基于rbca模型的農(nóng)業(yè)活動(dòng)農(nóng)藥殘留分布及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1地下水環(huán)境污染問題氯農(nóng)藥是永久性有機(jī)污染物（pops），具有穩(wěn)定的理化性質(zhì)，不易分解，易于在環(huán)境中積累等特點(diǎn)（穗等人等，1999）。它可以通過垂直擴(kuò)散流入深層土壤和地下水，造成地下水污染，嚴(yán)重惡化地下水水質(zhì)（羅鷹等人，1998）。一些有機(jī)氯農(nóng)藥已經(jīng)被禁止了近30年，但根據(jù)國(guó)內(nèi)外的許多研究，農(nóng)業(yè)活動(dòng)場(chǎng)所和地下水上都存在機(jī)氯農(nóng)藥殘留（haer等人，1999）。一些國(guó)內(nèi)學(xué)者（龔忠明等，2003；安瓊等，2004；2005；孟飛等，2009；王景文等，2003；邵學(xué)新等，2007）。結(jié)果表明，我國(guó)部分農(nóng)業(yè)區(qū)土壤和地下水中hchs和dts的殘留量都很高。農(nóng)藥殘留不僅降低了農(nóng)業(yè)生物區(qū)系的自修復(fù)能力，還通過食物鏈生物固定器和擴(kuò)展效應(yīng)對(duì)人體產(chǎn)生了潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)（aranzera等人，2000）。對(duì)水中的環(huán)境污染持樂觀態(tài)度。目前,基于土壤與地下水中有機(jī)氯農(nóng)藥污染物的歸趨及其人體健康風(fēng)險(xiǎn)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)問題(Morisawaetal.,2002;李炳華等,2007;黃冠星等,2008;高存榮等,2011;Quanlinetal.,2006;Caoetal.,2007).美國(guó)EPA建立基于健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)體系(Arantzazuetal.,2000),包括數(shù)據(jù)收集與分析、暴露評(píng)估、毒性評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)表征4個(gè)組成部分.我國(guó)在場(chǎng)地污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系建設(shè)方面還剛剛起步,少數(shù)學(xué)者(陳鴻漢,2011;李廣賀等,2010)提出新的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型,并應(yīng)用于典型污染場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),但以農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)為研究對(duì)象,開展區(qū)域土壤及地下水人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的相關(guān)研究國(guó)內(nèi)少有報(bào)道.基于此,本次調(diào)查以江蘇省常州市某農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)為研究對(duì)象.分析該區(qū)土壤與地下水中HCHs和DDTs分布特征,采用ASTMRBCA模型進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),為我國(guó)農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)有機(jī)氯農(nóng)藥殘留污染風(fēng)險(xiǎn)管理提供技術(shù)支撐.2材料和方法表面活性劑2.1地下水條件及地下水類型研究區(qū)位于長(zhǎng)江三角洲太湖平原西北部,地勢(shì)低平,河網(wǎng)稠密,東西寬2.2km,南北長(zhǎng)2.5km,占地面積5.5km2,水稻種植面積約4.25km2,北部瀕臨京杭大運(yùn)河支流躍進(jìn)河,南臨太滆運(yùn)河,東邊毗鄰錫溧漕運(yùn)河,西部距西繞城高速公路約1.5km;該區(qū)地處北亞熱北帶向北溫南帶過渡帶,屬濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,多年平均氣溫為15.6℃,最低氣溫為-10.5℃,最高氣溫38.5℃,年平均降水量1100mm.降雨在時(shí)間上分布不均,主要集中在6~9月份,約占全年降雨量的40%左右.研究區(qū)除周邊及沿太湖地區(qū)分布有殘丘外,多為平坦廣闊的沖湖積平原.地層年代為第四紀(jì)揚(yáng)子地層,包氣帶自上而下依次由黏土,亞黏土與粉細(xì)砂夾層組成.