基于多模型評價的浙東某電鍍園區(qū)周邊表層土壤重金屬污染特征及風(fēng)險研究

關(guān)鍵詞：土壤；重金屬；評價方法；健康風(fēng)險評價

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）07-0197-07

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.058

Study on Characteristics and Risk Assessment of Heavy Metal Pollution in Surface Soil Around an Electroplating Park in Eastern Zhejiang Based on Multi-Model Evaluation

DIBaosheng，TANJiajia2，ZHENGQi，WULu （1.Zhejiang Environmental Monitoring Engineering Co.，Ltd.，Hangzhou31Oo12，China; 2.Zhejiang Ecological Environment Group Co.，Ltd.，Hangzhou 31oo23， China）

Abstract：Focused on thesurface soilssurroundingatypical electroplating industrial park ineastern Zhejiang，this study employed multiple methodologies toassess polution statusand healthrisks.Theresultsshowed thatinthesurface soil ofthestudyarea，exceptfor Hg，theaveragevalues ofother heavymetals exceeded thebackground values，showing enrichment，andsomeheavy metals hadlargecoeficientsofvariationandunevenspatialdistribution，whichwereseverely affcted byhumanactivities.Thecumulative index method indicates thattheoverallpolutionintheregion is light，but somepointshave heavy metalpolution.The potential ecologicalriskindex methodshows that theregionis heavilypollted by Cd，andattentionshouldbepaidtoelementssuchasHg，As，Cu，ndNi.Thehealthriskassessmentresultsshowthat adults face potentialnoncarcinogenicrisks，withoralintakebeingthe mainrouteandCrelementcontributingsignificantly; Thecarcinogenicriskis withinanacceptablerange，Cddoes notposeacarcinogenicisk，hileAs，Cr，andNihavecertain but controllable risks.

Keywords：soil; heavymetals;evaluationmethod; health risk assessment

土壤污染主要是由采礦活動和不受控制的工業(yè)排放造成的，已成為一個重大的全球挑戰(zhàn)[-2]。中國首次污染普查表明， 16% 的土壤樣本和約1/3的冶金和工業(yè)場所污染超標(biāo)[3。電鍍工藝作為諸多行業(yè)中不可或缺的表面處理技術(shù)，在推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時，也帶來環(huán)境問題[4-5]。電鍍過程產(chǎn)生重金屬污染物，會對生態(tài)系統(tǒng)造成持久且潛在的威脅。電鍍園區(qū)的土壤，作為這些污染物的主要承載介質(zhì)之一，其重金屬污染態(tài)勢逐漸成為社會各界高度關(guān)注的焦點[6-7]。

近年來，電鍍園區(qū)內(nèi)部及周邊表層土壤重金屬的研究較多。厲炯慧等通過研究海寧市電鍍工業(yè)園區(qū)周邊土壤的重金屬發(fā)現(xiàn)，Cd的生態(tài)危害最為嚴(yán)重。倪碧珩等以蘇州市某電鍍地塊為研究對象，發(fā)現(xiàn)該電鍍廠土壤受到Ni和 Cr（?） 的污染。郭鵬然等[10]以廣州市白云區(qū)兩電鍍廠為例，采集電鍍廠車間廢氣和周圍空氣及土壤樣品，發(fā)現(xiàn)土壤中的Cd、 Hg 和Z_n 達(dá)到中等污染程度。重金屬元素如Cd、Pb、Hg、As、Cr具有致癌性，會導(dǎo)致人體功能性障礙和不可逆損傷，對人體的健康有較大風(fēng)險。健康風(fēng)險評價主要涉及暴露評估、毒性評估和風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)等程序，旨在辨識并確認(rèn)主要危害因子以及人類所承受的危害[11]。施宸皓等[12通過研究發(fā)現(xiàn)，每百萬人口中，平均有13個成年人和8個兒童具有癌癥風(fēng)險

