基于農(nóng)作物富集系數(shù)的土壤重金屬安全閾值研究及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)*

何雪， 劉克， 陸引罡

貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 貴陽 550025

耕地土壤環(huán)境是保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的基礎(chǔ)和前提， 全面了解耕地土壤中重金屬污染狀況和農(nóng)作物富集重金屬狀況對(duì)土壤重金屬安全閾值研究及進(jìn)行產(chǎn)地土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有重要意義． 利用食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)反演農(nóng)作物在對(duì)應(yīng)產(chǎn)地土壤中重金屬的安全閾值已有學(xué)者進(jìn)行了研究[1]． 現(xiàn)行的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)出現(xiàn)了超標(biāo)不對(duì)應(yīng)的情況[2]． 如王旭蓮等[3]的研究結(jié)果表明， 研究區(qū)域中土壤Cd超標(biāo)嚴(yán)重， 但馬鈴薯超標(biāo)相對(duì)較低， 超標(biāo)倍數(shù)?。?通過反推產(chǎn)地土壤污染閾值， 與現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比之后修改的數(shù)據(jù)將更為科學(xué)合理， 對(duì)于地區(qū)的適用性及實(shí)施性將會(huì)更好． 本文通過對(duì)搜集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 反推農(nóng)作物產(chǎn)地土壤重金屬安全閾值， 旨在對(duì)研究區(qū)土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考依據(jù)．

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快， 我國耕地遭受到的重金屬面源污染日益嚴(yán)重[4]． 貴州省礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量豐富， 但礦產(chǎn)資源開發(fā)的同時(shí)也導(dǎo)致了耕地重金屬污染等一系列的環(huán)境問題[5]． 目前， 已有不少學(xué)者對(duì)貴州省局部地區(qū)耕地土壤進(jìn)行了重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)． 相關(guān)研究表明， 貴州銅仁錳礦區(qū)土壤已受到不同程度的重金屬污染[6]． 林勇征[7]研究表明貴州汞礦區(qū)植物樣品中， 辣椒樣品中Hg，Cd元素嚴(yán)重超標(biāo)， 均超過農(nóng)產(chǎn)品安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)． 賈亞琪等[8]的研究結(jié)果表明貴州省某汞礦區(qū)玉米、 水稻及蔬菜中Hg超標(biāo)率分別達(dá)20.0%，46.7%，86.8%， 蔬菜中Cd超標(biāo)率達(dá)51.7%， 且食用當(dāng)?shù)厮竞褪卟藢?duì)人體健康造成的危害指數(shù)HI>1． 龐文品等[9]評(píng)價(jià)貴州興仁煤礦區(qū)周邊農(nóng)田重金屬污染狀況， 單因子污染指數(shù)法結(jié)果表明， As，Pb，Hg，Cu均達(dá)到重度污染程度； 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)結(jié)果表明， 各類土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI均處于較高風(fēng)險(xiǎn)．

本文通過搜集在中國知網(wǎng)公開發(fā)表的與貴州省農(nóng)作物重金屬污染與富集相關(guān)的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)， 旨在對(duì)貴州全省范圍內(nèi)土壤重金屬污染與農(nóng)作物重金屬超標(biāo)情況有一個(gè)全面的了解， 并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)和產(chǎn)地土壤重金屬閾值的反演， 以期對(duì)貴州省防控耕地土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)， 進(jìn)行生態(tài)文明建設(shè)提供理論支持．

1 研究與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴州省位于東經(jīng)103°36′～109°35′， 北緯24°37′～29°13′之間， 為喀斯特地貌山區(qū)， 氣候溫暖， 年平均氣溫在18 ℃左右， 屬于亞熱帶溫潤季風(fēng)氣候． 貴州省礦產(chǎn)資源種類豐富， 全省已發(fā)現(xiàn)有138種礦產(chǎn)， 其中汞礦、 錳礦、 鉛鋅礦、 煤礦、 磷礦、 金礦等儲(chǔ)量較多[10]． 由于貴州省特殊的地質(zhì)背景， 土壤重金屬受區(qū)域地球化學(xué)與成土過程的內(nèi)源影響， 具有自然高背景屬性[11]， 導(dǎo)致土壤中Cd，Pb，As，Zn，Ni等重金屬元素背景值通常高于其他成土母質(zhì)發(fā)育的土壤[12]， 再加之不合理的礦產(chǎn)開采， 已經(jīng)對(duì)周圍環(huán)境造成了嚴(yán)重的重金屬污染．

