廣州城市土壤重金屬的空間分布特征與生物可給性解析一、引言1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，城市土壤環(huán)境問題日益凸顯，其中重金屬污染已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)之一。重金屬具有毒性強(qiáng)、難降解、易積累等特性，一旦進(jìn)入土壤，便很難被微生物分解，會(huì)在土壤中長(zhǎng)期存在。城市土壤作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅為城市植被提供生長(zhǎng)介質(zhì)，還在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，由于城市中人口密集、工業(yè)活動(dòng)頻繁、交通運(yùn)輸繁忙以及廢棄物排放等因素，城市土壤極易受到重金屬的污染。廣州作為中國(guó)南方重要的經(jīng)濟(jì)中心和交通樞紐，近年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市化進(jìn)程不斷加快。但與此同時(shí)，城市土壤重金屬污染問題也逐漸顯現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣，如金屬冶煉、電子制造等行業(yè)，會(huì)向環(huán)境中釋放大量的重金屬；交通運(yùn)輸產(chǎn)生的尾氣排放、輪胎磨損以及道路揚(yáng)塵，也是土壤中重金屬的重要來(lái)源，例如汽車尾氣中的鉛、鋅等重金屬會(huì)隨著大氣沉降進(jìn)入土壤；此外，城市生活垃圾、污水灌溉、農(nóng)業(yè)活動(dòng)中使用的農(nóng)藥和化肥等，也會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬含量增加。這些重金屬污染物在土壤中不斷積累，不僅會(huì)影響土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，降低土壤質(zhì)量和肥力，還可能通過食物鏈的傳遞和富集，對(duì)人體健康造成潛在威脅，如引發(fā)癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病等。因此，研究廣州城市土壤重金屬的空間分布及生物可給性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過對(duì)土壤重金屬空間分布的研究，可以清晰地了解不同區(qū)域土壤中重金屬的污染程度和分布規(guī)律，明確污染的熱點(diǎn)區(qū)域和潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，為城市土地利用規(guī)劃和環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)，有助于合理劃分城市功能區(qū)，避免在污染嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行高風(fēng)險(xiǎn)的開發(fā)活動(dòng)。而對(duì)生物可給性的研究，則能準(zhǔn)確評(píng)估土壤重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康的潛在威脅，為制定合理的土壤污染治理和修復(fù)目標(biāo)提供參考，有助于針對(duì)性地選擇合適的修復(fù)技術(shù)和方法，提高修復(fù)效率，降低治理成本。同時(shí)，本研究成果還可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的土壤質(zhì)量保護(hù)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供技術(shù)支持，對(duì)于保障國(guó)家糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1城市土壤重金屬空間分布研究國(guó)外對(duì)城市土壤重金屬空間分布的研究起步較早，在20世紀(jì)70年代，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家就開始關(guān)注城市土壤重金屬污染問題。學(xué)者們運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)、GIS技術(shù)等手段，對(duì)城市不同功能區(qū)，如工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、公園等土壤中的重金屬含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，繪制出重金屬的空間分布圖。研究發(fā)現(xiàn)，工業(yè)區(qū)由于工業(yè)活動(dòng)頻繁，如金屬冶煉、化工生產(chǎn)等，土壤中重金屬含量普遍較高；商業(yè)區(qū)和居民區(qū)則主要受交通、生活廢棄物等影響，重金屬含量也有一定程度的增加；公園等綠地土壤相對(duì)污染較輕，但也受到大氣沉降等因素的影響。國(guó)內(nèi)對(duì)城市土壤重金屬空間分布的研究始于20世紀(jì)90年代，近年來(lái)發(fā)展迅速。眾多學(xué)者對(duì)北京、上海、廣州、深圳等大城市進(jìn)行了相關(guān)研究。例如，在北京的研究中，通過對(duì)不同城區(qū)土壤重金屬的采樣分析，發(fā)現(xiàn)城區(qū)土壤中重金屬含量明顯高于郊區(qū)，且不同功能區(qū)之間存在顯著差異。在上海，研究表明城市土壤重金屬污染呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域特征，老城區(qū)由于歷史原因，污染程度相對(duì)較高，而新城區(qū)在建設(shè)過程中也受到了一定程度的影響。在廣州，早期的研究主要集中在對(duì)城市及近郊土壤重金屬含量的初步調(diào)查，如管東生等對(duì)廣州城市及近郊47個(gè)代表性土壤樣點(diǎn)的研究發(fā)現(xiàn)，除Ni外，路邊土壤重金屬平均含量最高，農(nóng)業(yè)土壤和公園土壤居中，林地土壤普遍最低。近年來(lái)，隨著研究的深入，開始運(yùn)用更先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)廣州城市土壤重金屬空間分布進(jìn)行精細(xì)化研究，劉奕等對(duì)廣州市重金屬As、Pb、Cd、Cu污染較嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行詳查，利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)四種重金屬進(jìn)行空間分布分析，發(fā)現(xiàn)As和Cd表現(xiàn)為中等程度的空間相關(guān)性，表明采樣區(qū)土壤中的As和Cd既受內(nèi)源污染影響也受到人為活動(dòng)影響；而Pb和Cu的空間相關(guān)性很弱，證明采樣區(qū)的這兩種金屬元素已嚴(yán)重受到人為活動(dòng)干擾。1.2.2城市土壤重金屬生物可給性研究國(guó)外在城市土壤重金屬生物可給性研究方面處于領(lǐng)先地位，開發(fā)了多種體外模擬提取方法，如生理學(xué)基礎(chǔ)的提取試驗(yàn)（PBET）、仿生提取法（SBET）等。這些方法能夠模擬人體胃腸道環(huán)境，更準(zhǔn)確地評(píng)估土壤重金屬對(duì)人體的生物可給性。通過大量的研究，發(fā)現(xiàn)土壤重金屬的生物可給性受到多種因素的影響，如土壤的理化性質(zhì)（pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換容量等）、重金屬的形態(tài)、共存離子等。國(guó)內(nèi)對(duì)城市土壤重金屬生物可給性的研究相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速。學(xué)者們?cè)诮梃b國(guó)外研究方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)城市土壤的特點(diǎn)，開展了一系列研究。研究表明，不同城市土壤中重金屬的生物可給性存在差異，且與土壤的污染程度、土地利用類型等因素密切相關(guān)。例如，在對(duì)某城市公園土壤的研究中，發(fā)現(xiàn)土壤中重金屬的生物可給性在不同功能區(qū)有所不同，兒童游樂區(qū)由于兒童接觸土壤的頻率較高，重金屬的生物可給性風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大。1.2.3影響城市土壤重金屬空間分布及生物可給性的因素研究影響城市土壤重金屬空間分布的因素眾多，主要包括人為因素和自然因素。人為因素如工業(yè)活動(dòng)、交通運(yùn)輸、城市建設(shè)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)等，是導(dǎo)致城市土壤重金屬污染的主要原因。工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢渣，含有大量的重金屬，未經(jīng)處理直接排放會(huì)導(dǎo)致周邊土壤污染；交通運(yùn)輸中汽車尾氣排放、輪胎磨損等會(huì)使重金屬在道路兩側(cè)土壤中積累；城市建設(shè)過程中，建筑材料的使用、拆遷廢棄物的堆放等也會(huì)對(duì)土壤造成污染；農(nóng)業(yè)活動(dòng)中使用的農(nóng)藥、化肥和污水灌溉等，也會(huì)增加土壤中重金屬的含量。自然因素如土壤母質(zhì)、地形地貌、氣候條件等，對(duì)重金屬的空間分布也有一定的影響。土壤母質(zhì)中重金屬的含量會(huì)影響土壤的本底值，地形地貌會(huì)影響重金屬的遷移和擴(kuò)散，氣候條件如降水、溫度等會(huì)影響重金屬的化學(xué)形態(tài)和生物有效性。影響城市土壤重金屬生物可給性的因素主要包括土壤性質(zhì)和重金屬自身特性。土壤性質(zhì)方面，pH值是一個(gè)重要因素，酸性條件下，重金屬的溶解度增加，生物可給性通常會(huì)提高；有機(jī)質(zhì)含量高的土壤，能夠與重金屬形成絡(luò)合物或螯合物，降低重金屬的生物可給性；陽(yáng)離子交換容量大的土壤，對(duì)重金屬的吸附能力強(qiáng)，也會(huì)影響重金屬的生物可給性。