农田土壤镉生物有效性及暴露评估研究进展

随着工业化和城市化进程的发展,我国在农田土壤污染领域面临较大挑战,其中镉(Cd)为最优先控制元素之一。农田土壤Cd污染风险类型为健康风险,其主要暴露途径为经土壤-植物系统,并经膳食进入人体。在当前的土壤Cd风险评估中,一般不考虑生物有效性问题,这使得风险评价中实际暴露评估的不确定性普遍偏高。所以,近年来欧洲国家有许多研究者提出将生物有效性因素放在土壤污染物风险评价框架内。基于此,本文立足于农田系统,并从土壤、植物、污染物及环境因素等4个方面详细综述了农田土壤Cd生物有效性的影响因素及其作用机理。其次,分别综述了近年来土壤Cd生物有效性预测模型和土壤Cd膳食暴露评估模型研究进展。最后,分析了我国土壤重金属风险评价中存在的不足,并对农田土壤Cd暴露评估发展态势和研究方向进行了初步预测,以期为农田土壤Cd健康风险评估及安全基准研究提供一定参考。     

浙西典型黑色页岩区稻田土壤重金属污染及人体健康风险评价

长江下游广泛发育富含硫化物和Cd等重金属的黑色岩系,为查明黑色岩系地质高背景稻田土壤重金属污染的风险,在浙西典型黑色页岩发育区系统采集了15组水稻根际土壤和籽粒协同样品,测定As、Cd、Pb、Cr和Hg的含量,采用综合质量影响指数(ⅡCQ)评价土壤重金属污染程度,采用健康风险评价模型评价潜在的人体健康风险.结果表明,研...     

湘中某工矿区农户菜园重金属污染分析与健康风险评价

为研究湘中某工矿区对周边农户菜园土壤和蔬菜的影响,采集矿区周边18个蔬菜样地15个品种计80个蔬菜样品,分析土壤及蔬菜中重金属Pb、Cd、Cu、Zn的含量,并采用污染指数法和健康风险评价模型对土壤和蔬菜重金属污染进行评价.研究表明,矿区蔬菜地土壤受到严重的重金属污染,Cd污染最为严重.从综合污染指数来看,蔬菜均受到中、重度污染,苋菜污染最严重.各元素在蔬菜中的富集能力大小为:Cd>Zn>Cu>Pb.重金属暴露接触对人体的风险评估结果表明,蔬菜可食部分Cd与Pb的危险度(HQ)均大于1,居民通过蔬菜途径摄入的Pb和Cd对人体健康存在较大的潜在风险.建议农户菜园在不能改制改种的情况下,种植根茎类蔬菜.     

场地土壤重金属镉和铅复合污染毒性阈值的推导及其应用

镉(Cd)和铅(Pb)是生物体非必要元素,具有毒性大、迁移性强等特点,二者在场地土壤中通常存在复合污染的现象.土壤污染物预测无效应浓度(predicted no effect concentration,PNEC)是污染物自身毒性与不确定性系数共同决定的参数,其中土壤污染物的生物有效性是PNEC值不确定性的重要来源.本研究选择湖南常宁某铜矿冶炼厂和江苏靖江某电镀厂2个不同类型的污染场地及周边土壤,基于土壤理化性质及重金属的有效性浓度,采用经验模型估算出Cd和Pb单一污染对植物根系生长的半效应浓度(median effect concentration,EC50)及其土壤中的PNEC,通过浓度加和(concentration addition,CA)模型,结合外推因子法,估算获得场地土壤实际Cd和Pb复合污染的预测无效应浓度(PNEC面x).结果 表明,2个场地土壤中Cd的平均含量分别为背景值的102倍和37.6倍,Pb平均含量分别为背景值的15.1倍和3.86倍,Cd和Pb复合污染现象明显.由于2个场地土壤性质差异较大,Cd和Pb的EC50存在较大差异,EC50(Cd)分别为19.1 ～36.2 mg·kg-1和20.1 ～ 35.4 mg· kg-1,而EC50(Pb)分别为366～1891 mg·kg-1和682～1575 mg·kg-1.同时由于场地实际污染土壤的理化性质及Pb/Cd含量比不同,所推导的PNECmix也存在明显差异,Cd含量及其在Cd和Pb总量中的占比较高的土壤样点的PNECmix较低,2个场地的PNECmix分别为0.933～37.9 mg·kg-1和32.9 ～ 744 mg· kg-1.2个场地调查样点中Cd和Pb含量的实测值均在一定程度上高于相应的PNECmix,对植物生长存在一定的生态风险.因此,进行复合污染生态风险基准值制定和生态风险评价时,需要考虑影响污染物的生物有效性和关键场地特异性(site-specific)因素,如土壤理化性质及不同污染物浓度比等.     