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)公開發(fā)表的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)， 采用專業(yè)檢索方式進(jìn)行檢索， 篩選符合條件(文獻(xiàn)中必須注明土壤重金屬及農(nóng)作物中相應(yīng)重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 且研究區(qū)域?yàn)橘F州省)的文獻(xiàn)， 后期將數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為mg/kg． 一共得到19篇(2006-2021年)關(guān)于貴州省農(nóng)作物重金屬污染及富集情況的相關(guān)文獻(xiàn)， 其中研究區(qū)域?qū)儆诘V區(qū)的文獻(xiàn)為12篇， 研究區(qū)域?qū)儆谵r(nóng)業(yè)區(qū)的文獻(xiàn)為7篇， 具體見參考文獻(xiàn)[6，13-30]．

1.3 主要農(nóng)作物閾值的確定

農(nóng)作物重金屬的富集系數(shù)(BCF)計(jì)算公式為

BCF=Ccrop/Csoil

式中，Ccrop為農(nóng)作物中的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Csoil為土壤中相應(yīng)的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

設(shè)基于農(nóng)作物食用安全的土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)閾值為HMT， 計(jì)算公式為

HMT=E/BCF[1]

式中，E代表國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》(GB2762-2017)的限量值(表1)，BCF為收集的文獻(xiàn)中各農(nóng)作物的平均富集系數(shù)．

表1 不同農(nóng)作物污染物限量標(biāo)準(zhǔn)(6.5

1.4 土壤重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1.4.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)(Index of Single factor pollution，Pi)按式(1)計(jì)算[35]：

(1)

式中，Ci為第i種重金屬實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg/kg)，Si為土壤中第i種重金屬元素的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg/kg)， 參照《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)(試行)》(GB15618-2018)中的風(fēng)險(xiǎn)篩選值， 下文簡(jiǎn)稱GB15618-2018． 單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)分級(jí)為Ⅰ級(jí)：Pi≤1， 未超標(biāo)； Ⅱ級(jí)： 15， 重度超標(biāo)[23]．

1.4.2 地積累指數(shù)

地積累指數(shù)(Index of Geoaccumulation，Igeo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2， 按式(2)計(jì)算[36]：

表2 地積累指數(shù)污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

(2)

式中，Ci為土壤中重金屬i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg/kg)，Bi為貴州省重金屬i的背景值(mg/kg)．

1.4.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3． 瑞典科學(xué)家Hakanson[37]提出了潛在生態(tài)危害指數(shù)法， 單項(xiàng)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)見式(3)， 綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)見式(4)：

表3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

(3)

(4)

1.4.4 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是由美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA)推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法， 手-口吸食、 皮膚接觸下的平均暴露量按式(5)和式(6)計(jì)算[39]：

(5)

(6)

式中，ADDm，ADDs分別表示手-口吸食、 皮膚接觸兩種暴露途徑下的平均暴露量[mg/(kg·d)]， 用以評(píng)價(jià)貴州省土壤重金屬暴露對(duì)該省居民造成的健康風(fēng)險(xiǎn)， 其余參數(shù)見表4． 非致癌風(fēng)險(xiǎn)商HQi及非致癌總風(fēng)險(xiǎn)商HI計(jì)算見式(7)和式(8)， 單項(xiàng)致癌健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)CRi及總致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)TCR計(jì)算見式(9)和(10)：

表4 重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)暴露參數(shù)

(7)

HI=∑HQi

(8)

(9)

TCR=∑ADDij×SFij

(10)

式中，ADDij代表第i種非致癌重金屬在第j種暴露途徑下的日均攝取量，RfDij代表第i種非致癌重金屬在第j種暴露途徑下的參考劑量，SFij代表第i種致癌重金屬在第j種暴露途徑下的致癌因子，HQi代表第i種重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)商，HI代表兩種暴露途徑下的非致癌總風(fēng)險(xiǎn)商，CRi代表第i種致癌重金屬的單項(xiàng)健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，TCR代表兩種暴露途徑下的總致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)[40]． 美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA)規(guī)定， 當(dāng)總非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)HI<1時(shí)， 說明風(fēng)險(xiǎn)較小或者可忽略；HI>1時(shí)， 表示可能存在潛在風(fēng)險(xiǎn)．HQi越大， 風(fēng)險(xiǎn)越高． 當(dāng)CR<10-6，TCR<10-4， 是人體可接受累計(jì)重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)水平， 重金屬在不同暴露途徑下的致癌因子和參考劑量見表5．

