饒 靜，許 佳

（遵義生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，貴州遵義 563000）

土壤重金屬累積具有復(fù)雜性、隱蔽性、滯后性和長期性等特性，并經(jīng)過不同方式遷移、最終浸入土壤，導(dǎo)致表層土壤重金屬元素不同程度的富集[1]。研究不同土地利用類型中土壤重金屬的生態(tài)風(fēng)險和人體健康風(fēng)險，對于定量分析土壤重金屬污染對生態(tài)和人體的影響，以及不同土地利用類型區(qū)的土壤污染防治和治理具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省畢節(jié)市，地勢為西部較高，東部較低；氣候為亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，常年氣溫為10～15 ℃，降雨量為849～1 399 mm，耕地土壤pH 均值在7.04～7.33。土壤類型主要有石灰土、粗骨土、沼澤土、黃壤、棕壤、黃棕壤、山地草甸土、紫色土、水稻土等。

1.2 樣品的采集和處理

1.2.1 樣品采集

在研究區(qū)分別選取3個類型的樣地，分別為林地、農(nóng)用地、撂荒地，每一樣地參照“S”型挑選3個點位（A、B、C），采0～20 cm 的表層土壤。首先剔除雜質(zhì)，然后進行混合，在再行四分，取1 kg 的土壤，共9個樣品，用聚乙烯密封袋貼標(biāo)簽封裝。

1.2.2 樣品處理

樣品送到實驗室，平攤在室溫條件下自然風(fēng)干，風(fēng)干過程中不斷翻動土壤，確保土壤完全干透。風(fēng)干后的土壤首先通過100 目尼龍篩，除去土壤中雜質(zhì)；接著用瑪瑙研缽研磨，研磨后的土壤按要求取500 g分析樣放入磨砂玻璃廣口瓶中保存，用于檢測土壤樣品中的重金屬含量。先稱量0.5 g樣品，將稱取的樣品倒入聚四氟乙烯坩堝中，依次在樣品中加入鹽酸、硝酸、高氯酸、氫氟酸，在電熱板上加熱消解；待溶液被分解至黏稠，待其冷卻，用5%的稀硝酸定容至50 mL 后過濾；再用一次性注射器提取過濾后的溶液，在通過0.45 μm 濾膜后用于測試。用原子吸收分光光度法（AAS）測定重金屬Cu、Zn、Ni、Cr、As、Mn的含量，用原子熒光光度法（AFS）測定重金屬As 的含量，每個樣品重復(fù)測量3次。

1.3 評價方法

1.3.1 潛在生態(tài)評價方法

潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)涉及到單項污染系數(shù)、重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)及潛在生態(tài)風(fēng)險單項系數(shù)，其計算公式如下。

式中：RI為潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)；為金屬元素i的潛在生態(tài)風(fēng)險單項系數(shù)；為金屬元素i的毒性響應(yīng)系數(shù)；為金屬元素i的單項污染系數(shù)；Ci是土壤中金屬元素i的濃度實測值，是金屬元素i的背景值，mg·kg-1。

1.3.2 人體健康風(fēng)險評價方法

計算成人和兒童通過3 種途徑攝取潛在有毒重金屬的平均每日劑量的公式[2]如下。

式中，ADDing為每日經(jīng)過口攝取所吸收的金屬的劑量；ADDinh為每日經(jīng)過呼吸吸入所吸收的金屬的劑量；ADDdermal為每日經(jīng)過皮膚接觸所吸收的金屬的劑量。再利用非致癌風(fēng)險指數(shù)（HQ）、總非致癌風(fēng)險指數(shù)（HI）和致癌風(fēng)險指數(shù)（CR）評價重金屬對人體造成的非致癌和癌癥風(fēng)險，計算公式如下。

式中，ADDij為i重金屬在第j種暴露途徑下的日均暴露量，參考劑量RfDij是指非致癌重金屬i在j種暴露途徑下不會對兒童和成人造成有害影響的每日吸收金屬的最大劑量，具體參數(shù)如表1[3-7]所示。

表1 6種金屬的參考劑量 單位：mg·kg-1·d-1

若經(jīng)手-口、呼吸、皮膚接觸3種途徑的平均每日劑量小于或等于對應(yīng)的參考劑量，也就是說HQ≤1，那么就說明該種途徑下某種特定金屬不會對人體產(chǎn)生任何非致癌的風(fēng)險；相反，若ADI＞RfD，即HQ＞1 時，就會對人體產(chǎn)生明顯的非致癌風(fēng)險。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用類型土壤重金屬含量描述性統(tǒng)計

從表2 可以看出該研究區(qū)重金屬Cu、Mn、Cr、Zn、Ni含量均超過貴州省各元素背景值，只有重金屬As 含量未超過貴州省As 元素背景值。從圖1 可以得出，從單一重金屬含量來看，在農(nóng)用地中重金屬Cu、Cr、Zn、Mn、Ni的含量最高，重金屬As的含量最低；在撂荒地中重金屬As 的含量最高，重金屬Cu、Mn、Zn、Ni的含量最低；在林地中重金屬Cr含量最低，重金屬As的含量最高。

圖1 不同土地利用類型下的重金屬含量圖

表2 土壤重金屬含量表

變異系數(shù)是重金屬元素的含量的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值，通常用變異系數(shù)代表重金屬含量在研究區(qū)土壤中離散程度，變異系數(shù)越大，表明該重金屬元素的含量在該區(qū)域離散程度越高，也就說明該金屬在土壤中分布得越不均勻，因而很有可能是人為活動導(dǎo)致這種情況的出現(xiàn)[8]。一般情況下，變異系數(shù)≤25%屬于輕微變異、變異系數(shù)25%～50%屬于中度變異、變異系數(shù)≥50%屬于高度變異[9]。表2中Mn、Zn、Ni、Cr的含量分別為343.00～995.00、70.00～150.50、34.50～70.05、41.85～157.55 mg·kg-1，變異系數(shù)分別為28%、27%、23%、40%，呈中度變異；As 和Cu 的含量分別為1.53～19.22、23.90～134.70 mg·kg-1，呈高度變異，表明該研究區(qū)的土壤重金屬含量分布不均勻，受人為干擾大。

