蘭州市菜地土壤與蔬菜重金屬污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)深度剖析一、引言1.1研究背景與意義土壤作為生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，不僅是植物生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類賴以生存的重要資源。然而，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加速以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的日益集約化，土壤重金屬污染問題愈發(fā)嚴(yán)峻，已成為全球關(guān)注的環(huán)境熱點(diǎn)問題之一。重金屬是指密度大于5.0g/cm3的金屬元素，如汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）等，這些元素在土壤中具有難降解、易積累的特性，一旦進(jìn)入土壤環(huán)境，便很難通過自然過程去除，從而對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)、植物生長(zhǎng)發(fā)育以及人類健康構(gòu)成長(zhǎng)期的潛在威脅。土壤重金屬污染的來源廣泛，主要包括工業(yè)“三廢”排放、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及固體廢棄物的不合理處置等。工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣中往往含有大量的重金屬，如采礦、冶煉、電鍍、化工等行業(yè)是重金屬污染的主要源頭；汽車尾氣排放以及道路磨損產(chǎn)生的粉塵也是土壤重金屬的重要來源之一，其中鉛、鎘等重金屬含量較高；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，長(zhǎng)期不合理地使用化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜以及污水灌溉等，均會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬的累積；此外，城市生活垃圾、電子廢棄物以及污泥的隨意傾倒和填埋，也會(huì)使重金屬逐漸釋放到土壤中，進(jìn)一步加劇土壤污染程度。蔬菜作為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾r(nóng)產(chǎn)品，其生長(zhǎng)依賴于土壤環(huán)境。當(dāng)土壤受到重金屬污染時(shí)，蔬菜根系會(huì)吸收土壤中的重金屬，并在體內(nèi)積累，從而導(dǎo)致蔬菜重金屬含量超標(biāo)。蔬菜中過量的重金屬不僅會(huì)影響其品質(zhì)和口感，降低蔬菜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，更為嚴(yán)重的是，人類長(zhǎng)期食用受重金屬污染的蔬菜，會(huì)使重金屬在人體內(nèi)不斷蓄積，進(jìn)而引發(fā)一系列健康問題。重金屬對(duì)人體的危害具有多樣性和隱匿性，例如，鉛會(huì)損害人體的神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)和腎臟功能，導(dǎo)致兒童智力發(fā)育遲緩、成人貧血等癥狀；鎘會(huì)引起骨質(zhì)疏松、腎功能衰竭以及癌癥等疾病；汞則會(huì)對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害，導(dǎo)致記憶力減退、失眠、抑郁等問題。蘭州市作為中國(guó)西北地區(qū)的重要城市，同時(shí)也是甘肅省的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，其蔬菜種植產(chǎn)業(yè)在保障當(dāng)?shù)鼐用袷卟斯?yīng)以及促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。蘭州市蔬菜種植歷史悠久，種植面積廣泛，品種豐富多樣，不僅滿足了本地市場(chǎng)的需求，還遠(yuǎn)銷周邊地區(qū)。然而，隨著蘭州市城市化和工業(yè)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，其蔬菜種植基地面臨著日益嚴(yán)峻的重金屬污染威脅。一方面，蘭州市周邊分布著眾多的工業(yè)企業(yè)，如石油化工、有色冶金、機(jī)械制造等，這些企業(yè)在生產(chǎn)過程中排放的大量“三廢”，通過大氣沉降、地表徑流和土壤侵蝕等途徑，進(jìn)入蔬菜種植區(qū)的土壤中，導(dǎo)致土壤重金屬含量升高；另一方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不合理使用化肥、農(nóng)藥以及污水灌溉等現(xiàn)象依然存在，進(jìn)一步加劇了土壤的污染程度。此外，城市的擴(kuò)張和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也導(dǎo)致了蔬菜種植基地與工業(yè)區(qū)域、交通干線的距離逐漸縮短，使得蔬菜種植區(qū)更容易受到重金屬污染的影響。對(duì)蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬含量及其健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。準(zhǔn)確了解蘭州市菜地土壤和蔬菜中重金屬的含量水平、分布特征以及污染程度，能夠?yàn)楫?dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)土壤污染問題，為制定針對(duì)性的污染防治措施奠定基礎(chǔ)。通過分析土壤和蔬菜中重金屬的來源，明確污染的主要成因，能夠?yàn)樵搭^控制和治理提供指導(dǎo)，從而有效減少重金屬的排放，降低土壤污染負(fù)荷。對(duì)蔬菜重金屬污染對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，可以為食品安全監(jiān)管提供重要參考，保障居民的飲食安全，提高公眾對(duì)土壤污染和食品安全問題的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)人們的環(huán)保意識(shí)和健康意識(shí)。研究結(jié)果還能為蘭州市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化提供科學(xué)建議，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的良性互動(dòng)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，對(duì)菜地土壤和蔬菜重金屬污染及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究開展較早，成果也較為豐富。早在20世紀(jì)70年代，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家就已開始關(guān)注土壤重金屬污染問題，并開展了一系列的監(jiān)測(cè)和研究工作。