城郊蔬菜种植区健康风险评价范文

《环境科学研究杂志》2014年第九期

1健康风险评价方法

1.1健康风险评价模型化学致癌物健康风险评价模型。根据USEPA(美国国家环境保护局)综合风险信息系统(IRIS)数据库［18］及其他相关资料，得到式(1)(2)中Qi和RfD的参考值。

1.2日均暴露剂量污染物通过土壤、地下水和食物链等暴露介质，以及通过呼吸吸入、皮肤接触、经口摄入等暴露途径与人体接触．该研究中，人体暴露于蔬菜中化学污染物主要是经口摄入这一途径，日均暴露剂量计算见式(3);人体暴露于水体中化学污染物主要是经口摄入和皮肤吸收，日均暴露剂量计算见式(4)(5);土壤中化学污染物主要是通过摄食、皮肤及呼吸摄入，日均暴露剂量计算见式(6)～(8)．该研究中人体暴露于蔬菜和地下水时主要发生于指居住情景下，暴露于土壤主要发生于室外劳动情景下．人体暴露于水体经口摄入主要指饮用地下水;经皮肤摄入主要考虑洗澡或沐浴过程中对水的吸收，因为该过程中身体与水接触面积最大(全身暴露)、时间相对较长(男性占总涉水时间的51%，女性占23%)［24］．国内外缺少农业区或农民劳作期间相关的土壤暴露参数，故借鉴USEPA关于非住宅用地土壤暴露评估方法及室外劳动者的暴露参数推荐值。式中:Ding-v为个体暴露于蔬菜中化学污染物且经口摄入的暴露剂量，mg(kg•d);Ding-w、Dder-w分别为个体暴露于水体中化学污染物经口摄入、经皮肤摄入的暴露剂量，mg(kg•d);Ding-s、Dder-s、Dinh-s分别为个体暴露于土壤中化学污染物经摄食摄入、经皮肤摄入、经呼吸摄入的暴露剂量，mg(kg•d);C为污染物浓度，mgkg或mgL;IR1、IR2、IR3分别为日均蔬菜摄食量、地下水摄入量、土壤摄入量、空气摄入量，分别取0.355kgd［25］、1.425Ld［26］、100mgd［27］、15m3d［25］;EF1、EF2分别为蔬菜或水体暴露频率、土壤暴露频率，分别取350［22］、225da［27］］;ED1、ED2分别为蔬菜或水体暴露持续时间、土壤暴露持续时间，分别取30［22］、25a［27］;BW为个体平均体质量，取60kg［28］;AT1、AT2分别为蔬菜或水体暴露总时间、土壤暴露总时间，分别取365×30(致癌物取365×70)［22］、365×25(致癌物取365×70)d］;CF1、CF2分别为单位转化因子、转换因子，分别取0.001Lcm3［22］、10－6kgmg［27］;SA1、SA2分别为个体表面积、皮肤暴露总面积，分别取16800［24］、3300cm2［27］;PC为皮肤摄入系数，0.001cmh［29］;ET为日暴露时间，取0.25hd［24］;AF为皮肤黏附系数，取0.1mgcm2［30］;ABS为土壤皮肤吸收因子，为0.03，Cd为0.001［30］，Hg和Pb取0.001［18，31］;PEF为土壤尘产生因子，取1.36×109m3kg［27］．

2结果与分析

2.1土壤-蔬菜-地下水系统中重金属积累特征

2.1.1土壤中重金属积累特征武汉市城郊蔬菜种植区土壤中4种重金属质量分数的统计结果如表2所示．由表2可见，w()、w(Hg)、w(Cd)、w(Pb)的平均值分别为9.43、0.16、1.12、16.64mgkg．土壤重金属单项污染指数呈Cd＞＞Hg＞Pb的特征，可见，该区土壤大多出现Cd的中度污染(单项污染指数为3.73)，个别样品出现Hg的轻微污染。土壤污染累积指数反映了土壤的人为污染程度．该区Cd、Hg的土壤累积指数分别为6.51、2.00，说明除土壤本身原因以外的因素所带来的污染程度也较高，而土壤样品中w()、w(Pb)均未超过当地土壤背景值．变异系数反映数据的离散程度，该区w()和w(Hg)的变异系数分别为0.509和0.649，表明其在土壤中的含量空间分布不均匀，可能存在局部点源污染．

2.1.2蔬菜中重金属质量分数特征考虑到不同类别蔬菜对土壤重金属的吸收和富集存在差异性，人体对不同类别蔬菜的吸收程度也不同，将研究区62个蔬菜样品分为叶菜类、瓜果类、根茎类和豆类4个类别分别进行讨论．由表3可知，叶菜类中w(Pb)显著高于其他蔬菜种类，瓜果类中w()、w(Hg)相对较高，根茎类中w(Cd)最高．值得注意的是，特定的重金属种类更易富集于特定的蔬菜种类中，如更易富集于雪里蕻、黄瓜等蔬菜中，Hg易富集于四季豆、大蒜等蔬菜中，莴苣、豌豆等中w(Cd)较高，包菜、黄瓜等蔬菜中w(Pb)较高．各类别蔬菜变异系数大多超过0.500，变异系数较大说明即使在相同类别的蔬菜中，不同种类蔬菜重金属质量分数的差异性也较大．

2.1.3地下水中重金属质量浓度特征研究区地下水中重金属质量浓度见表4．15个采样点的ρ()、ρ(Hg)、ρ(Cd)、ρ(Pb)的平均值分别为0.020、0.001、0.003、0.083mgL，除ρ(Pb)外，其余平均值均未超过GBT14848—1993《地下水质量标准》中Ⅲ类标准限值［33］，表明地下水总体污染程度较轻．4种重金属质量浓度的变异系数由大到小顺序为Hg＞＞Cd＞Pb，除ρ(Pb)的变异系数小于0.500外，ρ(Hg)、ρ()、ρ(Cd)的变异系数均较大，反映出其在地下水中分布不均匀程度较高．