表5 重金屬在不同暴露途徑下的致癌因子和參考劑量

本文對(duì)貴州省重金屬Cd，Hg，As，Pb，Cr，Ni，Cu，Zn采用國際上通用的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)， 對(duì)重金屬Cd，As進(jìn)行致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)．

1.5 數(shù)據(jù)分析

收集的數(shù)據(jù)均采用Excel 2010和Dps 7.05進(jìn)行處理和分析， 其中顯著性差異采用LSD法(α=0.05)．

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布特征

貴州省土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)描述性統(tǒng)計(jì)見表6． 礦區(qū)中Cd，Hg，As，Pb，Cr，Ni，Cu，Zn均超貴州省背景值， 超標(biāo)倍數(shù)分別為3.79，25.36，1.78，10.78，1.66，2.86，1.92，11.50倍， 表明8種重金屬在土壤中均存在一定程度的累積． 除Cr，Cu之外， Cd，Hg，As，Pb，Ni，Zn均超過《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)(試行)》(GB15618-2018)規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值， 超標(biāo)倍數(shù)分別為8.33，1.16，1.19，3.16，1.12，4.58倍， 超標(biāo)最嚴(yán)重的為Cd，Pb，Zn． 農(nóng)業(yè)區(qū)中， Hg，Pb，Cu，Zn超過背景值， 超標(biāo)倍數(shù)分別為1.95，3.92，1.59，4.76倍， 其中Zn超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值1.9倍． 礦區(qū)(除Cd外)及農(nóng)業(yè)區(qū)無重金屬超過風(fēng)險(xiǎn)管制值． 整體來說， Cd，Hg，Pb，Zn超標(biāo)倍數(shù)較高， 在土壤中的累積效應(yīng)明顯， 可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生潛在的風(fēng)險(xiǎn)， 需特別注意管控．

表6 研究區(qū)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)描述性統(tǒng)計(jì)表

2.2 農(nóng)作物中重金屬富集系數(shù)情況

農(nóng)作物中重金屬富集情況見表7． 糧食作物中， Cd富集系數(shù)最大， 其值為0.107 2； 葉菜類蔬菜中， Hg富集系數(shù)最大， 其次是Zn和Cr， 其值分別為0.224 9，0.193 0，0.172 0； 根莖類蔬菜中， 富集系數(shù)較大的是Ni，Cd和Cu， 其值分別為0.495 8，0.236 3，0.181 8； 茄果類蔬菜中， Hg富集系數(shù)最大， 其值為0.275 2． 總體來說， 富集系數(shù)表現(xiàn)為蔬菜大于糧食， 在蔬菜作物中， 又屬根莖類最高， 其次為葉菜類， 但兩者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． Cd，Hg，Zn在研究區(qū)域內(nèi)屬于高富集狀態(tài)的重金屬．

表7 農(nóng)作物富集系數(shù)

2.3 土壤重金屬閾值的反演

土壤重金屬安全閾值分析結(jié)果見表8． 由表8可知， 農(nóng)作物中Cd的安全閾值整體較高， 糧食作物中玉米、 馬鈴薯、 紅薯， 蔬菜作物中葉菜類、 茄果類產(chǎn)地土壤Cd均超過GB15618-2018規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)管制值， 其余作物也都超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值； 對(duì)于Hg而言， 玉米、 紅薯產(chǎn)地土壤閾值高于風(fēng)險(xiǎn)管制值， 其余低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值； As閾值水稻和紅薯產(chǎn)地土壤低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值， 其余高于風(fēng)險(xiǎn)管制值； Pb閾值整體偏小， 只有玉米、 大豆、 茄果類作物產(chǎn)地土壤中閾值高于風(fēng)險(xiǎn)篩選值， 其余均小于風(fēng)險(xiǎn)篩選值； Cr閾值整體也偏小， 只有馬鈴薯及茄果類產(chǎn)地土壤閾值超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值； 所有產(chǎn)地土壤中Ni閾值均未超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值； Cu閾值中水稻、 紅薯， 蔬菜作物中根莖類、 茄果類作物閾值接近風(fēng)險(xiǎn)篩選值， 其余均超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值， 尤其是馬鈴薯產(chǎn)地土壤中閾值是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)險(xiǎn)篩選值的10.7倍， 說明現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Cu標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于該省較為嚴(yán)格； Zn閾值整體偏高， 只有葉菜類產(chǎn)地土壤閾值沒有超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值， 同樣也說明現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于喀斯特地區(qū)中， 適應(yīng)性可能較差． 綜上， 對(duì)土壤中重金屬閾值的反演結(jié)果表明， Cd，As，Cu，Zn的閾值高于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的值， 可能需要結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)再進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整．