重金屬自身特性方面，不同重金屬的生物可給性不同，同一重金屬的不同化學(xué)形態(tài)，其生物可給性也有很大差異，一般來(lái)說(shuō)，交換態(tài)和水溶態(tài)的重金屬生物可給性較高，而殘?jiān)鼞B(tài)的重金屬生物可給性較低。1.2.4廣州城市土壤重金屬研究現(xiàn)狀分析目前，廣州在城市土壤重金屬研究方面已取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。在空間分布研究方面，雖然已有一些研究對(duì)廣州部分區(qū)域土壤重金屬進(jìn)行了調(diào)查和分析，但研究范圍還不夠全面，部分偏遠(yuǎn)地區(qū)或新興開發(fā)區(qū)的研究較少；研究深度也有待加強(qiáng)，對(duì)一些復(fù)雜的空間分布規(guī)律和形成機(jī)制的探討還不夠深入。在生物可給性研究方面，相關(guān)研究相對(duì)較少，缺乏系統(tǒng)的研究成果，對(duì)不同功能區(qū)土壤重金屬生物可給性的評(píng)估還不夠完善。此外，在影響因素研究方面，雖然已認(rèn)識(shí)到人為因素和自然因素的重要性，但對(duì)各因素之間的相互作用和綜合影響的研究還不夠充分。未來(lái)，廣州城市土壤重金屬研究可以朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。一是進(jìn)一步擴(kuò)大研究范圍，涵蓋廣州全市域，包括不同地形地貌、土地利用類型的區(qū)域，全面掌握土壤重金屬的空間分布狀況。二是加強(qiáng)多學(xué)科交叉研究，綜合運(yùn)用環(huán)境科學(xué)、地球化學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科的理論和方法，深入研究土壤重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、生物可給性機(jī)制以及影響因素之間的相互作用。三是結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)，提高研究的效率和精度，如利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)土壤重金屬的空間分布進(jìn)行預(yù)測(cè)和模擬。四是加強(qiáng)對(duì)土壤重金屬污染治理和修復(fù)的研究，提出針對(duì)性的解決方案，為廣州城市土壤環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容廣州城市土壤重金屬空間分布特征研究：在廣州市域范圍內(nèi)，按照不同的土地利用類型（如工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、公園綠地、農(nóng)業(yè)用地等）和地形地貌（如平原、丘陵等），設(shè)置合理的采樣點(diǎn)，采集土壤樣品。運(yùn)用原子吸收光譜法（AAS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）或電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）等分析技術(shù)，準(zhǔn)確測(cè)定土壤樣品中多種重金屬（如鉛Pb、鎘Cd、汞Hg、銅Cu、鋅Zn等）的含量。利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析重金屬含量的空間變異特征，計(jì)算半方差函數(shù)，確定最佳擬合模型。結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，采用克里金插值法等空間插值方法，繪制重金屬含量的空間分布圖，直觀展示廣州市土壤重金屬的空間分布格局，明確不同區(qū)域的污染程度和分布規(guī)律。廣州城市土壤重金屬生物可給性研究：選擇具有代表性的土壤樣品，運(yùn)用生理學(xué)基礎(chǔ)的提取試驗(yàn)（PBET）、仿生提取法（SBET）等體外模擬提取方法，模擬人體胃腸道環(huán)境，測(cè)定土壤重金屬的生物可給性。對(duì)比不同土地利用類型、不同污染程度土壤中重金屬生物可給性的差異，分析其變化規(guī)律。影響廣州城市土壤重金屬空間分布及生物可給性的因素研究：收集廣州市的工業(yè)布局、交通流量、城市建設(shè)活動(dòng)等相關(guān)資料，分析人為因素對(duì)土壤重金屬空間分布的影響；同時(shí)，研究土壤母質(zhì)、地形地貌、氣候條件等自然因素與重金屬空間分布的關(guān)系。探討土壤的理化性質(zhì)（如pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換容量等）、重金屬的形態(tài)、共存離子等因素對(duì)土壤重金屬生物可給性的影響。通過相關(guān)性分析、主成分分析等統(tǒng)計(jì)方法，確定影響土壤重金屬空間分布及生物可給性的主要因素，揭示其內(nèi)在機(jī)制。1.3.2研究方法土壤樣品采集：在廣州市采用網(wǎng)格法和目的性采樣相結(jié)合的方式，充分考慮不同土地利用類型、地形地貌以及人口密度等因素，設(shè)置300-500個(gè)采樣點(diǎn)。對(duì)于工業(yè)區(qū)、交通繁忙地段等可能污染較重的區(qū)域，適當(dāng)增加采樣點(diǎn)密度；對(duì)于公園綠地、山區(qū)等相對(duì)清潔區(qū)域，合理設(shè)置采樣點(diǎn)。使用不銹鋼采樣鏟采集表層（0-20cm）土壤樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集3-5個(gè)子樣品，組成一個(gè)混合樣，以保證樣品的代表性。將采集好的樣品放入密封袋中，貼上標(biāo)簽，記錄采樣點(diǎn)的地理位置、土地利用類型、采樣時(shí)間等信息，及時(shí)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。重金屬含量分析：將采集的土壤樣品自然風(fēng)干后，去除其中的植物根系、石塊等雜物，用研磨機(jī)研磨，過100目篩。采用微波消解法對(duì)土壤樣品進(jìn)行消解，使用硝酸（HNO?）、氫氟酸（HF）、高氯酸（HClO?）等消解試劑，確保重金屬元素完全溶解。消解后的樣品，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）進(jìn)行分析，測(cè)定土壤中鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鎳（Ni）、鉻（Cr）等重金屬元素的含量。同時(shí)，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（如GBW07405等）進(jìn)行質(zhì)量控制，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，分析過程中進(jìn)行空白試驗(yàn)和加標(biāo)回收試驗(yàn)，加標(biāo)回收率應(yīng)控制在90%-110%之間。生物可給性測(cè)定：采用生理學(xué)基礎(chǔ)的提取試驗(yàn)（PBET）測(cè)定土壤重金屬的生物可給性。模擬人體胃和小腸的消化環(huán)境，分別配制胃相提取液（含有胃蛋白酶、鹽酸等）和腸相提取液（含有胰蛋白酶、膽鹽等）。稱取一定量的土壤樣品，加入胃相提取液，在37℃、150r/min的條件下振蕩提取1h，模擬胃消化過程；然后加入腸相提取液，繼續(xù)振蕩提取4h，模擬小腸消化過程。提取結(jié)束后，離心分離，取上清液，用ICP-MS測(cè)定其中重金屬的含量，計(jì)算生物可給性。每個(gè)樣品設(shè)置3個(gè)平行，取平均值作為測(cè)定結(jié)果。數(shù)據(jù)分析方法：運(yùn)用Excel軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述。利用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析等多元統(tǒng)計(jì)分析，探究土壤重金屬含量與生物可給性之間的關(guān)系，以及影響它們的主要因素。在地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析中，使用GS+軟件計(jì)算半方差函數(shù)，根據(jù)理論模型進(jìn)行擬合，確定最佳擬合模型及其參數(shù)，如塊金值、基臺(tái)值、變程等。利用ArcGIS軟件進(jìn)行空間分析，采用克里金插值法對(duì)土壤重金屬含量進(jìn)行空間插值，繪制重金屬含量的空間分布圖，直觀展示其空間分布特征。二、廣州城市土壤重金屬空間分布研究2.1樣品采集與分析在廣州市域范圍內(nèi)進(jìn)行廣泛的土壤樣品采集，為確保采集的樣品具有代表性，全面反映廣州市不同區(qū)域土壤重金屬的真實(shí)狀況，綜合考慮土地利用類型、地形地貌以及人口密度等因素。采用網(wǎng)格法和目的性采樣相結(jié)合的方式，在全市范圍內(nèi)共設(shè)置400個(gè)采樣點(diǎn)。對(duì)于土地利用類型，充分涵蓋了工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、公園綠地、農(nóng)業(yè)用地等不同功能區(qū)域。工業(yè)區(qū)如黃埔區(qū)的石化工業(yè)區(qū)、南沙區(qū)的汽車制造產(chǎn)業(yè)園區(qū)等，由于工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)頻繁，是重金屬污染的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，因此在這些區(qū)域適當(dāng)增加采樣點(diǎn)密度，每個(gè)工業(yè)區(qū)設(shè)置30-50個(gè)采樣點(diǎn)。商業(yè)區(qū)選擇了天河區(qū)的天河路商圈、越秀區(qū)的北京路商圈等繁華地段，每個(gè)商業(yè)區(qū)設(shè)置15-25個(gè)采樣點(diǎn)。居民區(qū)則隨機(jī)選取了各個(gè)行政區(qū)內(nèi)不同年代建設(shè)、不同居住環(huán)境的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)置5-10個(gè)采樣點(diǎn)。公園綠地涵蓋了白云山風(fēng)景區(qū)、越秀公園、海珠湖公園等，每個(gè)公園設(shè)置10-15個(gè)采樣點(diǎn)。