川西九龍地區(qū)鋰鈹?shù)V區(qū)土壤重金屬分布特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

于沨， 王偉， 于揚(yáng)， 王登紅， 劉善寶， 高娟琴， 呂秉廷， 劉麗君

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院， 北京 100083；2.自然資源部成礦作用與資源評價(jià)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所， 北京 100037；3.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局地質(zhì)礦產(chǎn)科學(xué)研究所， 四川 成都 610036)

土壤重金屬污染及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是近年來國內(nèi)外環(huán)境污染領(lǐng)域研究熱點(diǎn)問題之一，主要研究方向包括土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、土壤重金屬污染源研究以及土壤重金屬污染治理等[1-7]。其中最首要的工作是了解土壤重金屬的污染程度，而生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是最直接的手段之一[8]。目前，國內(nèi)外評價(jià)土壤中重金屬污染的方法較多[9-11]，主要可以分為四類：指數(shù)法、模型法、基于GIS的分析方法和其他數(shù)學(xué)方法。其中指數(shù)法包括：單因子指數(shù)法[12-14]、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法[15-19]、污染負(fù)荷指數(shù)法[20-22]、富集系數(shù)法[23]、地累積指數(shù)法[24-26]、潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[27-40]等；模型法包括：健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型[41-43]、幾何均值評價(jià)模型[44]等；基于GIS的分析方法包括：GIS多元統(tǒng)計(jì)分析法[45]、GIS空間評價(jià)法[46]等；其他數(shù)學(xué)方法包括：模糊數(shù)學(xué)法[47]、灰色聚類法[48]、層次分析法[49]、理想點(diǎn)法[2]、分形[50]等。其中，應(yīng)用最廣泛的是指數(shù)法中的地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指數(shù)法以及模型法中的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型。由于各種評價(jià)方法都有其適用范圍、評價(jià)目的、優(yōu)點(diǎn)及不足[51]，迄今為止尚沒有成熟的方法和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而且由于研究區(qū)所處的環(huán)境、氣候特征、污染源等諸多方面存在顯著差異，運(yùn)用單一評價(jià)方法進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)具有一定局限性[41]，因此有必要聯(lián)合應(yīng)用多種評價(jià)方法進(jìn)行綜合評價(jià)，使評價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際情況[52]。

川西九龍地區(qū)是近年來中國關(guān)鍵礦產(chǎn)資源勘查的熱點(diǎn)地區(qū)之一，區(qū)內(nèi)鋰鈹?shù)认∮薪饘俚V產(chǎn)資源優(yōu)勢突出，有望逐步發(fā)展成為國家級(jí)大型資源基地。作為長江上游生態(tài)保護(hù)屏障，該區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，一旦生態(tài)環(huán)境遭到破壞，其恢復(fù)難度大大增加。面對礦業(yè)開發(fā)的巨大機(jī)遇，在當(dāng)前“環(huán)保優(yōu)先”的現(xiàn)實(shí)情況下，急需摸清該區(qū)環(huán)境家底，特別是與礦業(yè)開發(fā)緊密相關(guān)的土壤環(huán)境[53]。本文將指數(shù)法、模型法與基于GIS的空間評價(jià)方法相結(jié)合，對研究區(qū)土壤中的重金屬生態(tài)影響進(jìn)行綜合評價(jià)，可以一定程度上減少單一評價(jià)方法的局限性，更加真實(shí)準(zhǔn)確地揭示大型基地開發(fā)前的土壤環(huán)境本底，支撐國家能源戰(zhàn)略發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省西部，甘孜藏族自治州九龍縣。地理位置屬于攀西高原與青藏高原的過渡地帶，地貌景觀區(qū)為高原深切割區(qū)。區(qū)內(nèi)地勢北高南低，海拔2600～4500m，高差懸殊，地形坡度較陡，多懸崖絕壁。植被豐富，主要以灌叢混合林和高山草地為主。區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，以溪溝為主，夏季水流湍急，呈樹枝狀分布，向南西匯入九龍河。該區(qū)冬季寒冷干燥，而夏季多雨、多霧以及冰雹等，屬高原氣候。九龍縣常駐人口約6.8萬，人口密度為每平方公里9.18人，人口多為藏族，沿河而居，為典型半農(nóng)半牧區(qū)。主要農(nóng)產(chǎn)品有玉米、青稞、馬鈴薯以及松茸、貝母、蟲草等地方特產(chǎn)。家畜以牦牛、山羊、騾馬等為主。土地利用以林地、草地、園地和耕地等農(nóng)業(yè)用地為主[54]。

