農村土壤重金屬含量分布與健康風險評價

王冰

摘要依據農村土壤監測結果，對飲用水源地周邊、耕地、居民區周邊和養殖場周邊土壤的重金屬指標進行含量分布和健康風險評價。結果表明：農村土壤中重金屬含量的順序為Cr>Pb>As>Cd>Hg；農村養殖場周邊土壤中重金屬的含量較其他3個點位均偏高；重金屬對2類暴露人群的非致癌風險可以忽略；重金屬Cr、As和Cd呼吸吸入致癌風險均明顯小于10-6，重金屬As經口攝入、經皮膚接觸致癌風險對兒童和成年人的致癌風險均介于可以接受范圍內。

關鍵詞農村土壤；重金屬；含量分布；健康風險

中圖分類號X53文獻標識碼A文章編號0517-6611（2018）05-0147-03

AbstractBased on the results of monitoring in rural soil， the content distribution and health risk assessment of heavy metals in the surrounding area of drinking water sources， cultivated land， residential area and farms were evaluated.The results demonstrated that the content of heavy metal in rural soil was Cr>Pb>As>Cd>Hg；The contents of heavy metals in the soil around the farm were higher than those of the other three sites； The non carcinogenic risk of heavy metals in the two kinds of exposed population can be ignored； Heavy metals such as Cr， As and Cd were significantly less than 10-6 in respiratory inhalation cancer risk；The carcinogenic risk of As between oral intake and dermal contact to children and adults were within acceptable limits.

Key wordsRural soil； Heavy metals； Content distribution；Health risk

為了加強農村環境質量保護，真實反映農村區域的環境狀況，我國環境保護部要求各地每年開展對農村的環境監測工作，其中就包括農村土壤監測。目前，各地農村土壤監測僅依據《土壤環境質量標準》（GB 15618—1995）等標準文件對土壤環境質量、土壤污染結果進行評價，但未考慮不同土壤性質、土壤利用方式對土壤污染及人體暴露所造成的重大而直接的影響，也缺少農村土壤重金屬的含量分布、污染狀況與農村居民的生產、生活、身體健康等指標與人體健康有關的風險評價和評估。眾所周知，農村土壤與居民生活是直接接觸的，人們的生命、身體健康與農村土壤息息相關。隨著工業化進程和現代農業的發展，土壤重金屬污染帶來的潛在健康風險已經引起國內外研究人員的高度關注。谷陽光等[1]對我國31個省會城市的土壤重金屬研究發現，兒童和成年呼吸吸入重金屬致癌風險由高到低順序均為Cr、As、Ni、Cd，還指出我國大部分城市應該重視土壤砷污染。翟琨等[2]研究發現，在農業生產中需要及時監測、控制和修復土壤中Cd、Cr、As 3種重金屬污染物質的進入，將其限定在環境容量范圍內，確保土壤環境質量安全。

依據農村土壤監測結果，以農村飲用水源地周邊、耕地、居民區周邊和養殖場周邊的土壤作為研究對象，選取Cd、Hg、As、Pb、Cr共計5種重金屬，分析農村土壤重金屬含量分布特征，構建農村土壤重金屬健康風險評價模型，揭示農村土壤重金屬暴露風險。研究農村地區土壤環境質量與人體健康風險之間的關系，對于防止重金屬污染、重金屬危害人體健康，能夠提供相應的科學決策依據，具有一定的現實指導意義。

1材料與方法

1.1數據采集2014—2016年農村土壤共計監測7個村莊，每年每個村莊均設置4個土壤點位，即飲用水源地周邊土壤、耕地土壤、居民區周邊土壤和養殖場周邊土壤，共計28個土壤點位。每個土壤點位均進行Cd、Hg、As、Pb、Cr共5種重金屬的樣品采集和樣品監測。為便于數據統計分析，選取土壤點位時間上和空間上的均值，即選取飲用水源地周邊、耕地、居民區周邊、養殖場周邊的7個村莊3年監測數據的均值，以期代表不同農村土壤點位的重金屬污染狀況，評價農村飲用水源地周邊、耕地、居民區周邊和養殖場周邊的土壤重金屬健康風險。

1.2土壤重金屬健康風險評價模型

不同類型污染物通過土壤途徑進入人體后引起的健康風險的評價模型包括致癌物所致健康危害的風險模型和非致癌物所致健康危害的風險模型[2]。土壤重金屬對人體主要有非致癌風險和致癌風險，2種風險可分別通過以下公式進行計算[1]：