農(nóng)業(yè)用地主要分布在從化區(qū)、增城區(qū)等地，根據(jù)農(nóng)田、果園、菜地等不同類型，每個(gè)類型設(shè)置20-30個(gè)采樣點(diǎn)?？紤]地形地貌因素，廣州市既有珠江三角洲平原，也有白云山、帽峰山等丘陵地帶。在平原地區(qū)，按照均勻分布的原則設(shè)置采樣點(diǎn)；在丘陵地帶，根據(jù)地形的起伏和變化，在山頂、山坡、山谷等不同位置設(shè)置采樣點(diǎn)，以反映地形對(duì)重金屬分布的影響。同時(shí)，對(duì)于人口密度較大的區(qū)域，如中心城區(qū)，適當(dāng)加密采樣點(diǎn)；人口密度較小的偏遠(yuǎn)地區(qū)，合理設(shè)置采樣點(diǎn)，保證研究的全面性。使用不銹鋼采樣鏟采集表層（0-20cm）土壤樣品，這一深度是土壤與外界環(huán)境物質(zhì)交換最活躍的層次，也是受人類活動(dòng)影響最直接的部分，能夠較好地反映土壤重金屬污染的現(xiàn)狀。每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集3-5個(gè)子樣品，將這些子樣品充分混合，組成一個(gè)混合樣，以保證樣品的代表性。在采集過程中，嚴(yán)格避免采樣工具與其他可能導(dǎo)致污染的物質(zhì)接觸，確保采集的樣品不受外界干擾。將采集好的樣品放入密封袋中，貼上標(biāo)簽，詳細(xì)記錄采樣點(diǎn)的地理位置（使用GPS精確記錄經(jīng)緯度）、土地利用類型、采樣時(shí)間、周邊環(huán)境狀況等信息，及時(shí)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。回到實(shí)驗(yàn)室后，對(duì)土壤樣品進(jìn)行一系列處理。首先，將采集的土壤樣品自然風(fēng)干，這一過程在通風(fēng)良好、避免陽(yáng)光直射的環(huán)境中進(jìn)行，以防止樣品受到污染和發(fā)生化學(xué)變化。風(fēng)干后的樣品，仔細(xì)去除其中的植物根系、石塊、昆蟲殘?bào)w等雜物，這些雜質(zhì)可能會(huì)影響后續(xù)的分析結(jié)果，確保樣品的純凈度。然后，用研磨機(jī)將樣品研磨至細(xì)粉狀態(tài)，過100目篩，使樣品顆粒均勻，便于后續(xù)的消解和分析。采用微波消解法對(duì)土壤樣品進(jìn)行消解，該方法具有消解速度快、消解完全、試劑用量少等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高分析效率和準(zhǔn)確性。使用硝酸（HNO?）、氫氟酸（HF）、高氯酸（HClO?）等消解試劑，按照一定的比例和順序加入到樣品中。硝酸具有強(qiáng)氧化性，能夠溶解大部分金屬；氫氟酸可以與土壤中的硅化合物反應(yīng)，使其中的重金屬釋放出來(lái)；高氯酸則用于進(jìn)一步氧化消解剩余的有機(jī)物。在微波消解儀中，通過設(shè)定合適的溫度、壓力和時(shí)間程序，確保重金屬元素完全溶解在消解液中。消解后的樣品，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）進(jìn)行分析，該方法具有高靈敏度、高準(zhǔn)確性、多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)勢(shì)，能夠準(zhǔn)確測(cè)定土壤中鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鎳（Ni）、鉻（Cr）等多種重金屬元素的含量。在分析過程中，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（如GBW07405等）進(jìn)行質(zhì)量控制，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，進(jìn)行空白試驗(yàn)和加標(biāo)回收試驗(yàn)，空白試驗(yàn)用于檢測(cè)試劑和實(shí)驗(yàn)過程中是否引入雜質(zhì)，加標(biāo)回收試驗(yàn)則用于評(píng)估分析方法的準(zhǔn)確性和可靠性，加標(biāo)回收率應(yīng)控制在90%-110%之間。2.2重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)分析對(duì)不同區(qū)域和類型土壤中多種重金屬含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有助于全面了解廣州市土壤重金屬的整體水平和離散程度。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示：[此處插入表1：廣州市不同區(qū)域和類型土壤重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)分析表，包含重金屬元素（Pb、Cd、Hg、Cu、Zn、Ni、Cr）、樣本數(shù)、最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等列，不同區(qū)域和類型土壤分行列出][此處插入表1：廣州市不同區(qū)域和類型土壤重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)分析表，包含重金屬元素（Pb、Cd、Hg、Cu、Zn、Ni、Cr）、樣本數(shù)、最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等列，不同區(qū)域和類型土壤分行列出]從平均值來(lái)看，廣州市土壤中不同重金屬含量存在明顯差異。其中，鋅（Zn）的平均含量相對(duì)較高，達(dá)到[X]mg/kg，這可能與廣州地區(qū)的工業(yè)活動(dòng)，如金屬加工、電鍍等行業(yè)，以及交通運(yùn)輸中輪胎磨損釋放的鋅有關(guān)。鉛（Pb）的平均含量為[X]mg/kg，其來(lái)源主要包括汽車尾氣排放、工業(yè)廢氣和廢水排放以及含鉛涂料和電池的使用等。鎘（Cd）的平均含量相對(duì)較低，但由于其毒性較強(qiáng)，即使含量較低也可能對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成潛在威脅。汞（Hg）的平均含量為[X]mg/kg，主要來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)中的汞排放、燃煤發(fā)電以及垃圾焚燒等。銅（Cu）、鎳（Ni）和鉻（Cr）的平均含量分別為[X]mg/kg、[X]mg/kg和[X]mg/kg，其來(lái)源與工業(yè)活動(dòng)、土壤母質(zhì)以及農(nóng)業(yè)活動(dòng)中使用的農(nóng)藥和化肥等因素有關(guān)。從含量范圍來(lái)看，不同重金屬的變化范圍也各不相同。鋅（Zn）的含量范圍為[最小值-最大值]mg/kg，變化較為顯著，這表明不同采樣點(diǎn)之間土壤中鋅的含量存在較大差異，可能受到局部污染源的影響。鉛（Pb）的含量范圍為[最小值-最大值]mg/kg，部分采樣點(diǎn)的鉛含量較高，可能與交通繁忙區(qū)域、工業(yè)集中區(qū)等污染源的分布有關(guān)。鎘（Cd）雖然平均含量較低，但其含量范圍為[最小值-最大值]mg/kg，說(shuō)明在某些局部區(qū)域可能存在鎘的高污染點(diǎn)。汞（Hg）、銅（Cu）、鎳（Ni）和鉻（Cr）的含量范圍也各自反映了其在廣州市土壤中的分布差異。變異系數(shù)（CoefficientofVariation，CV）是衡量數(shù)據(jù)離散程度的重要指標(biāo)，變異系數(shù)越大，說(shuō)明數(shù)據(jù)的離散程度越高。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，廣州市土壤中重金屬含量的變異系數(shù)存在明顯差異。其中，汞（Hg）的變異系數(shù)最大，達(dá)到[X]，表明汞在廣州市土壤中的分布極不均勻，可能受到特定污染源的強(qiáng)烈影響，如某些化工企業(yè)或垃圾填埋場(chǎng)附近的土壤中汞含量可能較高。鎘（Cd）的變異系數(shù)也相對(duì)較大，為[X]，這可能與鎘的污染源較為分散，且在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化過程較為復(fù)雜有關(guān)。鉛（Pb）、銅（Cu）和鋅（Zn）的變異系數(shù)分別為[X]、[X]和[X]，處于中等水平，說(shuō)明這些重金屬在廣州市土壤中的分布存在一定程度的差異，但相對(duì)較為穩(wěn)定。鎳（Ni）和鉻（Cr）的變異系數(shù)較小，分別為[X]和[X]，表明這兩種重金屬在廣州市土壤中的分布相對(duì)均勻，可能主要受土壤母質(zhì)等自然因素的影響。進(jìn)一步對(duì)不同區(qū)域和類型土壤中的重金屬含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)工業(yè)區(qū)土壤中重金屬含量普遍較高。以鉛（Pb）為例，工業(yè)區(qū)土壤中鉛的平均含量達(dá)到[X]mg/kg，顯著高于其他區(qū)域，這主要是由于工業(yè)區(qū)內(nèi)金屬冶煉、機(jī)械制造等工業(yè)活動(dòng)頻繁，會(huì)向環(huán)境中排放大量的重金屬污染物。商業(yè)區(qū)和居民區(qū)土壤中重金屬含量也有一定程度的增加，商業(yè)區(qū)由于人流量大、交通繁忙，汽車尾氣排放和商業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物等會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬積累；居民區(qū)則可能受到生活污水排放、垃圾堆放以及裝修材料中重金屬釋放等因素的影響。公園綠地土壤相對(duì)污染較輕，但部分公園靠近交通干道或受到大氣沉降的影響，土壤中重金屬含量也略高于背景值。農(nóng)業(yè)用地土壤中重金屬含量受農(nóng)業(yè)活動(dòng)影響較大，如長(zhǎng)期使用含重金屬的農(nóng)藥、化肥以及污水灌溉等，可能導(dǎo)致土壤中重金屬含量增加。通過對(duì)不同區(qū)域和類型土壤中多種重金屬含量的描述性統(tǒng)計(jì)分析，清晰地了解了廣州市土壤重金屬的整體水平和離散程度，以及不同區(qū)域和類型土壤中重金屬含量的差異。這些結(jié)果為后續(xù)深入研究土壤重金屬的空間分布特征和影響因素提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2.3空間分布特征分析運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和克里金插值法，深入剖析廣州市土壤重金屬的空間分布格局，對(duì)于全面認(rèn)識(shí)土壤重金屬污染狀況和制定針對(duì)性的防控措施具有重要意義。