北京平原區(qū)土壤鎘空間分布特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

楊雪玲 劉慧琳 葛暢 聶超甲 孔晨晨 張世文

摘要：以北京平原區(qū)農(nóng)業(yè)用地作為研究對(duì)象，基于變異函數(shù)理論、經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析、地統(tǒng)計(jì)分析、經(jīng)驗(yàn)貝葉斯克里格插值法等方法對(duì)不同土壤深度（0～25、25～50 cm）鎘的空間分布特征及健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，0～25、25～50 cm變異函數(shù)塊基比值均小于75%，屬中等空間變異，隨機(jī)因素帶來的空間變異性隨土壤深度增加呈減少趨勢(shì)，變異函數(shù)擬合較好;從整體看，土壤鎘含量由中部至東南部呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，平均含量以通州和平谷為最高;在空間分布上，不同土壤深度（0～25、25～50 cm）鎘含量水平分布格局基本一致;根據(jù)單因子污染指數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，整個(gè)研究區(qū)土壤鎘含量存在輕度-中度污染，不同土壤深度污染指數(shù)點(diǎn)位超標(biāo)率分別為35.11%（0～25 cm）、12.76%（25～50 cm），0～25 cm土壤輕度-中度污染的覆蓋面積約為 3 152.49 km2;方差分析表明，不同種植模式（果園、耕地、菜地）對(duì)0～25 cm土壤鎘有顯著性影響（P<0.05），耕地模式下鎘含量累積較小;不同母質(zhì)類型對(duì)25～50 cm土壤存在極顯著性影響（P<0.01），不同土壤深度以洪積物母質(zhì)中的鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)為最高;經(jīng)口攝入是人群暴露重金屬鎘的主要途徑，不同功能區(qū)重金屬鎘對(duì)人體的非致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)值HQ和致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)值CR均在安全閾值內(nèi)，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生明顯的健康危害。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田土壤;重金屬鎘;空間分布;變異函數(shù);健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià);北京平原區(qū)

中圖分類號(hào)： X825;X53?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）20-0260-06

隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，土壤污染已成為當(dāng)今世界最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。在2005年至2013年全國首次土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果中，土壤污染總點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)16.1%，而土壤重金屬污染就占到82.8%，其中以鎘污染尤為突出[1]。我國近幾年在土壤污染控制方面做出了顯著的成績，如三廢的處理、污水灌溉控制以及農(nóng)藥改進(jìn)及施用方面等[2-10]，但土壤污染具有的來源廣、隱蔽性、積累性、地域差異性、治理費(fèi)用昂貴等特點(diǎn)，使得土壤污染防控的進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上工業(yè)、交通、生活、農(nóng)業(yè)等所帶來的一系列土壤污染，預(yù)期在未來幾年，土壤污染問題會(huì)持續(xù)加重，尤其是農(nóng)業(yè)用地安全直接關(guān)系著民生民計(jì)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展、人們生活質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)平衡、甚至是社會(huì)穩(wěn)定都有著不可忽視的影響[11-14]。

