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    北京平原區(qū)土壤鎘空間分布特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

    2019-12-23 07:23:39楊雪玲劉慧琳葛暢聶超甲孔晨晨張世文
    江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年20期
    關(guān)鍵詞:農(nóng)田土壤空間分布

    楊雪玲 劉慧琳 葛暢 聶超甲 孔晨晨 張世文

    摘要:以北京平原區(qū)農(nóng)業(yè)用地作為研究對(duì)象,基于變異函數(shù)理論、經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析、地統(tǒng)計(jì)分析、經(jīng)驗(yàn)貝葉斯克里格插值法等方法對(duì)不同土壤深度(0~25、25~50 cm)鎘的空間分布特征及健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,0~25、25~50 cm變異函數(shù)塊基比值均小于75%,屬中等空間變異,隨機(jī)因素帶來的空間變異性隨土壤深度增加呈減少趨勢(shì),變異函數(shù)擬合較好;從整體看,土壤鎘含量由中部至東南部呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì),平均含量以通州和平谷為最高;在空間分布上,不同土壤深度(0~25、25~50 cm)鎘含量水平分布格局基本一致;根據(jù)單因子污染指數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),整個(gè)研究區(qū)土壤鎘含量存在輕度-中度污染,不同土壤深度污染指數(shù)點(diǎn)位超標(biāo)率分別為35.11%(0~25 cm)、12.76%(25~50 cm),0~25 cm土壤輕度-中度污染的覆蓋面積約為 3 152.49 km2;方差分析表明,不同種植模式(果園、耕地、菜地)對(duì)0~25 cm土壤鎘有顯著性影響(P<0.05),耕地模式下鎘含量累積較小;不同母質(zhì)類型對(duì)25~50 cm土壤存在極顯著性影響(P<0.01),不同土壤深度以洪積物母質(zhì)中的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為最高;經(jīng)口攝入是人群暴露重金屬鎘的主要途徑,不同功能區(qū)重金屬鎘對(duì)人體的非致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)值HQ和致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)值CR均在安全閾值內(nèi),不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生明顯的健康危害。

    關(guān)鍵詞:農(nóng)田土壤;重金屬鎘;空間分布;變異函數(shù);健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià);北京平原區(qū)

    中圖分類號(hào): X825;X53?文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

    文章編號(hào):1002-1302(2019)20-0260-06

    隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展,土壤污染已成為當(dāng)今世界最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。在2005年至2013年全國首次土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果中,土壤污染總點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)16.1%,而土壤重金屬污染就占到82.8%,其中以鎘污染尤為突出[1]。我國近幾年在土壤污染控制方面做出了顯著的成績,如三廢的處理、污水灌溉控制以及農(nóng)藥改進(jìn)及施用方面等[2-10],但土壤污染具有的來源廣、隱蔽性、積累性、地域差異性、治理費(fèi)用昂貴等特點(diǎn),使得土壤污染防控的進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上工業(yè)、交通、生活、農(nóng)業(yè)等所帶來的一系列土壤污染,預(yù)期在未來幾年,土壤污染問題會(huì)持續(xù)加重,尤其是農(nóng)業(yè)用地安全直接關(guān)系著民生民計(jì),對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展、人們生活質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)平衡、甚至是社會(huì)穩(wěn)定都有著不可忽視的影響[11-14]。

