工业城市不同功能区土壤和蔬菜中重金属污染及其健康风险评价(2)

　　为了研究某一成年居民通过食用蔬菜而带来的健康风险，本文采用健康风险评价模型对株洲市不同功能区蔬菜中重金属污染进行评价，具体公式见如下：ADD=(C×IR×ED×EF)(BW×AT×365)（2）HQ=ADDRfD（3）式中：ADD为每日单位体质量的摄入剂量（mg·kg-1·d-1）；C为污染物实测平均质量分数（mg·kg-1）；IR为通过不同途径的摄取速率（mg·day-1）；ED为暴露持续时间（years）；EF为暴露频率（d·a-1）；BW为评价对象的平均体质量（kg）；AT为平均暴露时间（a），相当于平均寿命；HQ为危害商；RfD为日参考剂量（mg·kg-1·d-1），参考剂量指使得暴露个人可以长时间持续暴露在这个水平而不受到危害的剂量。风险评价计算所涉及的主要参数值如下表2以及表3所示。假设烹饪对蔬菜中重金属的毒性无影响。

　　当存在一种以上毒性物质时，彼此之间的相互作用应该引起重视。同一介质中潜在存在的有毒物质的毒性风险是叠加的。所以为了评价多种重金属对健康的危害，提出了由每种重金属的HQ相加得到的HI：HIHQi=Σ；i=1,2,3…n（4）式中：HI为危害指数，即各种污染物危害商的总和。如果HI≤1.0，表明人不会受到明显的伤害；HI>1.0，表明人体健康受危害的可能性很大。当HI>10.0，表明存在严重的慢性风险。

　　2、结果与讨论

　　2.1不同功能区土壤中重金属的质量分数

　　株洲市不同功能区土壤中Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu平均质量分数及范围。工业区土壤Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的质量分数范围为6.35~58.42mg·kg-1、0.27~48.31mg·kg-1、216.82~1348.32mg·kg-1、0.33~11.65mg·kg-1、405.93~1606.02mg·kg-1、36.013~252.52mg·kg-1和43.23~226.6mg·kg-1；农业区壤重金属Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的质量分数范围分别是1.27~49.27mg·kg-1、0.10~42.34mg·kg-1、58.08~210.73mg·kg-1、0.08~4.67mg·kg-1、103.86~557.71mg·kg-1、80.87~304.31mg·kg-1和31.27~84.24mg·kg-1；旅游区土壤重金属Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的质量分数范围分别是0.46~2.57mg·kg-1、0.17~16.78mg·kg-1、42.36~57.72mg·kg-1、0.23~2.80mg·kg-1、126.62~371.64mg·kg-1、34.23~210.69mg·kg-1和45.14~81.75mg·kg-1。

　　从所研究的7种重金属来看，工业区旱地土壤中Cd、As、Pb、Hg、Zn和Cu平均质量分数最高，而农业区土壤中Cr的质量分数最高，为169.47mg·kg-1。旅游区旱地土壤中Cd、As、Pb、Hg、Zn和Cr的平均质量分数最低，其中As的平均质量分数低于湖南土壤背景值和国家土壤环境质量标准中二级标准，表明旅游区土壤受到工业活动的影响较小。农业区土壤中Cu的平均质量分数最低，为54.6mg·kg-1，但高于湖南省土壤背景值。对于株洲工业区土壤受到重金属污染的情况已有报道，但农业区和旅游区旱地土壤中重金属污染报道则较少。本研究结果表明，工业城市株洲长期的工业活动导致农业区和旅游区土壤受到了一定的污染。

　　2.2蔬菜中重金属的质量分数

　　株洲市不同功能区蔬菜中Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的平均质量分数（以鲜质量计，下同）及范围如表5所示。由表5可知，工业区蔬菜中Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的平均质量分数分别是16.61mg·kg-1、6.40mg·kg-1、80.79mg·kg-1、0.71mg·kg-1、354.01mg·kg-1、1.87mg·kg-1和6.57mg·kg-1；农业区蔬菜中Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的平均质量分数分别是5.34mg·kg-1、1.02mg·kg-1、52.13mg·kg-1、0.18mg·kg-1、120.41mg·kg-1、3.18mg·kg-1和4.96mg·kg-1；旅游区蔬菜中重金属Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的平均质量分数分别是3.64mg·kg-1、0.71mg·kg-1、20.24mg·kg-1、0.17mg·kg-1、95.48mg·kg-1、2.32mg·kg-1和4.29mg·kg-1。不同功能区中，工业区蔬菜中Cd、As、Pb、Hg、Zn和Cu平均质量分数最高，而农业区蔬菜中Cr的质量分数最高（3.18mg·kg-1）。旅游区蔬菜中Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的平均质量分数最低，其中Cu的平均质量分数（4.29mg·kg-1）低于食物中污染物限量。李小江等曾报道工业区蔬菜中Cd、As、Pb和Hg的质量分数范围分别是0.65~13.7mg·kg-1、0.11~6.44mg·kg-1、0.12~74.9mg·kg-1和0.003~0.79mg·kg-1，均出现超标情况，且超标倍数均较大。结果表明，与食品中污染物限量相比，农业区以及旅游区蔬菜中Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的平均质量分数不同程度超过其相对应的限量值。