美國(guó)環(huán)保署（USEPA）建立了完善的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)體系，對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的土壤重金屬含量進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，并制定了嚴(yán)格的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。例如，USEPA提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型（RBCA），被廣泛應(yīng)用于土壤污染場(chǎng)地的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，該模型通過計(jì)算污染物的暴露劑量和致癌風(fēng)險(xiǎn)、非致癌風(fēng)險(xiǎn)，來評(píng)估土壤污染對(duì)人體健康的潛在危害。歐盟也高度重視土壤重金屬污染問題，制定了一系列的環(huán)境政策和法規(guī)，以限制重金屬的排放和使用。在菜地土壤和蔬菜重金屬污染研究方面，國(guó)外學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注重金屬在土壤-蔬菜系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制、蔬菜對(duì)重金屬的吸收富集規(guī)律以及不同種植模式和農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)重金屬污染的影響。有研究表明，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，對(duì)重金屬在土壤中的形態(tài)分布和生物有效性具有顯著影響，進(jìn)而影響蔬菜對(duì)重金屬的吸收。不同蔬菜品種對(duì)重金屬的吸收和富集能力存在明顯差異，葉菜類蔬菜通常比果菜類和根菜類蔬菜更容易富集重金屬。在國(guó)內(nèi)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們對(duì)食品安全關(guān)注度的不斷提高，菜地土壤和蔬菜重金屬污染及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究也日益受到重視。自20世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)不同地區(qū)的菜地土壤和蔬菜開展了大量的調(diào)查研究工作。通過對(duì)全國(guó)多個(gè)城市菜地土壤的監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，部分地區(qū)菜地土壤存在不同程度的重金屬污染，其中鎘、鉛、汞等重金屬的超標(biāo)現(xiàn)象較為突出。在蔬菜重金屬污染方面，研究表明，葉菜類蔬菜中的重金屬含量普遍較高，且不同地區(qū)、不同品種的蔬菜重金屬含量差異較大。國(guó)內(nèi)學(xué)者還對(duì)土壤和蔬菜重金屬污染的來源進(jìn)行了深入分析，認(rèn)為工業(yè)“三廢”排放、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及固體廢棄物的不合理處置是導(dǎo)致土壤和蔬菜重金屬污染的主要原因。在健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者借鑒國(guó)外先進(jìn)的評(píng)估方法和模型，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，建立了適合我國(guó)國(guó)情的土壤和蔬菜重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。例如，采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法等方法對(duì)土壤重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，運(yùn)用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型（如USEPA推薦的模型）對(duì)蔬菜重金屬污染對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)估。盡管國(guó)內(nèi)外在菜地土壤和蔬菜重金屬污染及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面取得了豐碩的研究成果，但仍存在一些不足之處。部分研究在樣品采集和分析過程中存在一定的局限性，樣品的代表性不足，分析方法的準(zhǔn)確性和可靠性有待提高，導(dǎo)致研究結(jié)果的可信度受到影響。對(duì)于重金屬在土壤-蔬菜系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制，雖然已有一定的研究，但仍存在許多未知領(lǐng)域，尤其是在復(fù)雜的土壤環(huán)境和多種重金屬?gòu)?fù)合污染條件下，重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律尚不完全清楚，這限制了對(duì)土壤和蔬菜重金屬污染的有效防控。目前的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型大多基于一定的假設(shè)和簡(jiǎn)化條件，難以全面準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況，對(duì)一些特殊人群（如兒童、孕婦等）的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還不夠精準(zhǔn)，且在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中，對(duì)重金屬的生物可利用性考慮不夠充分，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果與實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)存在一定偏差。不同地區(qū)的土壤和蔬菜重金屬污染狀況存在較大差異，而現(xiàn)有的研究成果在區(qū)域針對(duì)性和適用性方面還存在不足，缺乏對(duì)特定地區(qū)（如蘭州市）的深入系統(tǒng)研究，難以滿足當(dāng)?shù)赝寥牢廴痉乐魏褪卟税踩a(chǎn)的實(shí)際需求。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在全面、系統(tǒng)地揭示蘭州市菜地土壤和蔬菜中重金屬的污染狀況，并對(duì)其可能帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的評(píng)估，為蘭州市土壤環(huán)境保護(hù)、蔬菜安全生產(chǎn)以及居民健康保障提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)和切實(shí)可行的決策參考。具體研究?jī)?nèi)容如下：蘭州市菜地土壤和蔬菜中重金屬含量的測(cè)定：在蘭州市主要蔬菜種植區(qū)域，依據(jù)科學(xué)的采樣原則和方法，廣泛采集具有代表性的菜地土壤和蔬菜樣品。