    重金屬鎘主要積累于土壤表層,而部分可溶態(tài)鎘會(huì)隨降水下滲遷移從而發(fā)生次生污染。相關(guān)研究表明,鎘元素不是動(dòng)植物的必需元素,與其他重金屬相比,鎘因本身理化特性具有較強(qiáng)的生物遷移性和毒性,更易被植物吸收,并通過食物鏈進(jìn)入人體,以更高的生物有效性對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生毒害作用[15-17]。很多學(xué)者對(duì)北京市水平空間上[18-20]、不同土地類型[21-23]、不同功能區(qū)[24]土壤重金屬污染狀況研究較多。陳同斌等經(jīng)過系統(tǒng)研究在2004年提出北京市重金屬元素環(huán)境背景值,其中鎘為0.119 mg/kg[25];索琳娜等認(rèn)為,北京市菜地重金屬鎘、鉻、銅、鋅存在累積污染風(fēng)險(xiǎn),但總體土壤環(huán)境安全[26];2018年Wang等研究揭示了北京城市化進(jìn)程改變了土壤的生態(tài)功能,土地利用模式的轉(zhuǎn)變改變了由人為因素引起的重金屬積累過程[27]。田媛等認(rèn)為,北京不同功能區(qū)鎘、鉛、銅3種重金屬均存在不同程度的污染,且以鎘污染最為嚴(yán)重[24];Sun等研究表明,北京不同土地利用模式重金屬鎘明顯比其他重金屬具有更高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[28]。蔣紅群等采用克里格插值法預(yù)測(cè)了北京市未來30年土壤重金屬含量變化趨勢(shì),并得出未來北京東部地區(qū)鎘的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)最為嚴(yán)重并呈帶狀分布[29];綜上所述,未來在應(yīng)對(duì)土壤污染問題時(shí)更應(yīng)關(guān)注重金屬鎘的防控與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),目前對(duì)于北京土壤重金屬的研究更多關(guān)注表層土重金屬水平分布變化,而針對(duì)性地研究平原區(qū)農(nóng)業(yè)用地土壤重金屬垂直空間分布變化特征和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面少有報(bào)道。因此,及時(shí)監(jiān)測(cè)不同深度土壤中鎘含量的水平和垂直空間分布特征以及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,為研究分析該區(qū)重金屬鎘的污染狀況以及進(jìn)行綜合防控提供科學(xué)依據(jù)支撐。

    1?材料與方法

    1.1?研究區(qū)概況

    北京市地處華北平原的北部,經(jīng)緯度范圍為39.4~41.6°N、115.7°~117.4°E,位于太行山山脈、燕山山脈和華北平原的交接部位,共擁有16 410.54 km2的土地面積,其中山地占2/3,平原占1/3。根據(jù)北京市數(shù)字高程模型,結(jié)合農(nóng)業(yè)用地(耕地、果園、菜地)的實(shí)際空間分布情況,將高程小于100 m的中部和東南部平原地帶作為研究區(qū),統(tǒng)計(jì)面積約為 7 686 km2,研究區(qū)從南向北按功能區(qū)劃分依次包括都市生活區(qū)的海淀和豐臺(tái),農(nóng)業(yè)保障區(qū)的大興區(qū)、房山區(qū)、順義區(qū)和通州區(qū),水源保護(hù)區(qū)的昌平區(qū)、懷柔區(qū)、平谷區(qū)和密云縣,3種功能區(qū)共10個(gè)區(qū)(縣、市),西北部山地區(qū)域未設(shè)置采樣點(diǎn)。

    1.2?樣品采集與分析

    針對(duì)北京菜地、果園和耕地等3種種植模式選取94個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置不同土壤深度(0~25、25~50 cm)進(jìn)行采樣,布點(diǎn)范圍覆蓋上述平原區(qū)各區(qū)(縣),利用GPS工具對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行定位,同時(shí)記錄采樣點(diǎn)基本信息,包括功能區(qū)屬性、種植模式、土壤類型和土質(zhì)等。每個(gè)樣點(diǎn)選取中心點(diǎn)及相鄰兩角,并將同一深度土樣混合作為代表該點(diǎn)的樣品,取約1 kg土樣裝入密封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室,去除動(dòng)植物殘?bào)w、石子等異物后,在自然條件下風(fēng)干、磨碎,過篩后留存樣品以待檢測(cè)。重金屬鎘測(cè)定方法選擇ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜法,分析過程所用試劑均為優(yōu)級(jí)純。采樣時(shí)間選于2015年6月,采樣點(diǎn)分布位置見圖1。

    1.3?研究方法

    1.3.1?變異函數(shù)

