我国耕地土壤环境质量总体不乐观,总体超标率为19.4%,主要以重(类)金属污染为主[1]。由于重(类)金属在土壤中具有累积性、稳定性和生物毒性,使得农田土壤重(类)金属通过接触人体的直接途径或“土壤-植物-人体”、“土壤-植物-动物-人体”食物链的间接途径对人体健康造成器官或系统损伤,甚至致癌致畸致突变的严重危害[2-7]。大量研究主要集中于农田土壤重(类)金属污染对农作物的影响,而人体直接暴露于农田重(类)金属污染土壤,尤其是其健康风险研究很少[8-12]。研究农田重(类)金属污染土壤直接对农民的健康风险评估能够为全面评估农田土壤污染提供一定的支撑。
目前关于农用地污染土壤直接接触人体的健康风险没有明确的评估规范,少量的相关研究主要采用建设用地相关参数对农用地人群进行健康风险评估[13-14]。我国生态环境部在2019年发布的《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ 25.3—2019)规范了建设用地土壤污染直接接触人体的健康风险评估,推荐了风险评估模型和参数。然而,因为农民可能进行长时间、重体力耕作,尤其对于多山地丘陵等机械化水平不高地区(如江西省南部和东北部部分地区),由于耕作方式的不同,农民接触土壤的距离、耕作期土壤因翻刨扬尘等人群行为模式和环境参数都与建设用地存在较大差异,导致呼吸量、暴露时间、环境因子暴露强度等人体健康评估所需关键参数与建设用地明显不同[15-20]。例如,仅仅因为男性与女性农民的农业劳动强度不同,林匡飞等[21]研究发现污水灌溉砷污染区的农民男性体内砷含量高于女性;姚春霞等[22]研究了某金属冶炼厂周围居民毛发中的重金属含量,发现男性农民毛发中铅和砷略高于女性农民。因此,沿用建设用地的污染风险评估参数计算农用地污染对人体的直接健康风险缺乏准确性。高智花[23]用蒙特卡罗方法定量分析健康风险评价的不确定程度,由儿童的体质量和每日空气呼吸量等参数的数学期望的风险点推定值得到健康风险评估结果的概率分布,指出镉、砷、铬的致癌风险超过阈值(10-6)的概率分别为53%、84%、96%。韦斌腾[24]对污染地块健康风险评估模型参数敏感性进行研究,指出在砷污染土壤的健康风险评估中,儿童体质量增加1倍使得致癌风险和危害商分别随之增加0.65倍、1.07倍。由此可见,在现有模型下部分参数对于风险评估计算结果影响显著,获取更接近真实暴露场景的参数值对于准确评估农用地污染对人体的直接健康风险意义重大。
本文以江西省东北部某区域农田土壤为研究对象,基于该区域农田土壤的重(类)金属污染调查数据,通过对关键评估参数进行调研,分析了该区域农田土壤对主要暴露人群的人体健康危害风险程度,为农用地土壤污染风险评估提供不同角度的判断思路与科学依据。
1 材料与方法(Materials and methods)
1.1 研究区域概况与土壤样品采集
研究区位于江西省东北部某耕地污染区域,区域面积约2 km2,灌溉水来自附近山区水库和河流,主要种植水稻,冬季种植油菜、蔬菜等,目前污染耕地类型为安全利用类和严格管控类耕地,以镉等重金属超标为主。区域西北部为丘陵地区,其中矿山在历史上有煤矿开采经历,东南部为耕地和河流。前期调查研究发现煤矿历史开采区域周边固废、下游水系底泥镉等重金属超标严重,为耕地重金属污染的主要来源。依据历史和现状污染源、污染途径、污染耕地和敏感受体分布情况,采样点覆盖以公路、灌溉水渠等地理要素分割的每个田块,在严格管控类耕地区域共布设了20个土壤表层采样点。按照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166—2004)去除表层土壤的植物根系和碎石等杂物,用木铲采集5个方位点的表层土壤(0～20 cm),等量均匀混合后采用四分法取1 kg土壤,经风干研磨后过100目尼龙筛,备用。
1.2 样品分析方法
土壤样品采用微波消解,具体参考《全国土壤污染状况详查土壤样品分析测试方法技术规定》。土壤中铜、镍、锌采用火焰原子吸收分光光度法(HJ 491—2019),镉采用石墨炉原子吸收分光光度法(GB/T 17141—1997),铊采用石墨炉原子吸收分光光度法(HJ 1080—2019),砷采用原子荧光法(GB/T 22105.2—2008)。加入标准物质GBW 07405对整个分析测试过程进行质量控制。各元素回收率在87%～102%之间。
1.3 健康风险评价