废弃铅锌冶炼厂重金属污染场地的健康风险评价

通过对广西某废弃铅锌冶炼厂区进行布点采样、监测分析,选取Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As六种重金属元素作为评价因子,对污染场地进行健康风险评价.结果显示,指数评价法表明厂区污染状况为废渣＞＞建筑垃圾＞土壤,Cd ＞Zn ＞As ＞Pb ＞Cu＞ Cr,土壤受到中度污染,废渣和建筑垃圾受到重度污染.健康风险评价法表明土壤、废渣和建筑垃圾的危害商分别为2.032、13.891、2.975,非致癌危害废渣＞＞建筑垃圾＞土壤;Cu、Zn、Cr、Cd、As的危害商分别为0.053、0.118、0.184、7.001、11.542,非致癌危害As ＞Cd ＞Cr＞Zn ＞Cu.土壤、废渣和建筑垃圾的致癌风险分别为5.387E-04、7.954E-04、2.455E-04,致癌危害废渣＞土壤＞建筑垃圾;As、Cd、Cr的致癌风险分别为5233E-04、2.400E-05、1.032E-03,致癌危害Cr＞As ＞Cd.综上,人体健康危害废渣＞建筑垃圾＞土壤,主要危害元素为As、Cd、Cr.     

禹州市煤矿区周边土壤和农作物重金属污染状况及健康风险评价

为全面了解河南省禹州市煤矿周边土壤和农作物中的重金属污染现状.对禹州市的某3个典型矿区(下文称为A、B和C矿区)周围土壤和主要谷类农作物(玉米和小麦)进行了调研和采样分析,并采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定其重金属含量,同时通过单因子指数法和内梅罗综合指数法评价了煤矿周围土壤的污染状况,并利用MMSOILS风险评价模型评价了食用当地谷类农作物对成人和儿童造成的重金属健康风险.结果表明:研究区土壤受到了重金属不同程度的污染,污染程度排序:小麦地玉米地,且就单个重金属污染程度来说, Cd Cu Co Ni Zn Cr;内梅罗综合污染指数分析结果表明,玉米地的污染程度为安全,小麦地的污染程度为重污染,均以Cd对污染指数P_(综合)值的贡献最大;研究区农作物玉米籽粒中Cr、Co、Ni、Cu、Zn和Cd的平均含量分别为25.03、0.54、2.87、21.52、118.68、1.97 mg·kg~(-1);小麦籽粒中Cr、Co、Ni、Cu、Zn和Cd的平均含量分别为1.04、0.11、1.17、9.55、61.51、0.06 mg·kg~(-1).Cr、Co、Ni、Cu、Zn和Cd富集系数大小的顺序均为玉米小麦;健康风险评价表明,研究区农作物籽粒中存在高重金属污染风险,尤其以Cd最为明显,食用当地谷类农作物对人体造成健康风险的顺序依次为Co Cd Cu Zn Ni Cr,其中Co、Cd对成人风险较高,Co、Cu、Zn、Cd对儿童风险较高,对儿童造成的健康风险要明显高于成人;土壤重金属含量与谷类农作物可食部分重金属含量间无明显相关性.     