    變異函數(shù)是研究區(qū)域?qū)ο蠓蔷|(zhì)性描述的一種手段,反映了區(qū)域變量的結(jié)構(gòu)特性(結(jié)構(gòu)函數(shù))。區(qū)域化變量在某方向上距離h增量的方差,稱為區(qū)域化變量在該方向上的變異函數(shù)。變異函數(shù)計(jì)算公式如下:

    式中:C0為塊金值,是因測(cè)量誤差或小于采樣間隔距離處而產(chǎn)生的空間變化;C1值為偏基臺(tái)值,又稱結(jié)構(gòu)方差,反映空間結(jié)構(gòu)性,C=C0+C1為基臺(tái)值,指變異函數(shù)模型在變程處所獲得的y軸上的值;模型首次呈現(xiàn)水平狀態(tài)的距離稱為變程,變程A=3a。

    1.3.2?潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

    (1)單因子污染指數(shù),即對(duì)土壤中單個(gè)因子的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià),其計(jì)算公式:

    式中:Pi為某一污染因子的污染指數(shù)值;Ci為該污染因子的實(shí)際測(cè)定值;Si為該污染因子環(huán)境背景值。依據(jù)國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),本研究將Pi≤0.7的土樣定義為清潔無污染;0.73.0為重度污染。

    (2)單個(gè)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù):

    式中:Ei指某單一污染物的潛在風(fēng)險(xiǎn)程度;Ti表示重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)(鎘的毒性響應(yīng)系數(shù)為30[30]);潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)劃分為5個(gè)等級(jí):Ei<30為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),30≤Ei<60為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),60≤Ei<120為較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),120≤Ei<240為高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),Ei≥240為極高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

    1.3.3?經(jīng)驗(yàn)貝葉斯克里格法

    目前使用較普遍的克里格插值分析方法具有一定的平滑效應(yīng),不能反映土壤屬性的突變性,如普通克里格、簡單克里格等。隨著北京經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,找到完全未受干擾的“潔凈”土壤幾乎是不可能的,土壤中單個(gè)重金屬含量受到內(nèi)外界因素的擾動(dòng),在空間分布上具有很大的變異程度,因此使用傳統(tǒng)的線性克里格插值方法是不適合的。經(jīng)驗(yàn)貝葉斯克里格法通過模擬多個(gè)半變異函數(shù)來說明半變異函數(shù)估計(jì)的不確定性,考慮了半變異函數(shù)的不確定性,可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)一般程度上不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。

    1.3.4?健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

    健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型:本研究評(píng)價(jià)兒童和成人通過經(jīng)口攝取、呼吸吸入和皮膚接觸3種途徑對(duì)重金屬鎘的健康風(fēng)險(xiǎn)主要根據(jù)美國環(huán)保署提出的人體暴露健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型,土壤重金屬對(duì)人體健康存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)和致癌風(fēng)險(xiǎn),其計(jì)算公式及參數(shù)取值見參考文獻(xiàn)[31-33]。

    2?結(jié)果與分析

    2.1?基于變異函數(shù)土壤鎘空間相關(guān)性特征描述

    運(yùn)用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)分析工具研究不同尺度下的變異函數(shù),進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整,考慮殘差和最小和擬合相關(guān)系數(shù)最大原則,從而擬合出最優(yōu)變異函數(shù)模型。