2.1.4土壤-蔬菜-地下水中重金属含量的关系为了说明土壤重金属积累对蔬菜和地下水重金属含量的影响，在研究区选取土壤、蔬菜和地下水对应的15个采样点，分别建立蔬菜中重金属质量分数(x)、地下水中重金属质量浓度(y)与土壤重金属质量分数(z)之间的相关性模型(见表5)．由表5可知，蔬菜中w()、w(Cd)与土壤中相应的w()、w(Cd)呈极显著相关，相关系数分别为0.912、0.820，土壤和蔬菜中可能部分来源于蔬菜种植过程施用的化肥农药及地下水灌溉［34］，而Cd是相对比较活泼的重金属元素;蔬菜和土壤中的w(Hg)呈显著相关．地下水中ρ(Hg)、ρ(Cd)、ρ(Pb)与土壤中相应的w(Hg)、w(Cd)、w(Pb)呈显著相关;而ρ()与土壤中的w()则呈极显著相关，相关系数高达0.822，这可能与在土壤中的存在形态有关，其不易被带负电荷的土壤胶体表面所固持，O43－、HO42－、O33－等水溶态的更易迁移至地下水体．可见，土壤中重金属的积累水平在一定程度上会影响地下水和蔬菜中相应重金属含量，甚至可能威胁到地下水的生态安全，或者通过食物链对人体健康带来潜在危害．武汉市城郊多数蔬菜种植区均属于水网洼地，土壤水与地下水系交换频繁，加之植物根系及其分泌物对土壤重金属元素的活化作用，使得积聚于土壤表层的重金属有可能迁移至深层土壤剖面、进而进入地下水的机会增加，也更易于被作物吸收．

2.2健康风险的评价

根据式(1)～(8)、相关参数及重金属含量测定值，计算得到成人通过不同暴露途径、不同暴露介质下的平均个人年风险，结果见表6．假设各重金属对人体健康的毒性作用呈相加关系，则4种重金属元素造成的总个人年风险为1.97×10－5a－1，其中平均个人致癌年风险占99.6%，即致癌风险真正对居民健康产生影响．总个人年风险在USEPA推荐的可接受风险阈值(10－6～10－4a－1)范围之内，亦未超出国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险值(5.0×10－5a－1)．从3种暴露途径看，经口暴露导致的个人年风险占总个人年风险的98.9%，各种重金属经口暴露的健康风险所占比例均较高，经皮肤、经呼吸暴露导致的健康风险所占比例较小．3种暴露介质下的健康风险水平顺序为:蔬菜＞地下水＞土壤(见图1)．经蔬菜、地下水、土壤摄入造成的个人年风险分别为1.23×10－5、7.08×10－6、2.91×10－7a－1，分别占总个人年风险的62.59%、35.93%、1.48%．非致癌年风险中，和Pb是经蔬菜摄入和地下水摄入造成风险的主要贡献元素;致癌年风险中，、Cd均经蔬菜和地下水摄入造成较大风险;各种重金属经土壤摄入造成的风险占非致癌、致癌年风险所占比例较小．

3讨论

该研究结果显示，重金属致癌风险特别是以蔬菜和地下水为介质经口摄入造成的致癌风险给居民健康带来较大危害，这与文献［27，35］的研究结果相一致．与其他区域(如芜湖市三山区)［27］研究结果相比，该研究区的健康风险并不高．但由于城郊蔬菜种植区较为特殊，其为城市提供大量农产品的同时又是城市的生态安全屏障，环境状况理应受到更多关注．健康风险评价本身包含了大量的不确定因素［36］．该研究考虑了3种暴露途径和3种暴露介质，尽可能全面地评价重金属对该区居民健康产生的影响，但尚存在很多局限性:①为简化健康风险计算过程，土壤、蔬菜和地下水中重金属含量仅采用平均值，地下水暴露主要考虑生活用水方面;②对于模型参数取值，涉及我国居民的暴露参数尽量使用国内研究成果，其余数据均参考国外权威资料;③只选取了几种典型重金属污染物，它们之间可能存在各种协同和拮抗作用．鉴于上述不确定和局限性因素的存在，该评价旨在尝试尽可能全面地揭示重金属经由何种暴露途径、何种暴露方式对城郊居民健康产生的风险及风险水平，更加全面细致的工作有待进一步深入研究．

4结论

a)武汉市城郊蔬菜种植区表层土壤中4种重金属的单项污染指数呈Cd＞＞Hg＞Pb的分布特征;Cd、Hg土壤累积指数分别为6.51、2.00，其人为污染较为严重;不同类别、不同种类蔬菜易于富集特定的重金属;地下水总体污染程度较轻．b)研究区蔬菜-土壤、地下水-土壤中同种重金属含量存在较高相关性．蔬菜中w()、w(Cd)分别与土壤w()、w(Cd)呈极显著相关，地下水中ρ()和土壤中w()呈极显著相关．c)3种暴露介质的健康风险水平顺序为蔬菜＞地下水＞土壤;经口暴露导致的个人年风险占总个人年风险的98.9%，经皮肤、经呼吸暴露导致的健康风险所占比例较小．4种重金属元素的总个人年风险为1.97×10－5a－1，其中致癌年风险占个人总风险的99.6%，研究区总个人年风险未超出国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险值(5.0×10－5a－1)，但要防止土壤-蔬菜-地下水系统的进一步污染．

作者：余忠胡学玉刘伟陈威柯跃进单位：中国地质大学(武汉)环境学院中国地质大学(武汉)，湿地演化与生态恢复湖北省重点实验室