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洞庭湖濕地周圍表層土壤重金屬污染及其人體健康風險評價

2020-04-02 01:35施宸皓王云燕柴立元劉佳玉
中國有色金屬學報 2020年1期
關鍵詞:洞庭湖金屬元素重金屬

施宸皓,王云燕,柴立元,劉佳玉

洞庭湖濕地周圍表層土壤重金屬污染及其人體健康風險評價

施宸皓1, 2,王云燕1,柴立元1,劉佳玉3

(1. 中南大學 冶金與環境學院,長沙 410083;2. 核工業北京地質研究院,北京 100029;3. 徐州市環境保護科學研究所,徐州 221006)

為了查明洞庭湖濕地周圍表層土壤重金屬污染及其對人體健康的風險,選擇2016~2018年洞庭湖區域周圍10個土壤采樣點,共采集了表層土壤(0~30 m)樣品100份,分析了其中的重金屬含量、分布,并采用地累積指數法(geo)、內梅羅指數法(I)和土壤健康風險評價法等方法進行了風險評價。結果表明:土壤樣品中Pb、Cd、Hg、As和Cu 5種重金屬元素的平均濃度分別為53.33、1.62、0.27、26.8和37.72 mg/kg,高于研究區域土壤環境背景值。其中Cd、As的平均濃度,西洞庭湖、南洞庭湖和東洞庭湖Cd的濃度和南洞庭湖As的濃度均高于《土壤環境質量標準》(GB 15618—2018)中農用地土壤污染風險篩選值的標準。Cd、Hg、As和Cu的最大污染值在南洞庭湖,Pb的最大污染值在東洞庭湖。地累積指數法(geo)研究表明,三年時間里,Cd處于重度污染水平,Pb、Hg、As處于無污染到中度污染水平。內梅羅指數法(I)研究表明,三年時間里,西洞庭湖、南洞庭湖和東洞庭湖都處于輕度污染水平。運用土壤健康風險評價體系中的無意吸食、皮膚接觸、呼吸接觸3種暴露因素對人體健康風險的評估表明:每百萬人口中,平均有13個成年人和8個兒童具有癌癥風險。研究結果為洞庭湖濕地土壤污染的來源和特征提供參考和建議。

洞庭湖;土壤;重金屬;污染;人體健康風險評價

洞庭湖是我國第二大淡水湖,是長江流域重要的調蓄性湖泊[1?4]。自2014年國務院批復《洞庭湖生態經濟區規劃》以來,湖南、湖北兩省及國務院有關部門積極推進洞庭湖水環境治理,取得了一定成效。但受發展階段和發展方式制約,以及近年來入湖江河水文節律的變化,面臨部分地區供水保障能力不強、水體污染形勢嚴峻、生態系統退化等問題,總體水質為Ⅳ類[5?7]。2018年12月6日,國家七部門印發《洞庭湖水環境綜合治理規劃》,是未來一個時期指導洞庭湖水環境綜合治理的基本依據。

湖南是有色金屬之鄉,洞庭湖水系最大的河流湘江水環境以重金屬污染為典型特征[8?9]。洞庭湖濕地常年受到來自入湖河流湘江等水體的影響存在嚴重的重金屬污染[10?12]。近段時間以來,隨著媒體對采礦、冶煉、加工等活動導致部分重金屬進入大氣、水、土壤中引起重金屬污染的事件頻頻曝光后,人們越來越關注洞庭湖區因重金屬污染而帶來的農產品質量問題[13?15]。被重金屬污染的耕地不僅通過食物鏈對人體健康造成嚴重危害,還會給生態環境造成嚴重破壞[16?17]。土壤是用來分析農田重金屬污染大小的重要參照,研究土壤中的重金屬含量分布、生態風險和健康風險對防控耕地等重金屬污染有著極其重要的意義[18?19]。

目前,對洞庭湖重金屬復合污染方面的研究多集中在沉積物、水質、農田和植被等方面,如?;勰?等[20]利用區間排序法對評價得到的風險結果進行比較,建立了基于區間排序法的湖泊沉積物重金屬生態風險分析模型,并與區間隸屬度方法的評價結果進行對比。秦迪嵐等[21]對洞庭湖水環境污染狀況評價與時空變化規律分析的基礎上,探討了洞庭湖的特征污染物及主要來源。武深樹等[22]采用排泄系數估算法測算了洞庭湖區畜禽糞便產生量,并對不同農地畜禽糞便承載量和畜禽糞便污染風險進行了評估。孫海燕等[23]研究了Hg、Cu、Zn、Pb、Cd和Cr等土壤和植被重金屬含量分布特征,并分析了土壤和植被重金屬含量的關系?,F階段研究洞庭湖濕地表層污染物重金屬生態風險較多,但對健康風險研究較少。

本文作者以洞庭湖濕地為研究區域,對2016~ 2018三年時間里周圍土壤中的Pb、Cd、Hg、As、Cu重金屬元素,采用地累積指數法(geo)、內梅羅指數法(I)和土壤健康風險評價法進行風險評價,旨在查明該濕地周圍土壤中的Pb、Cd、Hg、As和Cu重金屬元素的污染特征,為洞庭湖濕地土壤污染的來源和診斷提供參考和建議。