某污灌区土壤与蔬菜重金属污染状况及健康风险评价

对安徽蚌埠某污灌区的土壤及蔬菜进行取样调查,分别测定其重金属As、Pb、Cr、Cd和Hg含量,利用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价污灌区土壤及蔬菜的污染状况,并结合EPA MMSOILS模型评价了当地食用蔬菜对人体造成的健康风险。结果表明,研究区土壤中As、Pb、Cr、Cd和Hg含量平均值分别为4.182、3.685、1.397、0.381和0.151 mg·kg-1,与GB 15618—1995《土壤环境质量标准》中的Ⅱ级标准(pH值为6.5~7.5)相比,Cd含量超标,其单因子污染指数为1.27。土壤内梅罗综合污染指数为0.931,表明土壤污染情况已处于警戒范围内,主要因素是Cd污染。蔬菜中各重金属含量符合GB 2762—2012《食品中污染物限量》,各重金属含量由高到低分别为Pb、As、Cr、Cd和Hg。食用蔬菜中Pb、Cd、Hg和Cr对人体造成的健康风险均较低,风险指数分别为0.40、0.07、0.12和0.06,而As的风险指数达1.12,暴露风险较大。     

污染土壤中铅、砷的生物可给性研究进展

土壤铅、砷污染已成为重要的环境问题,并可对人体健康造成严重危害。对食物链途径的有效控制使得从口部无意摄入的土壤铅、砷对人体,特别是对儿童铅、砷摄入总量的贡献率越来越大,甚至成为主要来源。土壤中铅、砷直接进入人体的消化系统并可被人体胃肠道溶解出的部分称为其生物可给性。有效、准确地判定土壤中铅、砷的生物可给性已经成为解决儿童铅、砷中毒的关键科学问题。因此,有关土壤中铅、砷的生物可给性及其在人体健康风险评价中的应用受到了越来越多的关注。文章综述了污染土壤中铅、砷生物可给性的研究方法及各方法的优缺点,并从土壤性质、模拟胃肠条件等方面分析了影响土壤中铅、砷生物可给性的主要因素和存在的问题,还进一步论述了土壤中铅、砷生物可给性在人体健康风险评价中的应用。最后,提出了今后该领域应重点加强土壤铅、砷生物可给性的标准参考物、模拟胃肠条件的优化以及土壤铅、砷生物可给性在人体健康风险评价中的应用等方面的研究。以期充分发挥铅、砷等环境污染物的生物可给性研究方法的潜力,更好地为控制土壤污染、保护人类健康服务。     

电子废弃物拆解污染区土壤生态健康风险研究进展

电子废弃物中含有诸多具有回收再利用价值的资源,但在粗放的拆解回收过程中,其中的重金属和有机污染物等有毒有害物质向环境介质中释放,使拆解场地周边土壤受到严重的复合污染,给当地生态环境和人体健康带来潜在风险。本文系统分析了电子废弃物拆解区污染物在土壤中的迁移行为特征和风险;归纳了用于研究土壤污染生态风险的指数法、模型法、外推法和生态毒理法和用于研究土壤污染健康风险的人体外部量化评估和人体内暴露评估等评估方法;同时探讨了这些评估方法在电子废弃物拆解区土壤污染生态健康风险研究的前沿进展。最后本文还指出了目前电子废弃物拆解区土壤污染风险评价需要改进之处,如评价方法应考虑到污染物在土壤中的存在形态、生态风险评价模型需将污染物对生态系统基本构成单元的影响纳入进去、健康风险量化评估基础数据和内暴露评估生物标志物法都需开展精细化的研究,提出了应对电子废弃物拆解引发的生态健康风险的措施,以期引起关于电子废弃物拆解场地土壤生态健康风险的深入思考。     

大冶矿区土壤-蔬菜重金属污染特征及健康风险评价

对大冶铜绿山、铜山口矿区和非矿区的土壤、蔬菜重金属污染特征进行了分析,利用单因子污染指数及内梅罗综合污染指数法评价了土壤环境质量,并进一步分析了蔬菜重金属暴露接触对当地居民的健康风险.结果表明,矿区附近蔬菜地土壤均受到不同程度上的重金属污染,尤其是Cu和Cd的污染.非矿区蔬菜地土壤受到重金属的中度污染,主要是Cd污染.矿区蔬菜中Pb和Cd的含量均超过中国食品安全卫生标准,非矿区部分蔬菜中Pb和Cd的含量超标.矿区居民食用各种蔬菜均会产生Pb和Cd的健康风险.青少年儿童食用蔬菜比成年人更易受到重金属的危害.     