地統(tǒng)計(jì)學(xué)是以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)，以變異函數(shù)為主要工具，研究在空間分布上既有隨機(jī)性又有結(jié)構(gòu)性，或空間相關(guān)和依賴性的自然現(xiàn)象的科學(xué)?？死锝鸩逯捣ㄊ堑亟y(tǒng)計(jì)學(xué)中一種常用的空間局部插值方法，它在變異函數(shù)理論及結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，能夠?qū)τ邢迏^(qū)域內(nèi)的區(qū)域化變量取值進(jìn)行無(wú)偏、最優(yōu)估計(jì)。通過這兩種方法的結(jié)合，可以準(zhǔn)確地繪制出重金屬含量的空間分布圖，清晰地展現(xiàn)出重金屬在廣州市土壤中的分布特征。在進(jìn)行地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析之前，首先對(duì)土壤重金屬含量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)。利用SPSS軟件的正態(tài)性檢驗(yàn)功能，繪制直方圖、P-P圖和Q-Q圖，并進(jìn)行K-S檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，部分重金屬元素（如鉛Pb、鎘Cd、銅Cu等）的含量數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出近似正態(tài)分布，而汞Hg等重金屬元素的含量數(shù)據(jù)經(jīng)過對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后也符合正態(tài)分布。這為后續(xù)的地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。利用GS+軟件計(jì)算重金屬含量的半方差函數(shù)，半方差函數(shù)能夠描述區(qū)域化變量在空間上的變異特征，反映變量的空間相關(guān)性。對(duì)于不同的重金屬元素，其半方差函數(shù)的變化趨勢(shì)和參數(shù)有所不同。以鉛（Pb）為例，其半方差函數(shù)隨著距離的增加而逐漸增大，在達(dá)到一定距離（變程）后趨于穩(wěn)定，表現(xiàn)出明顯的空間自相關(guān)性。通過對(duì)不同理論模型（如球狀模型、指數(shù)模型、高斯模型等）的擬合，發(fā)現(xiàn)球狀模型對(duì)鉛的半方差函數(shù)擬合效果最佳，其塊金值為[X]，基臺(tái)值為[X]，變程為[X]km。塊金值表示隨機(jī)因素引起的空間變異，基臺(tái)值表示系統(tǒng)的總變異，變程則表示空間自相關(guān)的范圍。鉛的塊金值與基臺(tái)值之比為[X]，表明隨機(jī)因素對(duì)鉛在土壤中的空間分布有一定影響，但結(jié)構(gòu)性因素（如土壤母質(zhì)、地形地貌、人為活動(dòng)等）起主導(dǎo)作用。對(duì)于鎘（Cd），其半方差函數(shù)同樣呈現(xiàn)出隨著距離增加而增大的趨勢(shì)，但在變程內(nèi)的變化較為復(fù)雜。經(jīng)過模型擬合，指數(shù)模型對(duì)鎘的半方差函數(shù)擬合效果較好，其塊金值為[X]，基臺(tái)值為[X]，變程為[X]km。鎘的塊金值與基臺(tái)值之比相對(duì)較大，為[X]，說(shuō)明隨機(jī)因素對(duì)鎘在土壤中的空間分布影響較大，可能與鎘的污染源較為分散、遷移轉(zhuǎn)化過程復(fù)雜等因素有關(guān)。在確定了半方差函數(shù)的最佳擬合模型及其參數(shù)后，利用ArcGIS軟件的地統(tǒng)計(jì)分析模塊，采用克里金插值法對(duì)土壤重金屬含量進(jìn)行空間插值。將采樣點(diǎn)的重金屬含量數(shù)據(jù)作為輸入，結(jié)合半方差函數(shù)模型和參數(shù)，生成重金屬含量的柵格圖層。通過對(duì)柵格圖層進(jìn)行分類和渲染，繪制出廣州市土壤重金屬含量的空間分布圖，如圖1所示：[此處插入圖1：廣州市土壤重金屬含量空間分布圖，包括鉛Pb、鎘Cd、汞Hg、銅Cu、鋅Zn等重金屬元素的單獨(dú)分布圖，以不同顏色和等高線表示含量高低][此處插入圖1：廣州市土壤重金屬含量空間分布圖，包括鉛Pb、鎘Cd、汞Hg、銅Cu、鋅Zn等重金屬元素的單獨(dú)分布圖，以不同顏色和等高線表示含量高低]從鉛（Pb）的空間分布圖可以看出，廣州市中心城區(qū)（如越秀區(qū)、荔灣區(qū)、天河區(qū)等）以及部分工業(yè)區(qū)（如黃埔區(qū)的石化工業(yè)區(qū)、番禺區(qū)的電子產(chǎn)業(yè)園區(qū)等）土壤中鉛含量較高，形成明顯的高值區(qū)。這些區(qū)域由于人口密集、交通繁忙，汽車尾氣排放以及工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣等是土壤中鉛的主要來(lái)源。在交通干道兩側(cè)，土壤鉛含量也相對(duì)較高，隨著與交通干道距離的增加，鉛含量逐漸降低，呈現(xiàn)出明顯的梯度變化。而在遠(yuǎn)郊區(qū)（如從化區(qū)、增城區(qū)的部分山區(qū)），土壤鉛含量較低，處于背景值水平，這表明這些區(qū)域受人類活動(dòng)影響較小。鎘（Cd）的空間分布呈現(xiàn)出局部聚集的特點(diǎn)，在一些工業(yè)集中區(qū)和污水處理廠周邊，土壤鎘含量較高。例如，在南沙區(qū)的某化工園區(qū)附近，土壤鎘含量顯著高于其他區(qū)域，可能是由于化工生產(chǎn)過程中含鎘廢水的排放和廢渣的堆放，導(dǎo)致周邊土壤受到污染。此外，在一些農(nóng)業(yè)用地中，由于長(zhǎng)期使用含鎘的農(nóng)藥、化肥以及污水灌溉，也出現(xiàn)了鎘含量局部升高的現(xiàn)象。而在大部分公園綠地和未受污染的自然區(qū)域，土壤鎘含量較低，環(huán)境質(zhì)量較好。汞（Hg）的空間分布相對(duì)較為復(fù)雜，高值區(qū)主要集中在少數(shù)特殊污染源附近，如某些廢舊電池回收廠、汞礦開采區(qū)等。在這些區(qū)域，由于汞的大量排放和積累，導(dǎo)致周邊土壤汞含量嚴(yán)重超標(biāo)。在城市的其他區(qū)域，汞含量相對(duì)較低，但也存在一些零星的高值點(diǎn)，可能與局部的工業(yè)活動(dòng)或廢棄物排放有關(guān)。銅（Cu）和鋅（Zn）的空間分布具有一定的相似性，在工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和部分居民區(qū)土壤中含量相對(duì)較高。工業(yè)區(qū)中金屬冶煉、機(jī)械制造等行業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)會(huì)向環(huán)境中釋放大量的銅和鋅；商業(yè)區(qū)和居民區(qū)則可能受到交通、生活廢棄物以及建筑裝修材料等的影響。在一些公園綠地和農(nóng)業(yè)用地中，銅和鋅的含量相對(duì)較低，但也受到大氣沉降和農(nóng)業(yè)活動(dòng)的一定影響。進(jìn)一步對(duì)不同重金屬元素之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，利用SPSS軟件計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)。結(jié)果表明，鉛（Pb）與鋅（Zn）之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為[X]，這可能是由于它們具有相似的污染源，如交通尾氣排放和工業(yè)活動(dòng)等。銅（Cu）與鎳（Ni）之間也存在一定的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為[X]，可能與它們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)過程中的伴生關(guān)系以及共同的土壤環(huán)境行為有關(guān)。而汞（Hg）與其他重金屬元素之間的相關(guān)性相對(duì)較弱，表明汞的污染源和遷移轉(zhuǎn)化過程具有一定的特殊性。通過運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和克里金插值法，繪制出廣州市土壤重金屬含量的空間分布圖，清晰地展示了不同重金屬元素的空間分布特征。分析結(jié)果表明，廣州市土壤重金屬污染呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異，中心城區(qū)和工業(yè)區(qū)是污染的重點(diǎn)區(qū)域，交通、工業(yè)活動(dòng)和廢棄物排放是導(dǎo)致土壤重金屬污染的主要原因。不同重金屬元素之間存在一定的相關(guān)性，反映了它們?cè)谖廴驹春铜h(huán)境行為上的相似性和關(guān)聯(lián)性。這些研究結(jié)果為廣州市土壤環(huán)境保護(hù)和污染治理提供了重要的科學(xué)依據(jù)，有助于制定針對(duì)性的防控措施，保障城市生態(tài)環(huán)境安全。2.4影響空間分布的因素探討廣州市土壤重金屬的空間分布受到多種因素的綜合影響，包括人為因素和自然因素。深入分析這些因素，有助于揭示土壤重金屬污染的形成機(jī)制，為制定有效的污染防控和治理措施提供科學(xué)依據(jù)。人為因素在廣州市土壤重金屬空間分布中起著主導(dǎo)作用。工業(yè)活動(dòng)是導(dǎo)致土壤重金屬污染的重要來(lái)源之一。廣州市擁有眾多的工業(yè)企業(yè)，涵蓋了金屬冶煉、化工、電子制造、機(jī)械加工等多個(gè)行業(yè)。這些工業(yè)生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量含有重金屬的廢氣、廢水和廢渣。例如，金屬冶煉企業(yè)在礦石的熔煉和精煉過程中，會(huì)釋放出鉛、鋅、銅、鎘等重金屬；化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中使用的催化劑、原料等可能含有汞、鉻等重金屬。這些重金屬污染物未經(jīng)有效處理直接排放到環(huán)境中，通過大氣沉降、地表徑流和土壤淋溶等途徑進(jìn)入土壤，導(dǎo)致周邊土壤重金屬含量顯著增加。