HI=HQi=ADDijRfDij（1）

CR=ADDij×SFij（2）

式中，HI為非致癌風險指數；i為某一種重金屬；HQi為非致癌重金屬i的單項健康風險指數；ADDij為非致癌重金屬i第j種暴露途徑的日均暴露量；RfDij為非致癌重金屬i第j種暴露途徑的參考劑量；CR為致癌風險；SFij為致癌重金屬i第j種暴露途徑的斜率系數。HQ或HI的數值大小，表示風險的大小，當HQ或HI小于1時，表示非致癌健康風險較小或者可以忽略；當HQ或HI大于1時，表示存在非致癌健康風險。美國環保署推薦的CR的土壤治理標準為大于10-6，也有研究認為CR在10-6～10-4時是可以接受的[3-5]，當CR小于10-6時，一般認為基本不存在致癌風險[6]。

兒童和成年人對土壤重金屬暴露途徑主要有經口攝取、呼吸吸入和皮膚接觸3種途徑。依據有關研究[7-8]，上述3種暴露量可通過平均每日劑量（ADD）公式（3）～（5）進行估算。公式（1）～（5）中的參數數值及物理含義見表1和表2。

重金屬經口攝入途徑日均暴露量：

ADDing=C×Ring×EF×ED×10-6BW×AT（3）

重金屬經呼吸吸入途徑日均暴露量：

ADDinh=C×Rinh×EF×EDPEF×BW×AT（4）

重金屬經皮膚接觸途徑日均暴露量：

ADDdermal=C×SA×SL×ABF×EF×ED×10-6BW×AT（5）

2結果與分析

2.1農村土壤重金屬的分布特征

農村土壤中重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cr的含量范圍分別為0.060～0.280、0.016～0.112、1.89～13.60、15.0～38.7、20.4～78.0 mg/kg；平均值分別為0.153、0.059、6.74、23.1、41.3 mg/kg；5種重金屬含量最大值均低于《土壤環境質量標準》（GB 15618—1995）二級標準限制，評價結果均為無污染；農村土壤中5種重金屬含量由大到小的順序為：Cr、Pb、As、Cd、Hg。

從農村土壤的4個不同點位5種重金屬的含量分布（圖1和圖2）可以看出，重金屬Cd的分布特征為：養殖場周邊=居民區周邊>耕地>飲用水源地周邊；重金屬Hg的分布特征為：居民區周邊>養殖場周邊>飲用水源地周邊>耕地；重金屬As的分布特征為：養殖場周邊>飲用水源地周邊>居民區周邊>耕地；重金屬Pb的分布特征為：養殖場周邊>居民區周邊>耕地>飲用水源地周邊；重金屬Cr的分布特征為：養殖場周邊>居民區周邊>飲用水源地周邊>耕地。由此得出，飲用水源地周邊土壤和耕地土壤的重金屬含量較農村養殖場周邊和居民區周邊土壤的含量是普遍偏低的，而農村養殖場周邊土壤中重金屬的含量較其他三者土壤表現均為偏高，表明農村養殖場周邊土壤的重金屬污染問題需要引起關注。

2.2農村土壤重金屬健康風險評價

農村不同土壤點位對兒童和成年人的非致癌暴露風險HQ值和HI值分別見表3和圖3。在農村飲用水源地周邊、耕地、居民區周邊、養殖場周邊的4個不同土壤點位中，5種重金屬對兒童非致癌暴露風險HQ值均大于對成年人的風險。單個重金屬HQ值在兒童和成年人排序均為：As>Cr>Pb>Cd/Hg。HQ值在4個不同土壤點位和2類暴露人群中均小于1，5種重金屬對2類暴露人群的綜合非致癌風險HI值也均小于1，表明單個重金屬或5種重金屬對2類暴露人群的非致癌風險均可以忽略。在4個土壤點位中，5種重金屬HI值在兒童和成年人之