长江三角洲典型地区土壤中重金属的污染评价

以长江三角洲典型地区张家港市为例,运用不同评价标准和方法评价土壤中Cd,Hg,Pb,Cu,As和Cr的污染现状,探讨了不同评价标准和方法评价结果的异同.结果表明,以国家土壤环境质量二级标准为标准,Hg,Cu和Cd出现超标,但超标率都很小.以环境背景值为标准,六种元素超标的样点数明显增加.以环境背景值为标准,元素污染指数比地积累指数更能反映外源污染物导致的土壤中重金属的富集状况,而元素潜在生态风险指数则能反映Cd和Hg等对生态系统的危害风险.在六种元素综合污染评价上,内梅罗综合污染指数(P综)和多金属综合生态风险指数(RI)对土壤的污染评价总体趋势反映一致.     

福建九龙江流域水稻土重金属污染评价及生态风险

为研究九龙江流域水稻土中重金属污染及生态风险,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和原子荧光光谱法(AFS)分析测定了九龙江流域农田土壤中22种重金属的含量.运用地质累积指数法、潜在生态风险指数法和次生相与原生相分布比值法评价重金属污染特征及潜在生态风险.结果表明,九龙江流域水稻土中除Ni和Mo元素外,其余重金属的总平均含量均超过福建省土壤元素背景值.Cd、Pb、Mn、Hg和Cu的生物有效态含量较高,分别占总量的66.86%、59.20%、55.90%、53.73%和52.18%,说明这些元素较易迁移且对农作物具有较高潜在生物毒性.结合3种评价方法结果表明,九龙江流域水稻土已受到Cd的中度污染和Hg、Pb、Sr、As、Co、Zn、Cu、Mn、Se的轻度污染.水稻土中重金属存在较高的综合潜在生态风险,其中Cd为高潜在生态风险,Hg为较高潜在生态风险,两者对综合潜在生态风险的贡献率分别为57.0%和25.1%.Cd和Hg,应作为九龙江流域水稻土质量评价的重点关注对象.     

上饶市某铜矿废弃地土壤重金属污染特征及健康风险评价

以上饶某铜矿废弃地土壤为研究对象,共采集50份采场边坡废弃地土壤样品,对该铜矿区废弃地土壤重金属污染特征、来源及其对人体的健康风险进行探析,为矿山开采及废弃地重金属污染防治提供理论依据。使用原子吸收分光光度计测定Cu、Cd、Cr、Pb和Zn含量并对其理化性质进行测定,分析该铜矿废弃地重金属含量及其与理化性质之间的相关性。采用单因子指数法结合内梅罗综合指数法和健康风险评价模型对该矿区废弃地土壤重金属污染状况及人体健康风险进行评价。结果表明,该矿区土壤重金属中Cu和Cd均远超过国家土壤环境二级标准和江西省土壤背景值,Zn、Pb和Cr含量都超过江西省土壤背景值;Cd、Pb、Cr、Cu和Zn的变异系数分别为95%、98%、71%、60%和18%。聚类分析结果表明,Cd受理化性质的影响较为显著。主成分分析表明,土壤样品中的Cd受TN的影响较大,各重金属均受到理化性质的不同程度影响,且在不同的主成分上的比重各异,表明它们具有同源性。污染指数评价结果表明,5种重金属中Cu和Cd的污染最为严重,Cr的污染相对较轻。健康风险评价结果表明,5种重金属对成人和儿童产生的非致癌暴露风险值均为CrCdPbCuZn,其中Cr对周围居民所产生的健康风险不容忽视。     