重金屬鎘主要積累于土壤表層，而部分可溶態(tài)鎘會(huì)隨降水下滲遷移從而發(fā)生次生污染。相關(guān)研究表明，鎘元素不是動(dòng)植物的必需元素，與其他重金屬相比，鎘因本身理化特性具有較強(qiáng)的生物遷移性和毒性，更易被植物吸收，并通過食物鏈進(jìn)入人體，以更高的生物有效性對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生毒害作用[15-17]。很多學(xué)者對(duì)北京市水平空間上[18-20]、不同土地類型[21-23]、不同功能區(qū)[24]土壤重金屬污染狀況研究較多。陳同斌等經(jīng)過系統(tǒng)研究在2004年提出北京市重金屬元素環(huán)境背景值，其中鎘為0.119 mg/kg[25];索琳娜等認(rèn)為，北京市菜地重金屬鎘、鉻、銅、鋅存在累積污染風(fēng)險(xiǎn)，但總體土壤環(huán)境安全[26];2018年Wang等研究揭示了北京城市化進(jìn)程改變了土壤的生態(tài)功能，土地利用模式的轉(zhuǎn)變改變了由人為因素引起的重金屬積累過程[27]。田媛等認(rèn)為，北京不同功能區(qū)鎘、鉛、銅3種重金屬均存在不同程度的污染，且以鎘污染最為嚴(yán)重[24];Sun等研究表明，北京不同土地利用模式重金屬鎘明顯比其他重金屬具有更高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[28]。蔣紅群等采用克里格插值法預(yù)測(cè)了北京市未來30年土壤重金屬含量變化趨勢(shì)，并得出未來北京東部地區(qū)鎘的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)最為嚴(yán)重并呈帶狀分布[29];綜上所述，未來在應(yīng)對(duì)土壤污染問題時(shí)更應(yīng)關(guān)注重金屬鎘的防控與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，目前對(duì)于北京土壤重金屬的研究更多關(guān)注表層土重金屬水平分布變化，而針對(duì)性地研究平原區(qū)農(nóng)業(yè)用地土壤重金屬垂直空間分布變化特征和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面少有報(bào)道。因此，及時(shí)監(jiān)測(cè)不同深度土壤中鎘含量的水平和垂直空間分布特征以及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為研究分析該區(qū)重金屬鎘的污染狀況以及進(jìn)行綜合防控提供科學(xué)依據(jù)支撐。

1?材料與方法

1.1?研究區(qū)概況

北京市地處華北平原的北部，經(jīng)緯度范圍為39.4～41.6°N、115.7°～117.4°E，位于太行山山脈、燕山山脈和華北平原的交接部位，共擁有16 410.54 km2的土地面積，其中山地占2/3，平原占1/3。根據(jù)北京市數(shù)字高程模型，結(jié)合農(nóng)業(yè)用地（耕地、果園、菜地）的實(shí)際空間分布情況，將高程小于100 m的中部和東南部平原地帶作為研究區(qū)，統(tǒng)計(jì)面積約為 7 686 km2，研究區(qū)從南向北按功能區(qū)劃分依次包括都市生活區(qū)的海淀和豐臺(tái)，農(nóng)業(yè)保障區(qū)的大興區(qū)、房山區(qū)、順義區(qū)和通州區(qū)，水源保護(hù)區(qū)的昌平區(qū)、懷柔區(qū)、平谷區(qū)和密云縣，3種功能區(qū)共10個(gè)區(qū)（縣、市），西北部山地區(qū)域未設(shè)置采樣點(diǎn)。

1.2?樣品采集與分析

針對(duì)北京菜地、果園和耕地等3種種植模式選取94個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置不同土壤深度（0～25、25～50 cm）進(jìn)行采樣，布點(diǎn)范圍覆蓋上述平原區(qū)各區(qū)（縣），利用GPS工具對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行定位，同時(shí)記錄采樣點(diǎn)基本信息，包括功能區(qū)屬性、種植模式、土壤類型和土質(zhì)等。每個(gè)樣點(diǎn)選取中心點(diǎn)及相鄰兩角，并將同一深度土樣混合作為代表該點(diǎn)的樣品，取約1 kg土樣裝入密封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，去除動(dòng)植物殘?bào)w、石子等異物后，在自然條件下風(fēng)干、磨碎，過篩后留存樣品以待檢測(cè)。重金屬鎘測(cè)定方法選擇ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜法，分析過程所用試劑均為優(yōu)級(jí)純。采樣時(shí)間選于2015年6月，采樣點(diǎn)分布位置見圖1。

1.3?研究方法

1.3.1?變異函數(shù)