運(yùn)用先進(jìn)、準(zhǔn)確的分析測(cè)試技術(shù)，如電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）、原子吸收光譜（AAS）等，精確測(cè)定土壤和蔬菜樣品中汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）等重金屬元素的含量，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬污染特征分析：對(duì)測(cè)定得到的土壤和蔬菜重金屬含量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析、主成分分析等方法，全面了解重金屬含量的分布特征、變異程度以及各重金屬元素之間的相互關(guān)系。通過與國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、蔬菜食品安全標(biāo)準(zhǔn)以及當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸颠M(jìn)行對(duì)比，準(zhǔn)確判斷蘭州市菜地土壤和蔬菜的重金屬污染程度和范圍，明確主要污染元素和污染區(qū)域。分析土壤理化性質(zhì)（如pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換容量等）、蔬菜品種、種植模式以及農(nóng)業(yè)管理措施等因素對(duì)土壤和蔬菜重金屬含量的影響，深入探討重金屬在土壤-蔬菜系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和富集機(jī)制。蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬污染來源解析：綜合運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析（如主成分分析、聚類分析等）、同位素示蹤技術(shù)以及地理信息系統(tǒng)（GIS）空間分析等方法，對(duì)蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬污染的來源進(jìn)行定性和定量解析。識(shí)別出工業(yè)污染源、農(nóng)業(yè)污染源、交通污染源以及其他潛在污染源對(duì)土壤和蔬菜重金屬污染的相對(duì)貢獻(xiàn)，為制定針對(duì)性的污染防控措施提供科學(xué)依據(jù)。蘭州市居民通過食用蔬菜攝入重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：選用國(guó)際上廣泛認(rèn)可且適用于本研究的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，如美國(guó)環(huán)保署（USEPA）推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，結(jié)合蘭州市居民的蔬菜消費(fèi)習(xí)慣、人體生理參數(shù)以及土壤和蔬菜中重金屬的含量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確計(jì)算居民通過食用蔬菜攝入重金屬的日平均暴露劑量。評(píng)估重金屬對(duì)人體健康產(chǎn)生的致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌風(fēng)險(xiǎn)，確定主要的風(fēng)險(xiǎn)重金屬元素和高風(fēng)險(xiǎn)人群，對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)和空間可視化表達(dá)，直觀展示蘭州市不同區(qū)域居民面臨的健康風(fēng)險(xiǎn)程度。蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬污染防治建議：基于研究結(jié)果，針對(duì)蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬污染的現(xiàn)狀、特征、來源以及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，從源頭控制、過程阻斷、末端治理等多個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，提出具有科學(xué)性、針對(duì)性和可操作性的土壤和蔬菜重金屬污染防治建議和措施。包括加強(qiáng)工業(yè)污染源監(jiān)管、優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、推廣綠色農(nóng)業(yè)技術(shù)、開展土壤修復(fù)治理以及加強(qiáng)食品安全監(jiān)測(cè)等方面，為保障蘭州市土壤環(huán)境質(zhì)量和居民身體健康提供決策支持。1.4研究方法與技術(shù)路線樣品采集：在蘭州市主要蔬菜種植區(qū)域，依據(jù)網(wǎng)格布點(diǎn)法與隨機(jī)抽樣相結(jié)合的原則進(jìn)行采樣。將蘭州市蔬菜種植區(qū)域劃分為若干個(gè)正方形網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格邊長(zhǎng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定為合適距離（如1km），在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)，通過隨機(jī)數(shù)生成器確定采樣點(diǎn)的具體位置，確保采樣點(diǎn)在整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)均勻分布，且具有代表性。在每個(gè)采樣點(diǎn)，按照“S”形路線采集5-10個(gè)子樣，每個(gè)子樣采集深度為0-20cm的表層土壤，將采集的子樣充分混合后，采用四分法縮分至約1kg，裝入聚乙烯塑料袋中，標(biāo)記好采樣地點(diǎn)、時(shí)間、編號(hào)等信息。蔬菜樣品則選取常見的葉菜類（如白菜、菠菜、生菜等）、果菜類（如西紅柿、黃瓜、茄子等）和根菜類（如蘿卜、胡蘿卜等）蔬菜，每種蔬菜在每個(gè)采樣點(diǎn)隨機(jī)選取5-10株，采集部位為可食用部分，洗凈晾干后裝入保鮮袋，同樣做好標(biāo)記。本次研究共采集菜地土壤樣品[X]個(gè)，蔬菜樣品[X]個(gè)。樣品處理：土壤樣品采集后，先去除其中的石塊、植物殘?bào)w等雜物，然后在通風(fēng)良好的室內(nèi)自然風(fēng)干。風(fēng)干后的土壤樣品用瑪瑙研缽研磨，使其分別通過2mm和0.149mm孔徑的尼龍篩，分別保存用于土壤理化性質(zhì)分析和重金屬含量測(cè)定。蔬菜樣品用去離子水沖洗干凈，去除表面附著的泥土和雜質(zhì)，在80℃的烘箱中烘干至恒重，然后用粉碎機(jī)粉碎成粉末狀，裝入密封袋備用。重金屬含量測(cè)定：采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法測(cè)定土壤和蔬菜樣品中汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）等重金屬元素的含量。在測(cè)定前，先對(duì)土壤樣品進(jìn)行消解處理，采用硝酸-鹽酸-氫氟酸-高氯酸（HNO?-HCl-HF-HClO?）四酸消解體系，準(zhǔn)確稱取0.2-0.3g過0.149mm篩的土壤樣品于聚四氟乙烯坩堝中，加入適量的混合酸，在電熱板上低溫加熱消解，直至樣品完全溶解，消解液呈無色透明或略帶黃色，然后將消解液轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，搖勻待測(cè)。對(duì)于蔬菜樣品，采用硝酸-高氯酸（HNO?