    變異函數(shù)反映區(qū)域化變量的結(jié)構(gòu)性特征,參數(shù)變程A代表區(qū)域化變量的影響范圍,塊金常數(shù)C0值可表征區(qū)域化變量隨機(jī)性的大小,塊基比C0/(C0+C1)可用來衡量某一變量的空間相關(guān)性,它表示由于隨機(jī)因素產(chǎn)生的空間變化在空間總變異中所占的比例,當(dāng)塊基比>75%時(shí),屬弱空間相關(guān)性,在25%~75%之間時(shí)為中等空間相關(guān)性,<25%時(shí)則代表該變量具有強(qiáng)烈空間相關(guān)性[34]。由圖3可知,0~25、25~50 cm變異函數(shù)擬合殘差和RSS分別為-0.312、-0.103,擬合相關(guān)系數(shù)R2分別為0.497、0.716,隨著土壤深度增加,變異函數(shù)擬合效果越好;0~25、25~50 cm土壤鎘的塊基比值分別為39.5%、55.0%,均處在25%~75%之間,屬于中等空間變異,且前者空間相關(guān)性大于后者,0~25 cm塊基比小于50%,說明其結(jié)構(gòu)因素占主導(dǎo)。土壤鎘變程0~25 cm 較大,為 90 km,25~50 cm變程較小,為84.04 km,不同深度土壤鎘空間最大相關(guān)距離差別不大。對(duì)于0~25 cm土壤鎘變異函數(shù)平均值點(diǎn)分布較分散,而25~50 cm土壤平均值點(diǎn)較穩(wěn)定,變異函數(shù)擬合程度較好。

    2.2?土壤鎘描述統(tǒng)計(jì)分析

    由表1可知,除昌平區(qū)外,所有采樣區(qū)0~25 cm表層土壤鎘含量均值明顯高于對(duì)應(yīng)25~50 cm土壤重金屬鎘含量,這主要由鎘本身性質(zhì)、生物毒性特征和遷移轉(zhuǎn)化能力決定,昌平區(qū)25~50 cm土壤鎘含量高的原因可能與該區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景(如成土母質(zhì)、質(zhì)地構(gòu)型、土壤類型等)有關(guān);對(duì)于0~25 cm土壤,通州區(qū)鎘含量均值最高,為0.22 mg/kg,是土壤環(huán)境背景值的1.82倍,平谷區(qū)次之,鎘含量達(dá)0.16 mg/kg,通州區(qū)變異系數(shù)最大為1.40(>1.00),屬于極高程度變異,順義區(qū)變異系數(shù)次高為0.58,介于0.51~1.00之間,屬于高度變異,兩者按功能區(qū)劃分都屬于農(nóng)業(yè)保障區(qū),其主要來源有化肥施用、廢水灌溉、有機(jī)肥如畜禽糞便投放污染等[20],由此說明兩區(qū)土壤鎘受外界人為因素干擾很大,采樣點(diǎn)受到不同程度的污染;懷柔區(qū)鎘變異系數(shù)小于0.20,屬較低程度變異,其他區(qū)(縣)均在0.21~0.50之間,屬中等程度變異[35]。對(duì)于25~50 cm土壤中的重金屬鎘,各區(qū)(縣)含量均處在0.06~0.13 mg/kg,除平谷、通州鎘含量≥0.119 mg/kg之外,其他區(qū)縣均在土壤鎘環(huán)境背景值內(nèi)。

    0~25、25~50 cm的土壤樣點(diǎn)總超標(biāo)率分別為35.11%、12.76%,單因子污染指數(shù)Pi在不同區(qū)域的值存在差異。對(duì)于0~25 cm昌平區(qū)、密云縣的鎘污染指數(shù)Pi均值為0.58、0.67,Pi均值<0.7,說明2個(gè)區(qū)縣農(nóng)業(yè)用地均未受到污染,為清潔水平;同理,大興區(qū)、豐臺(tái)區(qū)、懷柔區(qū)、順義區(qū)的Pi均值分別為0.93、0.99、0.89、1.00,處于0.7~1,為尚清潔,但處于警戒線水平,應(yīng)予以重視,加強(qiáng)農(nóng)業(yè)管控;0~25 cm土壤35.11%的樣點(diǎn)存在輕度-中度污染,房山區(qū)、海淀區(qū)、平谷區(qū)Pi均值分別為1.10、1.18、1.36,屬輕度污染;通州區(qū)鎘污染指數(shù)Pi最大值為8.99,其Pi均值為1.82,是所有采樣區(qū)中的最大值,說明該研究點(diǎn)污染相對(duì)較嚴(yán)重,蔣紅群等運(yùn)用通量模型分析重金屬鎘的4種主要來源途徑及貢獻(xiàn)率:污水灌溉(69.8%)>禽畜糞便(29.7%)>化肥(0.5%)>大氣沉降(0.2%),可知污水灌溉和禽畜糞便對(duì)Cd的貢獻(xiàn)較大[29],因此,在土壤重金屬Cd防控治理中,要加強(qiáng)重視對(duì)這2類來源的管理與控制;25~50 cm土壤Pi均值除平谷區(qū)為1.05稍大點(diǎn)外,其他地區(qū)Pi平均值均≤1,屬清潔或尚清潔水平。從整個(gè)研究區(qū)來看,土壤0~25 cm 重金屬鎘潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均值為31.56,處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平,通州、平谷、海淀、昌平、密云和順義土壤表層重金屬鎘潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)處在中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平,其他區(qū)(縣)處在輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。25~50 cm 重金屬鎘潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均值為21.45,為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平(除平谷Ei均值稍大于30,其余區(qū)縣均在輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平)。

