新疆伊宁中心城区道路土壤重金属污染特征及健康风险评估

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土壤是生态环境中必不可缺的成土因子,是生物个体进行繁衍与生产的基地,在生态循环体系中发挥着无法替代的作用,尤其是道路土壤生境对维持道路生态及保障人类生命极其重要。复杂的交通道路网和公路运营使得伊宁市区道路作为道路土壤重金属污染的研究对象,对伊犁州路线整体发展有着重要的实际参考意义。本文应用系统的地理学理论及方法,以我国西部地区伊宁市为研究靶区,选取市域核心区近25条道路沿线作为研究对象并采集土壤样品,对汞、铬、镍、铅、铜和锌6种元素(Hg、Cr、Ni、Pb、Cu和Zn)展开分析。首先通过克里金插值探索土壤重金属污染近状及空间特性,其次运用系列指数评估道路沿线土壤环境质量水平,最后运用健康风险评价模型(USEPA)估算人群暴露剂量进而从3种暴露方式估测人群受危险程度。以期为土壤生态、环境监测及土地资源合理化运用等提供科学凭据。以下为本文的研究结论:(1)道路土壤中重金属元素含量统计分析及污染特征0.11 mg·kg-1、32.91 mg·kg-1、34.68 mg·kg-1、61.30 mg·kg-1、31.35 mg·kg-1、61.29mg·kg-1为路域土壤中Hg、Cr、Ni、Pb、Cu和Zn 6种元素平均含量,研究区土壤中Hg、Cr、Ni、Pb、Cu和Zn的变异系数分别为2.58、0.23、0.14、0.31、0.13和0.25,Hg的变异程度较其余元素明显,表明Hg受某种局部污染较严重,极有可能是在人为活动影响下导致的点源污染。其余元素变动幅面较稳定的元素其空间特性较均匀。Hg、Cr、Ni、Pb、Cu和Zn 6种元素有着明显的分布差异。就整体而言,道路土壤中各元素展现为点源,面状污染格局。(2)道路土壤中重金属元素环境质量评价研究区Hg、Cr、Ni、Pb、Cu和Zn 6种元素Pi各为0.809、0.613、1.486、2.568、1.515和0.898。6种元素的PN均大于1,63.5%的路域土壤元素PN大于2,说明沿线土壤已存在不同水平的污染。6种元素的PLI均值是1.14,呈轻度态势。从单项污染来看,Pb为中度态势,其次Ni、Cu表现轻度态势,Hg、Zn处在警戒线之下,Cr呈安全态势。总体表明路域土壤中元素总体污染程度是轻度态势。相关性分析结果可知:Hg与其他5种元素间均不相关,表明城区道路土壤中Hg与其自身行为相关联,且元素间不存在必然关系,没有相似性;在0.01置信度水平下,除Cr-Ni以外,其它Pearson系数低于0.6,为中等相关水平。多种元素同时存在改变自身形态且使含量产生变动。(3)人群暴露剂量估测及其健康风险评估人群经3种暴露方式的暴露剂量(ADD)从高到低是Pb>Zn>Cu>Cr>Ni>Hg,成年人和儿童在3种途径下暴露剂量从大到小依次为手-口摄入(ing)>皮肤表层接触(derm)>呼吸吸入(inh)。土壤中6种元素儿童经手-口摄入与皮肤表层接触均高于成年人,通过呼吸吸入成年人与儿童之间个体差异不大,基本一致。从HQ指数来看,就3种方式而言,成年人的HQi指数为:HQing>HQderm>HQinh;儿童的HQi指数为:HQderm>HQing>HQinh。6种元素的成年人HQi指数从大到小是:Pb>Cr>Ni>Cu>Hg>Zn;儿童HQi指数从大到小是:Hg>Cr>Ni>Cu>Pb>Zn。整体而言,成年人的单项HQi指数和非致癌总风险指数(HI)均小于1,儿童通过手-口摄入与呼吸吸入的HQi小于1,表现为风险较小且可忽视非致癌风险,儿童非致癌风险远高于成年人,表明城市道路土壤元素对儿童的HI较高,同时重金属对成年人的HI影响并不明显。从CR指数来看,Cr的成年人CRi指数从大到小是:CRing>CRinh>CRderm,Ni的CRi指数从大到小是:CRing>CRderm>CRinh;Cr、Ni的儿童CRi指数从高到低都是:CRderm>CRing>CRinh。土壤中2种元素对人群CRi从大到小均是Ni>Cr。总体而言,城市道路土壤中儿童通过3种方式的CRi指数均大于成年人。整体来看,土壤中2种元素人群CRi指数和TCR指数都低于1,儿童CRi指数高于成年人,表明城市道路土壤元素中儿童的健康危险高,且成人健康危险并不明显。
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