間的排序為：養殖場周邊>居民區周邊>飲用水源地周邊>耕地，HI值的較高值出現在養殖場周邊土壤，需引起重視。

農村不同土壤點位對兒童和成年人的致癌暴露風險CR值見表4。3種致癌重金屬兒童和成年人呼吸吸入致癌風險

排序均為：Cr>As>Cd。三者CR值均明顯小于10-6。4個土壤點位經口攝入、經皮膚接觸致癌風險對兒童和成年

人分別為（1.61～3.09）×10-5、（1.57～2.11）×10-6，2種途徑的致癌風險均介于可以接受范圍內（10-6～10-4）。但美國環保署推薦的CR的土壤治理標準是大于10-6，所以農村土壤As需要引起足夠的重視，避免出現土壤As污染事故。由于目前只有As的經口攝入和皮膚接觸致癌參數，因此只考慮As經口攝入和皮膚接觸的致癌風險，未考慮其他2種致癌重金屬Cd和Cr經口攝入和皮膚接觸的致癌風險，故農村土壤重金屬致癌風險可能會比該研究評價所得到的風險更大[1]，對其他重金屬的致癌風險仍需進一步研究關注。

3結論

通過對農村飲用水源地周邊、耕地、居民區周邊和養殖場周邊土壤的5種重金屬指標進行含量分布和健康風險評價，結果表明：農村土壤中5種重金屬含量為：Cr>Pb>As>Cd>Hg。飲用水源地周邊土壤和耕地土壤的重金屬含量較農村養殖場周邊和居民區周邊土壤中的含量普遍偏低，而農村養殖場周邊土壤中重金屬的含量較其他三者土壤表現均為偏高。HQ和HI值均小于1，表明單個重金屬或5種重金屬對2類暴露人群的非致癌風險均可以忽略。HI值在4個土壤點位的排序為：養殖場周邊>居民區周邊>飲用水源地周邊>耕地。3種致癌重金屬呼吸吸入致癌風險排序均為：Cr>As>Cd。三者CR值均明顯小于10-6。重金屬As經口攝入、經皮膚接觸致癌風險對

兒童和成年人的致癌風險均介于可以接受范圍內。但美國環保署推薦的CR土壤治理標準大于10-6，故農村土壤As需要引起足夠的重視，避免出現土壤As污染事故。

參考文獻

[1]

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險評價[J].環境化學，2017，36（1）：62-71.

[2] 翟琨，向東山.恩施魔芋種植基地土壤重金屬污染及健康風險評價[J].河南農業科學，2015，44（10）：81-84.

[3] GU Y G，LIN Q，GAO Y P.Metals in exposedlawn soils from 18 urban parks and its human health implications in southern Chinas largest city，

Guangzhou[J].Journal of cleaner production，2016，115：122-129.

[4] GU Y G，GAO Y P，QIN L.Contamination，bioaccessibility and human

health risk of heavy metals in exposedlawn soils from 28 urban parks in southern Chinas largest city，Guangzhou[J].Applied geochemistry，2016，67：52-58.

[5] ZHAO L，XU Y F，HOU G H，et al.Source identification and health risk assessment of metals in urban soils around the Tanggu chemical industrial district，Tianjin，China[J].Science of the total environment，2014，468/469：654-662.

[6] 張永江，鄧茂，王詳炳，等.黔江區農業區域土壤重金屬健康風險評價[J].貴州師范大學學報（自然科學版），2016，34（2）：37-42.

[7] USEPA（US Environmental Protection Agency）.Risk assessment guidance for superfund volume I：Human health evaluation manual[R].Washington， DC：Office of Solid Waste and Emergency Response， US Environmental Protection Agency，1989.

[8] USEPA（US Environmental Protection Agency）.Soil screening guidance：technical background document：EPA/540/R-95/128）[R].Washington， DC： EPA Office of Solid Waste and Emergency Response，1996.

[9] 中華人民共和國環保部.污染場地風險評估技術導則：HJ 25.3-2014[S].北京：中國環境科學出版社，2014.

[10] USDOE（United States Department of Energy）.The risk assessment information system（RAIS）[R].U.S. Department of Energys Oak Ridge Operations Office （ORO），2011.

[11] USDE（US Department of Energy）.RAIS：Risk assessment information system[R].[s.l].U.S.Department of Energy，Office of Environment Management.2000.

[12] FERREIRABAPTISTA L，MIGUEL E D.Geochemistry and risk assessment of street dust in Luanda，Angola：A tropical urban environment[J].Atmospheric environment，2005，39（25）：4504-4512.

[13] 陳星，馬建華，李新宇，等.基于棕地的居民小區土壤重金屬健康風險評價[J].環境科學，2014，35（3）：1068-1074.