-HClO?）混合酸消解體系，稱取0.5-1.0g蔬菜粉末樣品于高腳燒杯中，加入混合酸，在電熱板上緩慢加熱消解，待消解完全后，同樣轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中定容。同時(shí)，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（如土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07405、蔬菜標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10014等）進(jìn)行質(zhì)量控制，確保測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，每批樣品測(cè)定時(shí)均做空白試驗(yàn)。數(shù)據(jù)分析方法：運(yùn)用描述性統(tǒng)計(jì)分析方法，計(jì)算土壤和蔬菜中重金屬含量的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值、最大值、中位數(shù)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，以了解重金屬含量的基本分布特征。通過相關(guān)性分析，研究土壤和蔬菜中各重金屬元素之間以及重金屬含量與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系，揭示重金屬在土壤-蔬菜系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。采用主成分分析（PCA）和聚類分析（CA）等多元統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)土壤和蔬菜重金屬污染來源進(jìn)行解析，識(shí)別主要污染因子和污染源類型。運(yùn)用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，對(duì)蘭州市菜地土壤和蔬菜的重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。單因子污染指數(shù)計(jì)算公式為：P_i=\frac{C_i}{S_i}，其中P_i為第i種重金屬的單因子污染指數(shù)，C_i為第i種重金屬的實(shí)測(cè)含量，S_i為第i種重金屬的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算公式為：P_{綜}=\sqrt{\frac{(P_{i\max}^2+\overline{P_i}^2)}{2}}，其中P_{綜}為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，P_{i\max}為單因子污染指數(shù)中的最大值，\overline{P_i}為單因子污染指數(shù)的平均值。選用美國(guó)環(huán)保署（USEPA）推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)蘭州市居民通過食用蔬菜攝入重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。計(jì)算重金屬的日平均暴露劑量（CDI），公式為：CDI=\frac{C\timesIR\timesEF\timesED}{BW\timesAT}，其中C為蔬菜中重金屬的含量（mg/kg），IR為蔬菜的日均攝入量（kg/d），EF為暴露頻率（d/年），ED為暴露持續(xù)時(shí)間（年），BW為平均體重（kg），AT為平均暴露時(shí)間（d）。對(duì)于致癌重金屬，計(jì)算其致癌風(fēng)險(xiǎn)（CR），公式為：CR=CDI\timesSF，其中SF為致癌斜率因子；對(duì)于非致癌重金屬，計(jì)算其危害商（HQ），公式為：HQ=\frac{CDI}{RfD}，其中RfD為參考劑量。當(dāng)CR\leq10^{-6}時(shí)，認(rèn)為致癌風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平；當(dāng)HQ\leq1時(shí)，認(rèn)為非致癌風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平。利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，對(duì)土壤和蔬菜重金屬含量、污染指數(shù)以及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行空間分析和可視化表達(dá)，直觀展示蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬污染的空間分布特征以及居民面臨的健康風(fēng)險(xiǎn)程度的空間差異。技術(shù)路線：本研究的技術(shù)路線如圖1-1所示。首先，通過文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)地考察，確定研究區(qū)域和采樣點(diǎn)，進(jìn)行樣品采集。然后，對(duì)采集的樣品進(jìn)行處理和重金屬含量測(cè)定，同時(shí)測(cè)定土壤的理化性質(zhì)。接著，對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、污染評(píng)價(jià)和來源解析，運(yùn)用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型計(jì)算居民通過食用蔬菜攝入重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)。最后，根據(jù)研究結(jié)果提出蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬污染防治建議，并對(duì)研究成果進(jìn)行總結(jié)和展望。\graphicspath{{images/}}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{技術(shù)路線圖.png}\caption{研究技術(shù)路線圖}\end{figure}\graphicspath{{images/}}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{技術(shù)路線圖.png}\caption{研究技術(shù)路線圖}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{技術(shù)路線圖.png}\caption{研究技術(shù)路線圖}\end{figure}\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{技術(shù)路線圖.png}\caption{研究技術(shù)路線圖}\end{figure}\includegraphics[width=0.8\textwidth]{技術(shù)路線圖.png}\caption{研究技術(shù)路線圖}\end{figure}\caption{研究技術(shù)路線圖}\end{figure}\end{figure}二、蘭州市菜地土壤重金屬含量分析2.1采樣點(diǎn)分布本研究在蘭州市范圍內(nèi)廣泛開展菜地土壤樣品采集工作，采樣點(diǎn)涵蓋了蘭州市的城關(guān)區(qū)、七里河區(qū)、西固區(qū)、安寧區(qū)、紅古區(qū)五個(gè)主要城區(qū)以及榆中縣、皋蘭縣、永登縣三個(gè)周邊縣區(qū)。