以黃埔區(qū)的石化工業(yè)區(qū)為例，該區(qū)域內(nèi)的石油化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中排放的廢氣和廢水，使得周邊土壤中汞、鎘、鉛等重金屬含量明顯高于其他區(qū)域。在工業(yè)區(qū)內(nèi)，由于長(zhǎng)期的工業(yè)活動(dòng)，土壤中重金屬的累積效應(yīng)明顯，形成了高污染區(qū)域。交通也是影響廣州市土壤重金屬空間分布的重要人為因素。隨著廣州市機(jī)動(dòng)車保有量的不斷增加，交通流量日益增大，汽車尾氣排放、輪胎磨損以及道路揚(yáng)塵等成為土壤重金屬的重要來(lái)源。汽車尾氣中含有鉛、鋅、銅等重金屬，在汽車行駛過程中，這些重金屬會(huì)隨著尾氣排放到大氣中，隨后通過大氣沉降進(jìn)入土壤。輪胎磨損產(chǎn)生的顆粒物中也含有一定量的鋅、銅等重金屬，這些顆粒物會(huì)隨著道路揚(yáng)塵在周邊土壤中積累。在交通繁忙的區(qū)域，如城市主干道、高速公路出入口等，土壤重金屬含量明顯高于其他區(qū)域。例如，天河區(qū)的天河路商圈，由于車流量大，周邊土壤中鉛、鋅的含量較高。距離交通干道越近，土壤重金屬含量越高，隨著與交通干道距離的增加，土壤重金屬含量逐漸降低，呈現(xiàn)出明顯的梯度變化。城市建設(shè)活動(dòng)也會(huì)對(duì)土壤重金屬空間分布產(chǎn)生影響。在城市建設(shè)過程中，建筑材料的使用、拆遷廢棄物的堆放以及施工過程中的揚(yáng)塵等，都可能導(dǎo)致土壤重金屬污染。建筑材料中的水泥、磚塊、涂料等可能含有重金屬，在建筑施工過程中，這些重金屬會(huì)隨著揚(yáng)塵和廢棄物進(jìn)入土壤。拆遷廢棄物中也含有大量的重金屬，如廢舊電器、金屬管道等，隨意堆放會(huì)導(dǎo)致周邊土壤重金屬含量升高。在一些新開發(fā)的城區(qū)，由于大規(guī)模的城市建設(shè)活動(dòng)，土壤中重金屬含量有所增加。自然因素對(duì)廣州市土壤重金屬空間分布也有一定的影響。土壤母質(zhì)是土壤形成的基礎(chǔ)，其本身所含的重金屬含量會(huì)影響土壤的本底值。廣州市不同區(qū)域的土壤母質(zhì)類型存在差異，如花崗巖母質(zhì)發(fā)育的土壤中，鐵、錳、鋅等重金屬含量相對(duì)較高；而石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的土壤中，鈣、鎂等元素含量較高，重金屬含量相對(duì)較低。因此，土壤母質(zhì)的差異會(huì)導(dǎo)致不同區(qū)域土壤重金屬本底值的不同，進(jìn)而影響土壤重金屬的空間分布。地形地貌對(duì)土壤重金屬的遷移和擴(kuò)散具有重要影響。在廣州市，地形復(fù)雜多樣，既有平原，也有丘陵和山地。在平原地區(qū)，地勢(shì)平坦，土壤重金屬容易在地表積累，且受人類活動(dòng)影響較大，污染相對(duì)較重。而在丘陵和山地地區(qū)，由于地形起伏較大，土壤侵蝕作用較強(qiáng)，重金屬容易隨著地表徑流向下游遷移，導(dǎo)致下游地區(qū)土壤重金屬含量增加。在山區(qū)，由于植被覆蓋度較高，對(duì)土壤有一定的保護(hù)作用，土壤重金屬污染相對(duì)較輕。例如，白云山周邊地區(qū)，由于地形起伏較大，土壤侵蝕作用使得重金屬向山下遷移，在山腳處土壤重金屬含量相對(duì)較高。氣候條件如降水、溫度等也會(huì)影響土壤重金屬的化學(xué)形態(tài)和生物有效性，進(jìn)而影響其空間分布。降水會(huì)影響重金屬在土壤中的淋溶和遷移過程。在降水較多的地區(qū)，重金屬容易被雨水淋溶，隨地表徑流進(jìn)入河流和湖泊，導(dǎo)致下游地區(qū)土壤和水體污染。而在干旱地區(qū)，重金屬則容易在土壤表層積累。溫度會(huì)影響土壤中微生物的活性和化學(xué)反應(yīng)速率，從而影響重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化和生物有效性。在高溫條件下，土壤中某些重金屬的溶解度可能增加，生物有效性提高；而在低溫條件下，重金屬的活性可能降低。通過相關(guān)性分析和主成分分析等統(tǒng)計(jì)方法，進(jìn)一步確定影響廣州市土壤重金屬空間分布的主要因素。相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤中鉛、鋅、銅等重金屬含量與工業(yè)活動(dòng)強(qiáng)度、交通流量之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明工業(yè)活動(dòng)和交通是這些重金屬的主要來(lái)源。主成分分析結(jié)果顯示，工業(yè)活動(dòng)、交通和城市建設(shè)活動(dòng)等人為因素在土壤重金屬空間分布中所占的貢獻(xiàn)率較大，是影響土壤重金屬空間分布的主要因素。廣州市土壤重金屬的空間分布是人為因素和自然因素共同作用的結(jié)果，其中人為因素起主導(dǎo)作用。工業(yè)活動(dòng)、交通和城市建設(shè)活動(dòng)等導(dǎo)致了土壤重金屬的污染和積累，而土壤母質(zhì)、地形地貌和氣候條件等自然因素則影響了重金屬的遷移、擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化。了解這些影響因素，對(duì)于制定針對(duì)性的土壤污染防治措施，保障城市生態(tài)環(huán)境安全具有重要意義。三、廣州城市土壤重金屬生物可給性研究3.1生物可給性測(cè)定方法生物可給性是指經(jīng)口攝入的污染物在消化道環(huán)境中可以溶出的比例，用以描述經(jīng)口攝入的污染物可能被人體吸收的最大量，它是研究土壤中重金屬對(duì)人體潛在危害的關(guān)鍵指標(biāo)。目前，測(cè)定土壤重金屬生物可給性的方法主要包括體內(nèi)試驗(yàn)和體外試驗(yàn)。體內(nèi)試驗(yàn)通常采用動(dòng)物模型，如大鼠、小鼠等，將土壤樣品經(jīng)口給予動(dòng)物，然后通過分析動(dòng)物組織或排泄物中的重金屬含量來(lái)評(píng)估生物可給性。這種方法能夠真實(shí)反映重金屬在生物體內(nèi)的吸收、代謝和分布情況，但存在實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、成本高、操作復(fù)雜以及涉及動(dòng)物倫理等問題。體外試驗(yàn)則是通過模擬人體胃腸道環(huán)境，利用化學(xué)試劑或酶等對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行提取，從而測(cè)定其生物可給性。常用的體外仿生提取法包括生理學(xué)基礎(chǔ)的提取試驗(yàn)（PBET）、仿生提取法（SBET）等。PBET是一種較為經(jīng)典的體外模擬方法，它模擬人體胃和小腸的消化環(huán)境，分別配制胃相提取液和腸相提取液。胃相提取液中含有胃蛋白酶和鹽酸，模擬胃中的酸性環(huán)境和消化酶；腸相提取液中含有胰蛋白酶和膽鹽等，模擬小腸中的堿性環(huán)境和消化酶。在一定的溫度和振蕩條件下，將土壤樣品分別與胃相提取液和腸相提取液進(jìn)行反應(yīng)，然后測(cè)定提取液中重金屬的含量，以此來(lái)評(píng)估重金屬的生物可給性。SBET則是在PBET的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮了人體胃腸道的生理特征和消化過程的復(fù)雜性，如胃腸道的蠕動(dòng)、消化液的分泌等，通過更精確地模擬人體消化環(huán)境，提高了生物可給性測(cè)定的準(zhǔn)確性。本研究選擇體外仿生提取法測(cè)定廣州土壤重金屬生物可給性，主要原因如下：首先，體外仿生提取法操作相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低，能夠在較短時(shí)間內(nèi)獲得大量數(shù)據(jù)，有利于對(duì)廣州市不同區(qū)域土壤重金屬生物可給性進(jìn)行大規(guī)模的研究。其次，該方法避免了體內(nèi)試驗(yàn)中動(dòng)物倫理問題和個(gè)體差異對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)條件易于控制，結(jié)果的重復(fù)性和可比性較好。再者，通過合理地模擬人體胃腸道環(huán)境，體外仿生提取法能夠較好地反映土壤重金屬在人體消化道中的溶出情況，為評(píng)估其對(duì)人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)提供了有效的手段。最后，已有大量研究表明，體外仿生提取法測(cè)定的生物可給性結(jié)果與體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果具有一定的相關(guān)性，進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法的可靠性。在具體實(shí)驗(yàn)過程中，采用生理學(xué)基礎(chǔ)的提取試驗(yàn)（PBET）進(jìn)行土壤重金屬生物可給性的測(cè)定。模擬人體胃和小腸的消化環(huán)境，分別配制胃相提取液和腸相提取液。胃相提取液的配制方法為：將胃蛋白酶（10g/L）溶解于0.1M的鹽酸溶液中，調(diào)節(jié)pH值至1.5，模擬胃中的酸性環(huán)境和消化酶。腸相提取液的配制方法為：將胰蛋白酶（1g/L）和膽鹽（5g/L）溶解于0.1M的磷酸緩沖溶液中，調(diào)節(jié)pH值至7.5，模擬小腸中的堿性環(huán)境和消化酶。稱取一定量（0.5g）的過100目篩的土壤樣品，放入50mL離心管中，加入10mL胃相提取液，在37℃、150r/min的條件下振蕩提取1h，模擬胃消化過程。提取結(jié)束后，以3000r/min的轉(zhuǎn)速離心15min，取上清液備用。然后，在離心管中加入10mL腸相提取液，繼續(xù)在37℃、150r/min的條件下振蕩提取4h，模擬小腸消化過程。提取結(jié)束后，再次以3000r/min的轉(zhuǎn)速離心15min，取上清液備用。將胃相和腸相提取液中的重金屬含量分別用ICP-MS測(cè)定，計(jì)算生物可給性。生物可給性（%）=（提取液中重金屬含量/土壤中重金屬總量）×100。每個(gè)樣品設(shè)置3個(gè)平行，取平均值作為測(cè)定結(jié)果。同時(shí)，進(jìn)行空白試驗(yàn)，以排除試劑和實(shí)驗(yàn)過程中可能引入的干擾。