三七中药材种植产地土壤重金属污染特征及风险评价

对云南省主要三七(Panax notoginseng)种植地耕层土壤(0～20 cm)、表下层土壤(>20～40 cm)和三七植株中的8种重金属污染状况进行评价分析,为三七药材安全性评价与土壤重金属污染治理提供理论依据。采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)检测土壤和植株中重金属含量,采用单项污染指数(P_i)、内梅罗综合污染指数(NIPI)和潜在生态风险指数(PERI)评估土壤重金属污染状况,采用估计每日摄入量(EDI)、目标危害商(THQ)和危害指数(HI)评估植株各部位重金属人体健康风险,采用生物富集系数(BCF)和转运系数(TF)评估重金属在植株中的富集和转运能力。结果表明,三七种植土壤重金属污染程度由高到低依次为Cd、Cu、Cr、Ni、Pb、As、Hg和Zn;三七种植土壤属于中度污染,且有中度生态风险。三七主根、芦头、须根、茎和叶5个部位均呈不同程度重金属超标现象,尤其是Hg在地上部超标严重,但均无人体健康风险。植株各个部位重金属富集系数均小于1,其中,主根、须根、芦头和茎Cd富集能力最强,Pb富集能力最弱,叶Hg富集能力最强,Cr富集能力最弱;...     

前哨动物在环境污染物人体健康风险评价中的应用

前哨动物能够在污染物对生态系统或人体健康产生明显影响之前做出反应,所以利用前哨动物能够对环境污染的健康风险做早期预报,同时可提供环境中污染物种类、污染水平、生物可利用性、富集代谢等多方面的信息.虽然来自前哨动物的信息不能直接外推于人,但由于动物和人体结构和功能的相似性,这些信息可作为污染物对人体作用的早期警报.论文对作为前哨动物的某些鱼类、两栖动物和哺乳动物在环境污染物人体健康风险评价中的应用进行了简要概述,讨论了它们作为前哨动物各自的优缺点和适用范围,最后建议在国内大力开展前哨动物生态毒理学调查,以促进人体健康风险评价工作.     

淮北煤矿周边土壤重金属生物可给性及人体健康风险

为了探究煤矿周边农田土壤重金属污染状况以及评估可能对人体带来的健康危害,本研究以安徽省淮北地区3座主要煤矿为研究区,对土壤重金属含量进行分析,并采用体外胃肠模拟方法(PBET),计算土壤中重金属的生物可给性,并以此修正健康风险评价计算方法.结果表明,土壤中重金属含量平均值(mg·kg~(-1))分别为Cd (0.16)、Cr (11.82)、Cu (12.03)、Ni (21.86)、Pb (55.09)、Zn (41.46),与国内不同类型矿区相比,淮北煤矿区周边土壤重金属含量较低;重金属的生物可给性平均值大小顺序是:胃阶段:Pb (61.69%)Cu (51.88%)Cd (43.88%)Cr (26.48%)Zn (17.45%)Ni (14.57%),小肠阶段为:Cr (58.80%)Cu (55.71%)Zn (51.40%)Ni (39.44%)Pb (7.59%)Cd (7.32%);由生物可给性校正后,成人和儿童不同重金属非致癌风险暴露量均小于1,说明成人和儿童均不存在非致癌风险,不同种类重金属的致癌风险为:CrCdNi,其中,Cr的致癌风险介于10~(-6)—10~(-4)之间,表明Cr对人群有一定的致癌风险,但在可接受的范围内,且儿童的致癌风险高于成人,经手-口无意摄入是土壤重金属最主要的暴露途径.     