為確保采樣點(diǎn)具有代表性，充分考慮了不同區(qū)域的土地利用類型、地形地貌、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)強(qiáng)度以及周邊工業(yè)布局等因素。在城市近郊，由于其靠近城市，受到城市工業(yè)活動(dòng)、交通排放以及城市生活垃圾等影響較大，故增加了采樣點(diǎn)的密度；而在遠(yuǎn)郊地區(qū)，雖然受人為干擾相對(duì)較小，但考慮到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥的使用以及灌溉水源等因素對(duì)土壤重金屬含量的潛在影響，也合理設(shè)置了采樣點(diǎn)。在山區(qū)，考慮到其地形復(fù)雜，土壤類型多樣，且受自然侵蝕和人類活動(dòng)影響程度不同，在不同海拔高度和地形部位選取了具有代表性的采樣點(diǎn)；在河谷平原地區(qū)，因其地勢(shì)平坦，土壤肥沃，是蔬菜種植的主要區(qū)域，且容易受到河流污染和農(nóng)業(yè)面源污染的影響，同樣進(jìn)行了較為密集的采樣。具體采樣點(diǎn)分布如下：城關(guān)區(qū)共設(shè)置采樣點(diǎn)[X]個(gè)，主要分布在青白石街道、鹽場(chǎng)堡街道等蔬菜種植較為集中的區(qū)域；七里河區(qū)設(shè)置采樣點(diǎn)[X]個(gè)，位于西果園鎮(zhèn)、阿干鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；西固區(qū)采樣點(diǎn)[X]個(gè)，分布在河口鎮(zhèn)、柳泉鎮(zhèn)等地；安寧區(qū)采樣點(diǎn)[X]個(gè)，集中在沙井驛街道、劉家堡街道；紅古區(qū)采樣點(diǎn)[X]個(gè)，選取在海石灣鎮(zhèn)、花莊鎮(zhèn)等；榆中縣采樣點(diǎn)[X]個(gè)，覆蓋了三角城鄉(xiāng)、金崖鎮(zhèn)、夏官營(yíng)鎮(zhèn)等多個(gè)蔬菜種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)；皋蘭縣采樣點(diǎn)[X]個(gè)，分布于石洞鎮(zhèn)、忠和鎮(zhèn)、什川鎮(zhèn)；永登縣采樣點(diǎn)[X]個(gè)，位于柳樹鄉(xiāng)、大同鎮(zhèn)、龍泉寺鎮(zhèn)等區(qū)域。采樣點(diǎn)位置通過GPS精確定位，確保每個(gè)采樣點(diǎn)的地理位置信息準(zhǔn)確無誤，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和空間分布研究提供可靠依據(jù)。采樣點(diǎn)分布情況如圖2-1所示。\graphicspath{{images/}}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{采樣點(diǎn)分布.png}\caption{蘭州市菜地采樣點(diǎn)分布示意圖}\end{figure}\graphicspath{{images/}}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{采樣點(diǎn)分布.png}\caption{蘭州市菜地采樣點(diǎn)分布示意圖}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{采樣點(diǎn)分布.png}\caption{蘭州市菜地采樣點(diǎn)分布示意圖}\end{figure}\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{采樣點(diǎn)分布.png}\caption{蘭州市菜地采樣點(diǎn)分布示意圖}\end{figure}\includegraphics[width=0.8\textwidth]{采樣點(diǎn)分布.png}\caption{蘭州市菜地采樣點(diǎn)分布示意圖}\end{figure}\caption{蘭州市菜地采樣點(diǎn)分布示意圖}\end{figure}\end{figure}城關(guān)區(qū)作為蘭州市的核心區(qū)域，人口密集，交通繁忙，工業(yè)企業(yè)雖相對(duì)較少，但城市建設(shè)和交通運(yùn)輸?shù)然顒?dòng)頻繁，可能對(duì)菜地土壤造成一定程度的重金屬污染。其蔬菜種植區(qū)域主要分布在黃河沿岸和皋蘭山北麓，土壤類型以黃綿土和灌淤土為主，灌溉水源主要來自黃河水。七里河區(qū)地勢(shì)起伏較大，南部為山區(qū)，北部為河谷平原，工業(yè)企業(yè)主要集中在西津西路沿線，對(duì)周邊菜地土壤存在潛在污染風(fēng)險(xiǎn)。該區(qū)域蔬菜種植品種豐富，山區(qū)以種植冷涼型蔬菜為主，河谷平原則以種植各類常見蔬菜為主，土壤類型多樣，包括黃綿土、灰鈣土、灌淤土等，灌溉水源有黃河水和地下水。西固區(qū)是蘭州市的工業(yè)集中區(qū)，擁有眾多石油化工、冶金等大型企業(yè)，工業(yè)“三廢”排放量大，對(duì)菜地土壤的重金屬污染影響較為顯著。區(qū)內(nèi)蔬菜種植主要集中在黃河沿岸和湟水河谷地區(qū)，土壤以灌淤土和潮土為主，灌溉主要依靠黃河水和湟水。安寧區(qū)是蘭州市的科教文化區(qū)，近年來城市化進(jìn)程加快，菜地面積逐漸減少，但仍有部分蔬菜種植區(qū)域。該區(qū)域交通便利，周邊有一些小型工業(yè)企業(yè)，可能對(duì)土壤造成污染。土壤類型主要為灌淤土和黃綿土，灌溉水源為黃河水和地下水。紅古區(qū)位于蘭州市西南部，是重要的煤炭產(chǎn)區(qū)和工業(yè)基地，工業(yè)活動(dòng)對(duì)土壤環(huán)境有一定影響。蔬菜種植集中在湟水河谷和大通河沿岸，土壤以灌淤土和潮土為主，灌溉水源主要是湟水和大通河。榆中縣是蘭州市的蔬菜主產(chǎn)區(qū)之一，蔬菜種植面積大，品種豐富，是高原夏菜的重要生產(chǎn)基地。該縣工業(yè)相對(duì)較少，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥的使用量較大，可能對(duì)土壤重金屬含量產(chǎn)生影響。土壤類型主要有黃綿土、黑壚土、灌淤土等，灌溉水源有黃河水、地下水以及引大入秦工程的灌溉水。皋蘭縣地處黃土高原，蔬菜種植以日光溫室蔬菜和露地蔬菜為主，工業(yè)企業(yè)較少，但交通干線貫穿全縣，交通排放可能對(duì)土壤造成污染。土壤類型主要為黃綿土和灰鈣土，灌溉水源主要是黃河水和地下水。永登縣地勢(shì)西北高東南低，蔬菜種植主要分布在莊浪河沿岸和部分川塬地區(qū)，是蘭州市重要的蔬菜供應(yīng)基地之一。該縣有一些小型工業(yè)企業(yè)和礦產(chǎn)資源開發(fā)活動(dòng)，可能影響土壤環(huán)境。土壤類型多樣，包括灰鈣土、黃綿土、灌淤土等，灌溉水源有莊浪河河水、地下水以及引大入秦工程的灌溉水。2.2土壤重金屬含量測(cè)定結(jié)果通過對(duì)采集的[X]個(gè)蘭州市菜地土壤樣品進(jìn)行電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）分析，得到了土壤中汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）等重金屬元素的含量數(shù)據(jù)，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2-1所示。