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基于土壤-作物-人体系统的耕地重金属污染评价和健康风险评估

李嘉蕊  
【摘要】:耕地是经济社会发展的基础,粮食安全是人类生存发展的基本需求,但由于工业以及科学技术的发展,重金属污染开始影响土壤质量,并进一步通过植物根系以及食物链进入农作物以及人体中,对人体健康产生危害。因此,在探讨土壤重金属污染的前提下,进一步研究土壤-作物-人体系统中的重金属污染风险具有理论意义和现实意义。本文选取X地级市下辖8区为研究区域,基于八种重金属(Cr、Pb、Cd、Hg、As、Cu、Zn、Ni)以及四种主要作物(粮食、水果、蔬菜、茶叶)中重金属含量数据,利用四种重金属污染风险评价方法确定土壤中重金属污染累积情况和主要重金属污染元素,分析了土壤中重金属含量与作物中重金属含量的关系,探讨了重金属污染物在土壤-作物系统的迁移累积特征和协同污染风险,并利用人体健康风险评价模型和靶标危害系数方法,分别评价了耕地土壤重金属和作物重金属对人体存在的致癌风险和非致癌风险,在此基础上,确定研究区域潜在风险的重金属元素的风险管控值和风险管控措施。本文的主要结论有:(1)耕地土壤中重金属Hg和Cd的污染累积情况最严重,应将二者作为存在潜在风险的重金属,且主要集中分布于中部偏东南地区,其八种重金属累积情况递减排序为:HgCdCuPbZnCrNiAs。(2)作物重金属中As、Ni、Cr、Pb、Zn、Cd的污染情况最为严重。在四种作物中,粮食作物超标情况最严重,达到Ⅲ级重度超标,其八种重金属污染指数的大小递减排序为:AsNiCrPbZnCdCuHg。作物重金属污染风险评价结果与土壤中的评价结果存在一定差异,这可能是由于众多外部因素也会直接或间接的影响作物中重金属的含量。(3)作物中重金属含量与土壤中重金属含量有较强的相关关系,其中粮食作物中重金属含量与土壤中重金属含量的相关性最强,其次是蔬菜和水果,土壤中重金属含量会对作物中重金属吸收存在一定的协同作用和抑制作用。Cb、Cu(作物)与Cd、Cu(土壤)分别存在极为显著的相关关系,土壤中Cd、Cu可能是作物中Cd、Cu的主要来源,除Hg外,其他作物中重金属也同土壤中非自身元素存在正相关和负相关关系。(4)不同作物对不同重金属的吸收能力存在一定差异,粮食的累积指数大于其他作物。在八种重金属元素中,Cd最容易被作物吸收,而Pb是最不容易在土壤-作物系统中发生迁移的重金属元素;综合质量指数超标评价结果表现为土壤和作物至少存在一个存在超标情况,重度污染的样点主要分布于研究区域中部偏西南地区,样点主要来自于粮食作物。(5)土壤重金属Cr儿童、成人的综合非致癌风险控制值分为0.76mg/kg、0.28mg/kg;土壤重金属Cr、Cd儿童和成人的综合致癌风险控制值范围分别为0.03mg/kg~2.91mg/kg、0.004mg/kg~0.38mg/kg;1.99mg/kg~198.76mg/kg、0.01mg/kg~1.28mg/kg。作物重金属As儿童和成人的综合风险值分别为0.35mg/kg和0.55mg/kg;作物重金属Cr儿童和成人的综合风险值分别为1.56mg/kg和2.43mg/kg;作物重金属Cd儿童和成人的二者的综合风险值分别为2.52mg/kg和3.92mg/kg。提出了研究区域重金属污染风险管控措施,包括耕地农田分区管理,加强重金属污染防治的科学管控,强化农产品污染防治的法律法规建设及政策研究,着力培育重金属污染防治产业,形成重金属治理体系建设。


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