鄭開城際鐵路兩側農田土壤重金屬污染及健康風險

王勝奎　王夢然

【摘 要】采集鄭開輕軌兩側土壤樣品260個，用ICP-MS法測定土壤Cu、Cr、Pb、Ni、Cd、Co、V和Zn含量，用ICP-AES 法測定土壤Al和As含量，用內梅羅污染指數法展開重金屬污染評估，用健康風險評價模型展開重金屬健康風險評價。結果表明：鄭開輕軌兩側土壤Al、Cd、Co、Cr、Cu、Zn、Pb、Ni、V和As含量的變異系數變化在12.52%～86.57%之間，為中等變異，南北兩側斷面上土壤As超標，其余重金屬含量都在二級標準以下，不存在超標現象；輕軌兩側200 m范圍內土壤重金屬污染綜合指數I普遍大于1小于2，為輕污染，且輕軌南側土壤重金屬污染程度均高于北側，土壤As對綜合污染指數的貢獻最大；輕軌兩側土壤9種重金屬的HQ值和HI值均小于1，短期內不會對居民健康產生非致癌風險；輕軌兩側土壤260個采樣的CRAs和TCR都大于10-6，存在一定的人體可耐受的致癌風險，As對TCR的貢獻率平均高達85.90%，As是最主要的致癌風險因子。

【關鍵詞】鄭開輕軌；重金屬；污染特征；健康風險

0 引言

隨著現代化建設的迅速發展，誕生了許多新的交通工具。由于汽車、火車、動車、高鐵和輕軌等交通工具的出現，導致我國道路兩側農田土壤污染日益嚴重。針對汽車、火車、動車對道路兩側農田的影響[1-2]，國內外學者已經做過許多研究[3-4]。研究結果表明：由于民眾車有量的迅速增加，產生的污染物對道路兩側已經造成污染。受到重金屬污染的路旁土壤可直接通過口、鼻和皮膚等3種途徑進入人體內，積累到一定程度，對人體健康產生危害。公路和鐵路沿線離地面相對較低，污染局域主要位于兩側，但輕軌離地面比較高，其對兩側的影響不像道路帶狀污染那樣明顯，對于這種高空新型交通工具對兩側道路的農田影響卻鮮見報道。本文以鄭開輕軌兩側土壤為例，在土壤樣品采集和重金屬含量測定基礎上，運用健康風險評價模型對其重金屬多途徑表露所致的健康風險開展評估，旨在豐厚土壤重金屬健康風險評價研討案例，維護公路兩側常駐人群的健康，為路域生態環境的管理與修復提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

在采樣斷面上按距高架橋水平距離0（高架橋邊緣正下方）、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、150和200 m對稱布設土壤采樣點。在每個采樣點上，畫出一條與高架橋平行的線段，每隔15 m進行采樣，按照0、15、30、45、60 m布設水平土壤采樣點，而后在采樣單元內按照“梅花型”布點，采集5個土壤表層（深度15 cm左右）子樣，每個子樣約200 g。最后將采集的5個子樣充分混合，按“四分法”舍棄多余的土壤樣品，保留0.5 kg左右的土樣，然后將土壤樣品放入自封袋，標號，待處理。本研究共采集260個土壤空間樣品。

1.2 重金屬健康風險評價方法

1.2.1 暴露劑量模型

各種途徑的暴露量按下列公式[5-6]計算：

經手—口直接攝入：

式中，CDI為重金屬暴露量，mg·（kg·d）-1，c為灰塵重金屬的濃度。參考我國場地環境評價導則（DB11/T 656-2009）以及國內外相關研究成果[4-8]。

1.2.2 健康風險表征模型

所研究的9種重金屬（As、Cr、Cu、Zn、Pb、Ni、Cd、V、Co）都具有慢性非致癌健康風險。其中As、Cd、Ni、Cr、Pb具有致癌風險[9-10]。非致癌風險用風險商和風險指數來表征，計算公式為：

致癌健康用風險指數來表征，計算公式如下：

參考國內外相關研究成果及我國場地環境評價導則（DB11/T 656-2009）。公式參考文獻[11]。

2 結果

2.1 土壤重金屬含量

鄭開輕軌兩側土壤Al、Cd、Co、Cr、Cu、Zn、Pb、Ni、V和As含量的變異系數在12.52%～86.57%之間變動，為中等變異；輕軌兩側200m范圍內北側重金屬平均含量大部分小于中國潮土背景值，南側重金屬平均含量都大于中國潮土背景值，這種情況表明，輕軌北側斷面重金屬含量受輕軌運行的影響較小，南側重金屬含量受輕軌運行的影響比較明顯。與中國《土壤環境質量標準》的二級標準（PH>7.5）相比較，南北兩側斷面上土壤As大部分超標，也有小部分Cd存在超標現象，其余重金屬含量均在二級標準以下，不存在超標現象。

