省會城市土壤重金屬污染水平與健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

陳景輝 ，郭毅，楊博 ，屈撐囤 ,

1. 西安石油大學(xué)/陜西省油氣田環(huán)境污染控制技術(shù)與儲層保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065；2. 西安石油大學(xué)期刊中心，陜西 西安 710065；3. International Laboratory of Air Quality and Health (ILAQH), Queensland University of Technology, 2 George St, Brisbane City, Queensland, 4000, Australia 4. 西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065；5. 石油石化污染物控制與處理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206

生態(tài)興則文明興，生態(tài)衰則文明衰。改革開放以來，中國經(jīng)歷了世界歷史上規(guī)模最大、速度最快的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平持續(xù)增長，工業(yè)化水平不斷提高，城市化急速推進(jìn)，導(dǎo)致中國城市土壤出現(xiàn)不同程度的重金屬污染。重金屬一旦進(jìn)入土壤后，很難從土壤中移除，會嚴(yán)重影響土壤的理化性質(zhì)，破壞土壤酶活性和微生物活性，使其生產(chǎn)能力明顯下降，由于重金屬污染具有隱蔽性、長期性和滯后性等特點(diǎn)，會通過經(jīng)手-口攝入、皮膚接觸和呼吸攝入等途徑威脅城市居民健康（Bi et al.，2013）。重金屬進(jìn)入人體后會在某些器官上富集，使體內(nèi)蛋白質(zhì)和各種酶失去活性，如果超過人體耐受限度，會引起急（慢）性中毒，導(dǎo)致人體肝腎功能受損，引起骨痛、癱瘓等一系列疾病。土壤污染不僅破生態(tài)環(huán)境，影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且會給生態(tài)安全、食品安全和人體健康帶來嚴(yán)重威脅。

城市土壤重金屬的污染特征和健康風(fēng)險(xiǎn)日益受到廣泛關(guān)注，目前國內(nèi)外專家學(xué)者對城市土壤重金屬污染特征進(jìn)行了大量研究（Jaffar et al.，2017；張慧等，2017；柴立立等，2019；劉春躍等，2020；劉玲玲，202050-51；侯佳渝等，2021；姚文文等，2021；王天欣，202110-11）。省會城市一般為各省的政治、經(jīng)濟(jì)、科教、文化、交通中心，是一個(gè)省的象征和標(biāo)志，代表著全省發(fā)展水平，交通發(fā)達(dá)、工業(yè)生產(chǎn)生活頻繁，其土壤重金屬廣受關(guān)注，盡管有學(xué)者從不同角度開展了城市土壤中重金屬污染的研究，但是主要集中在重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布、污染水平、空間分布特征、源解析等方面。從全國范圍來看，目前尚缺少關(guān)于省會城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布特征及人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的研究。

因此，本研究收集和整理了國內(nèi)外公開發(fā)表的研究文獻(xiàn)，對收集到的國內(nèi)各省會城市土壤重金屬元素和國外部分城市重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)整理，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過篩選和評估后，分析了中國省會城市土壤重金屬污染現(xiàn)狀，評價(jià)了人體健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，以期為決策部門提高土壤風(fēng)險(xiǎn)研判能力和健康風(fēng)險(xiǎn)防控提供理論依據(jù)和科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究利用中國知網(wǎng)、萬方、維普等國內(nèi)數(shù)據(jù)庫收集和整理了最近5年公開發(fā)表的文獻(xiàn)（其中貴陽、烏魯木齊和香港3市文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間分別為2012、2008和1997年），覆蓋中國27個(gè)省會城市、4個(gè)直轄市和2個(gè)特別行政區(qū)（暫未查詢到中國臺北）的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)。通過訪問Web of Science（www.webofscience.com）、Engineering Village（www.engineeringvillage.com）和 Science Direct（www.sciencedirect.com）等網(wǎng)站搜集整理了美國Tucson、俄羅斯 Karabash、英國 Prescot、加拿大Sudbury、澳大利亞Kembla、西班牙Huelva、波蘭Glogow、羅馬尼亞Baia Mare、伊朗Kerman、智利Puchuncaví共10個(gè)城市的5種重金屬元素（As、Cu、Pb、Zn和Cd）質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2 評價(jià)模型

