摘要
土壤重金属污染一直是环境领域重要研究方向，过去的研究主要聚焦在工业区、农业区、矿区和冶炼区等传统污染场地，对试验场地土壤重金属研究仍然有限。然而从军械生产、运输、使用到拆卸销毁的整个周期都会向外界释放重金属，从而导致试验场地土壤产生严重的污染问题。进入到土壤环境中的重金属可以通过摄入途径在人体内累积，从而危害人体健康。因此，对土壤中重金属污染来源和污染特征开展研究，进而对其风险开展客观评价显得尤为重要。但现阶段基于重金属总量的健康风险评价方法往往会高估风险，增加了后续治理成本。为此，有必要建立更加科学合理的风险评估手段，其中探究重金属的生物有效性研究就是关键环节。生物有效性是指重金属可以被人体吸收的部分，也是风险评估中重要的参数，然而目前对试验场地土壤中重金属的生物有效性研究很少。针对上述问题，本研究以某试验场地和弹药销毁场地为研究对象，重点分析了两个典型场地土壤（类）重金属砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni）、铅(Pb)和锌(Zn)的污染特征，并识别出试验场地重金属的污染来源。在此基础上，采用两种体外提取方法和小鼠模型的体内方法，对弹药销毁场地中典型污染物Pb的生物可给性和相对生物有效性开展了分析，深入探讨基于生物有效性的人体健康风险评估模型在弹药销毁场地应用的可行性。获得的主要结果和认识如下: 1.某试验场土壤中重金属污染特征及评价 试验场地3个不同的功能区（静爆试验区、落弹区和生活保障区）表层和剖面土壤重金属含量的分析结果表明，静爆试验区土壤中As、Cd、Cu、Ni和Zn的平均含量高于吉林省背景值，且Cu、Zn、As和Cd含量表现出较强的空间异质性;落弹区土壤中As、Cd、Ni的平均含量超出背景值;生活保障区土壤中As和Cd平均含量高于背景值，并且Pb、Cd、Zn和Cr变异系数较大，表明其可能受到人类活动的影响。在不同的试验区土壤中As、Cr、Cu、Ni、Zn含量具有显著差异(P＜0.05），静爆试验区较落弹区受到试验活动影响更为强烈，土壤剖面表层重金属含量明显偏高，而剖面中重金属未发生明显垂向迁移。源解析结果表明，Zn、Pb和Cd主要受到试验活动相关的污染源影响，Cr和Ni主要受成土母质自然源影响，As和Cu来源较为复杂，其中As以自然源和生活源贡献为主，而Cu与试验污染源、自然源和生活源等都有关。地累积指数表明3个区域的Cd和落弹区的Ni均属于无-中度污染，内梅罗综合污染指数显示3个功能区土壤为轻度污染，不同功能区之间的污染水平表现为:生活保障区＞静爆试验区＞落弹区，潜在生态风险指数显示研究区均处于中度生态风险水平，Cd为主要的土壤污染因子。 2.弹药销毁场地土壤重金属污染特征及评价 选择3个不同区域的弹药销毁场地，分析表层土壤中重金属含量，结果表明，吉林省敦化(DH)弹药销毁场地土壤中Cd、Cr、Cu、Pb和Zn含量都超过了吉林省土壤背景值，Pb含量超出了风险筛选值，超标率为66.67％。山西省中部(TY)弹药销毁场地所有重金属As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量均超出山西省土壤背景值，其中Cd和Pb含量超出了风险筛选值，超标率分别为14.81％和29.63％。山西省西南部(HM)弹药销毁场地所有重金属含量均超出山西省土壤背景值，尤其是Pb，100％的土壤样品Pb含量超出风险筛选值。3个弹药销毁场地土壤中重金属含量的差异主要与弹药销毁频率和场地使用年限等因素有关。综合3个评价结果可知，DH和HM场地Pb的污染最为严重，而TY场地以Cd和Pb污染为主。总体来说，弹药销毁场地土壤呈现出以Pb为主、其他重金属也存在一定程度超标的污染特征。 3.弹药销毁场地土壤中铅的生物可给性和生物有效性研究 基于对弹药销毁场地土壤重金属污染特征研究结果，采用UBM和SBRC两种体外方法，并结合小鼠模型的体内方法，重点分析DH、TY和HM弹药销毁场地土壤Pb的生物可给性和相对生物有效性。研究结果表明，SBRC测定生物可给性要高于UBM测定结果，两个体外实验胃相生物可给性要显著高于肠相生物可给性，不同的体外提取方法测定Pb的生物可给性存在一定差异。采用体内方法分析得到的Pb相对生物有效性为30.21％～80.77％，对体内体外试验得到的结果开展相关性分析，发现SBRC胃相Pb的生物可给性与体内方法测得的相对生物有效性具有较好相关性，线性回归方程为RBA(％)=0.987 ×BAc(SBRC-GP)+2.47，因而可以有效表征弹药销毁场地土壤Pb的生物有效性。弹药销毁场地土壤中Pb的生物有效性受土壤理化性质和Pb的化学形态影响，Pb的生物有效性随pH和TOC的减少而提高，另外，Pb水溶态、离子态、碳酸盐结合态也对生物有效性具有一定贡献。相对于基于总浓度的人体健康风险评价结果，基于生物有效性的评价结果发现Pb的非致癌风险显著降低，该结果更能准确和客观地反映了弹药销毁场地土壤重金属的人体健康风险情况。
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