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        嘉興市農(nóng)田菜地果園土壤重金屬人體健康風(fēng)險評價

        2022-12-22 12:47:40金雅薇馬艷玲浦國佳沈耀宗
        廣州化工 2022年21期
        關(guān)鍵詞:途徑兒童

        李 莉,金雅薇,陳 燕,馬艷玲,浦國佳,沈耀宗

        (浙江省嘉興生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,浙江 嘉興 314000)

        土壤的重金屬污染是我國比較突出的土壤環(huán)境問題之一[1-2]。土壤中重金屬污染物的積累不僅會對生態(tài)環(huán)境造成破壞[3],還會影響相關(guān)的農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量[4],并且會通過食物鏈對人體的健康造成嚴重危害。土壤中的重金屬不但可以通過食物鏈影響人體健康,還會經(jīng)過手-口攝入、呼吸和皮膚等接觸途徑進入人體[5]。美國國家環(huán)境保護署(US EPA)于1986年頒布了一系列健康風(fēng)險評價體系的技術(shù)性文件、指南,已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于土壤、大氣降塵對人體健康風(fēng)險狀況的評估體系中。

        隨著民眾的健康風(fēng)險意識的加強和提高,農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬污染逐漸受到越來越多的關(guān)注。嘉興市作為浙江省重要的糧、油產(chǎn)區(qū),正確的評估嘉興市農(nóng)村農(nóng)業(yè)用地的土壤重金屬健康風(fēng)險,對于無公害農(nóng)業(yè)發(fā)展、人群健康保護以及本地的農(nóng)業(yè)發(fā)展都具有重要的意義。

        本文選取了嘉興市7個縣(市、區(qū))的農(nóng)村土壤監(jiān)測中的農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)(農(nóng)田、菜地和果園點位(共67個,其中農(nóng)田點位36個,菜地21個,果園10個)2019-2020年)的土壤監(jiān)測數(shù)據(jù),采用US EPA推薦的健康風(fēng)險評價模型,對土壤中重金屬鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)和鋅(Zn)經(jīng)手-口攝入、呼吸攝入和皮膚接觸3種暴露途徑的健康風(fēng)險進行評估,希望對嘉興市農(nóng)用地生態(tài)環(huán)境發(fā)展及民眾身體健康提供科學(xué)的依據(jù)和參考。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)域概況

        嘉興地處中國華東地區(qū)、浙江省東北部、長江三角洲杭嘉湖平原腹地,是長江三角洲重要的城市之一,也是浙江省最大的平原區(qū)主,地勢平坦土壤肥沃,雨熱同期,河網(wǎng)密布,非常有利于有利于農(nóng)業(yè)的發(fā)展。嘉興自古為繁華富庶之地,素有“魚米之鄉(xiāng)”、“絲綢值府”美譽。

        1.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

        單因子指數(shù)法是土壤評價中最常用的評價方法:

        (1)

        式中:Pi為第i種污染物的單項污染指數(shù);Ci為污染物的實測值;Si為第i種污染物的土壤環(huán)境質(zhì)量標準值。

        內(nèi)梅羅指數(shù)法是一種綜合指數(shù)法,是在單因子指數(shù)法發(fā)展而來的,可以綜合評價土壤中的重金屬污染狀況:

        (2)

        式中:P為土壤綜合污染指數(shù),Pave為單項污染指數(shù)平均值,Pimax為最大單項污染指數(shù)。按照內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù),土壤污染等級可以被劃分為5個等級(見表1)。

        表1 內(nèi)梅羅指數(shù)土壤污染等級分級評價

        1.3 土壤健康風(fēng)險評價法

        1.3.1 模型與參數(shù)

        健康風(fēng)險評估的目的是搞清楚目標污染物質(zhì)對人體健康會造成什么樣的損傷以及導(dǎo)致這種損傷的可能性。土壤中的重金屬可以經(jīng)口直接攝入、皮膚接觸和呼吸吸入3種主要的途徑進入人體,本文參考了US EPA的健康風(fēng)險評估風(fēng)險,結(jié)合《中國人群暴露參數(shù)手冊》、《我國場地環(huán)境評價指南》和實際情況,得到3種不同暴露途徑的重金屬日均暴露量相關(guān)計算公式及參數(shù)如下[6-14]:

        (3)

        (4)

        (5)

        式中:ADDing、ADDinh、ADDdern分別是通過手-口攝入途徑、呼吸途徑和皮膚接觸途徑攝入的重金屬日均暴露量,mg/(kg·d);c為實測土壤樣品的重金屬含量,mg/kg。