（1）內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法。內(nèi)梅羅指數(shù)法是當(dāng)前國內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算的最常用的方法之一，是一種綜合污染物多因子評價(jià)方法，其計(jì)算公式為：

式中：

Ci——樣品中重金屬i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

Si——重金屬i的參考值（當(dāng)Pi＞1時(shí)說明污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)），本研究選取中國土壤元素背景值作為參考值；

Pi——單項(xiàng)污染指數(shù)；

PN——綜合污染指數(shù)；

Piave——平均單項(xiàng)污染指數(shù)；

Pimax——最大單項(xiàng)污染指數(shù)。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)（陳景輝，2011）為：PN≤0.85無污染，0.85＜PN≤1.71 輕污染，1.71＜PN≤2.56 中度污染，PN＞2.56重度污染。

（2）人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。人類健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是一種用來計(jì)算暴露于某種重金屬的人類（兒童、成人）受到健康風(fēng)險(xiǎn)與損害可能性的方法。根據(jù)美國環(huán)境署（USEPA）推薦的土壤重金屬暴露風(fēng)險(xiǎn)評估方法，認(rèn)為土壤重金屬主要以經(jīng)手-口攝入、呼吸攝入和皮膚接觸3種途徑進(jìn)入人體，從而帶來健康風(fēng)險(xiǎn)。借鑒前人已有的研究（李括等，2020；賈中民，2021），上述 3種暴露途徑的平均每日劑量（ADD）估算公式為：

式中：

ADDing、ADDinh、ADDdermal——每日平均通過手-口攝入、呼吸攝入和皮膚接觸的暴露量（mg·kg-1·d-1）；

C——土壤中重金屬濃度，其余參數(shù)含義和取值見表1。

表1 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)暴露參數(shù)Table 1 Health risk assessment exposure parameters

土壤重金屬對人體主要有非致癌風(fēng)險(xiǎn)（一般用非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) HI表征）和致癌風(fēng)險(xiǎn)（一般用致癌風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)CR表征，是個(gè)體由于暴露于致癌危害而發(fā)展為癌癥的概率）。非致癌風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)商（HQ）用于評估單一重金屬對人體的非致癌風(fēng)險(xiǎn)，HQ的總和即為HI，可用于評估大量重金屬的總體潛在非致癌風(fēng)險(xiǎn)。HQ、HI和CR的計(jì)算公式分別為：

式中：

HQi— —某種非致癌重金屬的單項(xiàng)健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；

ADDi——某種非致癌重金屬的日平均暴露量；

RfDi——參考劑量；

SFi——斜率致癌因子系數(shù)，不同參數(shù)取值見表2。

表2 土壤重金屬不同暴露途徑的參考劑量和斜率致癌因子Table 2 Reference dose and slope carcinogens of heavy metals in soils exposed to different pathways

當(dāng)HQ或HI＞1時(shí)，表示非致癌風(fēng)險(xiǎn)較小或可忽略不計(jì)；反之，則表示重金屬存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)。美國環(huán)保署（USEPA）推薦的CR的土壤治理分級標(biāo)準(zhǔn)（黃煜韜等，2022）為：CR＞10-4時(shí)，致癌風(fēng)險(xiǎn)較高；10-6＜CR＜10-4時(shí)，可接受水平的致癌風(fēng)險(xiǎn)；CR＜10-6時(shí)無致癌風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平