研究區(qū)大地構(gòu)造位于松潘—甘孜地槽褶皺系南東緣雅江冒地槽褶皺帶南端九龍地背斜。研究區(qū)內(nèi)出露中酸性巖漿巖，巖性為二云母花崗巖，時(shí)代為印支期—燕山期，屬于雅江—九龍巖漿巖帶。區(qū)內(nèi)巖脈發(fā)育，空間上圍繞花崗巖體呈水平環(huán)狀分布，主要以偉晶巖脈為主，其次為花崗巖脈和石英脈。巖脈多分布于侵入巖體內(nèi)、外接觸帶的節(jié)理裂隙中，多呈脈狀，少數(shù)為透鏡狀、團(tuán)塊狀、樹枝狀和網(wǎng)脈狀等，脈長數(shù)米至數(shù)百米，厚度從不到1m至數(shù)十米不等。

研究區(qū)內(nèi)存在一處稀有金屬鈹?shù)V床，其成礦母巖為區(qū)內(nèi)出露的二云母花崗巖。該鈹?shù)V床的主要礦體有4條，呈沿NW—SE向展布，厚30～100m，脈體向東傾斜，傾向?yàn)?5°～80°，傾角為45°～60°，呈不規(guī)則脈狀。目前初步預(yù)測，BeO資源量可達(dá)大型規(guī)模[55]。

2 樣品采集和測試

本次研究共采集表層土壤樣品352件，采樣深度為0～20cm，采樣日期為2019年5月16日至同年6月16日，采樣位置如圖1所示。采樣時(shí)去除土壤中的雜物、動(dòng)植物殘留體、礫石以及肥料團(tuán)塊等，每件樣品原始質(zhì)量大于1000g。同時(shí)用GPS記錄采樣點(diǎn)坐標(biāo)信息并在圖上標(biāo)記采樣點(diǎn)位置，現(xiàn)場填寫土壤采樣記錄卡，記錄樣品的各種特征。

樣品風(fēng)干后用尼龍篩截取-0.8mm(20目)粒級(jí)的樣品，分裝并編號(hào)，送至西南冶金地質(zhì)測試所進(jìn)行加工和測試。樣品經(jīng)粉碎至200目，溶樣后通過NexION 300x型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS，美國PerkinElmer公司)測定重金屬元素(Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn)濃度。檢測方法參照《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法 第30部分：44個(gè)元素量測定》(GB/T 14506.30—2010)和《土壤地球化學(xué)測量規(guī)范》(DZ/T 0145—1994)，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于2%～10%，檢測下限為0.05mg/kg。

3 評價(jià)方法和模型

3.1 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法又稱地質(zhì)累積指數(shù)法或Müller指數(shù)法(index of geoaccumulation，Igeo)[56]，是德國科學(xué)家Müller提出的一種研究土壤中重金屬累積程度的定量化方法，現(xiàn)已被廣泛使用[57]。該方法可以反映單一元素的污染水平，在計(jì)算過程中以地質(zhì)背景值為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并加入了對其他因素的修正系數(shù)，充分考慮到人為活動(dòng)和其他地質(zhì)活動(dòng)對重金屬累積的影響，因此該方法不僅可以反映重金屬分布的自然變化特征，而且還可以反映人為活動(dòng)、特殊地質(zhì)條件土壤的影響，是區(qū)分土壤中重金屬異常累積行為的重要參數(shù)[24]。其計(jì)算公式為:

(1)

式(1)中：Igeo為元素n的地累積指數(shù)；Cn為元素n在土壤中的實(shí)測值；k為常系數(shù)，一般取值為1～2，本次研究取值為1.5；Bn為土壤的地球化學(xué)背景值，本此研究選擇四川省土壤重金屬平均背景值[58-59]。地累積指數(shù)一般分為7個(gè)級(jí)別(0～6級(jí))，表示重金屬的異常累積程度從無到極強(qiáng)，分別為：級(jí)別0，Igeo≤0，異常積累程度無；級(jí)別1，05，異常累積程度極強(qiáng)。

