平均暴露劑量大小有所差異，大小順序均為手-口（非飲食）攝入＞皮膚攝入＞呼吸攝入，表明手-口（非飲食）攝入是土壤重金屬進(jìn)入兒童與成人體內(nèi)的主要途徑，同時(shí)可以看出經(jīng)手-口攝入數(shù)量級(jí)均是呼吸攝入量和皮膚接觸攝入量的102倍。

省會(huì)城市9種重金屬在3種暴露途徑的日平均攝入量差異較大，大小順序?yàn)?Mn＞Zn＞ Cr＞Pb＞Cu＞Ni＞As＞Cd＞Hg，9種重金屬對(duì)兒童在單一暴露途徑平均日暴露量及總暴露量均高于成人。5種非致癌重金屬日平均暴露劑量高低順序?yàn)镃u＞Hg＞Mn＞Pb＞Zn，4 種致癌重金屬（As、Cr、Ni、Cd）日平均暴露劑量高低順序?yàn)锳s＞Cd＞Cr＞Ni。兒童在4種致癌重金屬（As、Cr、Ni、Cd）經(jīng)3種暴露途徑的攝入量的變化區(qū)間分別為 4.20×10-7—7.44×10-5（手-口攝入）、1.15×10-17—2.05×10-15（呼吸攝入）、1.17×10-9—2.08×10-7（皮膚攝入），平均值分別為2.94×10-5、8.12×10-16和 8.24×10-8。成人在 4 種致癌重金屬（As、Cr、Ni、Cd）經(jīng)3種暴露途徑的攝入量的變化區(qū)間為：2.45×10-7—4.33×10-5（手-口攝入）、2.61×10-17—4.62×10-15（呼吸攝入）、9.77×10-10—1.73×10-7（皮膚攝入），平均值分別為1.71×10-5、1.83×10-15和 6.85×10-8。并且對(duì)于所研究的5種非致癌重金屬（Cu、Mn、Pb、Zn、Hg）在 2種暴露途徑（手-口攝入和皮膚攝入）下的暴露劑量?jī)和笥诔扇耍诤粑鼣z入暴露途徑下的暴露劑量成人均大于兒童。

因此，省會(huì)城市土壤重金屬非致癌和致癌評(píng)估中的主要暴露途徑為經(jīng)手-口攝入，在手-口攝入和皮膚攝入途徑下，兒童平均日暴露量均高于成人，而在呼吸攝入暴露途徑下的暴露劑量成人大于兒童。

2.3.2 土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

省會(huì)城市土壤重金屬對(duì)人體健康的非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，9種重金屬對(duì)兒童在3種暴露途徑下的非致癌風(fēng)險(xiǎn)變化范圍分別為 4.11×10-4—4.19×10-2（手-口攝入）、1.13×10-14—1.31×10-9（呼吸攝入）、5.76×10-6—3.47×10-3（皮膚攝入），平均值分別為1.09×10-2、1.54×10-10和 5.79×10-4，不同暴露途徑對(duì)非致癌總風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率分別為94.97%（手-口攝入）、0.0001%（呼吸攝入）、5.02%（皮膚攝入）。9種重金屬對(duì)成人在3種暴露途徑下的非致癌風(fēng)險(xiǎn)變化范圍分別為 2.40×10-4—2.44×10-2（手-口攝入）、2.55×10-14—2.95×10-9（呼吸攝入）、4.78×10-6—2.88×10-3（皮膚攝入），平均值分別為 6.39×10-3、3.47×10-10和 4.81×10-4，不同暴露途經(jīng)對(duì)非致癌總風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率分別為 92.99%（手-口攝入）、0.0001%（呼吸攝入）和7.01%（皮膚攝入），因此兒童和成人的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)的最主要暴露途徑是手-口攝入。

中國(guó)省會(huì)城市不同重金屬經(jīng)手-口攝入對(duì)兒童和成人的非致癌風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（HQi）大小順序均表現(xiàn)為 As＞Cr＞Mn≈Pb＞Ni＞Cu＞Hg≈Cd≈Zn ，As 風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最高，Zn最低。而不同重金屬經(jīng)呼吸和皮膚接觸對(duì)兒童和成人的HQi則呈現(xiàn)出不同的特征，大小順序?yàn)?Cr≈Mn＞As≈Pb≈Cd＞Hg＞Ni＞Cu＞Zn，Cr風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最高，Zn最低，且所有對(duì)兒童的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于1，說(shuō)明非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)可以忽略。