重金屬在土壤中累積，會通過食物鏈進(jìn)入人體，造成健康風(fēng)險[3]。因此，研究電鍍園區(qū)土壤重金屬污染，不僅具有重要的科學(xué)意義，更有著迫切的現(xiàn)實需求。本研究以浙東某典型電鍍園區(qū)為對象，運用地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法和健康風(fēng)險評價，對該園區(qū)周邊表層土壤進(jìn)行系統(tǒng)性的評價，為保障園區(qū)周邊居民安全以及人體健康提供科學(xué)依據(jù)。

1布點與方法

1.1點位布設(shè)

研究區(qū)地處浙江東部沿海，全新世的海相黑色淤泥質(zhì)土覆蓋于更新世的海陸空交互相堆積層之上。海水在完成沉積過程后逐漸退去，陸地顯露，這些構(gòu)成了第四紀(jì)地層。地表主要是灰色、灰黃色的亞黏土，部分區(qū)域由于特殊的地理條件發(fā)育成湖沼，并有沼澤泥炭堆積，這些地段的地基條件欠佳。

依據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站發(fā)布的《關(guān)于印發(fā) lt; 工業(yè)企業(yè)周邊土壤和地下水監(jiān)測技術(shù)指南（試行） gt; 的通知》（總站土字〔2024］73號），在該園區(qū)周邊 1km 范圍內(nèi)共計布設(shè)32個表層土壤點位。

1.2評價方法

1.2.1 地累積指數(shù)

地累積指數(shù)常用于評估重金屬污染程度。該方法將自然地質(zhì)過程導(dǎo)致的背景值以及人為活動引發(fā)的重金屬污染影響納入考量，通過全面分析這兩個關(guān)鍵因素，能夠更為精準(zhǔn)地評估重金屬污染程度，有效提升了評價尺度的精確性[14]。地累積指數(shù) I_geo 的計算公式為

I_geo=log₂（C_n/1.5B_n）

式中： C_n 表示土壤中金屬元素 n 的實測濃度值；B_n 表示土壤中金屬元素 n 的環(huán)境背景濃度值[5]

1.2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價

該方法綜合考慮重金屬沉積特征和毒性效應(yīng)，進(jìn)行重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險評估，計算公式為[16]

式中： RI 表示多元素綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)； E_rⁱ 表示單元素潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)； 表示毒性響應(yīng)系數(shù)，As為10，Cd為30， Cu 、Pb、Ni均為5， Hg 為40，Cr為2， Z_n 為1； C_fⁱ 表示單因子污染指數(shù)； C_i 表示實測值， mg/kg . C_i^b 表示參比值[17]，選用浙江省浙東平原區(qū)表層土壤平均值。評價方法及分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

1.2.3 健康風(fēng)險評價

本研究運用的人體健康風(fēng)險評價模型參考了美國環(huán)保署[18以及原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《中國人群暴露參數(shù)手冊》[19中提出的健康風(fēng)險模型。此模型以風(fēng)險度為評價的關(guān)鍵指標(biāo)，根據(jù)園區(qū)周邊的環(huán)境污染情況和人體健康狀況，評估園區(qū)周邊居民可能面臨的健康風(fēng)險[20]。對于不同暴露途徑下土壤重金屬的日均暴露量 ADD ，其具體的計算方式為

表1評價方法及分級標(biāo)準(zhǔn)

式中： c 表示重金屬元素實測值； ADD_ing ADD_inh 、 ADD_der 分別表示經(jīng)口攝入、經(jīng)呼吸攝入和經(jīng)皮膚攝入某重金屬的日均暴露量，其余各指標(biāo)含義如表2所示。