3.2 污染負(fù)荷指數(shù)法

污染負(fù)荷指數(shù)法(pollution load index，PLI)是由學(xué)者Tomlinson[60]提出的一種評價(jià)土壤中重金屬污染程度的評價(jià)方法。該方法將多種重金屬元素指標(biāo)相結(jié)合，相對單元素指標(biāo)方法，反映了土壤中重金屬的整體污染情況。其計(jì)算公式為：

(2)

式(2)中：PLI為土壤的污染負(fù)荷指數(shù)；Cn為元素n在土壤中的實(shí)測值；Bn為土壤中重金屬的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本次研究采用《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—2018)中的篩選值作為污染負(fù)荷指數(shù)法的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。Tomlinson[60]最初將PLI分為兩級(jí)：PLI<1為無污染，PLI>1為污染。本次研究在結(jié)合前人[20-22]研究的基礎(chǔ)上將PLI分為四級(jí)(0～3級(jí))，表示從無污染至重度污染，分別為：級(jí)別0，PLI≤1，無污染；級(jí)別0，13，重度污染。

3.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法(potential ecological risk index，RI)，由瑞典科學(xué)家Hakanson[61]提出。該方法以土壤中重金屬的元素背景值為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，考慮到不同重金屬元素的不同毒性[37]，結(jié)合重金屬的生物毒性、環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算[36]，突出了污染較嚴(yán)重、毒性較強(qiáng)的重金屬的作用，反映土壤中重金屬污染的生態(tài)效應(yīng)。其計(jì)算公式為：

(3)

3.4 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型

根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)(Integrated Risk Information System, IRIS)和國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(International Agency for Research on Cancer, IARC)的相關(guān)研究成果，一般認(rèn)為，土壤中存在的微量的重金屬等致癌風(fēng)險(xiǎn)物，會(huì)對人體健康產(chǎn)生危害[42]。土壤重金屬主要通過三種途徑進(jìn)入體內(nèi)：經(jīng)手口途徑攝入、經(jīng)呼吸途徑攝入以及經(jīng)皮膚直接接觸途徑攝入[63-64]。三種途徑的日均暴露量(average daily doses, ADD)計(jì)算公式如下：

手口途徑日均暴露量(ADDing)：

(4)

呼吸途徑日均暴露量(ADDinh)：

(5)

皮膚直接接觸途徑日均暴露量(ADDderm)：

(6)

結(jié)合US EPA的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)導(dǎo)則(Risk Assessment Guidance for Superfund)、土壤篩選指南(Soil Screening Guidance: Technical Background Document)、中國對人群暴露健康評價(jià)的研究成果以及前該對模型及參數(shù)的修訂[41]，本次研究利用終生日均暴露量(life average daily doses, LADD)進(jìn)行評價(jià)。該模型考慮到了人類成長的不同階段，將兒童和成人階段分別計(jì)算更具有科學(xué)性。三種途徑的終生日均暴露量(LADD)為：

手口途徑的終生日均暴露量(LADDing)：

(7)

(8)

呼吸途徑的終生日均暴露量(LADDinh)：

(9)

(10)

皮膚直接接觸途徑的終生日均暴露量(LADDderm)：

(11)

(12)

式(7)、(9)和(11)中：LADDing、LADDinh、LADDderm分別為手口、呼吸、皮膚三種途徑的終生日均暴露量；king、kinh、kderm分別表示三種途徑中成人與兒童存在區(qū)別的參數(shù)項(xiàng)。其余參數(shù)含義、單位以及取值[41-42,65]見表1。

表1 暴露健康評價(jià)模型參數(shù)值

通過日均暴露量模型，結(jié)合不同重金屬元素的致癌性的區(qū)別，可以評價(jià)研究區(qū)的土壤重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)。健康風(fēng)險(xiǎn)可以根據(jù)重金屬元素的致癌性分為非致癌性風(fēng)險(xiǎn)和致癌性風(fēng)險(xiǎn)。其計(jì)算公式如下：

非致癌性風(fēng)險(xiǎn)：

(13)

式(13)中：HI為非致癌性風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；HQ為非致癌性風(fēng)險(xiǎn)熵；RfD為非致癌性重金屬不同暴露途徑的參考劑量值。當(dāng)HI≤1時(shí)，認(rèn)為不存在健康風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)較??；當(dāng)110時(shí)，表明存在慢性毒性[41]。