表8 土壤重金屬安全閾值分析結(jié)果(6.5

2.4 土壤重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.4.1 污染程度評(píng)價(jià)

單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示(表9)： 礦區(qū)中， Cd為重度超標(biāo)， Pb，Zn為中度超標(biāo)， Hg，As為輕微超標(biāo)， 其余未超標(biāo)； 農(nóng)業(yè)區(qū)中， 除Cd，Pb，Zn屬于輕微超標(biāo)外， 其余重金屬均未超標(biāo)． 地積累指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示(表9)： 礦區(qū)中， 所有重金屬都達(dá)二級(jí)及以上污染級(jí)別， 其中Hg，Pb，Zn污染最為嚴(yán)重， Pb，Zn達(dá)中-強(qiáng)污染， Hg達(dá)強(qiáng)-極污染； 農(nóng)業(yè)區(qū)中， Pb，Zn達(dá)中污染程度， 其余為無污染或無-中污染． 因此， 研究區(qū)Hg，Pb，Zn污染情況突出， 污染程度重．

表9 單因子污染指數(shù)和地積累指數(shù)污染評(píng)價(jià)情況

2.4.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

表10 土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估情況

2.4.3 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

由表11可知， 礦區(qū)中土壤重金屬單項(xiàng)非致癌風(fēng)險(xiǎn)商HQ兒童均高于成人， 說明兒童受傷害的可能性更大， 不同重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)商最大的是Cr， 其次是Pb，As； 農(nóng)業(yè)區(qū)則出現(xiàn)了相反的情況， 說明在農(nóng)業(yè)區(qū)， 成人受傷害的可能性大于兒童， 非致癌風(fēng)險(xiǎn)商較高的是Cr，As，Cu和Pb． 上述研究區(qū)中主要的非致癌重金屬是Cr，Pb，As． 不同暴露途徑下的非致癌風(fēng)險(xiǎn)商不論是在礦區(qū)還是農(nóng)業(yè)區(qū)均表現(xiàn)為ADDs>ADDm， 這說明皮膚接觸是不同土壤重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑．

表11 土壤重金屬單項(xiàng)非致癌風(fēng)險(xiǎn)商HQ

單項(xiàng)致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)CR評(píng)價(jià)結(jié)果(表12)顯示， 礦區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)中Cd，As對(duì)兩類易感人群的致癌風(fēng)險(xiǎn)均超出土壤治理基準(zhǔn)值10-6， 且成人的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均大于兒童， 不同暴露途徑下的致癌指數(shù)表現(xiàn)為ADDm>ADDs， 說明手-口吸食是致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑．

表12 土壤重金屬Cd，As單項(xiàng)致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)CR

8種重金屬中對(duì)礦區(qū)兩類易感人群產(chǎn)生潛在健康風(fēng)險(xiǎn)的只有Pb和Cr(表13)， 它們的非致癌總風(fēng)險(xiǎn)商HI遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1， 最高達(dá)8.1， 但其他重金屬比如As對(duì)兩類人群的非致癌性仍不可忽視． 8種重金屬中， 兒童群體的非致癌總風(fēng)險(xiǎn)商都高于成人， 說明礦區(qū)對(duì)兒童產(chǎn)生的非致癌總風(fēng)險(xiǎn)高于成人． 8種重金屬對(duì)農(nóng)業(yè)區(qū)成人產(chǎn)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)較大， 除Hg，Zn外， 其余重金屬對(duì)成人的非致癌總風(fēng)險(xiǎn)商HI都大于1， 最高達(dá)8.7， 對(duì)兒童產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)較小， 非致癌總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)HI<1， 但重金屬As和Cu的HI為0.8， 和閾值十分接近， 因此也不能忽略它們的致癌性． 在礦區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)中， Cd和As對(duì)兒童和成人的總致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)TCR均超過人體可接受的累計(jì)重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)水平， 說明兩個(gè)區(qū)域都會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在的致癌風(fēng)險(xiǎn)．