采用我国生态环境部发布的《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(HJ 25.3—2019)(以下简称《导则》)推荐的土壤环境中污染物对人体健康的致癌和非致癌商模型和部分相应参数,对镉、砷、镍、锌、铊和铜6种重(类)金属经口摄入、经皮肤接触和经呼吸吸入3种途径产生的接触人群健康风险进行评价和研究。本研究主要研究对象为工作在农田上的农业人员,故采用第二类用地方式下的成人期的暴露来评估风险。评价主要分为暴露评估和风险表征两部分。
1.3.1 暴露评估的计算模型
在经口摄入、皮肤接触和呼吸吸入3种暴露途径下,成人的日平均暴露量,通过公式(1)～(3)计算。
(1)
(2)
(3)
式中:SER土壤-手口、SER土壤-皮肤、SER土壤-呼吸为经不同暴露途径进入成人体内的土壤暴露量,kg·kg-1·d-1;OSIR为每日经口摄入土壤量,mg·d-1;ED为暴露年限,a;EF为暴露频率,d·a-1;BW为平均体质量,kg;ABSo、ABSd分别为经口和皮肤进入体内的土壤吸收效率因子,量纲为1;AT为致癌、非致癌效应平均时间,d;SAE为暴露于土壤的皮肤面积,cm2;SSAR为皮肤表面土壤黏附系数,mg·cm-2;Ev为每日皮肤接触土壤的频率,次·d-1;PM10为空气中可吸入颗粒物浓度,mg·m-3;DAIR为每日空气吸入量,m3·d-1;PIAF为吸入的土壤颗粒在体内的滞留比例,量纲为1;fspo为室外空气中土壤颗粒所占比例,量纲为1;EFo为室外暴露频率,d·a-1。其中SER土壤-呼吸的计算公式与导则略有区别,考虑农田土壤污染主要针对工作时农民,所以室内暴露途径在此不纳入计算公式。
1.3.2 风险表征的计算模型
重金属污染的人体健康风险可分为致癌风险和非致癌危害商。致癌风险是人群暴露于致癌效应污染物后诱发致癌性疾病或损伤的概率。非致癌危害商是污染物每日摄入剂量与参考剂量的比值,用于表征人体经单一途径暴露于非致癌污染物而受到危害的水平。计算公式如下:
CRi=∑SERij×Ci×SFij
(4)
TCR=∑CRi
(5)
(6)
HI=∑HQi
(7)
式中:HQi为土壤中单一重金属(第i种)经所有暴露途径的危害商,量纲为1;SERij为重金属i的第j种暴露途径的日均暴露量(非致癌效应),kg·kg-1·d-1;Ci为土壤样品中重金属i的含量,mg·kg-1;RfDij为重金属i的第j种暴露途径进入体内产生非致癌危害的参考剂量,mg·kg-1·d-1;SAF为暴露于土壤的参考剂量分配系数,量纲为1;HI为总危害商,量纲为1;CRi为土壤中单一重金属(第i种)经所有暴露途径的致癌风险,量纲为1;SFij为致癌重金属i的第j种暴露途径的斜率系数,kg·d·mg-1;TCR为总致癌风险,量纲为1。
1.4 评价模型的参数
《导则》的附录G提供了暴露评估模型参数推荐值,但由于不同人群的暴露场景和不同地块的环境状况存在较大的差异,建设用地的部分参数推荐值并不适用于农用地。美国环境保护局发布的《风险评估指南第一卷:人类健康评估手册补充指南》指出许多农场活动如犁地和耙地,都会产生大量的灰尘[25]。农田土壤风险评估应考虑所观察到的农业做法带来的扬尘对风险评估结果的影响[26-27]。因此,由于扬尘情况下空气中增加的土壤灰尘,每日经口摄入土壤量(OSIR)和空气中可吸入颗粒物浓度(PM10)2个参数值会升高。另一方面,刘平等[28]采用人体能量代谢估算法计算不同职业人群的长期呼吸量和短期呼吸量,发现司机长期呼吸量最高(18.9 m3·d-1),家庭主妇(14.4 m3·d-1)、离退休人员最低(14.7 m3·d-1),并且指出不同职业人群在休息、坐、轻微活动、中体力活动、重体力活动和极重体力活动下的短期呼吸量也存在一定的差异。由于农民劳作属于中体力活动,农民的每日呼吸空气量(DAIR)随着其工作强度增加而相应增加。故本文对OSIR、DAIR、PM10 3个参数进行调研后取值。其他固定参数则采用《导则》推荐的参数值,取值如表1所示。不同重金属的致癌效应毒性参数SF和非致癌效应毒性参数RfD见表2。
表1 农田重金属健康风险暴露参数
Table 1 Exposure parameters for farmland heavy metal risk assessment