1 實驗

1.1 研究區域概況

洞庭湖濕地位于長江中下游荊江段南側,湖南省境內。緯度介于28°44′~29°38′N之間,經度介于111°53′~113°05′E之間,海拔高度25~35m之間。屬于亞熱帶季風氣候,春季多雨,秋季多旱,冬季嚴寒。年平均氣溫為16~20 ℃,平均降水量在1237~1354 mm之間,以沉積物和潮土為主。洞庭湖的農業作物主要以種植水稻為主,同時兼顧油菜和棉花。其非淹水期在9月至次年4月之間,并在次年的3月至4月間開始農業生產活動。本文研究區域位于西洞庭湖、南洞庭湖、東洞庭湖等3個濕地區域周圍的農田,具體見圖1。

圖1 洞庭湖濕地周圍土壤研究區域和采樣點

1.2 樣品采集及分析

2016~2018年的春季枯水期,在洞庭湖區域周圍選擇了10個點,共采集了100份表層土壤(0~30 m),其中每個采樣點采集了10個平行樣品。其中,S1、S2、S3點位于西洞庭湖,S4、S5、S6點位于南洞庭湖,S7、S8、S9、S10點位于東洞庭湖。運用全球定位系統 (GPS) 記錄采樣點的地理位置。所有的土壤樣品均用聚乙烯袋封裝,貼好標簽,注明采樣點的編號、位置、采樣時間等信息,并送回實驗室冷藏。

樣品在干燥的環境里風化30 d后,剔除土壤中的雜質,送入烘箱進行烘干至質量恒定,研磨處理后過74 μm的篩子。準確稱取0.1 g預處理的樣品置入聚四氟乙烯容器中,分別加入3 mL的HNO3、1 mL的HCl和1 mL的HF,然后使用美國CEM公司生產的密閉微波化學反應系統,即MARS5型微波消煮儀,進行消化溶解。微波消解參數為功率1600 W,120 ℃,保持2 min;150 ℃,保持10 min;180 ℃,保持20 min。消解完畢后,用150 ℃驅趕殘酸至剩余少許,轉移至10 mL量瓶中,用1%(體積分數)硝酸溶液洗滌消解罐,合并至量瓶中,并稀釋至刻度,混勻備用。檢測方法參照《電感耦合等離子體質譜分析方法通則》(DZ/T 0223—2001)和《土壤中總汞、總砷、總鉛的測定》(GB/T 22105—2008)的標準,Pb、Cd和Cu等3個重金屬元素使用電感耦合等離子體質譜法(ICP-MAS)進行分析,使用的是NEXION 350X型電感耦合等離子體質譜儀。Hg和As等兩個重金屬元素采用原子熒光光譜法 (AFS) 進行分析,使用的是AFS-9700全自動注射泵原子熒光光度計。Pb、Cd和Cu的測定下限濃度分別是0.36、0.2和0.32 μg/L,Hg和As的測定下限濃度分別是0.16和1.2 μg/L。

土壤成分分析的質量控制采用了中國地質調查局青島海洋地質研究所(GBW07345)的標準,每次測定都選用了實驗組和空白對照組。其中實驗組用10%的重復率進行了所有樣品的精度分析,重復樣品的分析誤差小于5%。分析的結果滿足《土壤環境監測技術規范》(HJ/T 166—2004)的質量控制要求。

1.3 地累積指數(Igeo)

地累積指數法(geo)是德國科學家穆勒于1969年提出的[24?26],用于評價土壤重金屬污染的地理化學指標。其不僅要考慮到自然過程中成巖作用的影響,也要考慮到人為活動的影響。計算公式如下:

式中:C是測定的第種元素的濃度,mg/kg;B是第種元素的地理化學背景值,mg/kg。對不同元素的地球化學背景值使用了1.5的倍數。根據1988年湖南省土壤環境背景值,洞庭湖濕地土壤中的重金屬濃度的背景值被用作計算B(表5)。geo等級劃分見表1。

表1 土壤中重金屬Igeo的等級劃分

1.4 內梅羅指數法(NI)

由于單因子評價難以表達污染物的整體水平,因此常采用綜合評價多種污染因子的指數法評價。內梅羅指數法(I)是當前國內外進行綜合污染指數評價最常用的方法之一[27?28],評價公式為

式中:P是重金屬的污染指數;C為的實測質量分數,mg/kg;0為的質量分數標準值,mg/kg,即《土壤環境質量標準》(GB 15618—2018)的農用地土壤風險篩選值;a為土壤樣品中各個重金屬的環境污染指數平均值;I為土壤綜合污染指數;max,n為土壤樣品中單項重金屬的最大環境污染指數。I等級劃分見表2。

表2 土壤中的重金屬NI的等級劃分

1.5 土壤健康風險評價法

美國土壤健康風險評價體系是用于評估土壤重金屬對人體健康的風險[29?31]。其中,無意吸食暴露、皮膚接觸暴露和呼吸吸入暴露等是土壤重金屬元素進入人體的重要途徑。本文采用3種暴露途徑對洞庭湖濕地及周圍表層土壤的日平均暴露量進行計算,評價模型包括非致癌風險模型和致癌風險模型。計算公式如下:

式中:為土壤重金屬暴露含量,mg/kg;為日平均暴露量,mg/kg。1~14等其他參數根據USEPA統計資料中的暴露模型適合的評價參數(見表3)。為單個污染物非致癌指數,為總非致癌危害指數,為暴露途徑的非致癌參考劑量。若<1時,風險較小或可以忽略?!?時,存在非致癌風險。R為單個污染物的致癌指數,T為總致癌風險。S為單個致癌物質的風險系數。USEPA在國家風險計劃中規定1×10?6為最大可接受致癌風險。3種暴露模型參數見表3,各重金屬健康風險評價風險斜率系數和參考劑量見 表4。