表13 土壤重金屬非致癌總風(fēng)險(xiǎn)商和總致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估情況

3 討論與結(jié)論

Cd，Hg，Pb，Zn是研究區(qū)主要的超標(biāo)元素， 明顯高于貴州省土壤背景值， 這可能與該省礦產(chǎn)資源分布、 礦業(yè)活動(dòng)、 特殊的地質(zhì)背景以及土壤重金屬受區(qū)域地球化學(xué)與成土過程的內(nèi)源影響等有關(guān)． 朱丹尼等[16]以丹寨廢棄金汞礦為研究區(qū)， 結(jié)果表明區(qū)內(nèi)土壤和農(nóng)作物中的Hg濃度均超農(nóng)用地土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)篩選值， 污染呈中-強(qiáng)污染級(jí)別以上． 馬先杰等[19]對(duì)貴州水城鉛鋅礦區(qū)土壤中Pb，Zn，Ni，Cd，Cr，As，Hg，Cu累積特征及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)， 結(jié)果表明8種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過貴州省背景值， 且均屬于重污染． 蔣宗宏等[6]對(duì)貴州省典型錳礦區(qū)進(jìn)行重金屬污染特征評(píng)價(jià)， 結(jié)果表明礦區(qū)土壤中 Mn，Hg平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為貴州省土壤背景值的 2.56，1.55倍． 以上結(jié)果均表明該省礦產(chǎn)資源的分布及礦業(yè)活動(dòng)可能是導(dǎo)致Hg，Pb，Zn超標(biāo)的主要原因． Cd的超標(biāo)可能是因?yàn)橘F州省土壤和沉積物中Cd的地球化學(xué)背景值為0.659 mg/kg， 是中國地球化學(xué)豐度值的2.5～3.5倍， 具有典型的地球化學(xué)高背景特征[41]， 再加上工礦業(yè)排放、 農(nóng)用化學(xué)品投入、 污水灌溉等人為因素與地球化學(xué)高背景值疊加[42]， 才導(dǎo)致Cd的累積效應(yīng)明顯， 點(diǎn)位超標(biāo)率高．

生物富集系數(shù)是評(píng)價(jià)植物將重金屬吸收轉(zhuǎn)移到體內(nèi)能力大小的指標(biāo)， 其值越高， 則表明植物體內(nèi)富集重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大[43]． 已有大量研究表明不同作物及同一作物不同品種對(duì)重金屬的富集能力有很大的差異[44-45]． 本文的研究結(jié)果也表明不同農(nóng)作物的富集系數(shù)確有差異， 表現(xiàn)為蔬菜作物大于糧食作物， 且蔬菜作物中又屬根莖類最高， 其次為葉菜類和茄果類． 對(duì)于蔬菜作物而言， 富集系數(shù)表現(xiàn)為根莖類大于葉菜類和茄果類可能是因?yàn)橹亟饘僭貎A向于在植物的代謝活躍器官中富集， 在營養(yǎng)儲(chǔ)存器官中的富集則相對(duì)較少， 故而導(dǎo)致不同類型蔬菜對(duì)重金屬的富集能力有所差異[46]． 一般來說， 蔬菜富集重金屬的能力較禾谷類強(qiáng)[47]， 前人研究不同農(nóng)作物對(duì)重金屬的富集特征， 結(jié)果表明不同農(nóng)作物富集能力表現(xiàn)為蔬菜類大于其他作物[48]． 本文的研究結(jié)果也表明蔬菜大于糧食， 這可能與重金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)路徑有關(guān)， 重金屬從根部到達(dá)糧食作物的可食用部分較蔬菜作物長(zhǎng)故而導(dǎo)致質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低， 也有可能是因?yàn)橥寥览砘再|(zhì)及不同農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)有差異所致， 這還有待進(jìn)一步研究．