2.2 潛在生態(tài)危害評價

從數(shù)據(jù)分析來看，詳見表3，農(nóng)用地土壤重金屬的Ei從高到低依次為Cu、Ni、As、Cr、Zn、Mn，林地土壤重金屬的Ei從高到低依次為Cu、As、Ni、Cr、Zn、Mn，撂荒地土壤重金屬的Ei從高到低依次為Cu、As、Ni、Cr、Zn、Mn。從綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI來看，此調(diào)查區(qū)RI 變化范圍為16.84～55.66，均值36.21，說明此研究區(qū)域具有低等強度的潛在生態(tài)風(fēng)險，其中ECu、ENi對綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI 的貢獻率分別約為50%、40%，二者之和超過90%，可見，Cu和Ni是各土地利用類型潛在生態(tài)風(fēng)險最大的2個貢獻因子。從不同土地利用類型來看，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI從高到低依次為農(nóng)用地、林地、撂荒地，其中潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)最高的ECu、ENi也與RI一致。

2.3 人體健康風(fēng)險評價

2.3.1 非致癌健康風(fēng)險評價

由表4、表5 可見，3 種土地利用類型6 種重金屬成人和兒童的HQ（非致癌風(fēng)險指數(shù)）小于1，不存在非致癌健康風(fēng)險。從暴露途徑來看，除Mn的HQ 是從高到低排列為經(jīng)口攝入、呼吸吸入、皮膚接觸外，其余重金屬的HQ 都是，從高到低排列為經(jīng)口攝入、皮膚接觸、呼吸吸入。從不同土地利用類型來看，關(guān)于成人的3 種土地利用類型HI 從高到低分別為農(nóng)用地、撂荒地、林地，其中Cu、Ni、As 和Mn 的HQ 從高到低分別為農(nóng)用地、林地、撂荒地，Cr 和Zn 的HQ 從高到低分別為農(nóng)用地、撂荒地、林地；關(guān)于兒童的3 種土地利用類型HI從高到低分別為林地、撂荒地、農(nóng)用地，其中Cu、Ni、As、Zn 和Mn 的HQ 從高到低分別為農(nóng)用地、林地、撂荒地，Cr 的HQ 從高到低分別為撂荒地和林地等同，大于農(nóng)用地。從單一污染物來看，Cr 是各土地利用類型土壤重金屬HQ 的最主要影響因子，在農(nóng)用地中的成人為3.14×10-2，在林地和撂荒地中的兒童為0.22。在成人和兒童的非致癌總風(fēng)險中，Mn、Cr、As 的貢獻率占比較大，則Mn、Cr、As是各土地利用類型非致癌風(fēng)險最大的3個貢獻因子。

表4 不同土地利用類型土壤重金屬的暴露途徑及非致癌風(fēng)險（成人）

表5 不同土地利用類型土壤重金屬的暴露途徑及非致癌健康風(fēng)險評價（兒童）

2.3.2 致癌健康風(fēng)險評價

從表6 中可得，從暴露途徑來看，調(diào)查區(qū)內(nèi)As 的CR 從高到低表現(xiàn)為：經(jīng)口攝入、皮膚接觸、呼吸吸入，Cr 和Ni 考慮兩種暴露途徑，其CR 從高到低表現(xiàn)為經(jīng)口攝入、呼吸吸入。從不同土地利用類型來看，3 種土地利用類型的TCR 從高到低表現(xiàn)為農(nóng)用地、林地、撂荒地。從單一污染物來看，不同重金屬的CR從高到低表現(xiàn)為Ni、Cr、As，兒童和成人Ni 的CR 對TCR 的貢獻率占比大，所以Ni也是各土地利用類型最主要的致癌風(fēng)險因子。As、Ni、Cr 的致癌風(fēng)險已達到較高水平，應(yīng)引起重視。

表6 不同土地利用類型土壤重金屬的暴露途徑及致癌健康風(fēng)險評價

3 結(jié)論

1）該研究區(qū)重金屬Cu、Mn、Cr、Zn、Ni 含量均超過貴州省各元素背景值，只有重金屬As含量未超過貴州省As元素背景值。

2）重金屬Cu、Zn、Ni 的含量在農(nóng)用地、林地、撂荒地這三種土地利用類型下均是在農(nóng)用地中含量最高，由于Cu、Ni、Zn 是植物生長必需的重金屬元素,受人類活動（施肥、農(nóng)藥的使用）干擾大。重金屬As的含量在林地中最高，這與土壤質(zhì)地有關(guān)。

3）該研究區(qū)的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI 變化范圍為16.84～55.66，均值36.21，表明此區(qū)域具有低等強度的潛在生態(tài)風(fēng)險，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI從高到低表現(xiàn)為農(nóng)用地、林地、撂荒地，Cu、Ni是各土地利用類型潛在生態(tài)風(fēng)險最大的2個貢獻因子。

4）3種土地利用類型中土壤的As、Ni、Cr的TCR從高到低表現(xiàn)為：農(nóng)用地、林地、撂荒地，表明As、Ni、Cr 已經(jīng)存在較高的致癌風(fēng)險，Ni也是各土地利用類型最主要的致癌風(fēng)險因子。