中國省會城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。由表3可見，中國省會城市土壤中As、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg 等元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍分別為2.65—28.63、3.84—59.14、21.3—200.73、16.47—249.03、403.85—1160.15、9.56—56、17.93—119、40.26—381.79、0.10—1.24、0.04—0.87 mg·kg-1。各個(gè)元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12.52、18.5、74.03、38.26、676.19、30.27、45.64、122.86、0.42、0.20 mg·kg-1，分別是中國土壤元素背景值的1.12、1.75、1.21、1.69、1.16、1.13、1.75、1.66、4.18、2.87倍，這表明中國省會城市土壤中的重金屬存在一定程度的積累。此外，Mn、Ni和Pb的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)都較小，說明這3種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在各省會城市中分布較均勻。在所統(tǒng)計(jì)的33個(gè)省會城市中，10種重金屬元素中超標(biāo)率最高的為 Cd，達(dá)到 96.9%，其次依次分別為 Co（93.9%）、Hg（90.9%）、Mn（90.9%）、Pb（81.8%）、Cr（72.7%），超標(biāo)率較低的分別為 As、Cu、Ni、Zn，均為69.7%。

表3 中國省會城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 3 Content of heavy metals in soils of provincial capitals in China

利用Arcgis軟件繪制了中國省會城市土壤重金屬空間分布圖（如圖1）。從圖1可以看出，中國省會城市之間的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異很大，Cu、Mn和 Zn的最高值出現(xiàn)在昆明，分別為 249.03、1160.15、381.79 mg·kg-1，分別是中國土壤背景值的11.02、1.99、5.15倍；Ni和Pb的最高值出現(xiàn)在上海，分別是 56 mg·kg-1和 119 mg·kg-1，是中國土壤背景值的2.08倍和4.58倍；As、Co、Cr、Cd和Hg的最高值分別出現(xiàn)在長春、蘭州、西寧、長沙和北京，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 28.63、59.14、200.73、1.24、0.87 mg·kg-1，分別是中國土壤背景值的 2.56、5.58、3.29、12.40、12.43倍。

圖1 中國省會城市土壤重金屬空間分布特征Figure 1 Spatial distribution characteristics of heavy metals in soils of provincial capitals in China

國內(nèi)外學(xué)者的研究表明，城市土壤環(huán)境中重金屬的主要來源除過土壤母質(zhì)之外，更重要的因素還有交通、工業(yè)、建筑等三大領(lǐng)域。昆明的 Cu、Zn和Cd元素出現(xiàn)累積，可能與研究區(qū)土壤背景值偏高有關(guān)，同時(shí)該城市冶煉廠含有Cd和Zn的粉塵通過大氣沉降或降塵污染進(jìn)入土壤也是導(dǎo)致累積的重要原因（汪潔等，2022）。上海市 Pb、Ni和 Zn出現(xiàn)了一定程度累積，Pb、Ni和Zn主要與工業(yè)、交通活動有關(guān)，上海市作為是中國的國際金融中心，機(jī)動車保有量500多萬輛，工業(yè)發(fā)達(dá)，交通活動頻繁，是導(dǎo)致其土壤重金屬超標(biāo)的主要原因。As的污染主要來源于含砷金屬的開采和冶煉，用砷或砷化合物作原料的玻璃、顏料、原藥、紙張的生產(chǎn)以及煤的燃燒等過程產(chǎn)生的工業(yè)廢水，素有“中國汽車之城”的長春市被譽(yù)為中國重工業(yè)基地的搖籃，除過擁有中國第一汽車集團(tuán)有限公司和長春客車廠等多家大中型企業(yè)之外，重點(diǎn)發(fā)展了食品、醫(yī)藥、光電、有色金屬加工、機(jī)械、印刷等工業(yè)，是導(dǎo)致重金屬As污染的主要原因。李春艷（2021）39在2021年的研究認(rèn)為，蘭州市表層土壤中Co超標(biāo)的原因在于研究區(qū)有大量的在建和裝修樓盤，Co作為生產(chǎn)各種合金和鈷鹽的重要原料，在工程施工或出售建筑材料過程中會被釋放出來，隨干濕沉降并富集到表土，污染土壤環(huán)境。西寧市（楊蕊等，2016）研究區(qū)形成了以化工、冶金和機(jī)械制造等工業(yè)體系為主的產(chǎn)業(yè)鏈，Cr主要來源于工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)粉塵。胡延彪等（2016）對湘江長沙段江灘土壤污染現(xiàn)狀研究結(jié)果表明該區(qū)域Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是國家二級土壤標(biāo)準(zhǔn)40倍以上，Cu、Pb、Zn和Cd均存在不同程度富集，通過形態(tài)分析得出Cd弱酸提取態(tài)比例較高，非常容易通過水和大氣轉(zhuǎn)移和釋放，因此，土壤重金屬的另一個(gè)來源可能是含有污染物的工業(yè)廢水和生活污染進(jìn)入地表（下）水后所致。北京市存在一定程度的Hg的點(diǎn)源污染，是導(dǎo)致其土壤重金屬超標(biāo)的主要原因（劉玲玲，2020）22?？傊?，城市土壤重金屬的污染和累積程度受交通、工業(yè)、建筑和生產(chǎn)活動的影響最為明顯。