2 結果與討論

2.1 研究區域土壤重金屬元素污染現狀

表5和6所列分別為三年間研究區域表層土壤中Pb、Cd、Hg、As和Cu等重金屬元素的平均含量,西洞庭湖、南洞庭湖、東洞庭湖等三年間3個區域重金屬元素的平均含量和研究區域土壤環境背景值。結果表明,三年間研究區域中Pb、Cd、Hg、As和Cu等重金屬元素的平均濃度分別為53.33、1.62、0.27、26.8和37.72 mg/kg。其中,Cd、As的濃度高于研究區域土壤環境背景值和《土壤環境質量標準》(GB 15618—2018)的農用地土壤風險篩選值,Pb、Hg、Cu的濃度高于研究區域土壤環境背景值。Cd、Hg等濃度由大到小依次為2018、2017、2016;Pb濃度由大到小依次為2016、2017、2018。As和Cu濃度由大到小分別為2018、2016、2017和2017、2018、2016,表明Cd、Hg和As在2018年處于污染的最高值,2016年Pb處于污染的最高值,2017年Cu處于污染的最高值,而Cd、Hg的污染一直處于持續增長的趨勢。此外,西洞庭湖和東洞庭湖的Cd,南洞庭湖的Cd和As都高于研究區域土壤環境背景值和《土壤環境質量標準》(GB 15618—2018)的農用地土壤風險篩選值。三年中西洞庭湖的Cd呈現持續增長的趨勢,Pb、As呈現持續下降的趨勢,Hg、Cu在2017年最高。南洞庭湖的Pb、Cd、Hg、As和Cu皆出現持續增長的趨勢。東洞庭湖除Pb呈現持續下降的趨勢外,其他元素雖在2017年有所回落,但在2018年再次出現增大的勢頭。同時,三年間整個洞庭湖(包括西洞庭湖、南洞庭湖、東洞庭湖)的5種重金屬元素的總平均濃度分別為52.72、1.68、0.28、27.15、37.8 mg/kg。其中Cd、As和Cu等濃度在3個區域內由大到小依次為南洞庭湖、東洞庭湖、西洞庭湖,Pb濃度由大到小依次為東洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖,Hg濃度由大到小依次為南洞庭湖、西洞庭湖、東洞庭湖。表明南洞庭湖Cd、Hg、As和Cu的污染最大,東洞庭湖的Pb的污染最大,南洞庭湖和東洞庭湖是重金屬污染的重點區域。

課題組前期相關研究[39?42]采用地累積指數(geo)和潛在生態風險指數()評價湘江表層土壤中重金屬污染狀況和潛在的生態風險,結果表明土壤樣品中重金屬的平均濃度由大到小依次為Zn、Pb、Cu、As、Cd。geo和揭示了Cd、Pb、Zn和Cu等是造成了嚴重污染的重要元素,對湘江造成了極高的潛在生態風險。運用Pearson相關系數分析(PCC)、主成分分析(PCA)和層次聚類分析(HCA)表明,Cd、Pb、Zn和Cu可能來源于采礦和冶煉工業。

表3 暴露評價模型參數[32?34]

1) Carcinogenic effect; 2)Non-carcinogenic effect

表4 各重金屬健康風險評價風險斜率系數和參考劑量[35?37]

表5 三年間研究區域重金屬元素的濃度統計值

表6 三年間3個區域重金屬元素的濃度統計值

2.2 研究區域土壤重金屬生態污染風險

5種重金屬元素Pb、Cd、Hg、As和Cu的評價結果見圖2和3。地累積指數geo的計算結果表明,各元素污染水平由高至低分別是Cd、Hg、Pb、As和Cu。其中,2016年的Cd處于中度污染到重度污染水平,2017年和2018年的Cd處于重度污染水平。三年中Cd處于重度污染水平,Pb、Hg、As處于無污染到中度污染水平,其中Hg在2018年處于中度污染水平。Cu在三年里沒有重金屬污染的風險。地累積指數法geo同時顯示三年的Cd、Hg等重金屬的污染風險由大到小依次為2018年、2017年、2016年,As的污染風險由大到小依次為2017年、2016年、2018年,Pb的重金屬風險由大到小依次為2016年、2017年、2018年。表明2018年Cd、Hg等重金屬風險為三年持續上升狀態。As等重金屬風險較2015年有一定程度的增加。Pb的重金屬風險為三年持續下降狀態,但仍然沒有達到無污染的水平。

圖2 洞庭湖濕地周圍三年的重金屬地累積指數(Igeo)表示

圖3 三年3個區域周圍的重金屬內梅羅指數(NI)表示

內梅羅指數法I的計算結果表明,其平均值由大到小依次為東洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖,2016~2017的由大到小依次為東洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖,2018年的由大到小依次為西洞庭湖、東洞庭湖、南洞庭湖。三年時間里東洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖的總平均值都處于輕度污染水平,其中,西洞庭湖和南洞庭湖的重金屬風險為三年持續上升狀態,特別是南洞庭湖從2016年的無污染到輕度污染水平已上升至2018年的輕度污染水平,潛在的風險隱患不容小視。東洞庭湖雖在2017年已降低至接近輕度污染的最低值,但在2018年又繼續呈現上升趨勢,沒有達到無污染的水平。