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)在很多情況下常存在土壤超標(biāo)與農(nóng)作物超標(biāo)不匹配的問題[49]． 基于農(nóng)作物食用安全的土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)閾值是結(jié)合國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算而來的， 該方法能夠解決現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際評(píng)價(jià)時(shí)出現(xiàn)的超標(biāo)界限偏差和土壤使用情況單一的問題[50]． 研究區(qū)土壤重金屬反演結(jié)果表明， Cd，As，Cu，Zn較現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)高很多， 如馬鈴薯產(chǎn)地土壤Cd，As，Cu，Zn閾值是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的26，17，10，16倍之多． 周顯勇[51]的研究結(jié)果也表明， 在喀斯特重金屬 Cd 地質(zhì)高背景下， 馬鈴薯安全生產(chǎn)的土壤閾值遠(yuǎn)高于國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)管制值． 土壤重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)常包括污染程度評(píng)價(jià)、 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)． 本文對(duì)研究區(qū)土壤重金屬進(jìn)行污染程度評(píng)價(jià)， 結(jié)果表明Cd，Hg，Pb，Zn是研究區(qū)的主要超標(biāo)元素， 這與劉南婷等[52]的研究結(jié)果一致． 江麗等[53]對(duì)貴州丹寨縣鉛鋅礦區(qū)進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)， 結(jié)果表明土壤中Cd，Hg潛在風(fēng)險(xiǎn)最大， 為最高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)． 本文研究結(jié)果也顯示礦區(qū)中Hg，Cd潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)達(dá)到了極強(qiáng)、 強(qiáng)的程度， 農(nóng)業(yè)區(qū)中Hg生態(tài)危害程度達(dá)到中等程度． 非致癌總風(fēng)險(xiǎn)商HI結(jié)果表明： 礦區(qū)Cr，Pb的HI指數(shù)遠(yuǎn)大于1， 最高達(dá)8.1，3.4， 農(nóng)業(yè)區(qū)中Cd，As，Pb，Cr，Ni的HI指數(shù)也都大于1， 但以Cr最高， 達(dá)8.7， Pb為2.4， 說明Cr，Pb可能是研究區(qū)最主要的非致癌因子， 這與張迪等[13]的研究結(jié)果一致． 礦區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)中， Cd和As對(duì)兒童和成人的總致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)TCR均超過人體可接受的累計(jì)重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)水平．

綜上所述， 得出如下結(jié)論：

① 礦區(qū)中Cd，Hg，As，Pb，Cr，Ni，Cu，Zn均超貴州省背景值， 超標(biāo)倍數(shù)分別為3.79，25.36，1.78，10.78，1.66，2.86，1.92，11.50倍， Cd，Hg，As，Pb，Ni，Zn超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值， 超標(biāo)倍數(shù)分別為8.33，1.16，1.19，3.16，1.12，4.58倍； 農(nóng)業(yè)區(qū)中， Hg，Pb，Cu，Zn超過背景值， 超標(biāo)倍數(shù)分別為1.95，3.92，1.59，4.76倍， 其中Zn超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值1.9倍． 整體來說， Cd，Hg，Pb，Zn是研究區(qū)的主要超標(biāo)元素， 可能會(huì)產(chǎn)生生態(tài)危害．

② 農(nóng)作物富集重金屬蔬菜大于糧食． 在蔬菜作物中， 根莖類蔬菜富集系數(shù)最高， 其次為葉菜類． Cd，Hg，Zn在研究區(qū)域內(nèi)屬于高富集狀態(tài)的重金屬．

③ 土壤重金屬閾值的反演結(jié)果顯示： 與GB15618-2018中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比， 計(jì)算出來Cd，As，Cu，Zn的閾值整體偏高， 說明現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Cd，As，Cu，Zn標(biāo)準(zhǔn)在該省應(yīng)用可能較為嚴(yán)格．

④ 單因子污染指數(shù)Pi和地積累指數(shù)Igeo結(jié)果顯示， Hg，Pb，Zn是研究區(qū)主要的超標(biāo)元素． 綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI結(jié)果顯示， 礦區(qū)生態(tài)危害程度已經(jīng)達(dá)到極強(qiáng)， 農(nóng)業(yè)區(qū)為中等． 非致癌重金屬單項(xiàng)健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)HQ結(jié)果表明， Cr，As，Cu，Pb是研究區(qū)中的主要非致癌因子， 皮膚接觸是不同土壤重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑； 重金屬單項(xiàng)致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)CR結(jié)果表明， Cd，As致癌風(fēng)險(xiǎn)均超出土壤治理基準(zhǔn)值10-6， 成人的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均大于兒童， 手-口吸食是致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑； 礦區(qū)及農(nóng)業(yè)區(qū)非致癌總風(fēng)險(xiǎn)商HI最高的均為Cr， 其值礦區(qū)為8.1， 農(nóng)業(yè)區(qū)為8.7； Cd和As對(duì)礦區(qū)及農(nóng)業(yè)區(qū)的總致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)TCR均超過人體可接受的累計(jì)重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)水平．