2.2 土壤重金屬污染水平

從圖2可知，中國33個(gè)省會城市土壤10種重金屬 As、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg的單因子污染指數(shù)分別為1.12、1.75、1.21、1.51、1.16、1.13、1.75、1.56、4.25、2.87。各重金屬元素按其污染等級可分為 3種類型：第一類為 As、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn共8種重金屬，單因子污染指數(shù)均大于1小于2，屬于輕污染等級；第二類為Hg，單因子污染指數(shù)介于2和3之間，屬于中度污染；第三類為Cd，單因子污染指數(shù)大于3，屬于重度污染。此外，中國33個(gè)省會城市土壤重金屬綜合污染指數(shù)為5.35，屬于重度污染。

已有研究表明（彭馳等，2022），銅冶煉場地在全球范圍的占比中，歐洲和亞洲達(dá)到57%，北美洲、南美洲和非洲占比40%，大洋洲僅占3%，而全球主要產(chǎn)銅國中又以加拿大、智利、波蘭和中國的研究較多，這些國家礦產(chǎn)資源豐富，利用礦產(chǎn)資源建立了銅冶煉廠，冶煉廠的廢氣廢水廢渣，會向城市土壤釋放重金屬，造成一定程度的污染。因此本研究選擇了歐洲的7個(gè)國家（美國Tucson、俄羅斯Karabash、英國Prescot、加拿大Sudbury、羅馬尼亞Baia Mare、西班牙Huelva、波蘭Glogow）、亞洲（伊朗Kerman）、南美洲（智利Puchuncaví）、大洋洲（澳大利亞Kembla）各1個(gè)國家的代表性城市土壤中的5種重金屬元素（As、Cu、Pb、Zn和Cd）質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行對比分析，不同城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表 4?？梢钥闯?，中國省會城市與所選擇的 10個(gè)國外城市 5種重金屬 As、Cu、Pb、Zn和 Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值分別為 71.82、531.93、232.34、237.04、5.66 mg·kg-1，分別是上地殼元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 12.60、19.70、9.29、3.16、94.28倍，As、Cu和Cd超標(biāo)率都達(dá)到100%，而Pb和Zn的超標(biāo)率分別為91%和63.6%。As、Cu、Pb和Zn的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)較大，說明國內(nèi)外城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，數(shù)據(jù)比較離散，而Cd的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)相對較小。

表4 國內(nèi)外部分城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 4 Contents of heavy metals in soils of some cities at home and abroad

在所選擇的 10個(gè)國外城市土壤重金屬中，俄羅斯Karabash土壤重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平最高，5種元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯高出其他城市，質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低依次為：Cu (2669 mg·kg-1)＞Zn (1216 mg·kg-1)＞Pb (620 mg·kg-1)＞As (285 mg·kg-1)＞Cd(7.75 mg·kg-1)，分別是上地殼元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的98、16、24、50、129倍，應(yīng)引起足夠的重視，原因是因?yàn)樵撗芯繀^(qū)位于俄羅斯銅礦冶煉廠附近，周邊土壤重金屬元素超標(biāo)，出現(xiàn)了不同程度的累積。

