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物探与化探  2023, Vol. 47 Issue (3): 816-825    DOI: 10.11720/wtyht.2023.1159
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包头南郊农田土壤环境质量特征及农作物健康风险评价
包凤琴1,2(), 成杭新2(), 永胜3, 周立军4, 杨宇亮1
1.内蒙古自治区地质调查研究院 内蒙古自治区岩浆活动成矿与找矿重点实验室,内蒙古 呼和浩特 010020
2.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所,河北 廊坊 065000
3.内蒙古警察职业学院,内蒙古 呼和浩特 010051
4.内蒙古地质矿产(集团)有限责任公司,内蒙古 呼和浩特010024
Environmental quality characteristics of soil and health risk assessment of crops of farmlands in the southern suburb of Baotou
Bao Feng-Qin1,2(), Cheng Hang-Xin2(), Yong Sheng3, Zhou Li-Jun4, Yang Yu-Liang1
1. Key Laboratory of Magmatic Activity, Mineralization and Prospecting in Inner Mongolia Autonomous Region, Inner Mongolia Autonomous Region Institute of Geological Survey, Hohhot 010020, China
2. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000, China
3. Inner Mongolia Police Professional College, Hohhot 010051, China
4. Inner Mongolia Geology and Mineral Resources (Group) Co., Ltd., Hohhot 010024, China
全文: PDF(2468 KB)   HTML
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摘要 

为调查与评价包头市南部旧工业区周边农田土壤和农作物的镉、铅和锌元素特征,分析测试了土壤及农作物根系土和籽实重金属含量,参照相应标准进行了污染评价,运用污染指数法、生物富集系数和人体健康风险指数等方法开展了重金属元素风险评估及来源解析。结果表明:区内土壤环境质量以清洁土壤为主,污染土壤主要分布于旧排污渠两侧;根系土超标点位也主要分布在旧排污渠周边;重金属元素形态中碳酸盐结合态、铁锰结合态和残渣态占比较高,可交换态(水溶态、离子交换态)占比较低,大部分农作物籽实样品呈正常和低富集特征;与其他农作物比较,向日葵籽实对镉、铅和锌具有超强吸附性,对儿童和成人均存在明显的非致癌和致癌健康风险。
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包凤琴
成杭新
永胜
周立军
杨宇亮
关键词 ： 农田土壤,  农作物,  环境质量,  健康风险评价,  包头    
Abstract：

To investigate and assess the characteristics of cadmium, lead, and zinc in the soil and crops in the farmland around the old industrial area in the south of Baotou City, this study analyzed and tested the heavy metal content in soil, crop root soil, and seeds, assess the pollution according to relevant standards, and conducted the risk assessment and source analysis of heavy metals using the pollution index, the bioconcentration factor, and human health risk index. The results are as follows:Regarding the soil environmental quality, the soils in the study area are dominated by clean soils, with the polluted soils distributed primarily on both sides of the old sewage canals.The sites of over-limit root soils are also primarily distributed around the old sewage canals.Among the heavy metal morphologies, carbonate-bound, Fe-Mn-bound, and residue heavy metals account for relatively high proportions, while exchangeable heavy metals (water-soluble and ion-exchange) account for relatively low proportions. Most of the seed samples exhibited normal and low enrichment of heavy metals. Compared with other crops, sunflower seeds showed super adsorptivity of cadmium, lead, and zinc, posing significant non-carcinogenic and carcinogenic health risks to children and adults.
Key words： farmland soil    crop    environmental quality    health risk assessment    Baotou
收稿日期: 2022-04-01      修回日期: 2022-10-20      出版日期: 2023-06-20
ZTFLH:  X142  
  X825  
基金资助:内蒙古自治区国土资源厅土地专项资金项目;内蒙古自治区自然科学基金项目(2022MS04020)
通讯作者: 成杭新(1964-),男,博士,研究员,研究方向为地球化学。Email:hangxin@vip.sina.com
作者简介: 包凤琴(1979-),女,博士后,高级工程师,研究方向为环境地球化学。Email:541206780@qq.com
引用本文:   
包凤琴, 成杭新, 永胜, 周立军, 杨宇亮. 包头南郊农田土壤环境质量特征及农作物健康风险评价[J]. 物探与化探, 2023, 47(3): 816-825.