    通過ArcGIS軟件中的地統(tǒng)計(jì)分析工具對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)貝葉斯克里格法插值分析和面積統(tǒng)計(jì)運(yùn)算得出圖3和表2。由圖3可以看出,北京市不同區(qū)域、不同深度土壤中重金屬含量和污染情況存在差異性。由圖3-a可知,0~25 cm土壤重金屬鎘含量范圍為0.07~0.26 mg/kg,且鎘含量由北京市的中部到東南部呈現(xiàn)帶狀逐漸增加的趨勢(shì)?東南部的通州區(qū)鎘含量達(dá)最高,這與蔣紅群等預(yù)測(cè)的北京市重金屬含量空間變化結(jié)果基本一致[29]。中部的昌平區(qū)及北部的密云縣重金屬鎘含量很低。由圖3-b可知,25~50 cm土壤重金屬鎘含量值范圍在 0.05~0.14 mg/kg,鎘含量的整體分布情況與0~25 cm土壤基本一致,也呈現(xiàn)中部向東南部逐漸增加的情況,且各區(qū)(縣)的25~50 cm土壤鎘含量基本低于0~25 cm 土壤鎘含量。

    運(yùn)用ArcGIS面積統(tǒng)計(jì)工具對(duì)北京平原區(qū)鎘污染等級(jí)空間分布進(jìn)行分析得出表2,0~25 cm表層土壤鎘污染指數(shù)Pi范圍在0.7~1.0(尚清潔)的面積大約為4 277.60 km2,主要集中在北京南部、中部和北部的水源保護(hù)區(qū)和農(nóng)業(yè)保障區(qū),占平原區(qū)面積55.7%。Pi范圍在1.0~3.0(輕度-中度污染,分布于北京中部、東部地區(qū))的面積約有3 152.49 km2,在農(nóng)業(yè)化肥農(nóng)藥的施用、灌溉模式等方面需要注意;對(duì)于25~50 cm 土壤,Pi≤0.7的土地面積大約為4 846.94 km2,只有一小部分研究區(qū)(占平原區(qū)面積6.7%)土壤鎘單項(xiàng)污染指數(shù)在1.0~2.0之間,個(gè)別研究點(diǎn)單向污染指數(shù)大于2.0;25~50 cm土壤鎘含量總體處在安全水平。

    2.3?土壤鎘含量影響因素分析

    2.3.1?不同種植模式下土壤鎘含量分析

    不同的種植模式會(huì)直接影響對(duì)農(nóng)作物的管理措施,如培肥方式、灌溉措施、化肥農(nóng)藥等物質(zhì)施用種類和用量等,從而也會(huì)對(duì)土壤本身理化性質(zhì)和功能產(chǎn)生不同影響。本研究選擇耕地、菜地、果園3種種植模式,分別設(shè)置36、31、27個(gè)采樣點(diǎn)采集土樣進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)獲得數(shù)據(jù)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、單因素方差分析、變異系數(shù)進(jìn)行比較(表3)。

