工业区土壤重金属污染的空间健康风险评价

论文总字数：16181字

目 录

1. 绪论 1

1.1 国内外研究进展 1

1.2 研究目的和意义 1

2. 研究区概况和数据获取 2

2.1 研究区概况 2

2.2 土壤重金属样品采集与测定分析 2

2.2.1 土壤样品采集 2

2.2.2 土壤样品预处理 3

2.2.3 土壤重金属元素测定和校准 3

2.3 健康风险评价方法 3

2.3.1健康风险评估模型 3

2.3.2 重金属的暴露量计算 4

2.3.3 健康风险的表征 5

2.4 ArcGIS的运用方法 6

3. 健康风险评价结果 6

3.1土壤重金属基本含量 6

3.2 暴露量的计算结果 7

3.3 非致癌风险分析与比较 7

3.4 致癌风险分析与比较 9

4. 健康风险分布特征 9

4.1致癌重金属风险分布特征 9

4.2儿童非致癌风险空间分布特征 10

4.3成人非致癌风险分布特征 12

5. 结论 14

参考文献： 15

致谢 17

工业区土壤重金属污染的空间健康风险评价

左浩志

，China

Abstract: With the development of industry, more and more heavy metal pollutants are released into the soil. If they are not treated, they will have a serious impact on human health. Dachang District is located in the southern part of Pukou District of Nanjing. In this study, 5 important heavy metal elements were selected for sampling and analysis, and the health risk model was used to calculate the health risk of soil heavy metals. The results of the risk calculation were introduced into Arcmap and other tools. The spatial distribution characteristics of heavy metals in the soil were studied in the industrial area of Dachang and the place of children's activities. The calculated results showed that the average non carcinogenic risk and average carcinogenic risk of the 5 heavy metals in the study area were less than the safety threshold. In the spatial distribution characteristics, it is found that the high value area of heavy metal health risk is consistent with the factory location, and it is found that heavy metal pollution is closely related to the factory emission pollution, combining the leading wind direction of the big factory area. In general, the risk of cancer and non-carcinogenesis caused by heavy metal pollution to children and adults in Dachang area is small, but the effect of long-term heavy metal emission on children's activities is still worth paying attention to.

Keywords: soil heavy metals; exposure parameters; health risk calculation; health risk spatial distribution;

1. 绪论

1.1 国内外研究进展

土壤重金属空间分布分析是土壤重金属研究的重要组成部分。一般的土壤重金属研究着重于重金属的含量及其危害，这种研究方式选取的研究区域较小，而忽视了重金属在空间上的分布特征，无法体现重金属在土壤中的扩散效应和研究区域内的污染总体状况。

土壤重金属空间分布首先要对重金属的暴露量和风险进行计算，在此方面最早进行研究的是美国国家环保署。美国国家环保署通过组织社会和科学研究，对风险的计算与评价提出方法，即著名的四步法。四步法囊括了对污染物的种类、危害、含量的描述，构造了对污染物判断和评价的初步架构(National Research Council,1983)。紧接着，USEPA对暴露量的计算提出了更深的要求，通过土地调查和重金属研究，USEPA颁布了暴露参数的参考手册，完善了对于重金属土壤相关计算架构，使得土壤重金属空间分布研究获得了极大的进步。此后，欧洲环境部门和韩国(Kim S et al, 2006)、日本等国家的相关机构，都效仿美国提出或创建符合本国国情的暴露参数手册。

在解决了计算问题后，美国国家环保署对“空间”提出了更高的要求，由此，地理统计学成为一门热门学科。运用各种地理系统和绘图软件，不断地对污染物如重金属等进行空间上的表征和分析，能够帮助环境部门直观地了解土地利用情况和污染情况。

随着我国经济的飞速发展，工业迅速崛起，我国的环境学者也越来越关注土壤重金属的空间分布问题。目前我国对于土壤重金属空间问题研究，主要着重与对农业用地的研究。重金属污染会对农作物的生长造成十分严重的破坏，借鉴于国外曾经的农作物重金属含量超标等问题，我国学者对研究耕地的重金属污染十分重视。