参数符号Parameters成人参考值Referred value参数符号Parameters成人参考值Referred valueED25 aABSo1EF250 d·a-1ABSd0.001EFo62.5 d·a-1SAE3 020 cm2BW61.8 kgSSAR0.2 mg·cm-2ATca27 740 dEv1 次·d-1ATnc9 125 dfspo0.5SAF0.5PIAF0.75
表2 重(类)金属不同暴露途径参考剂量和致癌斜率因子
Table 2 Reference dose and carcinogenic slope factor for different exposure routes of heavy metals (metalloid)
重(类)金属Heavy metals (metalloid)致癌因子(SF)/(kg·d·mg-1)Carcinogenic slope factor (SF)/(kg·d·mg-1)经口Oral皮肤Dermal呼吸Inhalation参考剂量(RfD)/(mg·kg-1·d-1)Reference dose (RfD)/(mg·kg-1·d-1)经口Oral皮肤Dermal呼吸Inhalation来源Source砷 As1.51.52.66×102/DAIR3.0×10-43.0×10-42.43×10-7/DAIR《导则》GUIDE镉 CdNDND1.11×102/DAIR1.0×10-32.5×10-51.62×10-7/DAIR《导则》GUIDE镍 NiNDND1.61×102/DAIR2.0×10-28.0×10-41.46×10-6/DAIR《导则》GUIDE铊 TlNDNDND1.0×10-51.0×10-5ND[2]锌 ZnNDNDND3.0×10-13.0×10-1ND《导则》GUIDE铜 CuNDNDND4.0×10-24.0×10-2ND《导则》GUIDE
注:DAIR为每日空气吸入量。
Note: DAIR is the daily air inhalation rate.
2 结果与讨论(Results and discussion)
2.1 农田土壤重金属污染水平
该区域农田土壤的20个点位重(类)金属含量的统计特征如表3所示。由表3可知,该区域农田土壤重(类)金属的平均含量从高到低依次为锌>镍>铜>砷>镉>铊。根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)中对重金属污染风险筛选值的要求(区域土壤样品pH≤5.5),该区域存在镉、镍、锌、铜严重超标,砷轻微超标的问题。6种重(类)金属的变异系数均较高,说明农田土壤的污染与人类活动有较高的相关性,变异系数铊>镉>砷>锌>镍>铜。
表3 研究区域表层土壤重(类)金属含量特征
Table 3 Contents of heavy metals (metalloid) in surface soil from the study area
重(类)金属Heavy metals (metalloid)最大值/(mg·kg-1)Maximum/(mg·kg-1)平均数/(mg·kg-1)Average/(mg·kg-1)标准差/(mg·kg-1)SD/(mg·kg-1)变异系数/%CV/%中位数/(mg·kg-1)Median/(mg·kg-1)点位超标率/%Exceeding standard ratio/%砷As39.5015.497.534914.7510镉Cd9.804.532.67594.08100镍Ni14878.5533.404376.5075铊Tl0.200.0350.07187未检出 Not detected0锌Zn635293.80142.3948258.0075铜Cu11666.1522.183463.5085
2.2 健康风险评价
2.2.1 关键参数取值
PM10、OSIR、DAIR 3个关键参数差异性取值的主要原因为农田土壤翻耕会产生大量的PM10、扬尘情况下土壤经口摄入增多、呼吸速率随体力活动强度增大而增加。向华丽等[29]对隧道施工现场PM10浓度水平进行监测,发现开挖工工作时PM10浓度达12.50 μg·m-3。孙猛等[30]对施工工地扬尘进行在线监测,数据显示在土方开挖阶段的施工工地PM10排放浓度达329.6 μg·m-3。故参考不同场景下扬尘环境中人群的经口摄入土壤量。《工业企业土壤环境质量风险评价基准》(HJ/T 25—1999)中建筑工人经口摄入土壤量推荐值为400 mg·d-1。阳文锐等[31]认为我国北方扬尘天气条件下成人经口摄入土壤量达到1 000 mg·d-1。侯捷等[32]通过整理文献总结的成人呼吸速率与《导则》推荐值差异很大,其平均值为25.9 m3·d-1。《中国人群暴露参数手册 成人卷》[33]中农村人群在中体力活动下的短期呼吸量推荐值为21.8 m3·d-1。通过查找上述相似场景的相关参数值并取其平均值作为PM10、OSIR、DAIR 3个参数的替换取值(表4)。