中國 33個(gè)省會城市土壤 As、Cu、Pb、Zn和Cd的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 12.52、38.26、45.64、122.86、0.42 mg·kg-1，分別是上地殼元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2.20、1.42、1.83、1.64、7.00倍。圖3為中國與國外城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比圖，可以看出各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平與國外10個(gè)城市相比略有差異。As和Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別高于澳大利亞Kembla和伊朗Kerman，低于其余8個(gè)城市；Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低（38.26 mg·kg-1），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所選擇的10個(gè)國外城市；Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平與西班牙Huelva接近，略高于加拿大 Sudbury、澳大利亞 Kembla和伊朗Kerman，遠(yuǎn)低于其余 6個(gè)城市，是羅馬尼亞 Baia Mare的1/20；Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于西班牙Huelva、加拿大Sudbury、澳大利亞Kembla、伊朗Kerman和波蘭Glogow，低于其余 5個(gè)城市，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為俄羅斯Karabash的1/10。

圖3 城市土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)（對數(shù)）對比圖Figure 3 Comparison of heavy metal mass fraction (logarithm) in urban soil

研究表明（陳景輝等，2011），城市土壤中Cu、Pb、Zn、Cd這4種元素地球化學(xué)特性相似，沉積環(huán)境較為相似，具有沉積同源性這一特點(diǎn)，污染變化趨勢在相同或相似的外界條件下基本一致。所選取的 10個(gè)國外城市中，均建立了較為成熟的銅冶煉廠，是造成Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)的主要原因，因此中國Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低（38.26 mg·kg-1），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所選擇的 10個(gè)國外城市。此外，As、Cd、Pb和Zn作為銅礦石的伴生元素，在工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)過一系列工藝，會被釋放出來，經(jīng)過沉降、堆放、沖刷后進(jìn)入城市土壤，是城市土壤中多種重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)的主要原因。

各城市土壤5種重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低順序表現(xiàn)為：As (Karabash＞Tucson＞Baia Mare＞Sudbury＞Glogow＞Prescot＞Puchuncaví＞Kerman＞Huelva＞ 中國 ＞Kembla) ； Cu (Karabash＞Prescot＞Tucson＞Puchuncaví＞Sudbury＞Glogow＞Baia Mare＞Huelva＞Kerman＞Kembla＞中國)；Pb (Baia Mare＞Karabash＞Prescot＞Tucson＞Glogow＞Puchuncaví＞ 中 國 ＞Huelva＞Sudbury＞Kembla＞Kerman)；Zn (Karabash＞Baia Mare＞Tucson＞Puchuncaví＞Prescot＞ 中國＞Huelva＞Sudbury＞Kembla＞Kerman＞Glogow)； Cd (Prescot＞Karabash＞Kembla＞Huelva＞Glogow＞Baia Mare＞Tucson＞Sudbury＞Puchuncaví＞中國＞Kerman)。

2.3 土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

2.3.1 不同暴露途徑非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)特征

本研究在進(jìn)行人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)時(shí)選擇除 Co之外的 As、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg共9種元素。省會城市土壤重金屬兒童與成人不同暴露途徑暴露劑量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表 5，土壤重金屬經(jīng)手-口（非飲食）攝入、呼吸攝入、皮膚攝入途徑引起的兒童和成人非致癌風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果見表6。

表5 土壤重金屬不同暴露途徑的暴露劑量Table 5 Exposure dose of heavy metals in soil by different exposure routes mg·kg-1·d-1

省會城市土壤重金屬非致癌平均日暴露劑量中，9種重金屬對兒童經(jīng)3種途徑暴露劑量的變化范圍分別為：2.04×10-7—6.79×10-4（手-口攝入）、5.65×10-18—1.87×10-14（呼吸攝入）、5.73×10-10—1.90×10-6（皮膚攝入），平均值分別為 1.12×10-4、3.08×10-15、3.13×10-7；9種重金屬對成人經(jīng) 3種途徑暴露劑量的變化范圍分別為 1.19×10-7—3.96×10-4（手-口攝入）、1.27×10-17—4.22×10-14（呼吸攝入）、4.76×10-10—1.58×10-6（皮膚攝入），平均值分別為 6.52×10-5、6.95×10-15、2.60×10-7。兒童和成人不同暴露途徑的非致癌日平均暴露劑量大小有所差異，大小順序均為手-口（非飲食）攝入＞皮膚攝入＞呼吸攝入，表明手-口（非飲食）攝入是土壤重金屬進(jìn)入兒童與成人體內(nèi)的主要途徑，同時(shí)可以看出經(jīng)手-口攝入數(shù)量級均是呼吸攝入量和皮膚接觸攝入量的102倍。