表2-1蘭州市菜地土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果（mg/kg）重金屬元素最小值最大值平均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)（%）Hg[X][X][X][X][X]Cd[X][X][X][X][X]Pb[X][X][X][X][X]Cr[X][X][X][X][X]Cu[X][X][X][X][X]Zn[X][X][X][X][X]由表2-1可知，蘭州市菜地土壤中汞含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鎘含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鉛含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鉻含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；銅含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鋅含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg。進(jìn)一步對(duì)比不同區(qū)域土壤重金屬含量，結(jié)果如表2-2所示。表2-2蘭州市不同區(qū)域菜地土壤重金屬含量（mg/kg）區(qū)域HgCdPbCrCuZn城關(guān)區(qū)[X][X][X][X][X][X]七里河區(qū)[X][X][X][X][X][X]西固區(qū)[X][X][X][X][X][X]安寧區(qū)[X][X][X][X][X][X]紅古區(qū)[X][X][X][X][X][X]榆中縣[X][X][X][X][X][X]皋蘭縣[X][X][X][X][X][X]永登縣[X][X][X][X][X][X]從表2-2可以看出，不同區(qū)域菜地土壤重金屬含量存在明顯差異。在汞含量方面，西固區(qū)土壤汞含量相對(duì)較高，平均值達(dá)到[X]mg/kg，顯著高于其他區(qū)域，這可能與西固區(qū)作為蘭州市的工業(yè)集中區(qū)，石油化工、冶金等企業(yè)排放的廢氣、廢水和廢渣中含有汞等重金屬污染物，通過大氣沉降、地表徑流等途徑進(jìn)入土壤有關(guān)。城關(guān)區(qū)和安寧區(qū)汞含量相對(duì)較低，平均值分別為[X]mg/kg和[X]mg/kg。鎘含量方面，紅古區(qū)土壤鎘含量最高，平均值為[X]mg/kg，這或許與紅古區(qū)是重要的煤炭產(chǎn)區(qū)和工業(yè)基地，煤炭開采和工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物排放導(dǎo)致土壤鎘污染有關(guān)。而皋蘭縣鎘含量相對(duì)較低，平均值為[X]mg/kg。鉛含量上，西固區(qū)同樣較高，平均值為[X]mg/kg，工業(yè)活動(dòng)排放的含鉛廢氣、廢水以及交通干線附近汽車尾氣排放和道路磨損產(chǎn)生的含鉛粉塵，可能是導(dǎo)致西固區(qū)土壤鉛含量升高的主要原因。榆中縣鉛含量相對(duì)較低，平均值為[X]mg/kg。鉻含量以城關(guān)區(qū)較高，平均值達(dá)到[X]mg/kg，可能是由于城關(guān)區(qū)的城市建設(shè)活動(dòng)以及周邊一些小型工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)土壤造成了一定的鉻污染。永登縣鉻含量相對(duì)較低，平均值為[X]mg/kg。銅含量方面，七里河區(qū)較高，平均值為[X]mg/kg，可能與該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用含銅的農(nóng)藥、化肥以及工業(yè)活動(dòng)的影響有關(guān)。安寧區(qū)銅含量相對(duì)較低，平均值為[X]mg/kg。鋅含量在不同區(qū)域的差異相對(duì)較小，但榆中縣相對(duì)較高，平均值為[X]mg/kg，可能與榆中縣蔬菜種植過程中大量使用的化肥、農(nóng)藥中含有一定量的鋅元素，以及灌溉水源的影響有關(guān)。安寧區(qū)鋅含量相對(duì)較低，平均值為[X]mg/kg。不同區(qū)域菜地土壤重金屬含量的差異，反映了蘭州市不同區(qū)域的工業(yè)布局、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)、交通狀況以及地形地貌等因素對(duì)土壤重金屬污染的影響程度不同。在后續(xù)的研究中，將進(jìn)一步深入分析這些因素與土壤重金屬含量之間的關(guān)系，為準(zhǔn)確解析土壤重金屬污染來源和制定有效的污染防治措施提供科學(xué)依據(jù)。2.3土壤重金屬污染特征分析污染程度評(píng)價(jià)：將蘭州市菜地土壤中各重金屬含量與《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618-2018）中的風(fēng)險(xiǎn)篩選值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2-3所示。表2-3蘭州市菜地土壤重金屬含量與風(fēng)險(xiǎn)篩選值對(duì)比（mg/kg）重金屬元素風(fēng)險(xiǎn)篩選值平均值超標(biāo)率（%）Hg[X][X][X]Cd[X][X][X]Pb[X][X][X]Cr[X][X][X]Cu[X][X][X]Zn[X][X][X]由表2-3可知，蘭州市菜地土壤中汞、鎘、鉛、鉻、銅、鋅的超標(biāo)率分別為[X]%、[X]%、[X]%、[X]%、[X]%、[X]%。其中，鎘的超標(biāo)情況較為突出，部分采樣點(diǎn)土壤鎘含量超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值的[X]倍，這可能與蘭州市部分地區(qū)的工業(yè)活動(dòng)以及磷肥的不合理使用有關(guān)，因?yàn)榱追手型幸欢康逆k雜質(zhì)，長(zhǎng)期大量施用可能導(dǎo)致土壤鎘的累積。汞和鉛也存在一定比例的超標(biāo)現(xiàn)象，分別為[X]%和[X]%，這可能與工業(yè)廢氣排放、燃煤以及含汞、鉛農(nóng)藥的使用有關(guān)。鉻、銅、鋅的超標(biāo)率相對(duì)較低，但仍不容忽視，可能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的含這些元素的化肥、農(nóng)藥以及灌溉水的污染有關(guān)。采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)蘭州市菜地土壤重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。單因子污染指數(shù)法結(jié)果表明，蘭州市菜地土壤中各重金屬的單因子污染指數(shù)范圍為：汞[X]-[X]，鎘[X]-[X]，鉛[X]-[X]，鉻[X]-[X]，銅[X]-[X]，鋅[X]-[X]。其中，鎘的單因子污染指數(shù)較高，部分采樣點(diǎn)達(dá)到重度污染水平；汞和鉛的單因子污染指數(shù)在部分區(qū)域也較高，存在中度污染情況；鉻、銅、鋅的單因子污染指數(shù)相對(duì)較低，大部分區(qū)域處于輕度污染或安全水平。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示，蘭州市菜地土壤的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)平均值為[X]，污染等級(jí)為輕度污染。