洞庭湖濕地周圍土壤存在重金屬含量超標的情況,與其流域土壤重金屬污染特征相符,即表現為以Cd為主的多種重金屬混合污染。Cd、Pb、As、Hg和Cu的來源可能來自工業廢水的排放、尾礦的傾倒、燃煤的排放以及金屬加工、電鍍等工業的運行,通過大氣沉降、農業活動和河流輸送而流入濕地,最終導致洞庭湖濕地周圍呈現重金屬的復合污染。這與XU 等[43]對洞庭湖4條主要支流的表層土壤中金屬Zn、Hg、Cu、As、Cd、Pb的空間分布、來源和潛在的生態風險研究結果一致。

2.3 研究區域土壤重金屬元素人體健康風險

三年的Pb、Cd、Hg、As和Cu等重金屬元素的人體健康風險評價見表7和表8。3種暴露途徑下對成人和兒童的非致癌風險由大到小依次分別為Cu、Pb、Hg和Cu、Hg、Pb,對成人和兒童的致癌風險大小一致,由大到小依次為As、Cd。

研究結果說明,土壤重金屬對成人和兒童的非致癌風險系數大小為breath>skin>smoke,對成人的致癌風險系數大小為skin>breath>smoke,對兒童的致癌風險系數大小為smoke>breath>skin。3種暴露風險對成人和兒童的總非致癌風險值分別為5.02×10?2和9.38×10?2,研究區域非致癌風險指數雖低于≥1的標準,但是并非遠小于1,因此對其非致癌性仍不可忽略。3種暴露風險對成人和兒童的總致癌風險值分別為13.03×10?6和8.97×10?6,遠遠高于1×10?6的標準,說明每百萬人口中將平均增加13個成年人癌癥患者和8個兒童癌癥患者。兒童的非致癌風險是成人的1.87倍,成人的致癌風險是兒童的1.45倍,兩者因土壤攝入而帶來的健康風險不容小視。根據其他文獻的介紹[44?46],鄱陽湖流域2012年的非致癌風險指數集中在10?11~10?10a?1,即每一億人口中受到健康危害的人數不到一人,而致癌風險指數的最大值為8.07×10?5a?1,即每百萬人口中受到健康危害的人數超過80人。太湖流域2009年的非致癌風險指數最高為17×10?5a?1,非致癌性可忽略不計。而致癌風險指數最高達到1.7×10?4a?1,意味著每百萬人口中受到健康危害的超過170人。2016年巢湖流域非致癌風險指數集中10?10~10?9a?1,但致癌風險指數最高達到3.46×10?5a?1,即每百萬人口中受到健康危害的超過34人。通過對比可以發現,雖然洞庭湖流域仍然存在著較高的潛在人體健康風險,但經過近年來湖南省對其流域生態環境綜合治理之后效果比較顯著,其健康風險值大小已低于鄱陽湖、太湖和巢湖等國內淡水湖泊。

表7 2016年~2018年土壤重金屬對成人和兒童的非致癌風險系數

表8 2016年~2018年土壤重金屬對成人和兒童的致癌風險系數

本文采用呼吸、皮膚、吸食暴露3種健康評價方法進行了對比,分析表明致癌元素As、Cd的吸食暴露和皮膚暴露分別是兒童和成人面臨健康風險的重要渠道,非致癌元素Pb、Hg、Cu的呼吸暴露是成人和兒童面臨健康風險的重要來源,而Cu的存在非致癌風險比Pb還要大,As和Cu分別是致癌風險和非致癌風險的最大貢獻者。與ZENG等[47]通過健康風險指數的計算所得砷(As)是慢性風險的主要貢獻者,是導致致癌性的最重要污染物一致。兒童的口腔攝入是砷污染主要暴露途徑。依靠湘江地表水飲用和生活的個人,可能因接觸混合微量元素而面臨綜合健康風險。

制定污染控制和管理戰略,必須綜合考慮整個洞庭湖流域,優化相應城市的產業結構,以滿足洞庭湖濕地系統,人類健康保護和未來環境修復的需要。研究區域應加大對工業廢水、燃煤排放的控制力度,減少河流的污染,合理發展采礦工業和冶金工業,在污染的區域可采取生物、吸附或化學的方法穩定Cd、Hg、Pb、As和Cu等重金屬元素,以降低金屬生物利用度。

3 結論

1) 土壤中Pb、Cd、Hg、As和Cu的濃度均高于研究區域土壤環境背景值,其中Cd、As的濃度還高于《土壤環境質量標準》(GB 15618—2018)中農用地土壤污染風險篩選值。三年中,Cd、Hg的污染處于持續增長的趨勢。Pb的污染處于持續下降的趨勢,但仍然沒有達到標準。西洞庭湖、東洞庭湖和南洞庭湖的Cd和南洞庭湖的As均高于研究區域土壤環境背景值和《土壤環境質量標準》(GB 15618—2018)的農用地土壤風險篩選值,Cd、Hg、As和Cu的最大污染值在南洞庭湖,Pb的最大污染值在東洞庭湖,表明南洞庭湖和東洞庭湖是重金屬污染的重點區域。