人體健康風(fēng)險分為非致癌風(fēng)險和致癌風(fēng)險，計算公式為

TCR=ΣCR=ΣADD_h×SF_h

式中： HI 表示特定重金屬元素經(jīng)所有暴露途徑累積產(chǎn)生的總非致癌風(fēng)險指數(shù)，用于衡量單一重金屬通過不同途徑對非致癌健康風(fēng)險的綜合影響程度； ADD_h 表示重金屬經(jīng) h 途徑攝入的重金屬日均暴露量； SF_h 表示重金屬經(jīng) h 途徑的斜率系數(shù)； RfD_h 表示重金屬經(jīng)h 途徑的參考劑量； HQ_h 表示單一元素在特定暴露途徑下的非致癌風(fēng)險商值，用于定量表征單一元素經(jīng)特定途徑進(jìn)入人體后引發(fā)非致癌健康效應(yīng)的相對風(fēng)險程度；TCR表示總致癌風(fēng)險值； CR 表示在某一特定暴露途徑下，所有元素共同作用所導(dǎo)致的總致癌風(fēng)險值。

若 HQ 或 HI 數(shù)值不大于1，非致癌風(fēng)險可忽略不計；若 HQ 或 HI 數(shù)值大于1，則存在非致癌健康風(fēng)險。當(dāng)CR或TCR數(shù)值小于 10^-6 時，不存在致癌風(fēng)險；當(dāng)CR或TCR數(shù)值為 10^-6～10^-4 時，致癌風(fēng)險處于可接受的區(qū)間；當(dāng) CR 或TCR數(shù)值大于 10^-4 時，個體暴露在該特定環(huán)境中會面臨一定的患癌風(fēng)險[20]。不同暴露途徑下土壤重金屬的 RfD 與 SF 值如表3所示[23-24]

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理

采用IBMSPSSStatistics27軟件和Origin2024軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

表2重金屬健康風(fēng)險評估中暴露參數(shù)的取值設(shè)定

表3不同暴露途徑下土壤重金屬的 RfD 與 SF 值

2 結(jié)果與討論

2.1土壤重金屬含量統(tǒng)計

該研究區(qū)域表層土壤中重金屬含量的描述性統(tǒng)計如表4所示，Cd、 Hg 、As、Pb、 cr 、 Cu ！ Z_n 和Ni的監(jiān)測質(zhì)量區(qū)間分別為 0.08～5.71 、 0.05～0.20 、 8.40～ 40.80、 18.00～296.00 、 25.00～1 400.00 、 17.00～ 814.00、 53.00～1400.00 、 22.00～550.00mg/kg ，平均值分別為0.570、0.089、15.250、44.600、191.000、108.000、297.000、 83.500mg/kg 。與浙江省浙東平原區(qū)表層土壤平均值相比較，除 Hg 外，其余所有重金屬的平均值均超過背景值，Cd、As、 ΔPb ！ Cr_? Cu、Z_n 和Ni的平均值分別為背景值的 3.4、2.7、1.2、3.7、 4.8、3.2和7.8倍，說明這些重金屬已經(jīng)在該研究區(qū)域產(chǎn)生明顯的富集現(xiàn)象，該地區(qū)土壤已受到人為活動的影響。

變異系數(shù)作為衡量污染物受人為影響程度以及分布均勻程度的重要指標(biāo)，其數(shù)值與人為活動影響程度和污染物分散程度呈正相關(guān)關(guān)系，即變異系數(shù)越大，表明受人類活動影響越大，且其分散程度也越高。研究區(qū)重金屬濃度變異系數(shù)排序依次為 Cdgt;Cugt;Crgt; Nigt;Pbgt;Zngt;Asgt;Hg ，Cd、 Cu 、 Cr 、Ni和Pb變異系數(shù)大于100，屬于高度變異范疇[25]。這一結(jié)果清晰地揭示出，該區(qū)域內(nèi)重金屬的空間分布呈現(xiàn)出極不均勻的狀態(tài)，并且受到人類生產(chǎn)活動的干擾極為嚴(yán)重[26]

2.2地累積指數(shù)法評價

由表5可知，研究區(qū)域表層土壤重金屬元素Cd、Hg、As、Pb、Cr、 Cu 、 Z_n 和Ni的地累積指數(shù)平均值分別為0.22、-0.68、0.70、-0.67、0.83、0.96、0.66和-1.17，其中 Hg 、Pb和Ni處于無污染狀態(tài)，Cd、As、Cr和 Cu 處于輕度污染狀態(tài)，僅 Z_n 處于無污染至中度污染范圍。