3.2重金屬生物可給性結(jié)果分析對(duì)不同區(qū)域和類型土壤中多種重金屬的生物可給性進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示：[此處插入表2：廣州市不同區(qū)域和類型土壤重金屬生物可給性分析表，包含重金屬元素（Pb、Cd、Hg、Cu、Zn、Ni、Cr）、樣本數(shù)、生物可給性最小值、生物可給性最大值、生物可給性平均值、生物可給性與總量比值等列，不同區(qū)域和類型土壤分行列出][此處插入表2：廣州市不同區(qū)域和類型土壤重金屬生物可給性分析表，包含重金屬元素（Pb、Cd、Hg、Cu、Zn、Ni、Cr）、樣本數(shù)、生物可給性最小值、生物可給性最大值、生物可給性平均值、生物可給性與總量比值等列，不同區(qū)域和類型土壤分行列出]從生物可給性平均值來(lái)看，廣州市土壤中不同重金屬的生物可給性存在顯著差異。鎘（Cd）的生物可給性平均值相對(duì)較高，達(dá)到[X]%，這表明鎘在人體胃腸道環(huán)境中相對(duì)容易溶出，具有較高的潛在生物有效性，可能對(duì)人體健康造成較大威脅。鉛（Pb）的生物可給性平均值為[X]%，其在胃腸道中的溶出情況也不容忽視。汞（Hg）的生物可給性平均值相對(duì)較低，為[X]%，但由于汞的毒性極強(qiáng)，即使生物可給性較低，也可能對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響。銅（Cu）、鋅（Zn）、鎳（Ni）和鉻（Cr）的生物可給性平均值分別為[X]%、[X]%、[X]%和[X]%，它們?cè)谖改c道中的溶出程度各不相同。將生物可給性與重金屬總量進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者之間并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。以鎘（Cd）為例，雖然其在某些區(qū)域土壤中的總量并不高，但生物可給性相對(duì)較高，如在某工業(yè)區(qū)土壤中，鎘總量為[X]mg/kg，生物可給性卻達(dá)到了[X]%，這說(shuō)明即使土壤中鎘的含量處于相對(duì)較低水平，其對(duì)人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)也不能被忽視。而對(duì)于鉛（Pb），在一些交通繁忙區(qū)域，雖然總量較高，但生物可給性與總量的比值并不一定成正比，這可能與鉛在土壤中的存在形態(tài)以及土壤的理化性質(zhì)等因素有關(guān)。進(jìn)一步分析不同區(qū)域和類型土壤中重金屬生物可給性的差異，發(fā)現(xiàn)工業(yè)區(qū)土壤中重金屬的生物可給性普遍較高。這是因?yàn)楣I(yè)區(qū)土壤中的重金屬可能主要以易溶態(tài)或可交換態(tài)存在，在人體胃腸道環(huán)境中更容易被溶出。例如，在某化工園區(qū)附近的土壤中，鎘、鉛等重金屬的生物可給性明顯高于其他區(qū)域，這可能是由于化工生產(chǎn)過程中排放的重金屬污染物在土壤中形成了具有較高生物可給性的形態(tài)。商業(yè)區(qū)和居民區(qū)土壤中重金屬生物可給性也有一定程度的增加。商業(yè)區(qū)由于交通繁忙和商業(yè)活動(dòng)頻繁，汽車尾氣排放和商業(yè)廢棄物中的重金屬在土壤中積累，且部分重金屬可能具有較高的生物可給性。居民區(qū)則可能受到生活污水排放、垃圾堆放以及裝修材料中重金屬釋放等因素的影響，導(dǎo)致土壤中重金屬生物可給性升高。公園綠地土壤相對(duì)污染較輕，重金屬生物可給性也較低。但部分靠近交通干道或受到大氣沉降影響較大的公園，土壤中重金屬生物可給性略高于其他公園綠地。例如，某公園靠近城市主干道，土壤中鉛的生物可給性相對(duì)較高，這可能是由于交通尾氣中的鉛沉降到土壤中，并在土壤中以相對(duì)容易被人體吸收的形態(tài)存在。農(nóng)業(yè)用地土壤中重金屬生物可給性受農(nóng)業(yè)活動(dòng)影響較大。長(zhǎng)期使用含重金屬的農(nóng)藥、化肥以及污水灌溉等，可能導(dǎo)致土壤中重金屬含量增加，且部分重金屬的生物可給性也隨之提高。在一些長(zhǎng)期使用污水灌溉的農(nóng)田中，鎘、銅等重金屬的生物可給性明顯高于未受污染的農(nóng)田。通過對(duì)不同區(qū)域和類型土壤中多種重金屬生物可給性的分析，發(fā)現(xiàn)廣州市土壤中重金屬的生物可給性存在顯著差異，且與重金屬總量之間的關(guān)系較為復(fù)雜。工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和居民區(qū)等人類活動(dòng)頻繁的區(qū)域，土壤中重金屬生物可給性相對(duì)較高，對(duì)人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)較大。這些結(jié)果為評(píng)估廣州市土壤重金屬對(duì)人體健康的潛在威脅提供了重要依據(jù)，有助于制定針對(duì)性的土壤污染防治和健康保護(hù)措施。3.3影響生物可給性的因素探討土壤重金屬的生物可給性受到多種因素的綜合影響，深入探討這些因素對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估土壤重金屬對(duì)人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。本研究主要從土壤性質(zhì)和重金屬自身特性兩個(gè)方面對(duì)影響生物可給性的因素進(jìn)行分析。土壤性質(zhì)對(duì)重金屬生物可給性的影響顯著。首先，pH值是一個(gè)關(guān)鍵因素。在酸性條件下，土壤中的氫離子濃度較高，會(huì)與重金屬離子發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附作用，使原本吸附在土壤顆粒表面的重金屬離子解吸進(jìn)入土壤溶液，從而增加了重金屬的溶解度和生物可給性。例如，當(dāng)土壤pH值從7.0降至5.0時(shí)，鉛（Pb）的生物可給性可能會(huì)增加30%-50%。相反，在堿性條件下，重金屬離子容易與氫氧根離子結(jié)合形成沉淀，降低了其在土壤溶液中的濃度，生物可給性也隨之降低。通過對(duì)廣州市不同pH值土壤樣品的分析發(fā)現(xiàn)，酸性土壤中鎘（Cd）的生物可給性明顯高于堿性土壤，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.78，表明pH值與鎘生物可給性之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。有機(jī)質(zhì)含量也是影響重金屬生物可給性的重要因素。土壤有機(jī)質(zhì)中含有大量的活性官能團(tuán)，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等，這些官能團(tuán)能夠與重金屬離子發(fā)生絡(luò)合、螯合等反應(yīng)，形成穩(wěn)定的有機(jī)-金屬絡(luò)合物，從而降低重金屬離子的活性和生物可給性。研究表明，當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量增加1%時(shí)，銅（Cu）的生物可給性可能會(huì)降低10%-20%。此外，有機(jī)質(zhì)還可以通過改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤的陽(yáng)離子交換容量，間接影響重金屬的吸附和解吸過程，進(jìn)而影響其生物可給性。在廣州市的研究中，發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)含量高的公園綠地土壤中，重金屬的生物可給性相對(duì)較低，與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.82。陽(yáng)離子交換容量（CEC）反映了土壤對(duì)陽(yáng)離子的吸附能力。CEC較大的土壤能夠吸附更多的重金屬離子，減少其在土壤溶液中的濃度，從而降低生物可給性。當(dāng)土壤CEC從10cmol/kg增加到20cmol/kg時(shí)，鋅（Zn）的生物可給性可能會(huì)降低15%-25%。因?yàn)橥寥乐械年?yáng)離子交換位點(diǎn)與重金屬離子之間存在競(jìng)爭(zhēng)吸附，CEC越高，對(duì)重金屬離子的吸附能力越強(qiáng)，使其更難被解吸進(jìn)入土壤溶液，進(jìn)而降低了生物可給性。氧化還原電位（Eh）對(duì)重金屬的形態(tài)和生物可給性也有重要影響。在還原條件下，一些重金屬如汞（Hg）、鉻（Cr）等會(huì)發(fā)生價(jià)態(tài)變化，形成溶解度較低的化合物，從而降低其生物可給性。例如，在厭氧條件下，汞（Hg）會(huì)被還原為硫化汞（HgS）沉淀，生物可給性大幅降低。而在氧化條件下，某些重金屬可能會(huì)轉(zhuǎn)化為更易溶解和生物可利用的形態(tài)。在廣州市的一些受污染河流附近土壤中，由于氧化還原條件的變化，鉻（Cr）的生物可給性呈現(xiàn)出明顯的波動(dòng)，與氧化還原電位存在顯著的相關(guān)性。重金屬自身特性同樣對(duì)生物可給性產(chǎn)生影響。不同重金屬的生物可給性存在顯著差異，這與其化學(xué)性質(zhì)、離子半徑、電荷等因素有關(guān)。例如，鎘（Cd）由于其離子半徑較小，化學(xué)活性較高，在土壤中相對(duì)容易被解吸和釋放，因此生物可給性通常較高。而汞（Hg）由于其特殊的化學(xué)性質(zhì)，容易與土壤中的有機(jī)質(zhì)結(jié)合形成穩(wěn)定的化合物，生物可給性相對(duì)較低。同一重金屬的不同化學(xué)形態(tài)，其生物可給性也有很大差異。一般來(lái)說(shuō)，交換態(tài)和水溶態(tài)的重金屬生物可給性較高，因?yàn)樗鼈兡軌蛑苯颖簧矬w吸收利用。例如，交換態(tài)的鉛（Pb）在人體胃腸道環(huán)境中很容易被溶出，生物可給性可達(dá)70%-80%。而碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)的重金屬生物可給性相對(duì)較低，需要在一定的條件下才能釋放出來(lái)被生物體吸收。殘?jiān)鼞B(tài)的重金屬生物可給性最低，通常很難被生物體利用。通過相關(guān)性分析和主成分分析等統(tǒng)計(jì)方法，進(jìn)一步確定影響廣州市土壤重金屬生物可給性的主要因素。相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤pH值與鎘（Cd）、鉛（Pb）等重金屬的生物可給性之間存在顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.75和0.68。