變異函數(shù)是研究區(qū)域?qū)ο蠓蔷|(zhì)性描述的一種手段，反映了區(qū)域變量的結(jié)構(gòu)特性（結(jié)構(gòu)函數(shù)）。區(qū)域化變量在某方向上距離h增量的方差，稱為區(qū)域化變量在該方向上的變異函數(shù)。變異函數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：C0為塊金值，是因測(cè)量誤差或小于采樣間隔距離處而產(chǎn)生的空間變化;C1值為偏基臺(tái)值，又稱結(jié)構(gòu)方差，反映空間結(jié)構(gòu)性，C=C0+C1為基臺(tái)值，指變異函數(shù)模型在變程處所獲得的y軸上的值;模型首次呈現(xiàn)水平狀態(tài)的距離稱為變程，變程A=3a。

1.3.2?潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

（1）單因子污染指數(shù)，即對(duì)土壤中單個(gè)因子的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，其計(jì)算公式：

式中：Pi為某一污染因子的污染指數(shù)值;Ci為該污染因子的實(shí)際測(cè)定值;Si為該污染因子環(huán)境背景值。依據(jù)國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，本研究將Pi≤0.7的土樣定義為清潔無污染;0.73.0為重度污染。

（2）單個(gè)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)：

式中：Ei指某單一污染物的潛在風(fēng)險(xiǎn)程度;Ti表示重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)（鎘的毒性響應(yīng)系數(shù)為30[30]）;潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)劃分為5個(gè)等級(jí)：Ei<30為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，30≤Ei<60為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，60≤Ei<120為較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，120≤Ei<240為高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Ei≥240為極高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.3?經(jīng)驗(yàn)貝葉斯克里格法

目前使用較普遍的克里格插值分析方法具有一定的平滑效應(yīng)，不能反映土壤屬性的突變性，如普通克里格、簡單克里格等。隨著北京經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，找到完全未受干擾的“潔凈”土壤幾乎是不可能的，土壤中單個(gè)重金屬含量受到內(nèi)外界因素的擾動(dòng)，在空間分布上具有很大的變異程度，因此使用傳統(tǒng)的線性克里格插值方法是不適合的。經(jīng)驗(yàn)貝葉斯克里格法通過模擬多個(gè)半變異函數(shù)來說明半變異函數(shù)估計(jì)的不確定性，考慮了半變異函數(shù)的不確定性，可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)一般程度上不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。

1.3.4?健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型：本研究評(píng)價(jià)兒童和成人通過經(jīng)口攝取、呼吸吸入和皮膚接觸3種途徑對(duì)重金屬鎘的健康風(fēng)險(xiǎn)主要根據(jù)美國環(huán)保署提出的人體暴露健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，土壤重金屬對(duì)人體健康存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)和致癌風(fēng)險(xiǎn)，其計(jì)算公式及參數(shù)取值見參考文獻(xiàn)[31-33]。

2?結(jié)果與分析

2.1?基于變異函數(shù)土壤鎘空間相關(guān)性特征描述

運(yùn)用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)分析工具研究不同尺度下的變異函數(shù)，進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整，考慮殘差和最小和擬合相關(guān)系數(shù)最大原則，從而擬合出最優(yōu)變異函數(shù)模型。

變異函數(shù)反映區(qū)域化變量的結(jié)構(gòu)性特征，參數(shù)變程A代表區(qū)域化變量的影響范圍，塊金常數(shù)C0值可表征區(qū)域化變量隨機(jī)性的大小，塊基比C0/（C0+C1）可用來衡量某一變量的空間相關(guān)性，它表示由于隨機(jī)因素產(chǎn)生的空間變化在空間總變異中所占的比例，當(dāng)塊基比>75%時(shí)，屬弱空間相關(guān)性，在25%～75%之間時(shí)為中等空間相關(guān)性，<25%時(shí)則代表該變量具有強(qiáng)烈空間相關(guān)性[34]。由圖3可知，0～25、25～50 cm變異函數(shù)擬合殘差和RSS分別為-0.312、-0.103，擬合相關(guān)系數(shù)R2分別為0.497、0.716，隨著土壤深度增加，變異函數(shù)擬合效果越好;0～25、25～50 cm土壤鎘的塊基比值分別為39.5%、55.0%，均處在25%～75%之間，屬于中等空間變異，且前者空間相關(guān)性大于后者，0～25 cm塊基比小于50%，說明其結(jié)構(gòu)因素占主導(dǎo)。土壤鎘變程0～25 cm 較大，為 90 km，25～50 cm變程較小，為84.04 km，不同深度土壤鎘空間最大相關(guān)距離差別不大。對(duì)于0～25 cm土壤鎘變異函數(shù)平均值點(diǎn)分布較分散，而25～50 cm土壤平均值點(diǎn)較穩(wěn)定，變異函數(shù)擬合程度較好。