省會(huì)城市土壤重金屬非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)（HI）見(jiàn)表6，可以看出經(jīng)3種暴露途徑對(duì)兒童和成人的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)（HI）大小順序均表現(xiàn)為 As＞Cr＞Mn＞Pb＞Ni＞Cu＞Hg＞Cd＞Zn ，9 種重金屬元素對(duì)非致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為：As(40.67%)＞Cr (27.23%)＞Mn (15.23%)＞Pb (12.86%)＞Ni(1.48%)＞Cu (0.93%)＞Hg (0.68%)＞Cd (0.52%)＞Zn(0.40%)，因此As非致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，主要由手-口攝入引起。重金屬對(duì)兒童和成人的非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，土壤重金屬對(duì)兒童的非致癌風(fēng)險(xiǎn)明顯大于成人，應(yīng)引起足夠的重視。33個(gè)省會(huì)城市的9種重金屬經(jīng)手-口、呼吸、皮膚 3種途徑非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值和中位值均遠(yuǎn)小于 1，3種途徑的綜合重金屬非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（HQ）平均值和中位值也均小于 1，表明中國(guó)省會(huì)城市土壤重金屬對(duì)兒童和成人沒(méi)有明顯的非致癌風(fēng)險(xiǎn)。

表6 土壤重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Table 6 Non carcinogenic risk index of heavy metals in soil

表7為中國(guó)省會(huì)城市土壤重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)值。在省會(huì)城市土壤重金屬對(duì)人體健康的致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，本研究只計(jì)算在呼吸攝入途徑下的致癌風(fēng)險(xiǎn)。4種致癌重金屬在呼吸接觸途經(jīng)下對(duì)兒童的致癌風(fēng)險(xiǎn)分布范圍為 2.10×10-16—2.48×10-13，對(duì)成人的致癌風(fēng)險(xiǎn)分布范圍為 4.73×10-16—5.59×10-13。4 種致癌重金屬（As、Cr、Ni、Cd）對(duì)兒童和成人的重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（CR）大小順序?yàn)?Cr＞As＞Ni＞Cd，4 種重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率為 Cr (93.47%)＞As(5.68%)＞Ni (0.76%)＞Cd (0.08%)，即 Cr致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，其次為As和Ni，而Cd風(fēng)險(xiǎn)最低。

表7 土壤重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 7 Statistics of carcinogenic risk index of heavy metals in soil

從土壤重金屬對(duì)兒童和成人致癌風(fēng)險(xiǎn)的差異看，研究區(qū)土壤4種致癌重金屬對(duì)成人的致癌風(fēng)險(xiǎn)均高于兒童，兒童和成人的綜合致癌風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（TCR）分別為 2.65×10-13和 5.98×10-13，成人是兒童的2.25倍，必要的時(shí)候需要加強(qiáng)健康防范。然而，不論成人與兒童，考慮單-重金屬還是多種重金屬元素，所有樣本的CR和TCR值均低于美國(guó)環(huán)保署（USEPA）規(guī)定的可接受閾值 10-4，表明沒(méi)有明顯的長(zhǎng)期健康風(fēng)險(xiǎn)影響。因此，成人和兒童的終生致癌風(fēng)險(xiǎn)在可接受的風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

（1）中國(guó)省會(huì)城市土壤重金屬 As、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是中國(guó)土壤元素背景值的1.12、1.75、1.21、1.69、1.16、1.13、1.75、1.66、4.18、2.87倍。各省會(huì)城市之間重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大。

（2）土壤重金屬元素按其污染等級(jí)可分為3種類(lèi)型：第一類(lèi)為As、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn 共8種重金屬，屬于輕污染等級(jí)；第二類(lèi)為 Hg，屬于中度污染；第三類(lèi)為Cd，屬于重度污染。省會(huì)城市土壤重金屬綜合污染指數(shù)為5.35，屬于重度污染。

（3）3種暴露途徑對(duì)兒童和成人的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（HI）大小順序均表現(xiàn)為 As＞Cr＞Mn＞Pb＞Ni＞Cu＞Hg＞Cd＞Zn，4 種致癌重金屬（As、Cr、Ni、Cd）對(duì)兒童和成人的重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（CR）大小順序?yàn)镃r＞As＞Ni＞Cd。研究區(qū)域成人和兒童的終生致癌風(fēng)險(xiǎn)在可接受的風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)。