結(jié)合表5和圖1可知，重金屬元素Cd、 Hg 、As、 Pb 、 cr 、 Cu 、 Z_n 和Ni的地累積指數(shù)區(qū)間范圍分別為 -1.66～4.49 ！ -1.52～0.59 ！ -0.02～2.52 /-1.65～2.39_s-1.64～4.61_s-1.00～4.58_s-1.40～3.32 和 -2.67～ 1.97 ， Hg 、Pb和Ni元素?zé)o污染狀態(tài)占比較大，而 Z_n ！ Cu 、Cr和As元素主要以輕度污染狀態(tài)為主， c_r 、Cd和 Cu 元素出現(xiàn)重度污染，但總體上占比較小。綜上所述，該區(qū)域總體上重金屬污染較輕，但部分點位存在個別重金屬元素污染較重的現(xiàn)象。

表5地累積指數(shù)評價

圖1地累積指數(shù)污染占比

表4地塊周邊土壤重金屬分布特征描述性統(tǒng)計

2.3潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價

由表6可知，研究區(qū)域重金屬元素 Hg 、As、Pb、 Cr 人 c_u 、 Z_n 和Ni的單元素潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值均為輕微污染，而金屬元素Cd的中等污染與極強(qiáng)污染占比較高。

由頻率分布結(jié)果可知，研究區(qū)重金屬元素Pb和 Z_n 均為輕微污染，潛在生態(tài)危害相對較小。重金屬Cd的中等污染占 50% ，極強(qiáng)污染占 9.38% ，說明其在該研究區(qū)的潛在生態(tài)危害性較大。重金屬Hg 、As、 Cr， 、Cu和Ni的輕微污染占比較大，分別為68.75% 、 93.75% 、 96.88% 、 84.38% 和 81.25% 。

綜上所述，研究區(qū)受到重金屬元素Cd污染較大，同時還應(yīng)關(guān)注 Hg 、As、Cu和Ni等重金屬元素，應(yīng)提高重視，采取相關(guān)措施加強(qiáng)控制。相比于地累積指數(shù)評價結(jié)果，潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價總體上污染相對嚴(yán)重，這主要是由于地累積指數(shù)法僅考慮了土壤背景值，而潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法基于重金屬的生物毒性以及區(qū)域環(huán)境背景值等多方面因素進(jìn)行評價[27]。

表6潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價結(jié)果

2.4健康風(fēng)險評價

針對不同暴露途徑下土壤重金屬的非致癌風(fēng)險均值進(jìn)行分析（見表7），無論是兒童群體還是成人群體，與 HI 相對應(yīng)的不同暴露途徑所產(chǎn)生的風(fēng)險排序呈現(xiàn)出高度一致性，具體表現(xiàn)為經(jīng)口攝入（ （HQ_ing）gt; 皮膚接觸（ HQ_der ） gt; 呼吸吸入（ HQ_inh ）。其中，兒童群體的非致癌風(fēng)險均值為0.247，低于風(fēng)險閾值1；而成人群體的非致癌風(fēng)險均值則為1.05，高于風(fēng)險閾值1。這一結(jié)果表明該區(qū)域土壤重金屬對成人存在潛在的非致癌健康風(fēng)險。在所有暴露途徑之中，經(jīng)口攝入途徑的風(fēng)險均值在各類途徑中處于最高水平，成為致使人體面臨非致癌風(fēng)險的首要因素。

進(jìn)一步探究土壤各重金屬的潛在風(fēng)險，其非致癌風(fēng)險值均小于1，處于可接受安全范圍之內(nèi)。對于不同人群，在兒童群體中，鉻元素的 HQ_cr 為0.441，在該區(qū)域兒童總非致癌風(fēng)險中所占比例高達(dá) 52.22% 在成人方面， HQ_cr 為0.537，占該區(qū)域成人群體總非致癌風(fēng)險的 51.14% 。這一結(jié)果表明 Cr 元素是引發(fā)該區(qū)域非致癌風(fēng)險的主要貢獻(xiàn)因素。