2) 地累積指數geo的分析表明各元素污染水平由大到小依次為Cd、Hg、Pb、As、Cu。除Cu以外,三年中Pb、Cd、Hg、As均處于無污染到中度污染水平以上,Cd處于重度污染風險水平。內梅羅指數法(I)的分析表明三年3個區域的風險由大到小依次為東洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖,三年中東洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖都處于輕度污染水平。

3) 采用呼吸、皮膚、吸食暴露三種健康評價方法的對比研究表明,無意吸食、皮膚接觸、呼吸接觸等途徑下對成人和兒童的致癌風險大小由大到小依次均為As、Cd,Cd、As元素對成人和兒童的致癌風險系數均高于最大可接受風險。對成人和兒童的非致癌風險由大到小依次分別為Cu、Pb、Hg和Cu、Hg、Pb,所有的非致癌元素的健康風險指數均小于1。3種土壤健康風險方法研究結果同時顯示,每百萬人口中平均有13個成年人和8個兒童具有癌癥風險。成人和兒童的致癌風險系數大小分別為skin>breath>smoke,smoke>breath>skin。

4) 在洞庭湖濕地周圍土壤重金屬污染防治中,應優化產業結構,強化河流排放污染控制力度,從源頭控制Cd、Hg的輸入以減少重金屬積累。建議該濕地周圍農業基地使用深層地下水或引灌清潔地表水,以減少土壤污染對人群健康的威脅。

[1] HUANG Dan-lian, ZENG Guang-ming, FENG Chong-ling, HU Shuang, JIANG Xiao-yun, TANG Lin, SU Feng-feng, ZHANG Yu, ZENG Wei, LIU Hong-liang. Degradation of lead-contaminated lignocellulosic waste by Phanerochaete chrysosporium and the reduction of lead toxicity[J]. Environmental Science & Technology, 2008, 42(13): 4946?4951.

[2] TANG Lin, ZENG Guang-ming, SHEN Guo-li, LI Yuan-ping, ZHANG Yi, HUANG Dan-lian. Rapid detection of picloram in agricultural field samples using a disposable immunomembrane-based electrochemical sensor[J]. Environmental Science & Technology, 2008, 42(4): 1207?1212.

[3] ZHANG Chang, NIE Shuang, LIANG Jie, ZENG Guang-ming, WU Hai-peng, HUA Shan-shan, LIU Jia-yu, YUAN Yu-jie, XIAO Hai-bing, DENG Lin-jing, XIANG Hong-yu. Effects of heavy metals and soil physicochemical properties on wetland soil microbial biomass and bacterial community structure[J]. Science of the Total Environment, 2016, 557/558: 785?790.

[4] LIANG Jie, LIU Jia-yu, YUAN Xing-zhong, ZENG Guang-ming, YUAN Yu-jie, WU Hai-peng, LI Fei. A method for heavy metal exposure risk assessment to migratory herbivorous birds and identification of priority pollutants/areas in wetlands[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2016, 23(12): 11806?11813.

[5] ZHENG Na, WANG Qi-chao, ZHENG Dong-mei. Health risk of Hg, Pb, Cd, Zn, and Cu to the inhabitants around Huludao Zinc Plant in China via consumption of vegetables[J]. Science of the Total Environment, 2007, 383(1/3): 81?89.

[6] LI Zhi-yuan, MA Zong-wei, KUIJP T J, YUAN Zeng-wei, HUANG Lei. A review of soil heavy metal pollution from mines in China: Pollution and health risk assessment[J]. Science of the Total Environment, 2014, 468-469: 843?853.

[7] GUPTA S K, ANSARI F A, NASR M, CHABUKDHARA M, BUX F. Multivariate analysis and health risk assessment of heavy metal contents in foodstuffs of Durban, South Africa[J]. Environmental Monitoring and Assessment,2018, 190(3):151.

[8] LIU Hui, ZHANG Ke-jing, CHAI Li-yuan, YANG Zhi-hui, YUAN Wei-chun, LIAO Qi, LI Huan, LIU Yi. A comparative evaluation of different sediment quality guidelines for metal and metalloid pollution in the Xiangjiang River, Hunan, China[J]. Environmental Contamination Toxicology, 2017, 73(4): 593?606.

[9] SUN Guo-xin, WANG Xin-jun, HU Qin-hong. Using stable lead isotopes to trace heavy metal contamination sources in sediments of Xiangjiang and Lishui Rivers in China[J]. Environmental Pollution, 2011, 159: 3406?3410.

[10] LIANG Jie, LIU Jia-yu, YUAN Xing-zhong, ZENG Guang-ming, LAI Xu, LI Xiao-dong, WU Hai-peng, YUAN Yu-jie, LI Fei. Spatial and temporal variation of heavy metal risk and source in sediments of Dongting Lake wetland, mid-south China[J]. Journal of Environmental Science and Health (Part A), 2015, 50(1): 100?108.

[11] DU Yan, HU Xue-feng, WU Xiao-hong, SHU Ying, JIANG Ying, YAN Xiao-juan. Affects of mining activities on Cd pollution to the paddy soils and rice grain in Hunan province, Central South China[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2013, 185(12): 9843?9856.

[12] LIU Jia-yu, LIANG Jie, YUAN Xing-zhong, ZENG Guang-ming, YUAN Yu-jie, WU Hai-peng, HUANG Xiao-long, LIU Jun-feng, HUA Shan-shan, LI Fei, LI Xiao-dong. An integrated model for assessing heavy metal exposure risk to migratory birds in wetland ecosystem: A case study in Dongting Lake Wetland, China[J]. Chemosphere, 2015, 135: 14?19.