表4 暴露评估模型中PM10、OSIR、DAIR 3个参数的替换取值
Table 4 Alternative values of PM10, OSIR and DAIR in exposure assessment model
替换参数Altered parameters最小值Minimal平均值Average最大值Maximal来源Source空气中可吸入颗粒物含量(PM10)/(mg·m-3)Content of inhalable particles in the air (PM10)/(mg·m-3)0.3306.41512.50[7-8]每日经口摄入土壤量(OSIR)/(mg·d-1)Daily oral intake of soil (OSIR)/(mg·d-1)4007001 000[9]每日空气吸入量(DAIR)/(m3·d-1)Daily air intake (DAIR)/(m3·d-1)21.823.8525.9[10-11]
2.2.2 土壤暴露量计算
PM10、OSIR、DAIR 3个关键参数分别选择《导则》推荐参数与替换参数(表4),其余所需参数皆选择《导则》推荐参数,依据暴露评估计算模型(式(1)～(3))计算不同途径下致癌效应和非致癌效应的土壤暴露量。如表5所示,以砷为例无论选择原参数还是替换参数,致癌与非致癌暴露量均呈现经口摄入>经皮肤接触>经呼吸吸入。选择替代参数后,经皮肤暴露途径的暴露量没有变化,但是经口暴露和经呼吸暴露的暴露量都大幅上升,其中呼吸吸入暴露量增幅比经口暴露量要高。
表5 土壤砷不同参数取值下的暴露量
Table 5 Exposures of soil arsenic using different set of parameters
参数取值Parameter value暴露量(致癌效应)/(kg·kg-1·d-1)Exposure (carcinogenic)/(kg·kg-1·d-1)暴露量(非致癌效应)/(kg·kg-1·d-1)Exposure (noncarcinogenic)/(kg·kg-1·d-1)经口Oral皮肤Dermal呼吸Inhalation经口Oral皮肤Dermal呼吸Inhalation《导则》推荐参数The GUIDE referred3.65×10-76.61×10-85.90×10-101.11×10-62.01×10-71.79×10-9调整后Alternative2.55×10-66.61×10-85.23×10-87.76×10-62.01×10-71.59×10-7
2.2.3 致癌风险评价
PM10、OSIR、DAIR 3个关键参数分别选择《导则》推荐参数与替换参数(表4),其余所需参数皆选择《导则》推荐参数,计算20个点位中重(类)金属砷、镍、镉的最大值与平均值的各暴露途径的致癌风险以及所有暴露途径的总致癌风险(表6)。选用《导则》推荐参数计算3种重(类)金属对人体健康总致癌风险依次为砷>镍>镉,其最大值与平均值对应的总致癌风险依次为2.59×10-5 >9.67×10-8 >4.43×10-8与1.02×10-5 >2.05×10-8 >5.13×10-8。20个点位砷、镉、镍的经呼吸暴露途径致癌风险都<10-6,说明区域内3种金属的呼吸致癌风险水平可接受。经口与经皮肤暴露途径导致的致癌风险却较高,对砷而言其含量平均值的2种暴露途径致癌风险水平都>1.0×10-6,导致砷经口致癌风险水平不可接受点位数为95%,砷经皮肤致癌风险水平不可接受点位数为85%。
表6 土壤3种重(类)金属致癌健康风险(CR)值
Table 6 Carcinogenic health risk (CR) values of three heavy metals (metalloid) in soil