        表2 重金屬健康風(fēng)險暴露參數(shù)取值

        1.3.2 人體健康風(fēng)險表征

        本文研究了8種重金屬污染:鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)和鋅(Zn);這8種重金屬都具有慢性非致癌風(fēng)險,其中Cd、Cr、As、Ni具有致癌風(fēng)險。根據(jù)重金屬的3種暴露途徑及人體健康風(fēng)險評價模型,土壤重金屬的非致癌風(fēng)險(HQ)、總非致癌風(fēng)險指數(shù)(HI)和致癌風(fēng)險指數(shù)(TCR)計算公式如下[8-10]:

        (6)

        (7)

        (8)

        (9)

        式中各參數(shù)意義見表3。HI表示所有重金屬非致癌風(fēng)險健康風(fēng)險指數(shù),當(dāng)HI<1或HQ<1,表示重金屬非致癌風(fēng)險較小,可忽略;當(dāng)HI1或HQ1,表示存在重金屬非致癌風(fēng)險,值越大,表明健康風(fēng)險越大[8-10,14]。當(dāng)TCR<10-6時,表明重金屬無致癌風(fēng)險;當(dāng)10-610-4時,表示暴露于這種特定的環(huán)境將給個體造成一定的患癌風(fēng)險。

        表3 健康風(fēng)險表征模型各參數(shù)意義

        不同重金屬在不同暴露途徑下對人體的健康風(fēng)險參考劑量RfD和致癌斜率因子SF見表4。

        表4 不同暴露途徑下各重金屬健康風(fēng)險參考劑量和致癌斜率因子

        2 結(jié)果分析與討論

        2.1 研究區(qū)域土壤的重金屬含量特征

        67個嘉興市農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)的土壤點位中的8種重金屬濃指標情況見表5。除了As的均值低于土壤環(huán)境背景值以外[19],其余重金屬污染物均超過背景值,說明這7種重金屬污染物在嘉興市農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)區(qū)土壤中有一定的積累。在所有點位中,Hg和Cu的變異系數(shù)CV值最大,為0.60;Cd和Pb的CV值分別為0.56和0.52,這4種重金屬元素的變異系數(shù)都呈現(xiàn)強變異(CV>0.5)[20],說明這4種元素空間分布的不均勻;Zn、Cr、As和Ni呈現(xiàn)中等變異(0.2

        表5 嘉興市農(nóng)田、菜地、果園土壤重金屬含量特征表

        表6分別給出了各農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)金屬污染物的變異系數(shù),農(nóng)田點,Hg、Zn、Cd、和Pb的CV顯示出強變異;菜地點,Cd、Hg、Pb的CV顯示出強變異;果園中,Cu、Cd和Pb的CV顯示出強變異。

        表6 嘉興市農(nóng)田、菜地、果園土壤各重金屬變異系數(shù)

        2.2 研究區(qū)域重金屬污染評價

        67個農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)區(qū)點位中,1個農(nóng)田點位的汞含量超標,超標率為26.7%;1個果園點位的鋅含量超標,超標率為18.0%,另1個農(nóng)田點位的鋅超標,超標率為95.2%。內(nèi)梅羅結(jié)果顯示36個農(nóng)田點位中,各有1個點位屬于尚未污染和輕度污染狀態(tài),其余為清潔無污染的狀態(tài);21個菜地點位中有20個點位為清潔無污染狀態(tài),1個為尚未污染狀態(tài);10個果園點位中,9個點位為清潔無污染狀態(tài),1個為尚未污染狀態(tài)。

        2.3 研究區(qū)域土壤重金屬人體健康風(fēng)險

        2.3.1 土壤重金屬的日平均暴露量

        嘉興市農(nóng)田、菜地、果園產(chǎn)區(qū)土壤重金屬在手-口攝入、呼吸攝入和皮膚接觸這3種暴露途徑下的致癌、非致癌日均暴露量由公式(3)~(5)計算得到。

        2.3.2 土壤重金屬健康風(fēng)險評價

        嘉興市農(nóng)田、菜地、果園產(chǎn)區(qū)的8種土壤重金屬污染物的成人、兒童經(jīng)過3種不同暴露途徑的單項HQ和HI可以由公式(6)、(7)計算可得。土壤中的鎘、砷、鉻、鎳的單項CR和TCR由公式(8)、(9)計算而得。

        結(jié)果顯示,嘉興市農(nóng)田、菜地、果園產(chǎn)區(qū)的8種重金屬對成人、兒童的HQ、HI均小于1,說明研究區(qū)域內(nèi)土壤重金屬對于成人和兒童都處于安全范圍內(nèi),基本不會危害人體健康。