[13] LI Fei, HUANG Jin-hui, ZENG Guang-ming, YUAN Xingzhong, LI Xiao-dong, LIANG Jie, WANG Xiao-yu, TANG Xiao-jiao, BAI Bing. Spatial risk assessment and sources identification of heavy metals in surface sediments from the Dongting Lake, Middle China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2013, 132: 75?83.

[14] WANG Ling-qing, LIANG Tao, ZHONG Bu-qing, LI Ke-xin, ZHANG Qian, ZHANG Chao-sheng. Study on Nitrogen Dynamics at the Sediment–Water Interface of Dongting Lake, China[J]. Aquatic Geochemistry, 2014, 20(5): 501?517.

[15] ZHANG Ying, LIU Chao-ming, LIU Xue-jun, XU Wen, ZHANG Wen. Atmospheric nitrogen deposition around the Dongting Lake, China[J]. Atmospheric Environment, 2019, 207: 197?204.

[16] TORRENT L, MARGUI E, QUERALT I, HIDALGO M, IGLESIAS M. Interaction of silver nanoparticles with mediterranean agricultural soils: Lab-controlled adsorption and desorption studies[J].JournalofEnvironmentalSciences, 2019, 83(3): 205?216.

[17] ZHU Hui-na, YUAN Xing-zhong, ZENG Guang-ming, JIANG Min, LIANG Jie, ZHANG Chang, YIN Juan, HUANG Hua-jun, LIU Zhi-feng, JIANG Hong-wei. Ecological risk assessment of heavy metals in sediments of Xiawan Port based on modified potential ecological risk index[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society China, 2012, 22(6): 1470?1477.

[18] MOSHIRI F, EBRAHIMI H, ARDAKANI M R, REJALI F. Biogeochemical distribution of Pb and Zn forms in two calcareous soils affected by mycorrhizal symbiosis and alfalfa rhizosphere[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 179, 241?248.

[19] ZHAO Hua-rong, XIA Bei-cheng, FAN Chen, ZHAO Peng, SHEN Shi-li. Human health risk from soil heavy metal contamination under different land uses near Dabaoshan Mine, Southern China[J]. Science of the Total Environment, 2012, 417/418:45?54.

[20] ?;勰? 李 瑩, 梁 婕, 劉永德, 尹 娟. 基于區間數排序法的洞庭湖沉積物重金屬生態風險分析[J]. 環境工程, 2014, 32(2): 114?117. ZHU Hui-na, LI Ying, LIANG Jie, LIU Yong-de, YIN Juan. Ecological risk assessment of heavy metals in sediments of Dongting Lake based on ranking-method of interval numbers[J]. Environmental Engineering, 2014, 32(2): 114?117.

[21] 秦迪嵐, 羅岳平, 黃 哲, 胡 軍, 樊 娟, 廖岳華. 洞庭湖水環境污染狀況與來源分析[J]. 環境科學與技術, 2012, 8: 199?204. QIN Di-lan, LUO Yue-ping, HUANG Zhe, HU Jun, FAN Juan, LIAO Yue-hua. Pollution status and source analysis of water environment in Dongting Lake[J]. Environmental Science & Technology, 2012, 8: 199?204.

[22] 武深樹, 譚美英, 黃 璜, 龍岳林, 朱 好, 甘德欣. 湖南洞庭湖區農地畜禽糞便承載量估算及其風險評價[J]. 中國生態農業學報, 2009, 17(6): 1245?1251. WU Shen-shu, TAN Mei-ying, HUANG Huang, LONG Yue-lin, ZHU hao, GAN De-xin. Loading capacity estimation and risk assessment of livestock manure in cultivated lands around Dongting Lake[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2009, 17(6): 1245?1251.

[23] 孫海燕, 萬書波, 李 林, 劉登望. 洞庭湖蘆葦濕地不同水期土壤—植被重金屬分布特征[J]. 水土保持學報, 2015, 29(5): 289?293. SUN Hai-yan, WAN Shu-bo, LI Lin, LIU Deng-wang. Distribution of heavy metals in soil and plant of reed wetland in the Dongting Lake of China during different seasons[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2015, 29(5): 289?293.

[24] CEVIK F, GOKSU M Z, DERICI O B, FINDIK O. An assessment of metal pollution in surface sediments of Seyhan dam by using enrichment factor, geoaccumulation index and statistical analyses[J]. Environmental Monitoring & Assessment, 2009, 152(1/4): 309?317.

[25] FU Jie, ZHAO Chang-po, LUO Yu-peng, LIU Chun-sheng, KYZAS G Z, LUO Yin, ZHAO Dong-ye, AN Shu-qing, ZHU Hai-liang. Heavy metals in surface sediments of the Jialu River, China: Their relations to environmental factors[J]. Journal of Hazardous Materials, 2014, 270(3): 102?109.

[26] HARIS H, LOOI L J, ARISA Z, MOKHTAR N F, AYOB N A, YUSOFF F M, SALLEH A B, PRAVEENA S M. Geo-accumulation index and contamination factors of heavy metals (Zn and Pb) in urban river sediment[J]. Environmental Geochemistry & Health, 2017, 4: 1?13.