重(类)金属Heavy metals (metalloid)CR呼吸CRICR手口CROCR皮肤CRDCR总CRS推荐参数Referred parameters替换参数Alternative parameters推荐参数Referred parameters替换参数Alternative parameters推荐参数Referred parameters替换参数Alternative parameters推荐参数Referred parameters替换参数Alternative parameters砷As最大值 Maximal4.27×10-72.30×10-52.16×10-51.51×10-43.92×10-63.92×10-62.59×10-51.78×10-4平均值 Average1.67×10-79.03×10-68.47×10-65.93×10-51.54×10-61.54×10-61.02×10-56.99×10-5点位超标率/%Exceeding standard ratio/%09595100858595100镉Cd最大值 Maximal4.43×10-82.39×10-6----4.43×10-82.39×10-6平均值 Average2.05×10-81.10×10-6----2.05×10-81.10×10-6点位超标率/%Exceeding standard ratio/%050----050镍Ni最大值 Maximal9.67×10-85.21×10-6----9.67×10-85.21×10-6平均值 Average5.13×10-82.77×10-6----5.13×10-82.77×10-6点位超标率/%Exceeding standard ratio/%090----090
选用替换参数计算3种重(类)金属对人体健康总致癌风险同样依次为砷>镍>镉,但致癌风险都有所变大,其最大值与平均值对应的总致癌风险依次为1.78×10-4 >5.21×10-6 >2.39×10-6与6.99×10-5>2.77×10-6 >1.10×10-6。经呼吸暴露途径下仅用平均值计算获得的砷、镉、镍的致癌风险都>10-6,区域内3种金属呼吸致癌风险水平不可接受的点位数分别为95%、50%与90%。砷经口与经皮肤暴露途径导致的致癌风险不可接受点位数分别为100%与85%,尤其是经口暴露致癌风险最大高达1.51×10-4。参数修正后农民人体健康致癌总风险整体水平较高,砷、镍、镉总暴露风险不可接受点位数分别增长为100%、50%和90%。以砷为例,使用《导则》参数计算经呼吸、经口和经皮肤3种暴露途径对致癌总风险的贡献率分别为1.6%、83.1%、15.3%,经口摄入是最主要的暴露途径,其次为经皮肤暴露。参数调整后,经呼吸、经口和经皮肤3种暴露途径对致癌总风险的贡献率分别为12.9%、84.8%、2.3%,经口摄入依然是最主要的暴露途径,其次变为经呼吸暴露,这主要是因为PM10、OSIR、DAIR 3个关键参数中有2个是影响经呼吸暴露途径的暴露量,1个是影响经口暴露途径的暴露量。
2.2.4 非致癌危害商评价
PM10、OSIR、DAIR 3个关键参数分别选择《导则》推荐参数与替换参数(表4),其余所需参数皆选择《导则》推荐参数,计算20个点位中6种重(类)金属砷、镍、镉、铜、锌、铊的最大值与平均值对应的各暴露途径危害商以及所有暴露途径的总危害商(表7)。选用《导则》推荐参数计算6种重(类)金属浓度最大值对人体总危害商依次为砷>铊>镍>镉>铜>锌,其危害商依次为3.85×10-1>4.43×10-2>4.15×10-2>4.13×10-2>6.43×10-3>4.69×10-3。20个点位砷、镍、镉、铜、锌、铊的总危害商都<1,说明区域内6种重(类)金属的非致癌危害水平可接受。
表7 土壤6种重(类)金属非致癌危害商(HI)
Table 7 Hazard index (HI) values of six heavy metals (metalloid) in soil