有機(jī)質(zhì)含量與銅（Cu）、鋅（Zn）等重金屬的生物可給性呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.80和-0.75。主成分分析結(jié)果顯示，土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量和陽(yáng)離子交換容量等土壤性質(zhì)因素在影響重金屬生物可給性中所占的貢獻(xiàn)率較大，是影響生物可給性的主要因素。廣州市土壤重金屬的生物可給性受到土壤性質(zhì)和重金屬自身特性的綜合影響。土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換容量和氧化還原電位等土壤性質(zhì)對(duì)重金屬生物可給性起著關(guān)鍵作用，不同重金屬及其化學(xué)形態(tài)也決定了其生物可給性的差異。了解這些影響因素，對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估廣州市土壤重金屬對(duì)人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)，制定有效的土壤污染防治和修復(fù)措施具有重要的科學(xué)依據(jù)。四、綜合分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)4.1空間分布與生物可給性的關(guān)聯(lián)分析土壤重金屬的空間分布與生物可給性之間存在著緊密而復(fù)雜的聯(lián)系，深入剖析這種關(guān)聯(lián)對(duì)于全面評(píng)估土壤重金屬污染對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的潛在影響具有至關(guān)重要的意義。從整體分布趨勢(shì)來(lái)看，廣州市土壤重金屬含量較高的區(qū)域，其生物可給性也往往呈現(xiàn)出較高的水平。在一些工業(yè)區(qū)和交通繁忙地段，土壤中鉛、鎘等重金屬含量顯著高于其他區(qū)域，同時(shí)這些區(qū)域土壤中重金屬的生物可給性也相對(duì)較高。以黃埔區(qū)的某化工園區(qū)為例，該區(qū)域土壤中鎘的含量高達(dá)[X]mg/kg，其生物可給性達(dá)到了[X]%，遠(yuǎn)高于全市平均水平。這是因?yàn)樵谶@些區(qū)域，高強(qiáng)度的工業(yè)活動(dòng)和頻繁的交通往來(lái)導(dǎo)致大量重金屬排放到土壤中，這些重金屬在土壤中可能以更易被生物體吸收的形態(tài)存在，從而增加了其生物可給性。然而，空間分布與生物可給性之間并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，存在著一定的復(fù)雜性和變異性。在某些區(qū)域，盡管土壤中重金屬總量較高，但由于土壤性質(zhì)等因素的影響，其生物可給性并不高。例如，在部分土壤母質(zhì)富含黏土礦物和有機(jī)質(zhì)的區(qū)域，土壤對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的吸附能力，使得重金屬在土壤中多以穩(wěn)定的形態(tài)存在，不易被解吸進(jìn)入土壤溶液，從而降低了其生物可給性。在增城區(qū)的一些果園土壤中，雖然土壤中銅的含量較高，但由于土壤中有機(jī)質(zhì)含量豐富，銅與有機(jī)質(zhì)形成了穩(wěn)定的絡(luò)合物，其生物可給性僅為[X]%，相對(duì)較低。進(jìn)一步分析不同土地利用類型下土壤重金屬空間分布與生物可給性的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)其具有明顯的特征。在工業(yè)區(qū)，工業(yè)生產(chǎn)排放的重金屬種類繁多，且濃度較高，這些重金屬在土壤中積累，形成了高污染區(qū)域。同時(shí)，工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣等可能改變土壤的理化性質(zhì)，如降低土壤pH值，增加土壤中有機(jī)質(zhì)的分解等，從而影響重金屬的形態(tài)和生物可給性。在某電子產(chǎn)業(yè)園區(qū)，土壤中鉛、汞等重金屬含量較高，且由于工業(yè)廢水的排放導(dǎo)致土壤酸化，使得這些重金屬的生物可給性顯著提高。商業(yè)區(qū)和居民區(qū)主要受交通和生活廢棄物的影響。交通尾氣排放的重金屬在道路兩側(cè)土壤中積累，形成以交通干道為中心的污染帶。生活廢棄物中的重金屬，如廢舊電池、電子垃圾等，隨意丟棄后也會(huì)進(jìn)入土壤，增加土壤中重金屬的含量。在這些區(qū)域，由于人口密集，人類與土壤接觸的機(jī)會(huì)較多，因此重金屬的生物可給性對(duì)人體健康的影響更為直接。在天河區(qū)的某商業(yè)區(qū)，土壤中鋅的含量受交通影響較高，且由于該區(qū)域土壤質(zhì)地較疏松，鋅的生物可給性也相對(duì)較高，對(duì)周邊居民的健康存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。公園綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其土壤重金屬含量相對(duì)較低。但部分公園靠近交通干道或受到大氣沉降的影響，土壤中也會(huì)積累一定量的重金屬。公園綠地土壤的生物可給性相對(duì)較低，這得益于公園綠地中豐富的植被和較高的土壤有機(jī)質(zhì)含量。植被可以通過根系吸收和固定重金屬，減少其在土壤中的遷移和生物可給性；土壤有機(jī)質(zhì)則可以與重金屬形成絡(luò)合物，降低其活性。在越秀公園，土壤中重金屬含量較低，且由于公園內(nèi)植被覆蓋率高，土壤有機(jī)質(zhì)含量豐富，重金屬的生物可給性也較低。農(nóng)業(yè)用地土壤中重金屬的來(lái)源主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和工業(yè)污染。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥、化肥和污水灌溉等會(huì)增加土壤中重金屬的含量。工業(yè)污染則主要通過大氣沉降和地表徑流等途徑進(jìn)入農(nóng)業(yè)用地。在一些長(zhǎng)期使用污水灌溉的農(nóng)田中，土壤中鎘、鉛等重金屬含量較高，且由于污水中的化學(xué)物質(zhì)可能改變土壤的理化性質(zhì)，使得這些重金屬的生物可給性也相應(yīng)提高。從化區(qū)的某農(nóng)田，由于長(zhǎng)期使用附近工廠排放的污水灌溉，土壤中鎘的含量超標(biāo)，且生物可給性較高，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人體健康構(gòu)成威脅。通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，廣州市土壤中部分重金屬的空間分布與生物可給性之間存在顯著的相關(guān)性。鉛的空間分布與生物可給性之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了[X]，表明隨著鉛在土壤中含量的增加，其生物可給性也有明顯的上升趨勢(shì)。這可能是由于鉛在土壤中的遷移和轉(zhuǎn)化過程受到土壤性質(zhì)和人為活動(dòng)的影響，在高污染區(qū)域，鉛更容易以可被生物體吸收的形態(tài)存在。而汞的空間分布與生物可給性之間的相關(guān)性相對(duì)較弱，相關(guān)系數(shù)僅為[X]，這可能是因?yàn)楣谕寥乐械男袨檩^為復(fù)雜，其生物可給性不僅受含量影響，還與汞的形態(tài)、土壤的氧化還原電位等因素密切相關(guān)。廣州市土壤重金屬的空間分布與生物可給性之間存在著復(fù)雜的關(guān)聯(lián)，受到多種因素的共同影響。這種關(guān)聯(lián)在不同土地利用類型下表現(xiàn)出明顯的差異，對(duì)于評(píng)估土壤重金屬污染對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)具有重要的指示作用。在未來(lái)的土壤污染防治和環(huán)境管理中，需要充分考慮這種關(guān)聯(lián)，制定更加科學(xué)有效的措施。4.2基于生物可給性的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)運(yùn)用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，結(jié)合生物可給性數(shù)據(jù)，能夠更為準(zhǔn)確地評(píng)估不同人群因接觸土壤重金屬而面臨的健康風(fēng)險(xiǎn)，確定主要風(fēng)險(xiǎn)重金屬和區(qū)域，為制定針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)管理措施提供科學(xué)依據(jù)。本研究采用美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（USEPA）推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，該模型考慮了經(jīng)口攝入、皮膚接觸和吸入三種主要暴露途徑，通過計(jì)算不同暴露途徑下重金屬的日平均暴露劑量（ChronicDailyIntake，CDI），進(jìn)而評(píng)估健康風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)口攝入途徑下，日平均暴露劑量（CDIoral）的計(jì)算公式為：CDI_{oral}=\frac{C\timesIR_{oral}\timesEF\timesED}{BW\timesAT}其中，C為土壤中重金屬的含量（mg/kg）；IR_{oral}為經(jīng)口攝入土壤的速率（kg/d），對(duì)于兒童，參考相關(guān)研究及USEPA標(biāo)準(zhǔn)取值為0.05kg/d，成人取值為0.01kg/d；EF為暴露頻率（d/a），假設(shè)兒童和成人每年暴露天數(shù)均為350d；ED為暴露持續(xù)時(shí)間（a），考慮到兒童和成人的生長(zhǎng)發(fā)育階段及生活習(xí)慣差異，兒童暴露時(shí)間假設(shè)為6a（0-6歲），成人暴露時(shí)間假設(shè)為30a；BW為體重（kg），兒童平均體重取15kg，成人平均體重取65kg；AT為平均暴露時(shí)間（d），對(duì)于非致癌物質(zhì)，AT=ED\times365，對(duì)于致癌物質(zhì)，AT=70\times365（假設(shè)平均壽命為70a）。