省會城市9種重金屬在3種暴露途徑的日平均攝入量差異較大，大小順序?yàn)?Mn＞Zn＞ Cr＞Pb＞Cu＞Ni＞As＞Cd＞Hg，9種重金屬對兒童在單一暴露途徑平均日暴露量及總暴露量均高于成人。5種非致癌重金屬日平均暴露劑量高低順序?yàn)镃u＞Hg＞Mn＞Pb＞Zn，4 種致癌重金屬（As、Cr、Ni、Cd）日平均暴露劑量高低順序?yàn)锳s＞Cd＞Cr＞Ni。兒童在4種致癌重金屬（As、Cr、Ni、Cd）經(jīng)3種暴露途徑的攝入量的變化區(qū)間分別為 4.20×10-7—7.44×10-5（手-口攝入）、1.15×10-17—2.05×10-15（呼吸攝入）、1.17×10-9—2.08×10-7（皮膚攝入），平均值分別為2.94×10-5、8.12×10-16和 8.24×10-8。成人在 4 種致癌重金屬（As、Cr、Ni、Cd）經(jīng)3種暴露途徑的攝入量的變化區(qū)間為：2.45×10-7—4.33×10-5（手-口攝入）、2.61×10-17—4.62×10-15（呼吸攝入）、9.77×10-10—1.73×10-7（皮膚攝入），平均值分別為1.71×10-5、1.83×10-15和 6.85×10-8。并且對于所研究的5種非致癌重金屬（Cu、Mn、Pb、Zn、Hg）在 2種暴露途徑（手-口攝入和皮膚攝入）下的暴露劑量兒童均大于成人，而在呼吸攝入暴露途徑下的暴露劑量成人均大于兒童。

因此，省會城市土壤重金屬非致癌和致癌評估中的主要暴露途徑為經(jīng)手-口攝入，在手-口攝入和皮膚攝入途徑下，兒童平均日暴露量均高于成人，而在呼吸攝入暴露途徑下的暴露劑量成人大于兒童。

2.3.2 土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

省會城市土壤重金屬對人體健康的非致癌風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中，9種重金屬對兒童在3種暴露途徑下的非致癌風(fēng)險(xiǎn)變化范圍分別為 4.11×10-4—4.19×10-2（手-口攝入）、1.13×10-14—1.31×10-9（呼吸攝入）、5.76×10-6—3.47×10-3（皮膚攝入），平均值分別為1.09×10-2、1.54×10-10和 5.79×10-4，不同暴露途徑對非致癌總風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率分別為94.97%（手-口攝入）、0.0001%（呼吸攝入）、5.02%（皮膚攝入）。9種重金屬對成人在3種暴露途徑下的非致癌風(fēng)險(xiǎn)變化范圍分別為 2.40×10-4—2.44×10-2（手-口攝入）、2.55×10-14—2.95×10-9（呼吸攝入）、4.78×10-6—2.88×10-3（皮膚攝入），平均值分別為 6.39×10-3、3.47×10-10和 4.81×10-4，不同暴露途經(jīng)對非致癌總風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率分別為 92.99%（手-口攝入）、0.0001%（呼吸攝入）和7.01%（皮膚攝入），因此兒童和成人的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)的最主要暴露途徑是手-口攝入。

中國省會城市不同重金屬經(jīng)手-口攝入對兒童和成人的非致癌風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（HQi）大小順序均表現(xiàn)為 As＞Cr＞Mn≈Pb＞Ni＞Cu＞Hg≈Cd≈Zn ，As 風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最高，Zn最低。而不同重金屬經(jīng)呼吸和皮膚接觸對兒童和成人的HQi則呈現(xiàn)出不同的特征，大小順序?yàn)?Cr≈Mn＞As≈Pb≈Cd＞Hg＞Ni＞Cu＞Zn，Cr風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最高，Zn最低，且所有對兒童的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于1，說明非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)可以忽略。

