齊齊哈爾市主城區(qū)道路土壤重金屬健康風(fēng)險評價

喬雪 盧海軍 王今雨

摘要：為了解道路用地土壤中重金屬污染特征及其可能帶來的健康風(fēng)險，在齊齊哈爾市主城區(qū)選取了9條主要交通道路，測定了土壤中重金屬Pb、Cr、As、Cu和Zn的濃度，計算了污染指數(shù)，并利用美國環(huán)境保護署（USEPA）研究的健康風(fēng)險評價模型對齊齊哈爾市的道路用地重金屬污染做了健康風(fēng)險評價。結(jié)果表明：研究區(qū)內(nèi)同一種重金屬在道路土壤中的含量變化范圍比較大，Pb、Cr、As的含量變化較明顯，Cu、Zn含量變化相對較小;除重金屬Pb外，其它四種重金屬含量平均值均高于背景值，表明Cr、As、Cu、Zn在道路土壤富集明顯;重金屬Cu含量變異類屬高變異，其它重金屬的變異系數(shù)均不大，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，偏倚性低，空間分布較為均勻;重金屬污染程度從大到小排序為Cu> Zn> As>Cr> Pb，其中Pb屬于無污染.Cr、As、Zn屬于輕度污染.Cu屬于重度污染;各重金屬的致癌風(fēng)險都在癌癥風(fēng)險閾值范圍內(nèi)，Pb、Cr、As和Cu致癌風(fēng)險較低，并不能成為主要致癌風(fēng)險因素，對人體健康不會造成傷害，其中Pb皮膚接觸暴露風(fēng)險貢獻率為1×10-6，Cr呼吸接觸暴露風(fēng)險貢獻率1X10-5，As經(jīng)口攝入暴露風(fēng)險貢獻率為5×10 -7，呼吸接觸暴露風(fēng)險貢獻率為2.170×10-11，Cu經(jīng)口攝入暴露風(fēng)險貢獻率為1×10-6。

關(guān)鍵詞：重金屬;健康風(fēng)險;評價;齊齊哈爾

中圖分類號：X825

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0085-04

1 引言

城市化的進程快速推進，工廠廢棄物排放、機動車尾氣、大氣沉降物和生活廢棄物等進入到生活環(huán)境中，會導(dǎo)致大量重金屬污染物在土壤中累積，會直接地或間接地危害人類的身體健康和城市的環(huán)境質(zhì)量[1，2]。大量研究結(jié)果表明，交通運輸過程中的汽車尾氣排放和輪胎添加劑中的重金屬（如Cu、Zn、Pb），在車輛的行駛過程中均會直接或間接地進入道路土壤，對道路土壤重金屬含量產(chǎn)生一定影響，通常來說，一個城市的交通流量越大，道路用地重金屬的積累也越大[3，4]。近幾年來，齊齊哈爾市城市建設(shè)很快，隨著機動車擁有量迅速增多，城市土壤重金屬污染研究也得到了重視，本文以主城區(qū)主要城市道路土壤為研究對象，分析重金屬污染狀況并進行健康風(fēng)險評價，以期為城市環(huán)境污染監(jiān)測與城市道路規(guī)劃、城市環(huán)境規(guī)劃提供有益的理論支持。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

齊齊哈爾為黑龍江省下轄市，地處東北松嫩平原，位于122°E～126°E、45°N～48°N，既然處于松嫩平原，所以齊齊哈爾市地勢平坦，平均海拔為146 m，東部和南部地勢較低。齊齊哈爾市大部分地區(qū)土壤熱較量高，透性較好，質(zhì)地較輕，由暗棕壤、黑上、黑鈣上、草甸上、沼澤土、草甸堿土、砂土等土壤類型組成。

在齊齊哈爾市主城區(qū)的路網(wǎng)中選擇北疆環(huán)島、勞衛(wèi)路迎賓橋、光復(fù)街二號院的交通島和聯(lián)通大路、中華西路、卜奎大街、明海公路、中華東路、曙光大街作為采樣地點，采樣點土壤基本特征見表1，采樣時問為2016年5月末。