[27] XIONG Jian-hua, ZHAO Tian-yu, CHENG Hao, LI Shi-long WANG Shuang-fei, CHEN Guo-ning. The assessment on the heavy metal pollution and health risks in the Liujiang River under the Xijiang River region[J]. Desalination and Water Treatment, 2019, 149: 315?322.

[28] YAN Feng, NIU Zhi-guang. Evaluation model of major heavy metals pollution factors in coastal waters and sediments[J]. Desalination and Water Treatment, 2019, 149: 335?340.

[29] WU Shan, PENG Si-qing, ZHANG Xue-xia, WU Dui-lin, LUO Wei, ZHANG Tian-bin, ZHOU Shun-gui, YANG Guo-yi, WAN Hong-fu, WU Le-qin. Levels and health risk assessments of heavy metals in urban soils in Dongguan, China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2015, 148: 71?78.

[30] LI Zhi-yuan, MA Zong-wei, KUIJP T J, YUAN Zeng-wei, HUANG Lei. A review of soil heavy metal pollution from mines in China: Pollution and health risk assessment[J]. Science of The Total Environment, 2014, 468/469: 843?853.

[31] HUANG Jin-hui, LIU Wen-chu, ZENG Guang-ming, Li Fei, HUANG Xiao-long, GU Yan-ling, SHI Li-xiu, SHI Ya-hui, WAN Jia. An exploration of spatial human health risk assessment of soil toxic metals under different land uses using sequential indicator simulation[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2016, 129: 199?209.

[32] 安 婧, 宮曉雙, 陳宏偉, 魏樹和. 沈撫灌區農田土壤重金屬污染時空變化特征及生態健康風險評價[J]. 農業環境科學學報, 2016, 35(1): 37?44. AN Jing, GONG Xiao-shuang, CHEN Hong-wei, WEI Shu-he. Temporal and spatial characteristies and health risk assessment of heavy metal pollution in soils of Shenfu irrigation area[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2016, 35(1): 37?44.

[33] 董 婷, 李天晰, 趙秀閣, 曹素珍, 王貝貝, 馬 瑾, 段小麗. 某焦化廠周邊大氣PM10重金屬來源及健康風險評價[J]. 環境科學, 2014, 35(4): 90?93. DONG Ting, LI Tian-xi, ZHAO Xiu-ge, CAO Su-zhen, WANG Bei-bei, MA Jin, DUAN Xiao-li. Source and health risk assessment of heavy metals in ambient air PM10from one coking plant[J]. Environmental Science, 2014, 35(4): 90?93.

[34] 李 靜,俞天明,周 潔, 謝正苗. 鉛鋅礦區及周邊土壤鉛、鋅、鎘、銅的污染健康風險[J]. 環境科學, 2008, 29(8): 1238?1244. LI Jin, YU Tian-ming, ZHOU Jie, XIE Zhen-miao. Assessment of health risk for mined soils based on critical thresholds for lead, zinc, cadmium and copper[J]. Environmental Science, 2008, 29(8): 1238?1244.

[35] 王蘭化, 李明明, 張 鶯, 馬武明, 崔凱鵬, 王志強. 華北地區某蔬菜基地土壤重金屬污染特征及健康風險評價[J]. 地球學報, 2014, 35(2): 191?196. WANG Lan-hua, LI Ming-ming, ZHANG Yuan, MA Wu-ming, CUI Kai-peng, WANG Zhi-qiang. Pollution characteristics and health risk assessment of heavy metals in soil of a vegetable base in North China[J]. Acta Geoscientica Sinica, 2014, 35(2): 191?196.

[36] SUBHANI M, MUSTAFA I, ALAMDAR A, KATSOYIANNIS L, ALI N, HUANG Qing-yu, PENG Si-yuan, SHEN He-qing, EQANI S A. Arsenic levels from different land-use settings in Pakistan: Bio-accumulation and estimation of potential human health risk via dust exposure[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2015, 115: 187?194.

[37] KE Shen, CHENG Xi-yu, ZHANG Ni, HU Hong-gang, YAN Qiong, HOU Ling-ling, SUN Xin, CHEN Zhi-nan. Cadmium contamination of rice from various polluted areas of China and its potential risks to human health[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2015, 187(7): 3?11.

[38] 潘佑民, 楊國志, 等. 湖南土壤背景值及研究方法[M]. 北京: 中國環境科學出版社, 1988: 159?275. PAN You-ming, YANG Guo-zhi. Soil background value in Hunan and study methods[M]. Beijing: Chinese Environmental Science Press, 1988: 159?275.

[39] CHAI Li-yuan, LI Huan, YANG Zhi-hui, MIN Xiao-bo, LIAO Qi, LIU Yi, MEN Shu-hui, YAN Ya-nan, XU Ji-xin. Heavy metals and metalloids in the surface sedimentsof the Xiangjiang River, Hunan, China: distribution,contamination, and ecological risk assessment[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2017, 24(1): 874?885.

[40] HUANG Bo, GUO Zhao-hui, TU Wei-jia, PENG Chi, XIAO Xi-yuan, ZENG Peng, LIU Ya-nan WANG Ming-wei, XIONG Jian. Geochemistry and ecological risk of metal(loid)s in overbank sediments near an abandoned lead/zinc mine in Central South China[J]. Environmental Earth Sciences, 2018, 77(3): 68?81.