該區(qū)地下水類型有松散巖類孔隙水,碳酸鹽巖類巖溶裂隙水和碎屑巖類裂隙水,自上而下依次為潛水含水層(組),微承壓含水層(第Ⅰ承壓含水層)和第Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ承壓含水層)(組),其中潛層地下水為主要開采層.潛水含水層巖性以粉土、粉質(zhì)砂土為主,顆粒較細(xì),徑流較為微弱.潛水的埋深一般為2~3m,厚度為3~7m,補(bǔ)給方式包括大氣降雨,農(nóng)田灌溉用水的入滲及周邊地表河流水體的側(cè)向滲流;排泄方式包括地面蒸發(fā)、植物蒸騰、民井開采等.2.2調(diào)查區(qū)域土壤樣品采集農(nóng)藥活動(dòng)區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)綜合考慮整個(gè)區(qū)域內(nèi)的地下水流向、水稻種植格局、灌溉及農(nóng)藥適用方式,將整個(gè)區(qū)域從南向北劃分為3個(gè)層次,每個(gè)層次等距布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),共12個(gè);隨后沿區(qū)域地下水流向的上、中、下游各布設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),共3個(gè).整個(gè)區(qū)域共布設(shè)15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),土壤與地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,如圖1所示.考慮該活動(dòng)區(qū)土壤翻耕模式,即淺層翻耕(0~20cm)每年1次,深層翻耕(0~40cm)每2年1次,土壤樣品采集分3層次分別為0~20cm、20~40cm、40~60cm,各層土壤理化特性如表1所示.本次調(diào)查評(píng)估重點(diǎn)關(guān)注有機(jī)氯農(nóng)藥對(duì)地下水潛水含水層的影響,15個(gè)地下水監(jiān)測(cè)井深均為4.5m,其篩管長(zhǎng)度為1.5m.現(xiàn)場(chǎng)共采集土壤與地下水樣品15+2組,其中土壤樣品用SH30鉆機(jī)鉆取,地下水樣品采用一次性專用貝勒管采集;所有樣品采用4℃低溫密封保存.土壤和地下水樣品中HCHs與DDTs含量采用氣相色譜法測(cè)定,檢出限均為0.5μg·kg-1.2.3rbca準(zhǔn)則的應(yīng)用采用RBCA進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).RBCA模型是美國(guó)GSI(GroundwaterServices,Inc.)公司根據(jù)美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM(AmericanSocietyforTestingandMaterials)頒布的針對(duì)土壤地下水污染治理的RBCA(Risk-basedCorrectiveAction)準(zhǔn)則開發(fā).目前在美國(guó)、歐洲及我國(guó)部分地區(qū)均有廣泛應(yīng)用(ASTME-1739-95,2002).RBCA模型將化學(xué)物質(zhì)分為致癌物和非致癌物,一般設(shè)定10-6~10-4為可接受的致癌風(fēng)險(xiǎn)水平,1為可接受的非致癌危害商(U.S.EPA,2007),通過計(jì)算污染的風(fēng)險(xiǎn)值來判斷場(chǎng)地是否受到污染.2.3.1險(xiǎn)評(píng)估設(shè)定地情境下成人與受害者的敏感土壤條件本次農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)有機(jī)氯農(nóng)藥污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估設(shè)定用地情境為居住用地,以成人為敏感受體,受污染土壤埋深為0~60cm,主要暴露途徑如圖2所示.2.3.2其他污染源的產(chǎn)生因子攝入量EDI(mg·kg-1·d-1)是按照經(jīng)口攝入、經(jīng)皮膚接觸、呼吸吸入土壤塵或揮發(fā)性氣體和地下水?dāng)z入4個(gè)暴露途徑進(jìn)行計(jì)算(李志博等,2006;羅飛等,2012;臧振遠(yuǎn)等,2008;Babuetal.,2003).因不慎經(jīng)口攝入土壤污染物和食用植物EDI按式(1)計(jì)算:式中,Q為日均進(jìn)食量(mg·kg-1·d-1);Fv為污染作物比例;Fa為吸收因子;T為該途徑年均暴露時(shí)間(d);CS為土壤中化學(xué)物質(zhì)含量(mg·kg-1);IR為土壤攝入量(mg·d-1)或空氣攝入量(m3·d-1);CF為轉(zhuǎn)換系數(shù)(kg·mg-1);EF為暴露頻率(d·a-1);ED為暴露年限(a);BW為體重(kg);AT為平均作用時(shí)間(d).