城郊蔬菜種植區(qū)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)范文

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《環(huán)境科學(xué)研究雜志》2014年第九期

1健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

1.1健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型化學(xué)致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。根據(jù)USEPA(美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局)綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)(IRIS)數(shù)據(jù)庫(kù)［18］及其他相關(guān)資料，得到式(1)(2)中Qi和RfD的參考值。

1.2日均暴露劑量污染物通過(guò)土壤、地下水和食物鏈等暴露介質(zhì)，以及通過(guò)呼吸吸入、皮膚接觸、經(jīng)口攝入等暴露途徑與人體接觸．該研究中，人體暴露于蔬菜中化學(xué)污染物主要是經(jīng)口攝入這一途徑，日均暴露劑量計(jì)算見(jiàn)式(3);人體暴露于水體中化學(xué)污染物主要是經(jīng)口攝入和皮膚吸收，日均暴露劑量計(jì)算見(jiàn)式(4)(5);土壤中化學(xué)污染物主要是通過(guò)攝食、皮膚及呼吸攝入，日均暴露劑量計(jì)算見(jiàn)式(6)～(8)．該研究中人體暴露于蔬菜和地下水時(shí)主要發(fā)生于指居住情景下，暴露于土壤主要發(fā)生于室外勞動(dòng)情景下．人體暴露于水體經(jīng)口攝入主要指飲用地下水;經(jīng)皮膚攝入主要考慮洗澡或沐浴過(guò)程中對(duì)水的吸收，因?yàn)樵撨^(guò)程中身體與水接觸面積最大(全身暴露)、時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)(男性占總涉水時(shí)間的51%，女性占23%)［24］．國(guó)內(nèi)外缺少農(nóng)業(yè)區(qū)或農(nóng)民勞作期間相關(guān)的土壤暴露參數(shù)，故借鑒USEPA關(guān)于非住宅用地土壤暴露評(píng)估方法及室外勞動(dòng)者的暴露參數(shù)推薦值。式中:Ding-v為個(gè)體暴露于蔬菜中化學(xué)污染物且經(jīng)口攝入的暴露劑量，mg(kg•d);Ding-w、Dder-w分別為個(gè)體暴露于水體中化學(xué)污染物經(jīng)口攝入、經(jīng)皮膚攝入的暴露劑量，mg(kg•d);Ding-s、Dder-s、Dinh-s分別為個(gè)體暴露于土壤中化學(xué)污染物經(jīng)攝食攝入、經(jīng)皮膚攝入、經(jīng)呼吸攝入的暴露劑量，mg(kg•d);C為污染物濃度，mgkg或mgL;IR1、IR2、IR3分別為日均蔬菜攝食量、地下水?dāng)z入量、土壤攝入量、空氣攝入量，分別取0.355kgd［25］、1.425Ld［26］、100mgd［27］、15m3d［25］;EF1、EF2分別為蔬菜或水體暴露頻率、土壤暴露頻率，分別取350［22］、225da［27］］;ED1、ED2分別為蔬菜或水體暴露持續(xù)時(shí)間、土壤暴露持續(xù)時(shí)間，分別取30［22］、25a［27］;BW為個(gè)體平均體質(zhì)量，取60kg［28］;AT1、AT2分別為蔬菜或水體暴露總時(shí)間、土壤暴露總時(shí)間，分別取365×30(致癌物取365×70)［22］、365×25(致癌物取365×70)d］;CF1、CF2分別為單位轉(zhuǎn)化因子、轉(zhuǎn)換因子，分別取0.001Lcm3［22］、10－6kgmg［27］;SA1、SA2分別為個(gè)體表面積、皮膚暴露總面積，分別取16800［24］、3300cm2［27］;PC為皮膚攝入系數(shù)，0.001cmh［29］;ET為日暴露時(shí)間，取0.25hd［24］;AF為皮膚黏附系數(shù)，取0.1mgcm2［30］;ABS為土壤皮膚吸收因子，為0.03，Cd為0.001［30］，Hg和Pb取0.001［18，31］;PEF為土壤塵產(chǎn)生因子，取1.36×109m3kg［27］．

2結(jié)果與分析

2.1土壤-蔬菜-地下水系統(tǒng)中重金屬積累特征

2.1.1土壤中重金屬積累特征武漢市城郊蔬菜種植區(qū)土壤中4種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示．由表2可見(jiàn)，w()、w(Hg)、w(Cd)、w(Pb)的平均值分別為9.43、0.16、1.12、16.64mgkg．土壤重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)呈Cd＞＞Hg＞Pb的特征，可見(jiàn)，該區(qū)土壤大多出現(xiàn)Cd的中度污染(單項(xiàng)污染指數(shù)為3.73)，個(gè)別樣品出現(xiàn)Hg的輕微污染。土壤污染累積指數(shù)反映了土壤的人為污染程度．該區(qū)Cd、Hg的土壤累積指數(shù)分別為6.51、2.00，說(shuō)明除土壤本身原因以外的因素所帶來(lái)的污染程度也較高，而土壤樣品中w()、w(Pb)均未超過(guò)當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸担儺愊禂?shù)反映數(shù)據(jù)的離散程度，該區(qū)w()和w(Hg)的變異系數(shù)分別為0.509和0.649，表明其在土壤中的含量空間分布不均勻，可能存在局部點(diǎn)源污染．

