某典型工业园周边农田土壤重金属的健康风险评估及来源解析

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随着城市化与工业化快速发展,土壤重金属污染问题异常突出。重金属具有持久性、不可降解性、高毒性等特点,一旦进入土壤环境,很难去除与修复。因此,准确掌握土壤重金属污染现状及其健康风险,揭示其主要污染来源,对土壤环境保护与防治具有重要意义。本研究以宝鸡市北部某工业园周边农田为研究对象,采集62对表层土壤及小麦籽粒样品,分析测定7种主要重金属元素(Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn),以当地背景值和国家农用地土壤污染风险筛选值为评价依据,利用富集系数、污染指数分析土壤重金属的富集状况、污染现状,并全面评估人类健康风险,通过地理探测器探究各环境因子的影响;在此基础上,利用有限混合分布模型和正定矩阵因子模型,揭示土壤重金属主要来源及其贡献。主要结果如下:(1)所研究的土壤重金属均有不同程度富集,其中Cd、Hg和Pb具有明显累积效应;在约50%的样本中,土壤Cd含量超过国家农用地土壤污染筛选值而表现出污染;研究区农田土壤重金属总体呈轻度污染水平。(2)土壤重金属的人类健康风险评估结果表明,单个土壤重金属的非致癌风险均小于1,其中以Zn、Cu、Cr最大;而其致癌风险也均低于1×10-4,以Cd和Ni为最高。多种金属的综合健康风险高于相应阈值;其中,儿童的非致癌风险高于成人,而成人的致癌风险则是儿童的3倍。单个重金属的健康风险尚处可接受范围,但其综合效应不容忽视。对比不同暴露途径的健康风险发现,经膳食摄入的非致癌与致癌风险均比非膳食暴露途径高出2-4个数量级,自种作物的食用可能是本研究区重金属暴露的主要途径。(3)土壤重金属的人体健康风险受人为和自然环境因素共同影响。其中,影响最大的人为环境因子有:距Pb-Zn冶炼厂距离、距燃煤电厂距离、距煤化工企业距离;影响最大的自然环境因子有:海拔和土壤p H。各因素间对健康风险的交互效应比单因素影响更为显著,且呈线性增强。(4)土壤重金属的来源解析结果显示,Cr、Cu和Ni主要源于自然输入;Pb-Zn冶炼活动是土壤Pb、Zn、Cd的主要来源;燃煤电厂的废烟废气排放则主导了Hg元素的分布;此外,交通排放和农业活动等对Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Cd也均有一定贡献。土壤Cr、Cu、Ni在本区的污染概率较低,无明显高风险热点区;Hg的污染风险概率中等,其高风险热点区临近燃煤电厂和Pb-Zn冶炼厂;Cd、Pb和Zn的污染风险则普遍较高,其高风险热点主要位于企业、村庄和交通要道周边。本研究结果揭示了研究区土壤重金属的富集状况、污染现状、人类健康风险及主要影响因子与污染来源。具有较高健康风险和复杂来源的农田土壤重金属污染,已对区域产地环境和当地居民的健康生活构成潜在威胁,应给予高度重视。
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