致癌性風(fēng)險(xiǎn)：

CR=∑Riski=∑(LADD×SF)i

(14)

式(14)中:CR為致癌性風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；SF為致癌風(fēng)險(xiǎn)斜率系數(shù)。當(dāng)CR≤10-6時(shí)，認(rèn)為不存在致癌性風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)較小；當(dāng)10-610-4時(shí)，認(rèn)為存在較高的致癌風(fēng)險(xiǎn)。RfD和SF的取值[41- 42]詳見表2。

表2 土壤重金屬不同暴露途徑的RfD和SF值

4 結(jié)果與討論

4.1 研究區(qū)土壤重金屬濃度特征

研究區(qū)所有土壤樣品pH值范圍為5.07～7.05,Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的平均濃度等描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。結(jié)果顯示，土壤整體呈中酸性，pH值范圍對應(yīng)的《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—2018)篩選值見表3。研究區(qū)土壤中全部7種重金屬元素濃度的平均值均沒有超過該篩選值。與四川省土壤背景值相比，As和Pb的平均濃度低于背景值；Cd、Cr、Cu、Ni和Zn的濃度高于背景值，分別是背景值的2.44、1.04、1.15、1.28和1.17倍，它們的異常富集或與研究區(qū)內(nèi)的成礦作用有關(guān)。全部元素的變異系數(shù)(反映了各采樣點(diǎn)濃度相對平均值的離散程度)均小于1，表明各采樣點(diǎn)重金屬濃度值波動(dòng)幅度不大，空間連續(xù)較好，空間分布差異不顯著，與土壤中重金屬元素濃度的自然分布規(guī)律一致。采樣點(diǎn)Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn濃度的頻率分布如圖2所示。由圖2可知，占總樣點(diǎn)比例55.40%的Cd、57.10%的As、43.47%的Pb、56.82%的Cr、55.68%的Cu、54.26%的Ni和48.30%的Zn濃度分別集中在0.15～0.25mg/kg、1～3mg/kg、25～30mg/kg、90～130mg/kg、30～50mg/kg、45～65mg/kg和85～110mg/kg區(qū)間。

圖2 研究區(qū)土壤金屬濃度頻數(shù)分布Fig.2 Frequencies of heavy metals concentration in soils of the research area

利用克里金插值將研究區(qū)土壤中的7種重金屬元素濃度進(jìn)行插值，研究其空間分布特征(圖3)。從圖3可知，除As元素外，其余6種元素都表現(xiàn)出類似的空間分布特征，元素在土壤中的高(低)濃度中心與花崗巖巖體的空間位置十分吻合，表明元素濃度空間分布明顯受到了研究區(qū)內(nèi)黑云母花崗巖的影響。其中Pb元素的高濃度中心與花崗巖巖體的空間位置對應(yīng)，而Cr、Cu、Ni和Zn則相反，花崗巖巖體空間位置對應(yīng)低濃度中心。As元素濃度的空間分布與巖體的位置關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，出現(xiàn)兩個(gè)元素濃度較高中心。

圖3 研究區(qū)土壤重金屬濃度空間分布Fig.3 Spatial distribution of heavy metals element concentration in soils of the research area

由于研究區(qū)存在一處鈹?shù)V床，考慮到Be元素也具有一定的生物毒性，因此也需要考慮Be元素對土壤造成污染。研究區(qū)的黃牛坪鈹?shù)V床位于二云母花崗巖與三疊系地層的接觸帶附近。目前已探明的礦體有4條，Be的平均濃度為138.6mg/kg[55]。土壤中Be的濃度范圍為0.98～18.86mg/kg，平均濃度為3.79mg/kg(表3)；74.15%的采樣點(diǎn)的Be濃度在1～4mg/kg(圖2)。由于中國缺少農(nóng)用土地Be元素污染的相關(guān)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此采用加拿大相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，其標(biāo)準(zhǔn)值濃度為4mg/kg[66]。與此標(biāo)準(zhǔn)相比，74.43%的采樣點(diǎn)的Be濃度低于標(biāo)準(zhǔn)，全部采樣點(diǎn)的平均值也低于標(biāo)準(zhǔn)。部分超過標(biāo)準(zhǔn)限值的采樣點(diǎn)僅分布在鈹?shù)V床周邊，并未發(fā)生擴(kuò)散遷移。