在中国城市化的进程中，部分研究者也开始对城市的重金属污染问题重视。化工、金属等行业的迅速发展，排放了大量的“三废”，严重影响了城市居民的健康生活，城市的生态环境逐步恶化，土地污染问题频发，环境负荷压力巨大（陈婧，2013）。因此，越来越多的学者开始关注土壤重金属问题尤其是空间分布的研究方面

1.2 研究意义和路线

我国目前的土壤重金属研究相比外国还有值得借鉴的地方特别是空间分布上的研究，运用地理信息系统的深入探索还较少。本研究相比健康风险的评价更进一步，将健康风险结果运用空间插值等方法导入图形，研究土壤重金属在空间上的分布及其特征，将视野拓宽，形成对整个研究区重金属分布的直观认知。

其次，我国的土壤重金属污染问题越来越严重。铅、铬、锌、铜、镍等重金属污染元素，进入土壤后，难以降解，对农作物生产、城市居民健康生活造成极大影响，因此研究土壤重金属空间分布十分关键（刘勋鑫，2007）。土壤特别是土壤表面的重金属非常容易进入人体，损害人体器官功能，引发各种病状。目前已知的土壤中的重金属进入体内有这几个方式：（1）手部接触重金属，并通过日常活动进入口部和体内；（2）空气土壤污染粉尘进入呼吸吸入途径；（3）皮肤接触附着的重金属或直接接触土壤。

重金属富集在农作物中，制成食品进入人体会造成器官和系统的永久性损伤，；吸入重金属会造成生殖问题。重金属尤其是对人体的肺部等呼吸系统和胃部的消化系统造成损伤。因此，土壤重金属污染是保护人类健康、维持正常生活急需解决的问题。

大厂区是南京市的重要工业聚集区，重金属污染源众多，既有大型工业区，也有中小型集散工厂。研究区内有三个工业区，数个大型居民区，居民区内儿童活动场所密集。因此，大厂地区的土壤重金属问题影响到数十万居民的健康问题，对此问题的研究成果将会对城建规划、工业区改造提供重要建议。

本次研究区为南京市大厂区，采样对象为表层土壤的重金属含量；采用EPA发布的计算模型计算重金属健康风险，并依据结果结合Arcmap等工具分析重金属健康风险空间分布特征。

研究分为两个部分：重金属健康风险的计算和分析重金属儿童成人健康风险分布特征。

研究流程如下：

图1 研究流程图

2. 研究区概况和数据获取

2.1 研究区概况

本次研究区域为南京市大厂街道，位于浦口区南部，地铁贯通，交通优势明显，环境质量较好，是浦口区重要的商业聚集区和文化交流中心，是南京市举足轻重的工业卫星城。地形地貌以丘陵岗地为主，主导风向为东南风（朱丽，1999）。

大厂街道面积约30平方公里，常住人口约20万人。区域内有大厂实验幼儿园、晓山幼儿园等众多儿童活动场所。

大厂工业区包括有扬子石化、中国石化、华能电厂、南京钢铁集等国有工矿业加工或石油化工企业，还包括德国巴斯夫等全球化工50强企业20余家，已经形成大厂工业区体系。这些工业企业多分布于大厂街道的北部与西南部，是土壤重金属污染的主要来源。

2.2 土壤重金属样品采集与测定分析

2.2.1 土壤样品采集

结合（杨孟，2014）的相似研究，采样区选定的大厂区如分布图所示（图2）。本次采样采用网格法，将研究区以500m的网格边长，共采集样品74个。在网格内，具体方法为划分标准样方，在样方的4个顶点和中心采集表层10cm的土样（按标准，样方大小应选定为为1m×1m），并使用标号的塑料袋进行装样。

图2 采样点分布图

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