Bao Feng-Qin, Cheng Hang-Xin, Yong Sheng, Zhou Li-Jun, Yang Yu-Liang. Environmental quality characteristics of soil and health risk assessment of crops of farmlands in the southern suburb of Baotou. Geophysical and Geochemical Exploration, 2023, 47(3): 816-825.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2023.1159      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2023/V47/I3/816
元素 检出限/
10-6		 报出
率/%		 ΔlgC平
均值		 ΔlgC合
格率/%		 λ合格
率/%		 RSD/%
Cd 0.02 100 0.021 100 100 3.07
Pb 2 100 0.04 100 100 5.37
Zn 2 100 0.01 100 100 1.38
Table 1  土壤样品分析测试报出率、准确度和精密度统计
等级 一等 二等 三等 四等 五等
土壤环境 Pi≤1 1<Pi≤2 2 <Pi≤3 3 <Pi≤5 Pi≥5
清洁 轻微污染 轻度污染 中度污染 重度污染
Table 2  土壤环境地球化学等级划分
暴露评价参数 成人参考值 儿童参考值
IR 玉米 0.15 kg/d 0.10 g/d
向日葵 0.10 g/d 0.03 g/d
蔬菜 0.35 g/d 0.23 g/d
ED 24 a 6 a
BW 67 kg 15 kg
EF 350 d/a
AT 非致癌物 ED×365 d
致癌物 70×365 d
Table 3  健康风险评价暴露参数
Fig.1  包头南郊采样点位分布
元素 特征值 环境地球化学质量等级划分
最大值/
10-6		 最小值/
10-6		 平均值/
10-6		 清洁 轻微污染 轻度污染 中度污染 重度污染
样品数 比例/% 样品数 比例/% 样品数 比例/% 样品数 比例/% 样品数 比例/%
Cd 2.1 0.1 0.4 570 86.2 73 11.0 17 2.57 1 0.15
Pb 889.0 15.6 146.0 470 71.1 146 22.1 35 5.30 9 1.36 1 0.15
Zn 1516.0 46.7 312.0 407 61.6 173 26.2 65 9.83 15 2.27 1 0.15
Table 4  包头南郊土壤镉、铅和锌特征值及环境质量等级划分
Fig.2  包头南郊土壤镉环境质量地球化学分级
Fig.3  包头南郊土壤铅环境质量地球化学分级
Fig.4  包头南郊土壤锌环境质量地球化学分级
Fig.5  重金属元素形态分布
农作物 特征值 镉 铅 锌 农作物 特征值 镉 铅 锌
玉米 最大值/10-6 1.167 380 688 葱 最大值/10-6 1.566 592 960
最小值/10-6 0.141 41 92 最小值/10-6 0.113 29 69
均值/10-6 0.454 176 321 均值/10-6 0.583 228 397
向日葵 最大值/10-6 0.656 325 585 圆白菜 最大值/10-6 1.042 506 866
最小值/10-6 0.089 23 55 最小值/10-6 0.204 72 143
均值/10-6 0.330 141 260 均值/10-6 0.503 208 381
Table 5  包头南郊农作物根系土重金属元素含量特征值
农作物 超标样品 超标元素(含量/10-6) 农作物 超标样品 超标元素(含量/10-6)
玉米 Z54 镉(1.167)、铅(380)、锌(688) 葱 Z45 铅(324)、锌(620)
Z31 镉(0.606)、铅(348)、锌(624) Z44 铅(253)、锌(454)
BZ20 镉(0.821)、铅(364)、锌(617) BZ02 镉(1.566)、铅(592)、锌(947)
BZ21 镉(0.726)、铅(274)、锌(487) BZ10 铅(301)、锌(548)
圆白菜 Z51 铅(217)、锌(422) BZ11 镉(1.259)、铅(586)、锌(960)
Z50 镉(1.042)、铅(506)、锌(866) BZX36 镉(0.715)、铅(288)、锌(505)
Z48 镉(0.822)、铅(327)、锌(610) BZX40 镉(0.977)、铅(421)、锌(711)
BZX37 镉(0.718)、铅(309)、锌(564) BZX42 镉(0.853)、铅(334)、锌(541)
BZX39 镉(1.028)、铅(451)、锌(769) BZX43 镉(0.902)、铅(328)、锌(547)
向日葵 Z55 铅(294)、锌(542)
BZ17 镉(0.656)、铅(325)、锌(585)
BZ19 铅(174)、锌(305)
Table 6  包头南郊农作物根系土超标样品及含量统计
农作物 特征值 镉 铅 锌 农作物 特征值 镉 铅 锌
玉米 最大值/10-6 0.009 0.71 21.8 葱 最大值/10-6 0.016 0.19 5.87
最小值/10-6 0.002 0.07 12.2 最小值/10-6 0.002 0.01 2.41
均值/10-6 0.005 0.33 17.9 均值/10-6 0.007 0.07 3.58
向日葵 最大值/10-6 0.303 19.70 128.0 圆白菜 最大值/10-6 0.013 0.25 4.73
最小值/10-6 0.066 0.01 74.8 最小值/10-6 0.001 0.01 0.96
均值/10-6 0.168 2.38 95.1 均值/10-6 0.002 0.05 2.04
Table 7  包头南郊农作物籽实重金属含量特征值
农作物 超标样品 超标元素
(含量/10-6)		 农作物 超标样品 超标元素
(含量/10-6)
玉米 Z54 铅(0.40) 向日葵 Z55 铅(0.61)
Z31 铅(0.51) Z30 铅(0.22)
BZ20 铅(0.71) Z29 铅(0.33)
BZ21 铅(0.32) Z28 铅(0.35)
BZ23 铅(0.40) Z16 铅(19.7)
BZ25 铅(0.49) 圆白菜 BZ13 铅(0.25)
Table 8  包头南郊农作物籽实超标样品及含量统计
农作
物		 BCFCd BCFPb BCFZn 农作
物		 BCFCd BCFPb BCFZn
玉米 1.68 0.28 9.23 葱 1.66 0.05 1.64
向日葵 59.26 4.70 56.56 圆白菜 0.60 0.04 0.65
Table 9  包头南郊农作物籽实生物富集系数统计
农作物 成人 HI CR/10-4 儿童 HI CR/10-4
HQCd HQPb HQZn HQCd HQPb HQZn
玉米 0.011 0.205 0.128 0.344 0.22 0.032 0.610 0.381 1.023 0.25
向日葵 0.240 0.972 0.454 1.666 7.53 1.072 4.342 2.026 7.441 8.41
葱 0.036 0.106 0.060 0.202 0.33 0.046 0.135 0.076 0.258 0.36
圆白菜 0.012 0.069 0.034 0.115 0.11 0.016 0.088 0.043 0.147 0.12
Table 10  成人和儿童非致癌和致癌风险指数统计
Fig.6  成人与儿童非致癌和致癌健康风险指数对比
注:向日葵值=实测值/10
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