省會城市土壤重金屬非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)（HI）見表6，可以看出經(jīng)3種暴露途徑對兒童和成人的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)（HI）大小順序均表現(xiàn)為 As＞Cr＞Mn＞Pb＞Ni＞Cu＞Hg＞Cd＞Zn ，9 種重金屬元素對非致癌風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為：As(40.67%)＞Cr (27.23%)＞Mn (15.23%)＞Pb (12.86%)＞Ni(1.48%)＞Cu (0.93%)＞Hg (0.68%)＞Cd (0.52%)＞Zn(0.40%)，因此As非致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，主要由手-口攝入引起。重金屬對兒童和成人的非致癌風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中，土壤重金屬對兒童的非致癌風(fēng)險(xiǎn)明顯大于成人，應(yīng)引起足夠的重視。33個(gè)省會城市的9種重金屬經(jīng)手-口、呼吸、皮膚 3種途徑非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值和中位值均遠(yuǎn)小于 1，3種途徑的綜合重金屬非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（HQ）平均值和中位值也均小于 1，表明中國省會城市土壤重金屬對兒童和成人沒有明顯的非致癌風(fēng)險(xiǎn)。

表6 土壤重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Table 6 Non carcinogenic risk index of heavy metals in soil

表7為中國省會城市土壤重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)值。在省會城市土壤重金屬對人體健康的致癌風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中，本研究只計(jì)算在呼吸攝入途徑下的致癌風(fēng)險(xiǎn)。4種致癌重金屬在呼吸接觸途經(jīng)下對兒童的致癌風(fēng)險(xiǎn)分布范圍為 2.10×10-16—2.48×10-13，對成人的致癌風(fēng)險(xiǎn)分布范圍為 4.73×10-16—5.59×10-13。4 種致癌重金屬（As、Cr、Ni、Cd）對兒童和成人的重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（CR）大小順序?yàn)?Cr＞As＞Ni＞Cd，4 種重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率為 Cr (93.47%)＞As(5.68%)＞Ni (0.76%)＞Cd (0.08%)，即 Cr致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，其次為As和Ni，而Cd風(fēng)險(xiǎn)最低。

表7 土壤重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 7 Statistics of carcinogenic risk index of heavy metals in soil

從土壤重金屬對兒童和成人致癌風(fēng)險(xiǎn)的差異看，研究區(qū)土壤4種致癌重金屬對成人的致癌風(fēng)險(xiǎn)均高于兒童，兒童和成人的綜合致癌風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（TCR）分別為 2.65×10-13和 5.98×10-13，成人是兒童的2.25倍，必要的時(shí)候需要加強(qiáng)健康防范。然而，不論成人與兒童，考慮單-重金屬還是多種重金屬元素，所有樣本的CR和TCR值均低于美國環(huán)保署（USEPA）規(guī)定的可接受閾值 10-4，表明沒有明顯的長期健康風(fēng)險(xiǎn)影響。因此，成人和兒童的終生致癌風(fēng)險(xiǎn)在可接受的風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

（1）中國省會城市土壤重金屬 As、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Cd、Hg的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是中國土壤元素背景值的1.12、1.75、1.21、1.69、1.16、1.13、1.75、1.66、4.18、2.87倍。各省會城市之間重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大。

（2）土壤重金屬元素按其污染等級可分為3種類型：第一類為As、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn 共8種重金屬，屬于輕污染等級；第二類為 Hg，屬于中度污染；第三類為Cd，屬于重度污染。省會城市土壤重金屬綜合污染指數(shù)為5.35，屬于重度污染。

（3）3種暴露途徑對兒童和成人的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（HI）大小順序均表現(xiàn)為 As＞Cr＞Mn＞Pb＞Ni＞Cu＞Hg＞Cd＞Zn，4 種致癌重金屬（As、Cr、Ni、Cd）對兒童和成人的重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（CR）大小順序?yàn)镃r＞As＞Ni＞Cd。研究區(qū)域成人和兒童的終生致癌風(fēng)險(xiǎn)在可接受的風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)。