2.2 采集與實驗方法

每個采樣點按40 cm剖面進行分層采樣，即0～20cm和20～40 cm，每個樣點采集三處土樣，并進行充分混合，剔除雜質(zhì)，用樣品袋收集好，作好標簽（0～20 cm和20～40 cm的用阿拉伯數(shù)字在樣點編號加1和2區(qū)分），帶同齊齊哈爾大學(xué)分析測試中心，采用等離子質(zhì)譜儀分析各樣點Pb、Cr、As、Cu、Zn的含量，于2016年6月完成測定。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與評價模型

2.3.1 單因子評價法

單因子評價法是指以測定待測土壤得到的實測值和評價標準相比得到的比值，比值即為土壤各項污染物的污染指數(shù)。計算公式為Pi=Ci/Si，其中Pi為土壤中污染物的污染指數(shù)，Ci土壤111污染物i的實測濃度，Si為重金屬評價標準，背景值采用齊齊哈爾各公園土壤重金屬含量的平均值，見表2。Pi≤1，無污染;1

2.3.2 健康風(fēng)險評價模型

（1）重金屬暴露模型與風(fēng)險評價表征模型。

道路是城市公共空間、景觀規(guī)劃的重要廊道與節(jié)點，所以研究區(qū)內(nèi)人群的主要暴露途徑有三種：一是直接攝入，人群在生活和工作的過程中會不小也直接接觸到城市用地土壤表層從而不慎吞入，即城市用地壤污染物直接攝人人體;二是皮膚接觸，人群在工作或者生活過程中由于沒有穿防護服和手套，所以會將大量的皮膚裸露在外面，這樣許多城市用地土壤重金屬會不同程度粘附在皮膚上對人體健康造成危害;三是呼吸攝入，由于刮風(fēng)或霧霾等自然因素或者人為因素會將城市用地土壤污染物帶人到空氣巾，人體在呼吸的過程中便會將這些污染物吸人體內(nèi)從而造成健康危害。研究采用美國環(huán)境保護署（USEPA）提出的健康風(fēng)險評價模型進行暴露風(fēng)險評價[3，4]。

（2）評價暴露參數(shù)。

評價暴露參數(shù)（exposure factor）是健康風(fēng)險評價中最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，任何健康風(fēng)險評價都要依靠相應(yīng)的暴露參數(shù)去構(gòu)建。因此在健康風(fēng)險評價中暴露參數(shù)和實際情況越相符其得出的結(jié)果電就越有說服力。目前，我國環(huán)保部目前還沒有構(gòu)建一套符合我國人民實際情況的暴露參數(shù)手冊或者模板，國內(nèi)大多數(shù)學(xué)者在進行健康風(fēng)險評價的研究中均多多少地間接或直接地引用了外國的暴露參數(shù)的數(shù)據(jù)。本文采用的評價暴露參數(shù)如表3和表4所示，需要說明的是本研究AT（重金屬平均暴露時間）是以人體生命期72a進行計算的，成人和兒童的平均FD分別設(shè)為25 a和6 a[4]。

另外，不同學(xué)者的研究表明，當HQ（非致癌重金屬的單項健康風(fēng)險指數(shù)）或HI（非致癌風(fēng)險指數(shù)）<1時，表示非致癌健康風(fēng)險可以接受;當其>1時，表示存在非致癌健康風(fēng)險。美國環(huán)保署（ USEPA）推薦的CR的土壤治理標準為10-6，電有研究認為當其在10-6～10-4之間時也是可以接受的[3～5]。所有的實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計指標與計算均采用SPSS和Exccl軟件完成。

2.3.3 健康風(fēng)險評價不確定性分析方法

不確定性分析按照我國環(huán)保部《污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則》（ HJ 25. 3- 2014）進行分析[5]。依據(jù)該導(dǎo)則，采用暴露風(fēng)險貢獻率來進行不確定性分析。