[41] XUE Sheng-guo, SHI Li-zheng, WU Chuan, WU Hui, QIN Yan-yan, PAN Wei-song, HARTLEY W, CUI Meng-qian. Cadmium, lead, and arsenic contamination in paddy soils of a mining area and their exposure effects on human HEPG2 and keratinocyte cell-lines[J]. Environmental Research, 2017, 156: 23?30.

[42] FEI Jiang-chi, MIN Xiao-bo, WANG Zhen-xing, PANG Zhi-hua, LIANG Yan-jie, KE Yong. Health and ecological risk assessment of heavy metals pollution in an antimony mining region: A case study from South China[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2017, 35(24): 27573?27586.

[43] XU Jin-ying, CHEN Yu-wei , ZHENG Li-lin, LIU Bao-gui, LIU Jin-fu, WANG Xiao-long. Assessment of heavy metal pollution in the sediments of the main tributaries of Dongting Lake, China[J]. Water, 2018, 229(8):272?288.

[44] 胡春華, 周 鵬, 黃 萍, 杜 潔, 周文斌. 鄱陽湖流域溶解態重金屬行為特征及健康風價[J]. 農業環境科學學報, 2012, 31(5): 1009?1014. HU Chun-hua, ZHOU Peng, HUANG Ping, DU Jie, ZHOU Wen-bin. Behavior characteristics of dissolved heavy metals and health risks assessment from Poyang Lake Basin, China[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2012, 31(5): 1009?1014.

[45] 范清華, 黎 剛, 王備新, 陳 媛, 魏房忠. 太湖飲用水源地水環境健康風險評價[J]. 中國環境監測, 2012, 28(1): 6?9. FAN Qin-hua, LI Gang, WANG Bei-xing, CHEN Yuan, WEI FANG-zhong. Environmental health risk assessment of drinking water source of Taihu Lake[J]. Environmental Monitoring in China, 2012, 28(1): 6?9.

[46] 施 陽. 巢湖表層水體中砷及重金屬分布特征、風險評價和來源[D]. 合肥: 安徽醫科大學, 2018: 22?26. SHI Yang. Contamination characteristics, ecological risk assessment and sources of arsenic and heavy metals in surface water from Lake Chaohu[D]. Hefei: Anhui Medical University, 2018: 22?26.

[47] ZENG Xiao-xia, LIU Yun-guo, YOU Shao-hong, ZENG Guang-ming, TAN Xiao-fei, HU Xin-jiang, HU Xi, HUANG Lei, LI Fei. Spatial distribution, health risk assessmentand statistical source identification of the trace elements in surface water from the Xiangjiang River, China[J]. Environmental Scienceand Pollution Research, 2015, 22(12):9400?9410.

Assessment of heavy metal and human health risk in surface soils around Dongting Lake wetland, China

SHI Chen-hao1, 2, WANG Yun-yan1, CHAI Li-yuan1, LIU Jia-yu3

(1. School of Metallurgy and Environment, Central South University, Changsha 410083, China; 2. Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China; 3. Xuzhou Institute of Environmental Protection Science, Xuzhou 221006, China)

In order to find out the pollution of heavy metals in surface soil around Dongting Lake wetland and its risk to human health, 10 soil sampling sites around Dongting Lake area were selected in this study from 2016 to 2018. 100 surface soil samples (0?30 m) were collected. The content and distribution of heavy metals were analyzed, and the methods of geo-accumulation index (geo), nemerow index (I) and soil health risk assessment were used for risk assessment. The results show that the average concentrations of Pb, Cd, Hg, As and Cu in soil samples are 53.33, 1.62, 0.27, 26.8 and 37.72 mg/kg, respectively, which are higher than the background values of soil environment in the study area. Among them, the average concentrations of Cd and As, the concentrations of Cd in West Dongting Lake, South Dongting Lake and East Dongting Lake and the concentrations of As in South Dongting Lake are all higher than the criteria for screening the risk of agricultural land soil pollution in “Soil Environmental Quality Standard” (GB 15618—2018). The maximum pollution values of Cd, Hg, As and Cu are in South Dongting Lake, while the maximum pollution values of Pb are in East Dongting Lake. The study of geo-accumulation index (geo) show that Cd is at the level of serious pollution, and Pb, Hg and As are at the level of non-pollution to moderate pollution in three years. The nemerow index (I) study shows that, in three years, West Dongting Lake, South Dongting Lake and East Dongting Lake are at slight pollution level. The assessment of human health risks using the three exposure factors of unintentional smoking, skin contact and breath contact in the soil health risk assessment system shows that the average of 13 adults and 8 children per million population are at risk of cancer. The results provide reference and suggestions for the sources and characteristics of soil pollution in Dongting Lake wetland.

Dongting Lake; soil; heavy metal; pollution; human health risk assessment

Project(2018YFC1801805) supported by the National Basic Research Development Program of China; Project(2018SK2043)supported by the Key Program of Research and Development of Hunan Province, China

2019-02-22;

2019-11-08

WANG Yun-yan; Tel: +86-731-88830511; E-mail: wyy@csu.edu.cn

1004-0609(2020)-01-0150-12

X820.4

A

10.11817/j.ysxb.1004.0609.2020-36354

國家重點研發計劃重點專項課題(2018YFC1801805);湖南省重點研發計劃項目(2018SK2043)

2019-02-22;

2019-11-08

王云燕, 教授,博士;電話:0731-88830511;E-mail:wyy@csu.edu.cn

(編輯 李艷紅)

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