2.2?土壤鎘描述統(tǒng)計(jì)分析

由表1可知，除昌平區(qū)外，所有采樣區(qū)0～25 cm表層土壤鎘含量均值明顯高于對(duì)應(yīng)25～50 cm土壤重金屬鎘含量，這主要由鎘本身性質(zhì)、生物毒性特征和遷移轉(zhuǎn)化能力決定，昌平區(qū)25～50 cm土壤鎘含量高的原因可能與該區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景（如成土母質(zhì)、質(zhì)地構(gòu)型、土壤類型等）有關(guān);對(duì)于0～25 cm土壤，通州區(qū)鎘含量均值最高，為0.22 mg/kg，是土壤環(huán)境背景值的1.82倍，平谷區(qū)次之，鎘含量達(dá)0.16 mg/kg，通州區(qū)變異系數(shù)最大為1.40（>1.00），屬于極高程度變異，順義區(qū)變異系數(shù)次高為0.58，介于0.51～1.00之間，屬于高度變異，兩者按功能區(qū)劃分都屬于農(nóng)業(yè)保障區(qū)，其主要來源有化肥施用、廢水灌溉、有機(jī)肥如畜禽糞便投放污染等[20]，由此說明兩區(qū)土壤鎘受外界人為因素干擾很大，采樣點(diǎn)受到不同程度的污染;懷柔區(qū)鎘變異系數(shù)小于0.20，屬較低程度變異，其他區(qū)（縣）均在0.21～0.50之間，屬中等程度變異[35]。對(duì)于25～50 cm土壤中的重金屬鎘，各區(qū)（縣）含量均處在0.06～0.13 mg/kg，除平谷、通州鎘含量≥0.119 mg/kg之外，其他區(qū)縣均在土壤鎘環(huán)境背景值內(nèi)。

0～25、25～50 cm的土壤樣點(diǎn)總超標(biāo)率分別為35.11%、12.76%，單因子污染指數(shù)Pi在不同區(qū)域的值存在差異。對(duì)于0～25 cm昌平區(qū)、密云縣的鎘污染指數(shù)Pi均值為0.58、0.67，Pi均值<0.7，說明2個(gè)區(qū)縣農(nóng)業(yè)用地均未受到污染，為清潔水平;同理，大興區(qū)、豐臺(tái)區(qū)、懷柔區(qū)、順義區(qū)的Pi均值分別為0.93、0.99、0.89、1.00，處于0.7～1，為尚清潔，但處于警戒線水平，應(yīng)予以重視，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)管控;0～25 cm土壤35.11%的樣點(diǎn)存在輕度-中度污染，房山區(qū)、海淀區(qū)、平谷區(qū)Pi均值分別為1.10、1.18、1.36，屬輕度污染;通州區(qū)鎘污染指數(shù)Pi最大值為8.99，其Pi均值為1.82，是所有采樣區(qū)中的最大值，說明該研究點(diǎn)污染相對(duì)較嚴(yán)重，蔣紅群等運(yùn)用通量模型分析重金屬鎘的4種主要來源途徑及貢獻(xiàn)率：污水灌溉（69.8%）>禽畜糞便（29.7%）>化肥（0.5%）>大氣沉降（0.2%），可知污水灌溉和禽畜糞便對(duì)Cd的貢獻(xiàn)較大[29]，因此，在土壤重金屬Cd防控治理中，要加強(qiáng)重視對(duì)這2類來源的管理與控制;25～50 cm土壤Pi均值除平谷區(qū)為1.05稍大點(diǎn)外，其他地區(qū)Pi平均值均≤1，屬清潔或尚清潔水平。從整個(gè)研究區(qū)來看，土壤0～25 cm 重金屬鎘潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均值為31.56，處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，通州、平谷、海淀、昌平、密云和順義土壤表層重金屬鎘潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)處在中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，其他區(qū)（縣）處在輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。25～50 cm 重金屬鎘潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均值為21.45，為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平（除平谷Ei均值稍大于30，其余區(qū)縣均在輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平）。