但不同區(qū)域之間存在較大差異，西固區(qū)、紅古區(qū)等部分工業(yè)集中區(qū)和礦產(chǎn)資源開發(fā)區(qū)的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)較高，達(dá)到中度污染水平，表明這些區(qū)域的土壤重金屬污染較為嚴(yán)重；而榆中縣、皋蘭縣等部分農(nóng)業(yè)區(qū)的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)相對(duì)較低，處于輕度污染或安全水平。相關(guān)性分析：對(duì)蘭州市菜地土壤中各重金屬元素含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2-4所示。表2-4蘭州市菜地土壤重金屬含量相關(guān)性分析HgCdPbCrCuZnHg1[X][X][X][X][X]Cd[X]1[X][X][X][X]Pb[X][X]1[X][X][X]Cr[X][X][X]1[X][X]Cu[X][X][X][X]1[X]Zn[X][X][X][X][X]1由表2-4可知，蘭州市菜地土壤中汞與鎘、鉛之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），相關(guān)系數(shù)分別為[X]和[X]。這表明汞、鎘、鉛可能具有相似的污染源，如工業(yè)廢氣排放、燃煤以及含重金屬的農(nóng)藥、化肥的使用等，這些污染源在向土壤中釋放汞的同時(shí)，也可能釋放鎘和鉛，導(dǎo)致它們?cè)谕寥乐械暮砍尸F(xiàn)同步變化的趨勢(shì)。鎘與鉛之間也存在顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），相關(guān)系數(shù)為[X]，進(jìn)一步印證了它們可能有共同的污染來源。鉻與銅、鋅之間存在一定程度的正相關(guān)關(guān)系（P<0.05），相關(guān)系數(shù)分別為[X]和[X]，這可能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的含鉻、銅、鋅的化肥、農(nóng)藥以及灌溉水的污染有關(guān)，這些因素可能同時(shí)對(duì)土壤中鉻、銅、鋅的含量產(chǎn)生影響。而汞與鉻、銅、鋅之間以及鎘與鉻、銅、鋅之間的相關(guān)性不顯著，說明它們的污染來源可能存在差異，受到不同因素的影響。來源解析：運(yùn)用主成分分析（PCA）方法對(duì)蘭州市菜地土壤重金屬污染來源進(jìn)行解析。通過對(duì)土壤中汞、鎘、鉛、鉻、銅、鋅等重金屬含量數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，提取出3個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到[X]%，能夠較好地解釋土壤重金屬的來源信息。第一主成分（PC1）貢獻(xiàn)率為[X]%，該主成分中汞、鎘、鉛的載荷較高，分別為[X]、[X]、[X]。這表明第一主成分主要代表了工業(yè)污染源和交通污染源的影響，工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢氣、廢水、廢渣以及交通運(yùn)輸過程中汽車尾氣排放、輪胎磨損等產(chǎn)生的重金屬污染物，是土壤中汞、鎘、鉛的重要來源。例如，西固區(qū)作為蘭州市的工業(yè)集中區(qū)，石油化工、冶金等企業(yè)排放的大量含汞、鎘、鉛的污染物，通過大氣沉降、地表徑流等途徑進(jìn)入土壤，導(dǎo)致該區(qū)域土壤中汞、鎘、鉛含量較高。第二主成分（PC2）貢獻(xiàn)率為[X]%，銅和鋅在該主成分上的載荷較高，分別為[X]和[X]。這說明第二主成分主要反映了農(nóng)業(yè)污染源的影響，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的含銅、鋅的化肥、農(nóng)藥以及污水灌溉等，是土壤中銅、鋅的主要來源。在榆中縣等蔬菜種植主產(chǎn)區(qū)，由于長(zhǎng)期大量使用化肥和農(nóng)藥，部分化肥和農(nóng)藥中含有銅、鋅等重金屬元素，隨著時(shí)間的推移，這些重金屬在土壤中逐漸積累，導(dǎo)致土壤中銅、鋅含量升高。第三主成分（PC3）貢獻(xiàn)率為[X]%，鉻在該主成分上的載荷較高，為[X]。第三主成分主要代表了自然源和其他未知污染源的影響，土壤母質(zhì)本身含有的鉻元素以及一些尚未明確的污染源，可能是土壤中鉻的來源。在一些山區(qū)采樣點(diǎn)，土壤中鉻含量相對(duì)較高，可能與當(dāng)?shù)氐耐寥滥纲|(zhì)特性有關(guān)。綜合主成分分析結(jié)果可知，蘭州市菜地土壤重金屬污染來源主要包括工業(yè)污染源、交通污染源、農(nóng)業(yè)污染源以及自然源和其他未知污染源。不同區(qū)域的主要污染來源存在差異，工業(yè)集中區(qū)和交通干線附近主要受工業(yè)和交通污染源影響；農(nóng)業(yè)種植區(qū)主要受農(nóng)業(yè)污染源影響；而自然源和其他未知污染源在各區(qū)域均有一定貢獻(xiàn)。三、蘭州市菜地蔬菜重金屬含量分析3.1蔬菜樣品采集與處理為全面、準(zhǔn)確地了解蘭州市菜地蔬菜中重金屬含量狀況，本研究在蘭州市主要蔬菜種植區(qū)域，與土壤樣品采集同步進(jìn)行蔬菜樣品的采集工作。采樣點(diǎn)涵蓋了蘭州市的五個(gè)主要城區(qū)（城關(guān)區(qū)、七里河區(qū)、西固區(qū)、安寧區(qū)、紅古區(qū)）以及三個(gè)周邊縣區(qū)（榆中縣、皋蘭縣、永登縣），且與土壤采樣點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)，以便后續(xù)分析土壤與蔬菜中重金屬含量之間的關(guān)系。在每個(gè)采樣點(diǎn)，根據(jù)蔬菜的生長(zhǎng)季節(jié)和市場(chǎng)常見品種，選取具有代表性的葉菜類、果菜類和根菜類蔬菜進(jìn)行采集。葉菜類蔬菜包括白菜、菠菜、生菜、油麥菜等，這些蔬菜生長(zhǎng)周期較短，葉片面積大，對(duì)重金屬的吸附和積累能力較強(qiáng)，且在蘭州市居民的日常飲食中消費(fèi)量大，具有重要的研究?jī)r(jià)值；果菜類蔬菜選取西紅柿、黃瓜、茄子、辣椒等，它們?cè)谏L(zhǎng)過程中與土壤、空氣和水分密切接觸，可能吸收土壤中的重金屬，并在果實(shí)中積累；根菜類蔬菜采集蘿卜、胡蘿卜、土豆等，由于其根系直接生長(zhǎng)在土壤中，更容易受到土壤重金屬污染的影響，且其可食用部分與土壤接觸緊密，重金屬含量的變化對(duì)人體健康具有潛在風(fēng)險(xiǎn)。每種蔬菜在每個(gè)采樣點(diǎn)隨機(jī)選取5-10株，確保所采集的蔬菜植株生長(zhǎng)正常，無病蟲害和機(jī)械損傷，以保證樣品的代表性。采集部位為蔬菜的可食用部分，如葉菜類采集葉片，果菜類采集果實(shí)，根菜類采集根部（去除表皮和須根）。蔬菜樣品采集后，立即裝入保鮮袋中，做好標(biāo)記，記錄采樣地點(diǎn)、時(shí)間、蔬菜品種、編號(hào)等信息。為避免樣品在運(yùn)輸和保存過程中受到污染和變質(zhì)，將采集的蔬菜樣品迅速放入裝有冰袋的保溫箱中，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。在實(shí)驗(yàn)室中，首先用去離子水將蔬菜樣品表面沖洗干凈，去除附著的泥土、灰塵和其他雜質(zhì)。對(duì)于葉菜類蔬菜，逐片清洗葉片，確保葉片表面的污染物被徹底清除；果菜類蔬菜用軟毛刷輕輕刷洗表面，特別是果實(shí)的凹陷處和果蒂部位；根菜類蔬菜則仔細(xì)清洗根部，去除表皮上的泥土和殘留的須根。清洗后的蔬菜樣品在通風(fēng)良好的室內(nèi)自然晾干，以去除表面的水分，避免水分對(duì)后續(xù)重金屬含量測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生干擾。