因皮膚接觸吸收而攝入土壤污染物EDI按式(2)計(jì)算:式中,SA為可能接觸土壤的皮膚面積(cm2·d-1);AF為土壤對(duì)皮膚的吸附系數(shù)(mg·cm-2);ABS為皮膚吸收系數(shù).因呼吸系統(tǒng)吸入土壤塵或揮發(fā)性氣體而攝入土壤污染物EDI按式(3)計(jì)算:式中,PEF為土壤塵產(chǎn)生因子.因地下水?dāng)z入污染物EDI按式(4)計(jì)算:式中,CW為地下水中污染物的濃度(mg·L-1);CR為飲用水?dāng)z入速率(d·a-1).致癌風(fēng)險(xiǎn)值是通過平均到整個(gè)生命期的平均每天攝入量EDI乘以經(jīng)口、經(jīng)皮膚或直接吸入致癌斜率系數(shù)(CSF)計(jì)算得出,即:非致癌風(fēng)險(xiǎn)值為平均到整個(gè)生命期的平均每天攝入量EDI除以各種途徑的慢性經(jīng)口參考劑量,即:式中,R為個(gè)人終生致癌概率;HQ為非致癌風(fēng)險(xiǎn)值,EDI為平均每天攝入量(mg·kg-1·d-1);CSF為各類途徑(經(jīng)口、皮膚或呼吸直接攝入)的致癌風(fēng)險(xiǎn)斜率系數(shù);RfD為參考劑量(mg·kg-1·d)-1).以上參數(shù)取值參考了環(huán)境保護(hù)部《污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》(征求意見稿)(國(guó)家環(huán)境保護(hù)部),北京市《場(chǎng)地環(huán)境評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(DB11/T656—2009)(北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局),國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果(夏鳳英等,2010),模型的默認(rèn)值和場(chǎng)地的實(shí)際調(diào)查,CSF和RfD取值主要參考美國(guó)環(huán)保署IRIS數(shù)據(jù)庫(kù)(USEPA),具體取值見表2和表3.每種污染物的總致癌風(fēng)險(xiǎn)等于各暴露途徑風(fēng)險(xiǎn)值之和,場(chǎng)地總風(fēng)險(xiǎn)則為各種污染物風(fēng)險(xiǎn)值之和.3結(jié)果和討論顯著的結(jié)果3.1有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的影響為考察農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)不同深度土壤與潛水含水層地下水中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留現(xiàn)狀及其分布特征,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查共布設(shè)15個(gè)土壤與地下水采樣點(diǎn),共完成17組(2組平行樣品)土壤和地下水樣品的有機(jī)氯農(nóng)藥分析測(cè)試.結(jié)果表明:該農(nóng)藥活動(dòng)區(qū)地下水未受到農(nóng)藥污染,但土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥具有一定水平的殘留,特別是表層土壤;該區(qū)土壤主要?dú)埩粲袡C(jī)氯農(nóng)藥污染組分按檢出率由高到低依次為β-HCH、DDE、DDD、DDT、α-HCH、δ-HCH、γ-HCH.對(duì)比不同深度土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥分析結(jié)果可知:有機(jī)氯農(nóng)藥在3個(gè)土層土壤中分布差異較為明顯,呈現(xiàn)出隨土層深度的增加濃度逐漸降低趨勢(shì),而地下水樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留均未檢出,表明:農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)農(nóng)藥在土壤中有較大殘留,但地下水受其影響較小.這與長(zhǎng)江三角洲地區(qū)農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)根際土壤有機(jī)質(zhì)含量、溫度、pH和含水量等因素有關(guān)(Marshalletal.,2000;Walkeretal.,1992;卞永榮等,2004).這些因素對(duì)農(nóng)藥的降解起著重要作用的根際土壤微生物的數(shù)量和活性有直接影響(朱雪梅等,2004).HCHs的4種異構(gòu)體均有不同程度的檢出,γ-HCH和δ-HCH異構(gòu)體的檢出率<10%,β-HCH檢出率最大為76.5%.