重金属Heavy metals (metalloid)HQ呼吸HQIHQ手口HQOHQ皮肤HQDHI总HIS推荐参数Referred parameters替换参数Alternative parameters推荐参数Referred parameters替换参数Alternative parameters推荐参数Referred parameters替换参数Alternative parameters推荐参数Referred parameters替换参数Alternative parameters砷As最大值 Maximal4.02×10-22.17×1002.92×10-12.04×1005.29×10-25.29×10-23.85×10-14.27×100平均值 Average1.58×10-28.51×10-11.14×10-18.01×10-12.08×10-22.08×10-21.51×10-11.67×100点位超标率/% Exceeding standard ratio/%01501500085镉Cd最大值 Maximal1.50×10-28.07×10-12.17×10-21.52×10-15.25×10-35.25×10-34.13×10-29.65×10-1平均值 Average6.92×10-33.73×10-11.00×10-27.03×10-22.43×10-32.43×10-31.94×10-24.46×10-1点位超标率/% Exceeding standard ratio/%00000000镍Ni最大值 Maximal2.51×10-21.35×1001.64×10-21.15×10-1--4.15×10-21.47×100平均值 Average1.33×10-27.19×10-18.71×10-36.09×10-2--2.20×10-27.80×10-1点位超标率/%Exceeding standard ratio/%01500--020铜Cu最大值 Maximal--6.43×10-34.50×10-2--6.43×10-34.50×10-2平均值 Average--3.67×10-32.57×10-2--3.67×10-32.57×10-2点位超标率/%Exceeding standard ratio/%--00--00锌Zn最大值 Maximal--4.69×10-33.28×10-2--4.69×10-33.28×10-2平均值 Average--2.17×10-31.52×10-2--2.17×10-31.52×10-2点位超标率/%Exceeding standard ratio/%--00--00铊Tl最大值 Maximal--4.43×10-23.10×10-1--4.43×10-23.10×10-1平均值 Average--7.76×10-35.43×10-2--7.76×10-35.43×10-2点位超标率/%Exceeding standard ratio/%--00--00
选用替换参数后,6种重(类)金属对人体健康总危害都增大。以平均值计算6种重(类)金属对人体健康总危害依次为砷>镍>镉>铊>铜>锌,其总危害商依次为1.67×100>7.80×10-1>4.46×10-1>5.43×10-2>2.57×10-2>1.52×10-2。参数修正后农民人体健康非致癌危害商整体水平较高,砷、镍的总暴露非致癌危害商不可接受点位数分别增长为85%和20%;经呼吸暴露途径下用最大值计算获得的砷与镍的危害商都>1,区域内砷与镍的呼吸非致癌危害商不可接受的点位数都为15%;砷经口暴露途径导致的危害商最大为2.04,不可接受点位数为15%。以砷为例,使用《导则》参数计算经呼吸、经口和经皮肤3种暴露途径对总危害商的贡献率分别为10.5%、75.5%、13.8%,经口摄入是最主要的暴露途径,其次为经皮肤暴露。参数调整后,经呼吸、经口和经皮肤3种暴露途径对致癌总风险的贡献率分别为51.0%、47.8%、1.2%,经呼吸与经口暴露都变为主要贡献途径。这主要是因为砷的呼吸与经口致癌因子(SF)之比远小于参考剂量(RfD)之比,调整参数导致的呼吸暴露量与经口暴露量增大后,呼吸导致的非致癌危害商权重大幅提升。
2.2.5 参数敏感性分析
在农民耕作于重金属污染农田的背景下,对可变参数进行调研后,可变参数修改值计算得出的风险值整体水平高于推荐值。选取砷和镉,将采用替换参数前后的总致癌风险均值与总非致癌风险均值相比较(图1)。选用替换参数后的健康风险整体增大,砷的总非致癌风险和镉的致癌风险超过阈值,说明参数的替换对农民的健康风险影响很大。
图1 选用替换参数前后土壤砷、镉的健康风险值
Fig. 1 Health risk values of soil As and Cd using different set of parameters