在致癌風(fēng)險方面（見表8），土壤重金屬對兒童和成人的TCR值分別為 1.50×10^-4 和 1.59×10^-4 。這兩組數(shù)據(jù)均處于 1×10^-6～1×10^-4 ，充分表明該地區(qū)土壤重金屬引發(fā)的致癌風(fēng)險處于可接受范圍。進(jìn)一步分析各重金屬元素的致癌風(fēng)險，針對Cd元素，無論兒童還是成人，其 CR 值均小于 1×10^-6 ，說明Cd元素在該區(qū)域不會引發(fā)致癌風(fēng)險。而對于As、 Cr 和Ni元素，兒童和成人的CR值均大于 1×10^-6 且小于1×10^-4 ，雖然其具備一定的致癌風(fēng)險，但仍處于可接受的范圍。

綜上所述，本研究通過綜合評估土壤重金屬不同暴露途徑下的非致癌風(fēng)險和致癌風(fēng)險，為該區(qū)域的土壤環(huán)境質(zhì)量評價及健康風(fēng)險管控提供了科學(xué)依據(jù)。

表7土壤重金屬非致癌風(fēng)險

注： HQ_ing. ， HQ_inh 和 HQ_der 分別表示經(jīng)口攝入、經(jīng)呼吸攝入和經(jīng)皮膚攝入時的非致癌風(fēng)險商值。

表8土壤重金屬致癌風(fēng)險

注： CR_ing. ， CR_inh 和 CR_der 分別表示經(jīng)口攝入、經(jīng)呼吸攝入和經(jīng)皮膚攝入時的致癌風(fēng)險商值。

3結(jié)論

研究區(qū)表層土壤中，Cd、Hg、As、Pb、 Cr 、Cu 、 Z_n 和Ni等重金屬含量各異。除 Hg 外，其余重金屬平均值均超浙江省浙東平原區(qū)表層土壤背景值，呈現(xiàn)明顯富集，表明土攘受人為活動顯著影響。變異系數(shù)分析顯示，Cd、 Cu 、 cr 、Ni和Pb屬于高度變異，重金屬空間分布極不均勻，受人類生產(chǎn)活動干擾嚴(yán)重。

地累積指數(shù)法評價表明， Hg 、Pb和Ni處于無污染狀態(tài)，Cd、As、Cr和Cu為輕度污染， Z_n 處于無污染至中度污染范圍，區(qū)域總體污染較輕，但部分點位存在個別重金屬污染較重現(xiàn)象。潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法顯示， Hg 、As、Pb、Cr、Cu、 Z_n 和Ni單元素潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值多為輕微污染，Cd為強(qiáng)污染。綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)顯示，Cd、 Hg 、As、Cu和Ni為很強(qiáng)污染，Cr為強(qiáng)污染，Pb為中等污染， Z_n 為輕微污染，該區(qū)域受Cd污染較大， Hg 、As、Cu和Ni等也需要重點關(guān)注。

在非致癌風(fēng)險領(lǐng)域，兒童與成人在不同暴露途徑下的風(fēng)險排序相同，均呈現(xiàn)為經(jīng)口攝入的風(fēng)險最高，其次是皮膚接觸，呼吸吸入的風(fēng)險最低。成人的非致癌風(fēng)險均值超出了閾值，其中經(jīng)口攝入是導(dǎo)致非致癌風(fēng)險的主要途徑。Cr元素是引發(fā)非致癌風(fēng)險的關(guān)鍵因素，不過，各種重金屬的非致癌風(fēng)險值均處于安全范圍之內(nèi)。就致癌風(fēng)險而言，兒童和成人的總致癌風(fēng)險值TCR顯示，該地區(qū)土壤中重金屬所引發(fā)的致癌風(fēng)險處于可接受水平。Cd元素不會導(dǎo)致致癌風(fēng)險，而As、Cr和Ni元素雖然存在一定的致癌風(fēng)險，但仍然在可接受的范圍。

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