土壤重金属健康风险时空预测及管控目标研究

文摘   科学   2023-08-15 14:00   江苏  
作者:姬  超,侯大伟,赵晓杰,谢  丽,孙  华,包广静,邓爱萍
单位:南京农业大学土地管理学院;东北农业大学公共管理与法学院;云南财经大学物流与管理工程学院;江苏省环境监测中心

卷期:《土壤》2023年第55卷第3期

随着人类对地球资源开发利用强度的持续增加,土壤环境面临的重金属污染形势日益严峻,土壤重金属污染已成为当前全球可持续发展面临的主要挑战之一,尤其对于发展中国家。同时,土壤重金属可通过皮肤接触、呼吸吸入、经口摄入等暴露方式进入人体中,并隐藏在蛋白质或沉积在细胞中,进而影响肺、脑、肝、肾和其他器官的正常功能,威胁人体健康。在健康中国战略深入实施背景下,开展土壤重金属健康风险研究对于保障区域人群健康、完善土壤风险防控体系和维护土壤可持续利用等具有积极的意义。

20世纪80年代《化学混合物健康风险评估指南》提出以来,国内外学者围绕毒性效应、暴露评估和风险分析等开展了一系列关于土壤重金属健康风险的研究,研究成果明确了土壤重金属与人体健康之间联系和完善了土壤重金属健康风险评估的理论方法体系。然而,当前基于时间视角的土壤重金属健康风险预测分析相对缺乏,且由于重金属在土壤中具有显著的累积性、持久性和生物难降解性等特征,揭示土壤重金属健康风险的时空变化规律和明晰健康风险视角下的不同区域在不同时期土壤重金属管控目标可为制定风险管控策略、提升风险管控效率、有效保障人体健康提供理论和现实依据。

本文选择国家重要的现代工业基地南京市六合区作为研究区域,以土壤重金属CrPbCdAsHg调查数据为基础,利用黑箱理论、健康风险评估模型和反距离权重插值法,预测分析了南京市六合区土壤重金属健康风险的时空变化特征,并基于健康风险视角探究了土壤重金属管控目标。

研究结果表明,六合区土壤重金属CrPbCdAsHg的年均累积速率分别为 –0.7110.5580.006–0.0860.013 mg/(kg·a),其中CrHgCdPb的年均累积速率高值区域主要分布在从葛塘街道—龙池街道到冶山镇—金牛湖街道的六合区东南—西北的连接区域,并经过六合开发区和化工园区(图1)。CrAs的儿童致癌风险在2017年的最小值分别为13.307×10–64.548×10–6Pb儿童非致癌风险的最大值为1.366,且该风险值高于1的点位占所有调查点位的11.58%CrPbAs是六合区土壤重金属健康风险特征因子(表1)。2017 — 2030年,Pb儿童非致癌风险呈上升趋势,该风险值高于1的区域主要分布在大厂街道、长芦街道等六合区南部区域和以金牛湖街道为核心的六合区北部区域,CrAs儿童致癌风险总体呈下降趋势,但对应的平均值分别高于8.670×10–69.564×10–6,其中Cr儿童致癌风险值高于20×10–6的区域逐渐集中在以六合开发区和化工园区为核心的周边区域,As儿童致癌风险值高于10×10–6的区域逐渐集中在以马鞍街道为核心的六合区北部区域(图2)。基于2030年健康风险管控目标,CrAs的含量分别需降低至37.500 mg/kg4.167 mg/kg,对应的年均降低速率分别处于0.978 ~ 8.122 mg/(kg·a)0.305 ~ 0.747 mg/(kg·a),且均值分别为3.176 mg/(kg·a)0.381 mg/(kg·a)Cr降低速率高值区域主要分布在六合开发区周边的区域以及冶山镇南部区域,As则主要分布在以竹镇镇西部、冶山镇北部以及马鞍街道北部为核心的六合区北部区域(图3)。

土壤重金属年均累积速率空间特征

图2 2017年、2025年及2030年土壤重金属健康风险空间特征

3 基于健康风险可接受水平的土壤重金属管控目标的空间特征


作者简介


孙华  教授  博导
孙华 南京农业大学 土地管理学院教授,博导,江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人、中国环境科学学会重金属污染防治专业委员会委员、江苏省水土保持学会常务理事。长期从事土地资源可持续利用、资源环境评价与规划管理、环境管理信息系统应用等领域的教学和科研工作,主持国际合作、国家级、省级等科研项目30余项,曾获中国环境科学学会第十一届优秀环境科技工作者奖、江苏省国土资源科技创新奖二等奖、江苏省社科应用研究精品工程优秀成果奖等奖励。发表学术论文100余篇,出版《乡村资源环境规划基础》《江苏省农村工业和城镇化发展报告》等专著和教材8部。

包广静  副教授  硕导
包广静,云南财经大学物流与管理工程学院副教授,硕导,云南省城乡规划专业技术委员会委员、云南省特色小镇创建工作专家委员会委员、云南省科学技术奖评审专家。长期从事国土空间规划、生态环境评价等领域的教学和科研工作,主持国家自科基金等项目20余项,曾获得云南省哲学社会科学优秀成果一等奖、云南省文化和旅游规划设计三等奖、云南财经大学优秀教师等奖励。发表学术论文70余篇,出版《推进以人为本的云南新型城镇化》《怒江水能开发与生态协调发展研究》等专著3部。


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