3 重金屬污染健康風(fēng)險評價

3.1 污染指數(shù)描述性統(tǒng)計

對各道路用地土壤重金屬含量進行描述性統(tǒng)計分析[8，9]，見表5。

由表5可知，Pb、Cr、As、Cu、Zn重金屬的濃度范圍分別為12.552～41.900 mg，/kg、23.551～57.300 mg/kg、4.732～89. 500 mg/kg、0.009～0.495 mg/kg、ZnO022～0.734 mg/kg，同一種重金屬在道路土壤中的含量變化范圍比較大，Pb、Cr、As的含量變化較明顯，Cu、Zn含量變化相對較小;從各重金屬含量的平均值來看，除重金屬Pb外，其它四種重金屬含量平均值均高于背景值，表明Cr、As、Cu、Zn在道路土壤富集明顯;所有重金屬中Cu的變異系數(shù)達到了121.923%，屬于高變異，而其它重金屬含量穩(wěn)定性較好，偏倚性低，空間分布較為均勻。

對各道路用地土壤重金屬進行單因子評價，并進行統(tǒng)計，結(jié)果見表6。

由表6可知.5種重金屬在道路用地中呈現(xiàn)出不同程度的污染情況，但從平均值來看，重金屬污染程度從大到小排序為Cu>Zn>As>Cr>Pb。其中Pb屬于無污染，Cr、As、Zn屬于輕度污染，Cu屬于重度污染。

3.2 土壤重金屬健康風(fēng)險評價

3.2.1 單個重金屬非致癌風(fēng)險HQ值

應(yīng)用健康風(fēng)險評價模型和模型參數(shù)，計算土壤重金屬非致癌（HQ）風(fēng)險指數(shù)，如表7。

由表7可知，各重金屬潛在人體健康危害風(fēng)險的大小排序為：As>Cr>Pb>Cu>Zn;經(jīng)口攝入的暴露途徑中，As的非致癌風(fēng)險最大，成人為1.276×10-6，兒童為7.444×10-5，Zn的非致癌風(fēng)險最小，成人為2.922×10-9，兒童為1.716×10-9;皮膚接觸的暴露途徑中Cr的非致癌風(fēng)險最大，非致癌風(fēng)險指數(shù)達到4.642×lO-5，Zn的非致癌風(fēng)險最小，為4.70×10 -11;呼吸接觸暴露途徑中，Cr的非致癌風(fēng)險最大，為1.40×10-6，Cu的非致癌風(fēng)險最小，達到1×10-12。

綜卜所述，5種重金屬的非致癌風(fēng)險水平在10-11～10-4之間，表明土壤重金屬的非致癌污染物而產(chǎn)生疾病，受到健康威脅的人數(shù)不到1/1000，因此表明在該取樣點道路用地的土壤中，Pb，Cr，As，Cu，Zn所引起的健康風(fēng)險比較小，但也不排除會對研究區(qū)域居民的人體構(gòu)成潛在的健康危害。

3.2.2 重金屬致癌風(fēng)險CR值

按致癌風(fēng)險模型進行構(gòu)造，計算出所選樣點區(qū)土壤重金屬可能引起的成人人體健康致癌風(fēng)險的結(jié)果，如表8所示。

由表8可知，Pb、Cr、As和Cu的致癌風(fēng)險Risk分別為經(jīng)口攝入As的致癌風(fēng)險，成人為3.267×10-8，兒童為2.732×1O-6：Cu的致癌風(fēng)險為3.372×10-7。皮膚接觸中Pb致癌風(fēng)險為。呼吸接觸中Cr和As的致癌風(fēng)險分別為和。各重金屬的致癌風(fēng)險都在癌癥風(fēng)險閾值范圍10-11～10-6內(nèi)，這說明Pb、Cr、As和Cu致癌風(fēng)險較低，并不能成為主要致癌風(fēng)險因素，對人體健康不會造成傷害。