赣南某钨矿区土壤中Cd、Pb的形态特征及生态风险评价

以赣南某钨矿区稻田及菜田土壤为研究对象,采用Dold七步提取法分析了土壤中Cd、Pb的分布特征,运用富集系数法及次生相与原生相比值法综合评价了钨矿区土壤中Cd、Pb的生态风险.形态分析表明,Cd、Pb主要以原生硫化物态为主,其次为残渣态;Cd、Pb的生物可利用态分配系数较低,为1.18%—6.48%,生物潜在可利用态分配系数较高,为56.70%—87.43%,Pb的生物活性略高于Cd.风险评价表明,从重金属总量富集角度评价,土壤中Cd为重度污染到极度污染,Pb为中度污染到严重污染,平均污染程度为CdPb;从形态角度评价,Cd、Pb均为轻度污染到重度污染,Cd、Pb各采样点的次生相与原生相分布比值(P%)空间差异性明显,Pb的各采样点P%空间差异性更为显著,平均污染程度为CdPb.     

TCLP法评价酸性矿山废水污染稻田土壤重金属的生态风险

采用美国最新的法定重金属污染评价方法TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure,TCLP)法对粤北大宝山矿山下游受酸性矿山废水长期污染的稻田土壤的重金属(Cd、Zn、Pb、Cu)污染状况进行评价,以国际规定的TCLP法标准评价重金属生态环境风险.结果表明,TCLP试剂提取的土壤重金属Cd、Cu、Pb和Zn含量分别在0.02～0.58、1.42～38.07、0.16-31.01和1.84～75.29 mg·kg-1之间.酸性矿山废水污染稻田土壤不同程度地受到Cd、Cu、Pb、Zn的污染,其中以Pb、Zn污染最为严重,其次为Cu污染,Cd污染程度最轻.     

新疆焉耆盆地农田土壤重金属污染及健康风险评价

为研究新疆焉耆盆地绿洲农田土壤重金属的污染及潜在健康风险,选取194个样点采集土壤样品,测定As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn共7种重金属元素含量。利用地质累积指数(I_(geo))评价农田土壤污染水平,采用US EPA健康风险评价模型,对农田土壤重金属污染的潜在健康风险进行评估。结果表明,研究区农田土壤7种重金属平均含量均未超出《食用农产品产地环境质量评价标准》中的限值,但Cd、Cr、Ni、Pb和Zn含量平均值分别超出新疆灌耕土背景值的1.67、1.41、1.30、3.01和6.78倍。农田土壤中Zn呈现轻度污染,Cd与Pb呈现轻微污染,As、Cr、Cu与Ni呈现无污染态势。健康风险评估结果表明,经手-口摄入是研究区农田土壤重金属日均暴露量及健康风险主要途径。农田土壤7种重金属通过3种暴露途径的非致癌风险商(HQ)与非致癌风险指数(HI),单项致癌风险指数(CR)与总致癌风险指数(TCR)均小于安全阈值,属于可接受风险水平。研究区农田土壤重金属对儿童的非致癌风险低于成人,致癌风险高于成人。研究区农田土壤中As与Pb是最主要的非致癌风险因子,As是最主要的致癌风险因子,研究区农田土壤中As对人体的健康风险应当引起重视。     

湖南省某矿遗址周围农业土壤重金属污染及风险评价

为了进一步了解湖南省某矿遗址周围农田土壤重金属的风险,在该矿遗址附近两个区域(Ⅰ区、Ⅱ区)采集125个农业土壤样品,分析其中重金属(As、Cd、Cr、Cu、Pb)的含量,运用综合污染评价法、潜在生态指数法和地积累指数法对其开展风险评估.结果表明,Ⅰ区农田土壤中As和Cd的含量比国家风险管控标准值高,属于中度污染土壤,存在着极高的潜在生态风险;地积累指数进一步指出Ⅰ区土壤中As污染属于二级污染、Cd污染属于四级污染.Ⅱ区农田土壤,除Cd的含量相对较高外,其它重金属含量均很低,该区域土壤重金属的综合污染评价值低于1.0.但是由于Ⅱ区土壤中Cd的地积累指数为1.92,表明Ⅱ区土壤受到Cd的轻度污染,存在一定的潜在风险.