　　2.3土壤重金属污染评价

　　由公式（1）计算，得到工业区、农业区、旅游区的土壤中Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的地质累积指数（Igeo）。工业区土壤中Cd、Pb和Hg污染较为严重，其Igeo值均大于3，特别是Cd和Hg，其Igeo值分别为7.17（Igeo>5）和4.40（Igeo>4），分别属于极强污染和强污染；除Zn属于中度污染外；其它重金属的Igeo值范围在1~2之间，都在中度污染程度以下。农业区土壤中Cd的Igeo值最大，为5.92（Igeo>4），属于极强污染；其次为Hg，Igeo值为2.59，属于中度污染，其他元素的Igeo值均在中度污染之下，尤其是As，Igeo值是负值。旅游区土壤中Cd的Igeo值为3.23>3，属于强污染，Hg的Igeo值为2.46，属于中度污染，其他元素均在无污染-中度污染之间。

　　工业城市不同功能区的土壤重金属污染评价结果表明，工业区土壤受到严重的重金属污染，其次是农业区土壤，最后为旅游区土壤。工业区土壤受重金属影响强度顺序是Cd>Hg>Pb>Zn>Cu>As>Cr；农业区土壤是Cd>Hg>Pb>Zn>Cr>Cu>As；旅游区的是Cd>Hg>Cu>Zn>Pb>Cr>As。可见，工业城市Cd是不同功能区土壤的主要污染元素，其次是Hg，这与龙永珍等[36]的报道一致，工业区污染严重程度明显大于非工业区。息朝庄等[37]用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价株洲市土壤重金属得出，Cd已达到重度污染程度。雷鸣等的研究也表明，株洲冶炼区稻田土壤中Cd具有很高的潜在生态风险。曾灿等[16]认为工业区是株洲市污染最严重的区域，这是由于采矿、冶炼、化工等工业活动所造成的。

　　2.4蔬菜中重金属健康风险评价

　　根据公式（2）~（4）以及各种参数表2~3计算可得蔬菜中ADD、HQ及HI。

　　三个功能区蔬菜中Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的ADD范围分别为9.28×10-3~4.23×10-2、1.81×10-3~1.63×10-2、5.16×10-2~2.06×10-1、4.33×10-4~1.81×10-3、6.26×10-1~9.03×10-1、4.76×10-3~8.11×10-3和1.09×10-2~1.67×10-2，其中Zn的ADD是最高的。

　　在所研究的不同功能区中，工业区蔬菜中Cd、As、Pb、Hg和Zn的HQ值都大于1.0，其中Cd和As的HQ值分别是42.35和54.39，是HQ评价值的40~50倍，表明工业区蔬菜中存在非常严重的Cd和As健康危害。农业区蔬菜中Cd、As、Pb和Zn的HQ值都大于1.0，其中Cd的HQ值大于10.0，表明该区的蔬菜明显存在Cd的健康风险。旅游区蔬菜中Cd、As、Pb和Zn的HQ值都大于1.0，表明该区的蔬菜存在健康风险。在不同功能区蔬菜中，Cu和Cr的HQ都小于1.0，尤其是Cr，可能是因为参考剂量太高的缘故。

　　不同功能区HI值的大小顺序是工业区>农业区>旅游区>10.0，其中工业区的HI值为108.94>100.0，表明不同功能区尤其是工业区的成年人食用受重金属污染蔬菜会产生不同程度的健康影响，其中工业区居民的健康影响最为严重。

　　各种重金属对HI的贡献率。每个功能区蔬菜的健康风险评价中，Cd和As的贡献率是最高的，在工业区、农业区、旅游区中分别为39%和50%，46%和29%，47%和30%。Cr的贡献率最小，几乎为0。刘杨林等研究表明工业区作物中主要重金属污染因子主要是Cd。

　　3、结论

　　1）株洲市工业城市不同功能区土壤重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、Cr和As的平均质量分数都超出湖南省土壤背景值，部分重金属甚至超出国家土壤环境质量二级标准，表明株洲市工业城市工业区、农业区和旅游区土壤都受到不同程度的重金属污染。