3.2.3 健康風(fēng)險評價不確定性分析

對各重金屬進行非致癌和致癌風(fēng)險貢獻率進行計算，結(jié)果如表9、表10。

表9和表10表明，重金屬經(jīng)口攝入風(fēng)險貢獻率介于4.529×lO-7～4.978×10-7，呼吸接觸貢獻率介于7.60×10-11～2.555×10-9，皮膚接觸貢獻率介于3.931×10-9～7.24×10-8;Pb、Cr、As、Cu、Zn致癌風(fēng)險貢獻率中，Pb皮膚接觸暴露風(fēng)險貢獻率為1×10-6，Cr呼吸接觸暴露風(fēng)險貢獻率1×10-8，As經(jīng)口攝入暴露風(fēng)險貢獻率為5×10-7，呼吸接觸暴露風(fēng)險貢獻率為2.170×10-11，Cu經(jīng)口攝入暴露風(fēng)險貢獻率為1×10 -6。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)同一種重金屬在道路土壤中的含量變化范圍比較大，Pb、Cr、As的含量變化較明顯，Cu、Zn含量變化相對較小;除重金屬Pb外，其它四種重金屬含量平均值均高于背景值，表明Cr、As、Cu、Zn在道路土壤富集明娃。

（21）研究區(qū)重金屬Cu含量變異類屬高變異。其它重金屬的變異系數(shù)均不大，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，偏倚性低，空間分布較為均勻。

（3）研究區(qū)內(nèi)，重金屬污染程度從大到小排序為Cu>Zn>As>Cr>Pb。其中Pb屬于無污染，Cr、As、Zn屬于輕度污染，Cu屬于重度污染。

（4）研究區(qū)內(nèi)，各重金屬的致癌風(fēng)險都在癌癥風(fēng)險閾值范圍內(nèi)，Pb、Cr、As和Cu致癌風(fēng)險較低，并不能成為主要致癌風(fēng)險因素，對人體健康不會造成傷害。其中Pb皮膚接觸暴露風(fēng)險貢獻率為1×10-4，Cr呼吸接觸暴露風(fēng)險貢獻率1×10-5，As經(jīng)口攝入暴露風(fēng)險貢獻率為5×10-7，呼吸接觸暴露風(fēng)險貢獻率為2.170×10 -11，Cu經(jīng)口攝入暴露風(fēng)險貢獻率為1×10-6。

參考文獻：

[1]楊彥，陸曉松，李定龍，我國環(huán)境健康風(fēng)險評價研究進展[J].環(huán)境與健康雜志.2014，31（4）：357～362.

[2]紀小鳳，鄭娜，王洋，等.中國城市土壤重金屬污染研究現(xiàn)狀及展望[J]，土壤與作物，2016，5（1）：42～47.

[3]谷陽光，高富代，我國省會城市土壤重金屬含量分布與健康風(fēng)險評價[J].環(huán)境化學(xué)，201 7，36（1）：62～71.

[4]陳星，馬建華，李新寧，等.基于棕地的居民小區(qū)土壤重金屬健康風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)，2011，35（3）：1068～1074.

[5]中華人民共和國環(huán)保部.污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則（HJ25.32014）[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2014.

[6]US EPA. Supplemental guidance for developing soil screening levels for superfund sites [R]. Washington DC：US EPA， 2002.

[7]胡惠蓉，田昆.土壤學(xué)實驗指導(dǎo)教程[M].北京：中國林業(yè)出版社，2012，44～91.

[8]寧承江，李靜，雷永斌，等.阿拉爾棗園土壤重金屬含量測定及污染評價[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2017，（8）：52～56，60.

[9]何玉生.海口城市土壤重金屬污染特征與生態(tài)風(fēng)險評估[J].生態(tài)學(xué)雜志，2014，33（2）;421～428.