表3 研究區(qū)土壤重金屬濃度描述性統(tǒng)計(jì)

4.2 研究區(qū)土壤重金屬的異常累積情況

以四川省土壤元素背景值為標(biāo)準(zhǔn)，利用地累積指數(shù)法研究九龍地區(qū)土壤中重金屬的異常累積情況。研究區(qū)土壤中各種重金屬的地累積指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表4，并利用克里金插值將評價(jià)結(jié)果進(jìn)行空間分析。從表4可知，該研究區(qū)除Cd以外的其余6種重金屬元素的Igeo平均值均小于0，表明這些元素總體上不存在異常的累積。Cd元素的Igeo平均值雖大于0，但大多數(shù)(62.5%)采樣點(diǎn)的累積指數(shù)為1級(jí)，異常累積為較弱水平，累積程度較輕。以Igeo作為評價(jià)方法，研究區(qū)土壤中7種重金屬元素的異累積程度從強(qiáng)到弱依次為：Cd>Zn>Ni>Cu>Pb>Cr>As。

表4 研究區(qū)土壤重金屬Igeo分級(jí)統(tǒng)計(jì)

將各個(gè)元素的Igeo值進(jìn)行克里金插值分析其空間分布特征。結(jié)果表明，As、Pb和Zn元素在整個(gè)研究區(qū)范圍內(nèi)，都呈現(xiàn)為無異常累積的狀態(tài)。研究區(qū)中Cr、Cu和Ni在絕大部分區(qū)域處于無異常累積狀態(tài)，僅零星區(qū)域出現(xiàn)較弱累積的狀態(tài)。Cd元素在研究區(qū)中主要以較弱累積區(qū)域?yàn)橹?，其余少部分區(qū)域?yàn)闊o累積和弱累積區(qū)域。重金屬元素的地累積指數(shù)空間上沒有明顯的空間分布特征，與元素濃度的空間分布存在不同，未能表現(xiàn)出與巖體空間位置相關(guān)的特征關(guān)系。雖然巖體會(huì)對重金屬元素的濃度產(chǎn)生影響，但其影響程度不足以造成異常的累計(jì)，也未對分級(jí)產(chǎn)生影響。因此，在分級(jí)插值圖上并未表現(xiàn)出與巖體的空間相關(guān)關(guān)系。

4.3 研究區(qū)土壤重金屬污染情況

利用污染負(fù)荷指數(shù)法評價(jià)研究區(qū)土壤的污染情況，利用直方圖將統(tǒng)計(jì)結(jié)果繪制成圖4。PLI反映了各個(gè)采樣點(diǎn)的全部7種重金屬元素的綜合污染水平，從圖4中可以看出全部采樣點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù)均小于1，均屬于無污染級(jí)別。其中91.5%的采樣點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù)小于0.5，表明探究區(qū)土壤重金屬還有較高的承載空間，濃度的輕微波動(dòng)不會(huì)造成重金屬超過標(biāo)準(zhǔn)的上限，達(dá)到污染的水平。

圖4 研究區(qū)土壤重金屬污染負(fù)荷指數(shù)(PLI)統(tǒng)計(jì)

4.4 研究區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)情況

利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對研究區(qū)重金屬的單元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評價(jià)，各個(gè)采樣點(diǎn)的單元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。從表5可知，除了Cd外，其余6種元素全部為不存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。大多數(shù)采樣點(diǎn)Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為無風(fēng)險(xiǎn)和輕微風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，分別占全部采樣點(diǎn)的9.94%和56.63%；中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)占32.39%，僅有1.14%采樣存在Cd強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；全部352個(gè)采樣點(diǎn)的平均值ECd為73.1，屬于輕微風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。由于Cd的生態(tài)毒性較大，在這7種重金屬元素中排名第一，因此會(huì)導(dǎo)致單元素潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)偏大，該結(jié)果表現(xiàn)出一定的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。相對地，對于土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果，會(huì)更加客觀地反映出研究區(qū)土壤的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：研究區(qū)94.6%的采樣點(diǎn)不存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，5.4%的采樣點(diǎn)存在輕微的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。352個(gè)采樣點(diǎn)的RI平均值為95.81，表明整體上研究區(qū)不存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

