某典型工业园周边农田土壤重金属的健康风险评估及来源解析

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中文摘要：随着城市化与工业化快速发展，土壤重金属污染问题异常突出。重金属具有持久性、不可降解性、高毒性等特点，一旦进入土壤环境，很难去除与修复。因此，准确掌握土壤重金属污染现状及其健康风险，揭示其主要污染来源，对土壤环境保护与防治具有重要意义。本研究以宝鸡市北部某工业园周边农田为研究对象，采集62对表层土壤及小麦籽粒样品，分析测定7种主要重金属元素(Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)，以当地背景值和国家农用地土壤污染风险筛选值为评价依据，利用富集系数、污染指数分析土壤重金属的富集状况、污染现状，并全面评估人类健康风险，通过地理探测器探究各环境因子的影响；在此基础上，利用有限混合分布模型和正定矩阵因子模型，揭示土壤重金属主要来源及其贡献。主要结果如下： (1)所研究的土壤重金属均有不同程度富集，其中Cd、Hg和Pb具有明显累积效应；在约50%的样本中，土壤Cd含量超过国家农用地土壤污染筛选值而表现出污染；研究区农田土壤重金属总体呈轻度污染水平。 (2)土壤重金属的人类健康风险评估结果表明，单个土壤重金属的非致癌风险均小于1，其中以Zn、Cu、Cr最大；而其致癌风险也均低于1×10-4，以Cd和Ni为最高。多种金属的综合健康风险高于相应阈值；其中，儿童的非致癌风险高于成人，而成人的致癌风险则是儿童的3倍。单个重金属的健康风险尚处可接受范围，但其综合效应不容忽视。对比不同暴露途径的健康风险发现，经膳食摄入的非致癌与致癌风险均比非膳食暴露途径高出2-4个数量级，自种作物的食用可能是本研究区重金属暴露的主要途径。 (3)土壤重金属的人体健康风险受人为和自然环境因素共同影响。其中，影响最大的人为环境因子有：距Pb-Zn冶炼厂距离、距燃煤电厂距离、距煤化工企业距离；影响最大的自然环境因子有：海拔和土壤pH。各因素间对健康风险的交互效应比单因素影响更为显著，且呈线性增强。 (4)土壤重金属的来源解析结果显示，Cr、Cu和Ni主要源于自然输入；Pb-Zn冶炼活动是土壤Pb、Zn、Cd的主要来源；燃煤电厂的废烟废气排放则主导了Hg元素的分布；此外，交通排放和农业活动等对Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Cd也均有一定贡献。土壤Cr、Cu、Ni在本区的污染概率较低，无明显高风险热点区；Hg的污染风险概率中等，其高风险热点区临近燃煤电厂和Pb-Zn冶炼厂；Cd、Pb和Zn的污染风险则普遍较高，其高风险热点主要位于企业、村庄和交通要道周边。本研究结果揭示了研究区土壤重金属的富集状况、污染现状、人类健康风险及主要影响因子与污染来源。具有较高健康风险和复杂来源的农田土壤重金属污染，已对区域产地环境和当地居民的健康生活构成潜在威胁，应给予高度重视。

作者：

张瑞

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关键词：

土壤重金属人类健康风险地理探测器有限混合分布正定矩阵因子模型

授予学位：

硕士

学科专业：

地图学与地理信息系统

导师：

陈涛

学位年度：

2020

学位授予单位：

西北农林科技大学

语种：

中文

中图分类号：