2.1.2蔬菜中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征考慮到不同類別蔬菜對(duì)土壤重金屬的吸收和富集存在差異性，人體對(duì)不同類別蔬菜的吸收程度也不同，將研究區(qū)62個(gè)蔬菜樣品分為葉菜類、瓜果類、根莖類和豆類4個(gè)類別分別進(jìn)行討論．由表3可知，葉菜類中w(Pb)顯著高于其他蔬菜種類，瓜果類中w()、w(Hg)相對(duì)較高，根莖類中w(Cd)最高．值得注意的是，特定的重金屬種類更易富集于特定的蔬菜種類中，如更易富集于雪里蕻、黃瓜等蔬菜中，Hg易富集于四季豆、大蒜等蔬菜中，萵苣、豌豆等中w(Cd)較高，包菜、黃瓜等蔬菜中w(Pb)較高．各類別蔬菜變異系數(shù)大多超過(guò)0.500，變異系數(shù)較大說(shuō)明即使在相同類別的蔬菜中，不同種類蔬菜重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異性也較大．

2.1.3地下水中重金屬質(zhì)量濃度特征研究區(qū)地下水中重金屬質(zhì)量濃度見(jiàn)表4．15個(gè)采樣點(diǎn)的ρ()、ρ(Hg)、ρ(Cd)、ρ(Pb)的平均值分別為0.020、0.001、0.003、0.083mgL，除ρ(Pb)外，其余平均值均未超過(guò)GBT14848—1993《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值［33］，表明地下水總體污染程度較輕．4種重金屬質(zhì)量濃度的變異系數(shù)由大到小順序?yàn)镠g＞＞Cd＞Pb，除ρ(Pb)的變異系數(shù)小于0.500外，ρ(Hg)、ρ()、ρ(Cd)的變異系數(shù)均較大，反映出其在地下水中分布不均勻程度較高．

2.1.4土壤-蔬菜-地下水中重金屬含量的關(guān)系為了說(shuō)明土壤重金屬積累對(duì)蔬菜和地下水重金屬含量的影響，在研究區(qū)選取土壤、蔬菜和地下水對(duì)應(yīng)的15個(gè)采樣點(diǎn)，分別建立蔬菜中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)(x)、地下水中重金屬質(zhì)量濃度(y)與土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)(z)之間的相關(guān)性模型(見(jiàn)表5)．由表5可知，蔬菜中w()、w(Cd)與土壤中相應(yīng)的w()、w(Cd)呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.912、0.820，土壤和蔬菜中可能部分來(lái)源于蔬菜種植過(guò)程施用的化肥農(nóng)藥及地下水灌溉［34］，而Cd是相對(duì)比較活潑的重金屬元素;蔬菜和土壤中的w(Hg)呈顯著相關(guān)．地下水中ρ(Hg)、ρ(Cd)、ρ(Pb)與土壤中相應(yīng)的w(Hg)、w(Cd)、w(Pb)呈顯著相關(guān);而ρ()與土壤中的w()則呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.822，這可能與在土壤中的存在形態(tài)有關(guān)，其不易被帶負(fù)電荷的土壤膠體表面所固持，O43－、HO42－、O33－等水溶態(tài)的更易遷移至地下水體．可見(jiàn)，土壤中重金屬的積累水平在一定程度上會(huì)影響地下水和蔬菜中相應(yīng)重金屬含量，甚至可能威脅到地下水的生態(tài)安全，或者通過(guò)食物鏈對(duì)人體健康帶來(lái)潛在危害．武漢市城郊多數(shù)蔬菜種植區(qū)均屬于水網(wǎng)洼地，土壤水與地下水系交換頻繁，加之植物根系及其分泌物對(duì)土壤重金屬元素的活化作用，使得積聚于土壤表層的重金屬有可能遷移至深層土壤剖面、進(jìn)而進(jìn)入地下水的機(jī)會(huì)增加，也更易于被作物吸收．

2.2健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)