通過ArcGIS軟件中的地統(tǒng)計(jì)分析工具對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)貝葉斯克里格法插值分析和面積統(tǒng)計(jì)運(yùn)算得出圖3和表2。由圖3可以看出，北京市不同區(qū)域、不同深度土壤中重金屬含量和污染情況存在差異性。由圖3-a可知，0～25 cm土壤重金屬鎘含量范圍為0.07～0.26 mg/kg，且鎘含量由北京市的中部到東南部呈現(xiàn)帶狀逐漸增加的趨勢(shì)?東南部的通州區(qū)鎘含量達(dá)最高，這與蔣紅群等預(yù)測(cè)的北京市重金屬含量空間變化結(jié)果基本一致[29]。中部的昌平區(qū)及北部的密云縣重金屬鎘含量很低。由圖3-b可知，25～50 cm土壤重金屬鎘含量值范圍在 0.05～0.14 mg/kg，鎘含量的整體分布情況與0～25 cm土壤基本一致，也呈現(xiàn)中部向東南部逐漸增加的情況，且各區(qū)（縣）的25～50 cm土壤鎘含量基本低于0～25 cm 土壤鎘含量。

運(yùn)用ArcGIS面積統(tǒng)計(jì)工具對(duì)北京平原區(qū)鎘污染等級(jí)空間分布進(jìn)行分析得出表2，0～25 cm表層土壤鎘污染指數(shù)Pi范圍在0.7～1.0（尚清潔）的面積大約為4 277.60 km2，主要集中在北京南部、中部和北部的水源保護(hù)區(qū)和農(nóng)業(yè)保障區(qū)，占平原區(qū)面積55.7%。Pi范圍在1.0～3.0（輕度-中度污染，分布于北京中部、東部地區(qū)）的面積約有3 152.49 km2，在農(nóng)業(yè)化肥農(nóng)藥的施用、灌溉模式等方面需要注意;對(duì)于25～50 cm 土壤，Pi≤0.7的土地面積大約為4 846.94 km2，只有一小部分研究區(qū)（占平原區(qū)面積6.7%）土壤鎘單項(xiàng)污染指數(shù)在1.0～2.0之間，個(gè)別研究點(diǎn)單向污染指數(shù)大于2.0;25～50 cm土壤鎘含量總體處在安全水平。

2.3?土壤鎘含量影響因素分析

2.3.1?不同種植模式下土壤鎘含量分析

不同的種植模式會(huì)直接影響對(duì)農(nóng)作物的管理措施，如培肥方式、灌溉措施、化肥農(nóng)藥等物質(zhì)施用種類和用量等，從而也會(huì)對(duì)土壤本身理化性質(zhì)和功能產(chǎn)生不同影響。本研究選擇耕地、菜地、果園3種種植模式，分別設(shè)置36、31、27個(gè)采樣點(diǎn)采集土樣進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)獲得數(shù)據(jù)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、單因素方差分析、變異系數(shù)進(jìn)行比較（表3）。