α-HCH、β-HCH、γ-HCH、δ-HCH4種異構(gòu)體的最大檢出值分別為2.48μg·kg-1、50.28μg·kg-1、1.15μg·kg-1、1.30μg·kg-1,其中β-HCH的殘留量最大,這與其本身的物化性質(zhì)有關(guān),β-HCH的分子結(jié)構(gòu)中氯原子的排布關(guān)系,使其難以被微生物降解,同時(shí)其辛醇水分配系數(shù)較高,容易與土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)合而相對(duì)較少地隨水流遷移或揮發(fā)進(jìn)入大氣(趙毅等,2012;Middeldorpetal.,1996;章海波等,2006).與HCHs相比,DDTs的代謝產(chǎn)物殘留量相對(duì)較高,DDE、DDD、DDT各種代謝物的最大值分別為60.35μg·kg-1、10.62μg·kg-1、20.37μg·kg-1.DDTs在進(jìn)入土壤后被微生物降解,在表層土壤有氧條件下降解為DDE后難以進(jìn)一步降解(金廣遠(yuǎn)等,2010),故DDTs的殘留以DDE為主.3.2分層土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)從各污染物的垂直分布情況看,第1層0~20cm土壤中β-HCH和總量滴滴滴等污染物檢出率較高,暴露途徑較多,包括:直接經(jīng)口攝入、皮膚接觸、呼吸攝入,因此對(duì)人體健康的潛在危害較大,應(yīng)在暴露分析和風(fēng)險(xiǎn)表征時(shí)予以特別重視.而下層土壤(第2,3層)暴露途徑相對(duì)較少,各種污染物濃度值相對(duì)較小,污染物的超標(biāo)率相對(duì)低于表層.故在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)由上至下的各層土壤分別進(jìn)行計(jì)算.3.3層表層土壤、地下水側(cè)微生物污染風(fēng)險(xiǎn)農(nóng)藥活動(dòng)區(qū)土壤與地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通過計(jì)算不同土層中各種污染物的最大濃度值與平均濃度值所產(chǎn)生的人體健康風(fēng)險(xiǎn),分別列出經(jīng)口攝入、皮膚接觸、呼吸攝入和地下水?dāng)z入4種暴露途徑下所對(duì)應(yīng)的人體健康風(fēng)險(xiǎn)值及總風(fēng)險(xiǎn)值,結(jié)果參見表5和表6.由表5可知,該農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)土壤第1層和第2層HCHs及DDTs的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值明顯<1,說明該活動(dòng)區(qū)不會(huì)對(duì)周邊居民造成非致癌健康影響.兩層HCHs致癌風(fēng)險(xiǎn)的最大值和平均值均<10-6,但0~20cm土層中DDTs的致癌風(fēng)險(xiǎn)最大值>10-6,如表6所示.總體上,該場(chǎng)地表層土壤中HCHs和DDTs累加致癌風(fēng)險(xiǎn)值為4.7×10-5,在美國(guó)環(huán)保局(USEPA)推薦值10-6~10-4范圍內(nèi),該場(chǎng)地土壤對(duì)人體健康存在較小風(fēng)險(xiǎn).為識(shí)別該農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)土壤與地下水中有機(jī)氯農(nóng)藥人體健康風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵暴露途徑,計(jì)算了各暴露途徑對(duì)HCHs,DDTs總非致癌風(fēng)險(xiǎn)和總致癌風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率,如圖3所示.由圖3a可知:皮膚接觸途徑對(duì)非致癌風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)最大,占70%以上,其次為經(jīng)口攝入途徑,地下水?dāng)z入途徑,呼吸攝入途徑引起的風(fēng)險(xiǎn)最小.由圖3b可看出經(jīng)口攝入途徑對(duì)致癌風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)最大,占60%以上,其次為皮膚接觸途徑,地下水?dāng)z入途徑,呼吸攝入途徑引起的風(fēng)險(xiǎn)最小.4有機(jī)氯農(nóng)藥監(jiān)測(cè)1)該農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)土壤受到有機(jī)氯農(nóng)藥的影響,主要為β-HCH與DDE,最大檢出水平與檢出率分別為50.28μg·kg-1、76.5%與60.35μg·kg-1、69.8%,均出現(xiàn)于表層土壤中,隨土層深度的增加,其檢出濃度與