2.2 土壤重金屬健康風險評價

2.2.1 非致癌健康風險評價

依照（2）～（6）式分別計算得到鄭開輕軌兩側土壤針對成人經3種表露途徑的各個重金屬非致癌健康風險單項指數（HQ）和非致癌風險總指數（HI）。雖然馬家河斷面土壤重金屬不存在非致癌健康風險，但是輕軌的運行對土壤重金屬的HQ值仍有影響。隨著路基距離的增加，土壤As、Cr、Cu、V和Zn的HQ整體波動不大，其中南側斷面的HQCr和HQV峰值位置離路基較遠，分別出現在距路基85m和110m處。土壤北側斷面Cd、Co、Cr、Cu、Ni和V的HQ在路基處較高，隨間隔增加先降低后升高，在離路基0～10m范圍內出現峰值，而后再逐步降低。

2.2.2 致癌健康風險評價

將數據帶入式（7）和式（8）計算，分別得到各采樣點As、Cd、Cr、Ni、Pb的CR和TCR。鄭開輕軌兩側土壤各采樣點的CRNi、CRCd、CRPb和CRCr遠小于10-6數量級，沒有致癌風險；鄭開輕軌兩側土壤重金屬的平均TCR大于10-6數量級，存在人體可耐受的致癌風險，應該引起我們的重視。

土壤Cr和Ni的CR值的空間分布與其HQ值較為類似，都是南側斷面峰值位置離路基距離較遠，北側斷面的CR值在路基處較高，隨間隔增加先降低后升高，在離路基0～10m范圍內出現峰值，然后再逐步降低。endprint

3 結論

（1）輕軌兩側土壤Al、Cd、Co、Cr、Cu、Zn、Pb、Ni、V和As含量的變異系數變化在12.52%～86.57%之間，為中等變異，南北兩側斷面上土壤As超標，其余重金屬含量均在二級標準以下，不存在超標現象。

（2）輕軌兩側200m范圍內土壤重金屬污染綜合指數I平均值為1.33，為輕污染，且輕軌南側土壤重金屬污染程度均高于北側。其中，在輕軌南側200m范圍內綜合污染指數I均大于1；北側在100m和150m處的綜合污染指數大于0.7小于1，達到警戒線，其余綜合污染指數均大于1，雖沒有南側污染嚴重，但也有一半以上綜合污染指數大于1。土壤As對綜合污染指數的貢獻最大。

（3）輕軌兩側土壤9種重金屬的HQ值和HI值都小于1，短期內不會對居民健康造成非致癌風險，HQV值對HI的貢獻率平均為87.26%，V是最主要的非致癌因子。

（4）輕軌兩側土壤各樣點的CRAs和TCR均大于10-6，這表明存在一定的致癌健康風險的可能性，應引起我們的重視。各樣點土壤的CRAs對其TCR的貢獻率平均為高達85.90%，表明As是最主要的致癌風險因子。

【參考文獻】

[1]Chen X，Xia X H，Zhao Y，et al.Heavy metal concentrations in roadside soils and correlation with urban traffic in Beijing， China[J]. Journal of Hazardous Materials， 2010， 181（1/3）： 640-646.

[2]Fakayode S O， Olu-Owolabi B I. Heavy metal contamination of roadside topsoil in Osogbo Nigeria： its relationship to traffic density and proximity to highways[J]. Environmental Geology， 2003， 44（2）： 150-157.

[3]Jaradat Q M， Massadeh A M， Momani K A， et al. The spatial distribution of Pb， Cd， Zn， and Cu in agricultural roadside soils[J]. Soil and Sediment Contamination， 2010， 19（1）： 58-71.

[4]Junhong Bai， Baoshan Cui， Qinggai Wang. Assessment of heavy metal contamination of roadside soils in Southwest China [J]. Stoch Environ Res Risk Asses， 2009， 23： 341-347.

[5]唐榮莉，馬克明，張育新，等.北京城市道路灰塵重金屬污染的健康風險評價[J].環境科學學報，2012，32（8）：2006-2015.

[6]谷蕾，仝致琦，宋博，等.基于不同通車時間的路旁土壤重金屬健康風險——以連霍高速公路鄭州-商丘段為例[J]. 環境科學，2012，33（10）：3577-3584.

[7]US EPA. Integrated risk information system [R].2011.

[8]常靜，劉敏，李先華，等.上海地表灰塵重金屬污染的健康風險評價[J].中國環境科學，2009，29（5）：548-554.

[9]季文佳，王淇，楊玉飛，等.危險廢物事故排放的河流水環境健康風險評價[J].環境工程學報，2010，4（5）：1196-1200.

[10]Ferreira Baptista L， De Miguel E.Geochemistry and risk assessment of street dust in Luanda，Angola：A tropical urban environment[J]. Atmospheric Environment， 2005，39（25）： 4501-4512.

[11]段海靜，蔡曉強，阮心玲，等.開封市公園地表灰塵重金屬污染及健康風險[J].環境科學學報，2015，36（8）：0250-3301.endprint