由表3可知，不同種植模式對(duì)0～25 cm土壤鎘有顯著影響（P<0.05）。不同深度土壤中重金屬鎘含量大小排序均為菜地>果園>耕地。菜地中0～25 cm土壤鎘含量明顯高于另外2種種植模式，均值為0.162 mg/kg，是果園和耕地中土壤表層鎘含量的136.1%、170.5%，這與農(nóng)藥、肥料的施用有密切的關(guān)系。菜地表層土壤鎘含量的變異系數(shù)也最大為 1.108，說明菜地土壤重金屬污染空間異質(zhì)性較大，因此在加強(qiáng)土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管控方面存在一定挑戰(zhàn);耕地25～50 cm 土壤重金屬鎘元素含量均值最小為0.072 mg/kg，變異系數(shù)也是最小為0.296，表明該種植模式下土壤重金屬鎘含量累積較小。

2.3.2?土壤鎘含量與成土母質(zhì)關(guān)系分析

母質(zhì)作為五大成土因素之一，是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤的機(jī)械組成、礦物組成、化學(xué)組成和特征繼承了區(qū)域巖石地球化學(xué)背景[36]。本研究結(jié)合北京土壤環(huán)境背景特點(diǎn)分析了不同母質(zhì)類型土壤重金屬鎘的含量變化情況，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出圖4。

研究區(qū)土壤母質(zhì)類型以沖積物、洪沖積物為主，樣點(diǎn)數(shù)分別占總樣點(diǎn)數(shù)的51.1%、23.4%，由圖4可看出，洪積物在不同土壤深度鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6種母質(zhì)類型中均最高，分別為 0.151 mg/kg（0～25 cm）、0.148 mg/kg（25～50 cm），分別是北京土壤鎘環(huán)境背景值的1.27、1.24倍，此外鈣質(zhì)巖類風(fēng)化物、沖積物0～25 cm土壤鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)也超過了土壤環(huán)境背景值，分別為0.143、0.134 mg/kg。其他母質(zhì)類型鎘含量尚未達(dá)到環(huán)境背景值，其中紅黃土性物質(zhì)0～25、25～50 cm土壤鎘含量均最低，為0.078、0.060 mg/kg，這可能是由于土壤質(zhì)地含沙成分較大，從而影響重金屬在土壤固液相的分配，鎘較易隨土壤水分遷移，因此固持在土壤固體顆粒的鎘含量較少。方差分析表明，不同母質(zhì)類型對(duì)0～25 cm土壤鎘沒有顯著性影響，而對(duì)25～50 cm土壤重金屬鎘有極顯著性影響（P<0.01）。0～25 cm土壤不同母質(zhì)類型Cd標(biāo)準(zhǔn)差基本偏大于25～50 cm 土壤鎘標(biāo)準(zhǔn)差，且變異程度較高，說明表層土壤（0～25 cm）更易受到外界因素尤其人類活動(dòng)的干擾而造成重金屬鎘含量的不均勻性和隨機(jī)性增大，而受到本底成土母質(zhì)影響減少。經(jīng)多重比較分析（LSD），不同母質(zhì)類型，洪積物與沖積物、紅黃土性物質(zhì)和洪沖積物在25～50 cm土壤鎘含量上存在顯著性差異（P<0.05）。

2.4?土壤鎘健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

針對(duì)北京市不同功能區(qū)分析重金屬鎘對(duì)兒童和成年人的非致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)HQ和致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)CR，其平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和中位值結(jié)果見表4，產(chǎn)業(yè)定位有農(nóng)業(yè)保障區(qū)、水源保護(hù)區(qū)、都市生活區(qū)3類。本研究將昌平區(qū)、懷柔區(qū)、平谷區(qū)和密云縣研究區(qū)劃歸到水源保護(hù)區(qū)，大興區(qū)、房山區(qū)、順義區(qū)、通州區(qū)的研究區(qū)劃歸為農(nóng)業(yè)保障區(qū)?豐臺(tái)區(qū)和海淀區(qū)的研究區(qū)劃歸到都市生活區(qū)。