    由表3可知,不同種植模式對(duì)0~25 cm土壤鎘有顯著影響(P<0.05)。不同深度土壤中重金屬鎘含量大小排序均為菜地>果園>耕地。菜地中0~25 cm土壤鎘含量明顯高于另外2種種植模式,均值為0.162 mg/kg,是果園和耕地中土壤表層鎘含量的136.1%、170.5%,這與農(nóng)藥、肥料的施用有密切的關(guān)系。菜地表層土壤鎘含量的變異系數(shù)也最大為 1.108,說明菜地土壤重金屬污染空間異質(zhì)性較大,因此在加強(qiáng)土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管控方面存在一定挑戰(zhàn);耕地25~50 cm 土壤重金屬鎘元素含量均值最小為0.072 mg/kg,變異系數(shù)也是最小為0.296,表明該種植模式下土壤重金屬鎘含量累積較小。

    2.3.2?土壤鎘含量與成土母質(zhì)關(guān)系分析

    母質(zhì)作為五大成土因素之一,是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ),土壤的機(jī)械組成、礦物組成、化學(xué)組成和特征繼承了區(qū)域巖石地球化學(xué)背景[36]。本研究結(jié)合北京土壤環(huán)境背景特點(diǎn)分析了不同母質(zhì)類型土壤重金屬鎘的含量變化情況,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出圖4。

    研究區(qū)土壤母質(zhì)類型以沖積物、洪沖積物為主,樣點(diǎn)數(shù)分別占總樣點(diǎn)數(shù)的51.1%、23.4%,由圖4可看出,洪積物在不同土壤深度鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6種母質(zhì)類型中均最高,分別為 0.151 mg/kg(0~25 cm)、0.148 mg/kg(25~50 cm),分別是北京土壤鎘環(huán)境背景值的1.27、1.24倍,此外鈣質(zhì)巖類風(fēng)化物、沖積物0~25 cm土壤鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)也超過了土壤環(huán)境背景值,分別為0.143、0.134 mg/kg。其他母質(zhì)類型鎘含量尚未達(dá)到環(huán)境背景值,其中紅黃土性物質(zhì)0~25、25~50 cm土壤鎘含量均最低,為0.078、0.060 mg/kg,這可能是由于土壤質(zhì)地含沙成分較大,從而影響重金屬在土壤固液相的分配,鎘較易隨土壤水分遷移,因此固持在土壤固體顆粒的鎘含量較少。方差分析表明,不同母質(zhì)類型對(duì)0~25 cm土壤鎘沒有顯著性影響,而對(duì)25~50 cm土壤重金屬鎘有極顯著性影響(P<0.01)。0~25 cm土壤不同母質(zhì)類型Cd標(biāo)準(zhǔn)差基本偏大于25~50 cm 土壤鎘標(biāo)準(zhǔn)差,且變異程度較高,說明表層土壤(0~25 cm)更易受到外界因素尤其人類活動(dòng)的干擾而造成重金屬鎘含量的不均勻性和隨機(jī)性增大,而受到本底成土母質(zhì)影響減少。經(jīng)多重比較分析(LSD),不同母質(zhì)類型,洪積物與沖積物、紅黃土性物質(zhì)和洪沖積物在25~50 cm土壤鎘含量上存在顯著性差異(P<0.05)。

    2.4?土壤鎘健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

    針對(duì)北京市不同功能區(qū)分析重金屬鎘對(duì)兒童和成年人的非致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)HQ和致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)CR,其平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和中位值結(jié)果見表4,產(chǎn)業(yè)定位有農(nóng)業(yè)保障區(qū)、水源保護(hù)區(qū)、都市生活區(qū)3類。本研究將昌平區(qū)、懷柔區(qū)、平谷區(qū)和密云縣研究區(qū)劃歸到水源保護(hù)區(qū),大興區(qū)、房山區(qū)、順義區(qū)、通州區(qū)的研究區(qū)劃歸為農(nóng)業(yè)保障區(qū)?豐臺(tái)區(qū)和海淀區(qū)的研究區(qū)劃歸到都市生活區(qū)。