        農(nóng)田、菜地和果園的鎘、砷、鉻、鎳對成人和兒童的CR結(jié)果顯示,各產(chǎn)區(qū)的砷對于成人和兒童的CR均存在不同程度的大于US EPA推薦的土壤治理標準的情況(>10-6);農(nóng)田區(qū)和果園區(qū)的鎘對兒童的CR存在不同程度的大于US EPA推薦的土壤治理標準的情況(>10-6),處于人體可耐受的致癌風(fēng)險范圍之內(nèi)(10-6~10-4),應(yīng)該引起足夠重視。研究區(qū)域內(nèi),鉻和鎳的CR均小于10-6,表示它們對成人和兒童均不構(gòu)成致癌風(fēng)險。

        研究區(qū)域內(nèi),重金屬的非致癌風(fēng)險表現(xiàn)為手-口途徑>皮膚途徑>呼吸途徑;對于3種暴露途徑下非致癌健康風(fēng)險指數(shù),鉻、砷、鉛位于8種重金屬污染物中的前三位。非致癌風(fēng)險中,不同作物區(qū)針對兒童的HI表現(xiàn)為菜地>農(nóng)田>果園>0.5;各農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)針對成人的HI表現(xiàn)與兒童一致,但是針對成人的HI均小于等于0.1,遠遠小于針對兒童的HI,說明針對成人來說重金屬的健康風(fēng)險較小,可以忽略不計。其中,對成人和兒童的非致癌風(fēng)險中,各個產(chǎn)區(qū)貢獻最大的金屬都是鉻,其次為砷,第三為鉛。金屬鎳、銅、汞、鋅和鎘對HQ的貢獻率之和小于7.0%;也就是說在兒童和成人非致癌總風(fēng)險中,HQCr、HQAs、HQPb的貢獻率之和達到所有重金屬HQ之和的93.0%以上,可見鉻、砷和鉛是嘉興市農(nóng)田、菜地和果園非致癌風(fēng)險較大的3個貢獻因子。

        研究區(qū)域的成人致癌風(fēng)險和兒童致癌風(fēng)險TCR處于10-6~10-4之間,說明其致癌風(fēng)險屬于人體可承受的致癌風(fēng)險范圍,應(yīng)引起重視。表現(xiàn)為手-口途徑>呼吸途徑>皮膚途徑,致癌風(fēng)險指數(shù)排序為砷>鎘>鉻>鎳;其中,砷對成人和兒童的致癌風(fēng)險占總致癌風(fēng)險的89.5%,是嘉興市農(nóng)產(chǎn)品作物區(qū)最主要的致癌因子。各作物區(qū)的鎘和砷對兒童的TCR均大于對成人的TCR。成人的CRAs和兒童的CRAS對TCR的貢獻率分別為87.1%和91.0%;其次為CRcd,成人和兒童對TCR的貢獻率分別為8.7%和9.0%。嘉興地區(qū)農(nóng)田、菜地、果園土壤的砷和鎘是致癌風(fēng)險最主要的貢獻因子。其中,砷是最重要的貢獻因子,三種農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)中砷對成人和兒童CR貢獻率在86.1%~91.8%之間,其次為鎘,貢獻率在7.4%~10.4之間,鉻和鎳的貢獻率可以忽略不計。

        3 結(jié) 論

        (1)研究區(qū)域內(nèi),三種農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)對成人和對兒童的HQ和HI均小于1;致癌風(fēng)險指數(shù)在10-6~10-4之間;兒童的致癌風(fēng)險指數(shù)均高于成人。

        (2)研究區(qū)域內(nèi),重金屬的非致癌風(fēng)險表現(xiàn)為手-口途徑>皮膚途徑>呼吸途徑;鉻、砷和鉛是嘉興市農(nóng)田、菜地和果園非致癌風(fēng)險較大的3個貢獻因子。

        (3)研究區(qū)域的成人致癌風(fēng)險和兒童致癌風(fēng)險TCR處于10-6~10-4之間,說明研究區(qū)域的致癌風(fēng)險屬于人體可承受的致癌風(fēng)險范圍,應(yīng)引起重視。致癌風(fēng)險表現(xiàn)為手-口途徑>呼吸途徑>皮膚途徑,砷和鎘是致癌風(fēng)險最主要的貢獻因子。

        研究區(qū)域內(nèi),三種農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)8中重金屬含量均值中,只有As含量低于土壤背景值;其余重金屬含量均值都高于背景值。汞、銅、鎘、鉛的變異系數(shù)均顯示強變異。無論是成人還是兒童,手-口途徑攝入是研究區(qū)域內(nèi)土壤重金屬污染物暴露和影響人體健康的最主要途徑。三種農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)的非致癌風(fēng)險可以忽略不計;研究區(qū)域致癌風(fēng)險處于人體可耐受的范圍,重金屬鉻和鎳無致癌風(fēng)險,砷是最主要的致癌因子。由于研究區(qū)域內(nèi)非致癌風(fēng)險可能會對兒童身體健康造成危害,所以應(yīng)當(dāng)引起重視。

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