对参数替换前后各暴露途径风险值贡献率的变化进行分析(图2)。经皮肤的致癌风险贡献率略有减少,经手口和经呼吸的致癌风险贡献率略有增加。与致癌风险相比,经皮肤和经手口的非致癌风险贡献率都有所减少,经呼吸的非致癌风险贡献率大幅增加。由此可得,参数替换对非致癌风险中呼吸途径的影响显著,对呼吸途径暴露量计算模型中的参数进一步研究很有必要。同时,砷的非致癌风险各暴露途径贡献率变化情况与镉的变化情况有差异,这是由于各暴露途径贡献率与重(类)金属自身生物毒性有关。因此对不同重(类)金属,选择该重(类)金属各暴露途径中毒性较大的暴露途径,其对应的暴露量计算模型涉及的相关参数进行研究非常重要。
图2 选用替换参数前后各暴露途径贡献率
Fig. 2 Contribution rate of each exposure pathway using different set of parameters
风险评估结果需要进行不确定性分析,不确定因素之一是模型参数取值[33]。3个可变参数的敏感性比例计算采用《导则》推荐的模型参数敏感性分析公式:
(8)
式中:SR为模型参数敏感性比例;P1为模型计算所需某一具体参数的某一取值;P2为计算所需某一具体参数的另一取值;X1为按照P1计算的致癌风险或危害商;X2为按照P2计算的致癌风险或危害商。
DAIR、OSIR、PM10 3个参数分别作为单一变量带入模型,取推荐值和修改值分别计算风险值,得到敏感性比例分别为0%、100%、100%。DAIR的变化对风险值无影响,任璇等[34]对多环芳烃类污染场地地下水风险评估参数敏感性进行分析,发现没有影响的参数为BW和DAIR。OSIR和PM10的变化与风险值的变化成正比,其对风险值的影响很大。农民耕作带来的扬尘主要导致OSIR和PM10 2个参数值增加,使得风险值增大。而本文所采用的OSIR和PM10参数值经过调研相似场景获得,如施工场地扬尘,与农民耕作扬尘存在一定区别。农民暴露于重(类)金属污染农田的OSIR和PM10取值需要进一步的研究。
2.2.6 单一重金属风险和叠加风险
不同重金属对人体健康危害的作用不是相互独立的,它们可能存在拮抗作用或协同作用[35]。Nguyen和Kim[36]研究发现,重金属(醋酸铅、铝、铁、铜、金和砷)及其混合物通过基因BAX、CASP3、BCL2、TNF和IL-1B对认知产生负面影响。在BAX、CASP3、HMOX1、IGF1、TNF、BCL2和IL-1B中,这些基因的表达和活性受个别重金属的影响呈相反方向或双重性质的变化,研究发现可能单一重金属对认知障碍相关基因的影响与混合重金属不同。选择区域不同重金属的平均值计算所得的各暴露途径致癌风险与非致癌危害商,将其简单加和获得单一暴露途径下区域多因子重金属总致癌风险与非致癌危害商。如表6和表7所示,即便是选择《导则》推荐参数,土壤的经口致癌总风险为8.47×10-6,风险水平不可接受;另外在参数调整后土壤的经呼吸致癌总风险由2.39×10-7提高为1.29×10-5,导致其总致癌风险水平由可接受变为不可接受。另一方面,参数调整后土壤的经口与经呼吸总非致癌危害商分别由1.47×10-1和3.60×10-2提高为1.03与1.94,导致此2种暴露途径下的总非致癌危害商水平都由可接受变为不可接受。《导则》中人体健康风险评价都是计算单一重金属风险,未考虑重金属协同危害作用,建议对多种重金属污染地块的总风险进行计算。
综上所述,运用现行建设用地土壤重金属人体健康风险计算方法与参数,对江西省东北部某区域农田土壤重金属污染水平进行计算,结果表明其健康风险水平大部分可接受。然而,更新DAIR、OSIR、PM10 3个关键参数获得的农田人体健康风险水平整体提高,以平均浓度值为基准,砷、镉、镍经呼吸途径的致癌风险水平由可接受变为不可接受,镉与镍的总致癌风险水平也由可接受变为不可接受;以平均浓度值为基准,砷的总危害商由可接受变为不可接受,镍的总危害商由可接受变为不可接受。对3个关键参数进行敏感性分析,DAIR无影响,OSIR和PM10的敏感性比例为100%,对风险值的影响十分显著。现有的《建设用地土壤污染风险评估技术导则》提供的计算参数值并不完全适用于农用地土壤人体健康风险评估,选取使用更贴近实际场景的参数值将对农用地土壤人体健康风险评估结果产生重大影响。
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