根據(jù)式(1)～(8)、相關(guān)參數(shù)及重金屬含量測(cè)定值，計(jì)算得到成人通過(guò)不同暴露途徑、不同暴露介質(zhì)下的平均個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果見(jiàn)表6．假設(shè)各重金屬對(duì)人體健康的毒性作用呈相加關(guān)系，則4種重金屬元素造成的總個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)為1.97×10－5a－1，其中平均個(gè)人致癌年風(fēng)險(xiǎn)占99.6%，即致癌風(fēng)險(xiǎn)真正對(duì)居民健康產(chǎn)生影響．總個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)在USEPA推薦的可接受風(fēng)險(xiǎn)閾值(10－6～10－4a－1)范圍之內(nèi)，亦未超出國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)值(5.0×10－5a－1)．從3種暴露途徑看，經(jīng)口暴露導(dǎo)致的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)占總個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)的98.9%，各種重金屬經(jīng)口暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)所占比例均較高，經(jīng)皮膚、經(jīng)呼吸暴露導(dǎo)致的健康風(fēng)險(xiǎn)所占比例較小．3種暴露介質(zhì)下的健康風(fēng)險(xiǎn)水平順序?yàn)?蔬菜＞地下水＞土壤(見(jiàn)圖1)．經(jīng)蔬菜、地下水、土壤攝入造成的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)分別為1.23×10－5、7.08×10－6、2.91×10－7a－1，分別占總個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)的62.59%、35.93%、1.48%．非致癌年風(fēng)險(xiǎn)中，和Pb是經(jīng)蔬菜攝入和地下水?dāng)z入造成風(fēng)險(xiǎn)的主要貢獻(xiàn)元素;致癌年風(fēng)險(xiǎn)中，、Cd均經(jīng)蔬菜和地下水?dāng)z入造成較大風(fēng)險(xiǎn);各種重金屬經(jīng)土壤攝入造成的風(fēng)險(xiǎn)占非致癌、致癌年風(fēng)險(xiǎn)所占比例較?。?/p>

3討論

該研究結(jié)果顯示，重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)特別是以蔬菜和地下水為介質(zhì)經(jīng)口攝入造成的致癌風(fēng)險(xiǎn)給居民健康帶來(lái)較大危害，這與文獻(xiàn)［27，35］的研究結(jié)果相一致．與其他區(qū)域(如蕪湖市三山區(qū))［27］研究結(jié)果相比，該研究區(qū)的健康風(fēng)險(xiǎn)并不高．但由于城郊蔬菜種植區(qū)較為特殊，其為城市提供大量農(nóng)產(chǎn)品的同時(shí)又是城市的生態(tài)安全屏障，環(huán)境狀況理應(yīng)受到更多關(guān)注．健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)本身包含了大量的不確定因素［36］．該研究考慮了3種暴露途徑和3種暴露介質(zhì)，盡可能全面地評(píng)價(jià)重金屬對(duì)該區(qū)居民健康產(chǎn)生的影響，但尚存在很多局限性:①為簡(jiǎn)化健康風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算過(guò)程，土壤、蔬菜和地下水中重金屬含量?jī)H采用平均值，地下水暴露主要考慮生活用水方面;②對(duì)于模型參數(shù)取值，涉及我國(guó)居民的暴露參數(shù)盡量使用國(guó)內(nèi)研究成果，其余數(shù)據(jù)均參考國(guó)外權(quán)威資料;③只選取了幾種典型重金屬污染物，它們之間可能存在各種協(xié)同和拮抗作用．鑒于上述不確定和局限性因素的存在，該評(píng)價(jià)旨在嘗試盡可能全面地揭示重金屬經(jīng)由何種暴露途徑、何種暴露方式對(duì)城郊居民健康產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)及風(fēng)險(xiǎn)水平，更加全面細(xì)致的工作有待進(jìn)一步深入研究．

4結(jié)論

a)武漢市城郊蔬菜種植區(qū)表層土壤中4種重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)呈Cd＞＞Hg＞Pb的分布特征;Cd、Hg土壤累積指數(shù)分別為6.51、2.00，其人為污染較為嚴(yán)重;不同類別、不同種類蔬菜易于富集特定的重金屬;地下水總體污染程度較輕．b)研究區(qū)蔬菜-土壤、地下水-土壤中同種重金屬含量存在較高相關(guān)性．蔬菜中w()、w(Cd)分別與土壤w()、w(Cd)呈極顯著相關(guān)，地下水中ρ()和土壤中w()呈極顯著相關(guān)．c)3種暴露介質(zhì)的健康風(fēng)險(xiǎn)水平順序?yàn)槭卟耍镜叵滤就寥?經(jīng)口暴露導(dǎo)致的個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)占總個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)的98.9%，經(jīng)皮膚、經(jīng)呼吸暴露導(dǎo)致的健康風(fēng)險(xiǎn)所占比例較?。?種重金屬元素的總個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)為1.97×10－5a－1，其中致癌年風(fēng)險(xiǎn)占個(gè)人總風(fēng)險(xiǎn)的99.6%，研究區(qū)總個(gè)人年風(fēng)險(xiǎn)未超出國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)值(5.0×10－5a－1)，但要防止土壤-蔬菜-地下水系統(tǒng)的進(jìn)一步污染．

作者：余忠胡學(xué)玉劉偉陳威柯躍進(jìn)單位：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，濕地演化與生態(tài)恢復(fù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室