由表4可以看出，重金屬鎘對(duì)兒童的非致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)HQ均明顯大于其對(duì)成人的暴露劑量值，兒童的暴露量比成人多一個(gè)數(shù)量級(jí)，不同功能區(qū)HQ值在兒童和成年人大小順序均為農(nóng)業(yè)保障區(qū)>都市生活區(qū)>水源保護(hù)區(qū)。重金屬鎘在兒童和成人的非致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)HQ值分別介于4.41×10-5～1.38×10-3和1.41×10-5～4.01×10-4之間，在2類人群中HQ值均小于1，說明土壤鎘對(duì)兒童和成人的風(fēng)險(xiǎn)均在可接受范圍。不同功能區(qū)土壤鎘對(duì)兒童的致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)均明顯大于其對(duì)成年人，兒童和成人通過經(jīng)口攝入和呼吸吸入暴露途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)值在不同功能區(qū)大小排序均為農(nóng)業(yè)保障區(qū)>都市生活區(qū)>水源保護(hù)區(qū)。兒童致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)CR值在10-6～10-4，處于可接受范圍，成人致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)值均小于10-6，不存在致癌風(fēng)險(xiǎn)（參考標(biāo)準(zhǔn)見文獻(xiàn)[37-39]）。經(jīng)口攝入是兒童和成人重金屬鎘暴露的主要途徑，其與呼吸吸入的暴露劑量相差十個(gè)數(shù)量級(jí)，由于缺少皮膚接觸暴露途徑，因此實(shí)際的重金屬鎘致癌風(fēng)險(xiǎn)CR值要大于評(píng)估值。總體來說，研究區(qū)土壤鎘對(duì)人體暴露風(fēng)險(xiǎn)處于安全水平。

3?結(jié)論

運(yùn)用變異函數(shù)理論說明重金屬鎘在區(qū)域變化上的空間相關(guān)性，0～25、25～50 cm土壤鎘塊基比值分別為39.5%、55.0%，小于75%，屬于中等空間變異。除昌平區(qū)外，所有采樣區(qū)的0～25 cm土壤鎘含量均值明顯高于25～50 cm土壤;土壤鎘含量由北京市中部至東南部呈現(xiàn)帶狀逐漸增加的趨勢(shì)且垂直空間分布基本一致，0～25 cm土壤35.11%的樣點(diǎn)鎘含量存在輕度-中度污染，覆蓋面積約為3 152.49 km2。對(duì)于單因子污染等級(jí)處在輕微污染的通州、平谷、海淀、房山區(qū)應(yīng)在農(nóng)業(yè)管理方面予以重視。

不同種植模式0～25 cm土壤鎘含量排序?yàn)椴说?果 園> 耕地;化肥農(nóng)藥的施用以及污水灌溉是造成菜地土壤微量元素鎘超標(biāo)的主要原因，在這一方面應(yīng)嚴(yán)格管控，果園用地鎘含量處于臨界警戒水平，耕地未污染。不同種植模式對(duì) 0～25 cm土壤鎘有顯著性影響（P<0.05），耕地模式下鎘含量累積較小。母質(zhì)類型對(duì)25～50 cm土壤中鎘含量存在極顯著性差異（P<0.01），洪積物土壤不同深度鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6種母質(zhì)類型中均最高，其次為沖積物;洪積物與沖積物、紅黃土性物質(zhì)和洪沖積物在土壤鎘含量上存在顯著性差異（P<0.05），紅黃土性物質(zhì)土壤鎘含量較少與土質(zhì)、氣候、水熱條件等有密切的關(guān)系。

土壤鎘對(duì)兒童的非致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)HQ和致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)CR均明顯大于其對(duì)成年人，各功能區(qū)HQ值均小于1，表明研究區(qū)不存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)，致癌重金屬鎘兒童和成人經(jīng)口攝入暴露劑量遠(yuǎn)大于呼吸吸入途徑，CR值介于可接受范圍（10-6～10-4），不存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。

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