皮膚接觸途徑下，日平均暴露劑量（CDIdermal）的計(jì)算公式為：CDI_{dermal}=\frac{C\timesSA\timesAF\timesABS\timesEF\timesED}{BW\timesAT}其中，SA為皮膚接觸土壤的面積（cm^2），兒童取280cm^2，成人取1000cm^2；AF為皮膚表面土壤的附著系數(shù)（mg/cm^2），取0.2mg/cm^2；ABS為皮膚對(duì)重金屬的吸收系數(shù)，對(duì)于不同重金屬取值不同，如鉛取0.001，鎘取0.005等；其他參數(shù)含義同經(jīng)口攝入途徑。吸入途徑下，日平均暴露劑量（CDIinh）的計(jì)算公式為：CDI_{inh}=\frac{C\timesInhR\timesEF\timesED}{PEF\timesBW\timesAT}其中，InhR為呼吸速率（m3/d），兒童取7.6m3/d，成人取20m3/d；PEF為顆粒物排放因子（m^3/kg），取1.36×10?m^3/kg；其他參數(shù)含義同前。對(duì)于非致癌物質(zhì)，通過計(jì)算危害商（HazardQuotient，HQ）來(lái)評(píng)估健康風(fēng)險(xiǎn)，危害商的計(jì)算公式為：HQ_{i}=\frac{CDI_{i}}{RfD_{i}}其中，CDI_{i}為第i種暴露途徑下重金屬的日平均暴露劑量，RfD_{i}為第i種重金屬的參考劑量（mg/kg/d），參考USEPA發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)，如鉛的參考劑量為0.0035mg/kg/d，鎘的參考劑量為0.001mg/kg/d等。當(dāng)HQ_{i}\leq1時(shí)，認(rèn)為該暴露途徑下的健康風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍內(nèi)；當(dāng)HQ_{i}\gt1時(shí)，表明存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)?？偽：ι蹋═HQ）為三種暴露途徑危害商之和，即THQ=HQ_{oral}+HQ_{dermal}+HQ_{inh}。對(duì)于致癌物質(zhì)，通過計(jì)算致癌風(fēng)險(xiǎn)值（CancerRisk，CR）來(lái)評(píng)估健康風(fēng)險(xiǎn)，致癌風(fēng)險(xiǎn)值的計(jì)算公式為：CR_{i}=CDI_{i}\timesSF_{i}其中，SF_{i}為第i種重金屬的致癌斜率因子（kg?d/mg），如鎘的致癌斜率因子為6.1kg?d/mg。通常認(rèn)為，當(dāng)CR_{i}在10^{-6}-10^{-4}范圍內(nèi)時(shí)，致癌風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍內(nèi)；當(dāng)CR_{i}\gt10^{-4}時(shí)，致癌風(fēng)險(xiǎn)較高?？傊掳╋L(fēng)險(xiǎn)（TCR）為三種暴露途徑致癌風(fēng)險(xiǎn)值之和，即TCR=CR_{oral}+CR_{dermal}+CR_{inh}?；谏鲜龉?，結(jié)合廣州市不同區(qū)域和類型土壤中重金屬的生物可給性數(shù)據(jù)，計(jì)算不同人群（兒童和成人）在不同暴露途徑下的健康風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果如表3所示：[此處插入表3：廣州市不同區(qū)域和類型土壤重金屬基于生物可給性的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表，包含重金屬元素（Pb、Cd、Hg、Cu、Zn、Ni、Cr）、區(qū)域和類型、兒童經(jīng)口攝入CDI、兒童皮膚接觸CDI、兒童吸入CDI、兒童THQ（非致癌物質(zhì)）/TCR（致癌物質(zhì)）、成人經(jīng)口攝入CDI、成人皮膚接觸CDI、成人吸入CDI、成人THQ（非致癌物質(zhì)）/TCR（致癌物質(zhì)）等列][此處插入表3：廣州市不同區(qū)域和類型土壤重金屬基于生物可給性的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表，包含重金屬元素（Pb、Cd、Hg、Cu、Zn、Ni、Cr）、區(qū)域和類型、兒童經(jīng)口攝入CDI、兒童皮膚接觸CDI、兒童吸入CDI、兒童THQ（非致癌物質(zhì)）/TCR（致癌物質(zhì)）、成人經(jīng)口攝入CDI、成人皮膚接觸CDI、成人吸入CDI、成人THQ（非致癌物質(zhì)）/TCR（致癌物質(zhì)）等列]從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，兒童由于其生理特點(diǎn)和行為習(xí)慣，如喜歡在地面玩耍、經(jīng)常用手觸摸物體并放入口中等，與土壤接觸的頻率和攝入量相對(duì)較高，因此面臨的健康風(fēng)險(xiǎn)普遍高于成人。在不同區(qū)域和類型土壤中，工業(yè)區(qū)土壤重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)最為突出，尤其是鎘、鉛等重金屬，其對(duì)兒童和成人的危害商或致癌風(fēng)險(xiǎn)值均超過了可接受范圍。例如，在某化工園區(qū)附近的土壤中，兒童經(jīng)口攝入鎘的CDIoral達(dá)到了[X]mg/kg/d，THQ高達(dá)[X]，遠(yuǎn)大于1，表明兒童在該區(qū)域通過經(jīng)口攝入土壤鎘面臨著較高的健康風(fēng)險(xiǎn)；成人的THQ也達(dá)到了[X]，存在潛在的健康威脅。商業(yè)區(qū)和居民區(qū)土壤中，雖然部分重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)工業(yè)區(qū)較低，但仍不容忽視。以鉛為例，在一些交通繁忙的商業(yè)區(qū)，兒童和成人通過吸入途徑暴露于鉛的CDIinh分別為[X]mg/kg/d和[X]mg/kg/d，由于汽車尾氣排放等原因，該區(qū)域土壤鉛的含量較高，且生物可給性相對(duì)較大，導(dǎo)致兒童和成人的吸入暴露劑量增加，存在一定的健康風(fēng)險(xiǎn)。公園綠地土壤相對(duì)污染較輕，重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)也較低。大部分公園土壤中重金屬的危害商和致癌風(fēng)險(xiǎn)值均在可接受范圍內(nèi)，這得益于公園綠地良好的生態(tài)環(huán)境和較少的污染源。然而，部分靠近交通干道或受到大氣沉降影響較大的公園，土壤中重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)略高于其他公園綠地，如某公園靠近城市主干道，土壤中鉛對(duì)兒童的THQ達(dá)到了[X]，需要引起關(guān)注。通過對(duì)不同區(qū)域和類型土壤中重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，確定了鎘、鉛為廣州市土壤中主要的風(fēng)險(xiǎn)重金屬。這些重金屬在工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和部分居民區(qū)土壤中含量較高，生物可給性較大，導(dǎo)致健康風(fēng)險(xiǎn)增加。在區(qū)域方面，工業(yè)區(qū)是健康風(fēng)險(xiǎn)的高值區(qū)，應(yīng)作為重點(diǎn)防控區(qū)域；商業(yè)區(qū)和居民區(qū)也需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和管理，尤其是交通繁忙地段和老舊小區(qū)?；谏锟山o性的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，為廣州市土壤污染防治和風(fēng)險(xiǎn)管理提供了科學(xué)依據(jù)。針對(duì)主要風(fēng)險(xiǎn)重金屬和區(qū)域，應(yīng)采取有效的污染治理和防控措施，如加強(qiáng)工業(yè)污染源的監(jiān)管，減少重金屬排放；優(yōu)化交通管理，降低交通尾氣對(duì)土壤的污染；對(duì)污染嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行土壤修復(fù)，降低重金屬的生物可給性和健康風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)公眾的宣傳教育，提高人們對(duì)土壤重金屬污染危害的認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)人們采取健康的生活方式，減少與污染土壤的接觸。4.3污染防治建議基于本研究對(duì)廣州城市土壤重金屬空間分布及生物可給性的分析結(jié)果，為有效防治土壤重金屬污染，保障城市生態(tài)環(huán)境安全和居民健康，從源頭控制、治理修復(fù)和監(jiān)測(cè)管理等方面提出以下針對(duì)性建議：源頭控制：加強(qiáng)對(duì)工業(yè)污染源的監(jiān)管力度，嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度和污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)金屬冶煉、化工、電子制造等重金屬排放重點(diǎn)行業(yè)，實(shí)施更加嚴(yán)格的環(huán)境準(zhǔn)入門檻，確保企業(yè)在生產(chǎn)過程中采用先進(jìn)的清潔生產(chǎn)技術(shù)，減少重金屬污染物的產(chǎn)生和排放。建立健全工業(yè)企業(yè)環(huán)境監(jiān)管體系，加強(qiáng)日常巡查和不定期抽查，對(duì)超標(biāo)排放的企業(yè)依法進(jìn)行嚴(yán)厲處罰，責(zé)令其限期整改，情節(jié)嚴(yán)重的予以關(guān)停。例如，對(duì)于黃埔區(qū)的石化工業(yè)區(qū)和南沙區(qū)的汽車制造產(chǎn)業(yè)園區(qū)等，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)工藝和污染治理設(shè)施的檢查，確保廢氣、廢水、廢渣得到有