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城郊区是指环绕在城市中心区域周围、介于城市与农村之间的过渡地带,担负着维护城市生态安全和保障农产品健康质量的双重功能,因此,城郊农业生态系统的健康可持续发展受到前所未有的关注。近十多年来,随着城郊农业的集约化程度愈来愈高,农药、化肥的施用量也相应增加,加之城市工业的发展,废弃物增加与无序排放问题凸显,这些都使得城郊区农业土壤质量衰退,并直接威胁地下水和食物链安全,最终危害人体健康。
本研究以武汉市城郊农业区为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法,分析了研究区土壤、蔬菜和地下水中镉(Cd)、汞(Hg)、铅(Pb)、砷(As)四种重金属的累积污染状况和安全性:并引入健康风险评价模型,对研究区重金属污染物通过土壤摄入、皮肤接触、呼吸摄入、饮水、接触水的皮肤暴露和蔬菜摄食等途径进入人体产生的危害进行风险评价;最后估算得出研究区基于摄入风险的土壤重金属临界值,以及基于保护地下水和居住安全的重金属污染土壤修复基准值。结果表明:
(1)在0-20cm表层土壤中,与汞(Hg)、铅(Pb)、砷(As)三种重金属相比,土壤镉(Cd)污染最为严重,其值不仅超出了湖北土壤元素背景值,而且超过了无公害蔬菜产地环境标准(GB/T18407.1-2001)限值;其次是汞(Hg)元素,表层土壤Hg的平均含量超过湖北土壤元素背景值,但未超出无公害蔬菜产地环境标准值;As、Pb为轻微污染,基本上符合无公害蔬菜产地环境要求。综合污染指数结果表明,研究区21.43%的土壤清洁,39.28%的土壤处于尚清洁状态,39.28%的土壤则是轻度污染,并且露地土壤综合污染指数要低于设施土壤综合污染指数。从综合污染指数的区域分布看,污染排序为黄陂>新洲>江夏>洪山>东西湖。
(2)四种重金属元素在0-100cm土层的剖面分布特征具有一定的差异。在设施土壤中,As、Pb、Cd和Hg四种重金属的含量都呈现随土壤深度增加而含量逐渐降低的分布趋势,最大值出现在表层土壤。在露地土壤中,AS和Cd的含量随着土壤深度的增加呈现出缓慢下降的趋势,Pb的含量呈现出先缓慢下降(0~60cm)再快速上升(60~80cm)最后趋于稳定(80~100cm)的分布趋势,土壤中Hg含量的波动比较大。
(3)根据国家食品卫生标准镉(Cd)>汞(Hg)>铅(Pb);三种暴露途径的危害程度顺序为:摄入>皮肤接触>呼吸。
(6)基于摄入风险的土壤临界值为:对儿童,As:62.2mg/kg,Cd-1.3 mg/kg,Hg:1.6 mg/kg;对成人,As:99.6 mg/kg,Cd-1.4mg/kg,Hg:1.6 mg/kg。
(7)基于保护地下水的土壤污染修复值As:68.3 mg/kg,Cd:8.3 mg/kg,Hg:2.1 mg/kg,Pb:140.2 mg/kg;适宜居住的土壤污染修复值As:33.1 mg/kg,Cd:11.9mg/kg,Hg:4.1mg/kg,Pb:288.0 mg/kg。土壤污染修复值的提出很好地补充了土壤环境质量标准,对农业土地资源的保护和管理有借鉴意义。