    由表4可以看出,重金屬鎘對(duì)兒童的非致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)HQ均明顯大于其對(duì)成人的暴露劑量值,兒童的暴露量比成人多一個(gè)數(shù)量級(jí),不同功能區(qū)HQ值在兒童和成年人大小順序均為農(nóng)業(yè)保障區(qū)>都市生活區(qū)>水源保護(hù)區(qū)。重金屬鎘在兒童和成人的非致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)HQ值分別介于4.41×10-5~1.38×10-3和1.41×10-5~4.01×10-4之間,在2類人群中HQ值均小于1,說明土壤鎘對(duì)兒童和成人的風(fēng)險(xiǎn)均在可接受范圍。不同功能區(qū)土壤鎘對(duì)兒童的致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)均明顯大于其對(duì)成年人,兒童和成人通過經(jīng)口攝入和呼吸吸入暴露途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)值在不同功能區(qū)大小排序均為農(nóng)業(yè)保障區(qū)>都市生活區(qū)>水源保護(hù)區(qū)。兒童致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)CR值在10-6~10-4,處于可接受范圍,成人致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)值均小于10-6,不存在致癌風(fēng)險(xiǎn)(參考標(biāo)準(zhǔn)見文獻(xiàn)[37-39])。經(jīng)口攝入是兒童和成人重金屬鎘暴露的主要途徑,其與呼吸吸入的暴露劑量相差十個(gè)數(shù)量級(jí),由于缺少皮膚接觸暴露途徑,因此實(shí)際的重金屬鎘致癌風(fēng)險(xiǎn)CR值要大于評(píng)估值。總體來說,研究區(qū)土壤鎘對(duì)人體暴露風(fēng)險(xiǎn)處于安全水平。

    3?結(jié)論

    運(yùn)用變異函數(shù)理論說明重金屬鎘在區(qū)域變化上的空間相關(guān)性,0~25、25~50 cm土壤鎘塊基比值分別為39.5%、55.0%,小于75%,屬于中等空間變異。除昌平區(qū)外,所有采樣區(qū)的0~25 cm土壤鎘含量均值明顯高于25~50 cm土壤;土壤鎘含量由北京市中部至東南部呈現(xiàn)帶狀逐漸增加的趨勢(shì)且垂直空間分布基本一致,0~25 cm土壤35.11%的樣點(diǎn)鎘含量存在輕度-中度污染,覆蓋面積約為3 152.49 km2。對(duì)于單因子污染等級(jí)處在輕微污染的通州、平谷、海淀、房山區(qū)應(yīng)在農(nóng)業(yè)管理方面予以重視。

    不同種植模式0~25 cm土壤鎘含量排序?yàn)椴说?果 園> 耕地;化肥農(nóng)藥的施用以及污水灌溉是造成菜地土壤微量元素鎘超標(biāo)的主要原因,在這一方面應(yīng)嚴(yán)格管控,果園用地鎘含量處于臨界警戒水平,耕地未污染。不同種植模式對(duì) 0~25 cm土壤鎘有顯著性影響(P<0.05),耕地模式下鎘含量累積較小。母質(zhì)類型對(duì)25~50 cm土壤中鎘含量存在極顯著性差異(P<0.01),洪積物土壤不同深度鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6種母質(zhì)類型中均最高,其次為沖積物;洪積物與沖積物、紅黃土性物質(zhì)和洪沖積物在土壤鎘含量上存在顯著性差異(P<0.05),紅黃土性物質(zhì)土壤鎘含量較少與土質(zhì)、氣候、水熱條件等有密切的關(guān)系。

    土壤鎘對(duì)兒童的非致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)HQ和致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)CR均明顯大于其對(duì)成年人,各功能區(qū)HQ值均小于1,表明研究區(qū)不存在非致癌風(fēng)險(xiǎn),致癌重金屬鎘兒童和成人經(jīng)口攝入暴露劑量遠(yuǎn)大于呼吸吸入途徑,CR值介于可接受范圍(10-6~10-4),不存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。

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