表5 研究區(qū)土壤重金屬單元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)統(tǒng)計(jì)

利用克里金插值對Cd元素和土壤整體的潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)進(jìn)行插值，分析其空間特征(圖5)。從圖中可以看出，Cd的單元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布規(guī)律與巖體存在一定空間聯(lián)系，無生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域與黑云母花崗巖巖體位置對應(yīng)；輕微風(fēng)險(xiǎn)和中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的分布規(guī)律不十分明顯。土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在整個(gè)研究區(qū)范圍內(nèi)的絕大部分區(qū)域不存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，僅在研究區(qū)西南局部存在輕微風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，空間分布規(guī)律不明顯。

圖5 研究區(qū)Cd元素和土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布Fig.5 Spatial distribution of Cd and soil potential ecological risk index in the research area

4.5 研究區(qū)土壤重金屬對健康的影響

研究區(qū)土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果見表6。從表6可知，三種途徑的終生日均暴露量依次為：LADDing>LADDinh>LADDderm，說明手口途徑是研究區(qū)土壤中重金屬進(jìn)入人體的主要途徑。研究區(qū)土壤重金屬三種途徑終生日均攝入量的總和(ΣLADD)從大到小排序?yàn)椋篫n>Ni>Cu>Pb>Cr>As>Cd。除Ni沒有相關(guān)數(shù)據(jù)外，研究區(qū)土壤中其余6種重金屬，對于人體產(chǎn)生的HQ和HI值均小于1，表明不存在非致癌性風(fēng)險(xiǎn)。三種攝入途徑中的手口途徑產(chǎn)生的HQ值最大，說明手口途徑是產(chǎn)生非致癌性風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑。6種重金屬元素產(chǎn)生的非致癌性風(fēng)險(xiǎn)由大到小依次為：Pb>Cr>Cu>Zn>As>Cd。

表6 研究區(qū)不同途徑土壤重金屬日均暴露量、非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

對于致癌性風(fēng)險(xiǎn)，三種途徑的貢獻(xiàn)順序與終生日均暴露量和非致癌性風(fēng)險(xiǎn)一致，手口途徑依然是產(chǎn)生致癌性風(fēng)險(xiǎn)最主要的方式。除Cr的手口途徑會(huì)產(chǎn)生可以接受的正常的自然致癌風(fēng)險(xiǎn)外，其余元素、其余途徑均不存在致癌性風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)較小。已有數(shù)據(jù)的三種重金屬元素產(chǎn)生的致癌性風(fēng)險(xiǎn)由大到小依次為：Cr>As>Cd。

由于非致癌風(fēng)險(xiǎn)HI值和致癌性風(fēng)險(xiǎn)CR值，是通過各元素濃度經(jīng)過模型參數(shù)的線性組合而來，較高的元素濃度會(huì)對應(yīng)較高的風(fēng)險(xiǎn)，因此，非致癌性風(fēng)險(xiǎn)和致癌性風(fēng)險(xiǎn)的空間分布規(guī)律與各元素濃度的空間分布規(guī)律保持一致。

5 結(jié)論

研究區(qū)土壤中7種重金屬濃度均低于國家農(nóng)用土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，不存在重金屬污染的情況。除As外，其余重金屬元素濃度的空間分布特征受到研究區(qū)內(nèi)黑云母花崗巖的影響。巖體的空間位置對應(yīng)Pb元素的高濃度中心以及Cr、Cu、Ni和Zn元素的低濃度中心。

目前研究區(qū)土壤重金屬不存在污染，重金屬潛在危害程度較低，非致癌和致癌性風(fēng)險(xiǎn)值不存在或風(fēng)險(xiǎn)較小，尚不會(huì)對人體造成健康危害，但由于土壤中重金屬存在一定的累積效應(yīng)，在該地區(qū)后續(xù)的開采、選礦等礦業(yè)活動(dòng)過程中，需對土壤重金屬的含量進(jìn)行長期動(dòng)態(tài)的監(jiān)測，為實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源高質(zhì)量開發(fā)提供更精準(zhǔn)、有力的支撐保障。

致謝：全部樣品的加工和測試工作由西南冶金地質(zhì)測試所完成，審稿老師對本文提出了寶貴修改意見,在此一并表示感謝。