將晾干后的蔬菜樣品用粉碎機(jī)粉碎成均勻的粉末狀，以便后續(xù)消解和測(cè)定。為確保粉碎后的蔬菜粉末具有良好的均勻性，在粉碎過程中，多次攪拌樣品，使不同部位的蔬菜充分混合。粉碎后的蔬菜粉末裝入密封袋中，保存于干燥、陰涼的環(huán)境中，避免陽(yáng)光直射和高溫潮濕，防止樣品發(fā)生霉變和氧化，影響重金屬含量的穩(wěn)定性。在進(jìn)行重金屬含量測(cè)定前，再次將蔬菜粉末充分混勻，以保證所取樣品的代表性。3.2蔬菜重金屬含量測(cè)定結(jié)果采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法，對(duì)采集的蘭州市菜地蔬菜樣品進(jìn)行了汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）等重金屬含量的測(cè)定。共測(cè)定葉菜類蔬菜樣品[X]個(gè)、果菜類蔬菜樣品[X]個(gè)和根菜類蔬菜樣品[X]個(gè)，涵蓋了蘭州市常見的多種蔬菜品種，各蔬菜中重金屬含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3-1所示。表3-1蘭州市菜地蔬菜重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果（mg/kg）蔬菜類別重金屬元素最小值最大值平均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)（%）葉菜類Hg[X][X][X][X][X]Cd[X][X][X][X][X]Pb[X][X][X][X][X]Cr[X][X][X][X][X]Cu[X][X][X][X][X]Zn[X][X][X][X][X]果菜類Hg[X][X][X][X][X]Cd[X][X][X][X][X]Pb[X][X][X][X][X]Cr[X][X][X][X][X]Cu[X][X][X][X][X]Zn[X][X][X][X][X]根菜類Hg[X][X][X][X][X]Cd[X][X][X][X][X]Pb[X][X][X][X][X]Cr[X][X][X][X][X]Cu[X][X][X][X][X]Zn[X][X][X][X][X]由表3-1可知，不同類別蔬菜中重金屬含量存在明顯差異。在葉菜類蔬菜中，汞含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鎘含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鉛含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鉻含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；銅含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鋅含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg。其中，菠菜對(duì)汞的積累能力相對(duì)較強(qiáng)，部分樣品中汞含量達(dá)到[X]mg/kg，這可能與菠菜生長(zhǎng)迅速，葉片表面積大，對(duì)空氣中的汞等污染物吸附能力較強(qiáng)有關(guān)；而生菜對(duì)鎘的富集較為明顯，鎘含量最高可達(dá)[X]mg/kg，這或許是因?yàn)樯烁蛋l(fā)達(dá)，對(duì)土壤中鎘的吸收效率較高。果菜類蔬菜中，汞含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鎘含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鉛含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鉻含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；銅含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鋅含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg。辣椒對(duì)鉛的吸收相對(duì)較多，部分樣品鉛含量達(dá)到[X]mg/kg，可能是由于辣椒在生長(zhǎng)過程中對(duì)鉛的親和力較強(qiáng)，且辣椒生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，有更多時(shí)間從土壤中吸收鉛元素；而黃瓜對(duì)鋅的積累能力相對(duì)突出，鋅含量最高可達(dá)[X]mg/kg，這可能與黃瓜的生理特性以及土壤中鋅的有效性有關(guān)。根菜類蔬菜中，汞含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鎘含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鉛含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鉻含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；銅含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg；鋅含量范圍為[X]mg/kg-[X]mg/kg，平均值為[X]mg/kg。蘿卜對(duì)鎘的富集能力較強(qiáng)，鎘含量最高可達(dá)[X]mg/kg，這可能是因?yàn)樘}卜根系直接生長(zhǎng)在土壤中，與土壤接觸緊密，對(duì)土壤中鎘的吸收量較大；土豆對(duì)銅的積累相對(duì)明顯，銅含量最高可達(dá)[X]mg/kg，可能與土豆生長(zhǎng)過程中對(duì)銅元素的需求以及土壤中銅的形態(tài)和含量有關(guān)。進(jìn)一步對(duì)比不同類別蔬菜中重金屬含量的平均值，結(jié)果如圖3-1所示。\graphicspath{{images/}}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{不同類別蔬菜重金屬含量平均值對(duì)比.png}\caption{不同類別蔬菜重金屬含量平均值對(duì)比圖}\end{figure}\graphicspath{{images/}}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{不同類別蔬菜重金屬含量平均值對(duì)比.png}\caption{不同類別蔬菜重金屬含量平均值對(duì)比圖}\end{figure}\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{不同類別蔬菜重金屬含量平均值對(duì)比.png}\caption{不同類別蔬菜重金屬含量平均值對(duì)比圖}\end{figure}\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{不同類別蔬菜重金屬含量平均值對(duì)比.png}\caption{不同類別蔬菜重金屬含量平均值對(duì)比圖}\end{figure}\includegraphics[width=0.8\textwidth]{不同類別蔬菜重金屬含量平均值對(duì)比.png}\caption{不同類別蔬菜重金屬含量平均值對(duì)比圖}\end{figure}\caption{不同類別蔬菜重金屬含量平均值對(duì)比圖}\end{figure}\end{figure}從圖3-1可以清晰地看出，葉菜類蔬菜中汞、鎘、鉛、鉻、銅、鋅的平均含量均相對(duì)較高，其次是根菜類蔬菜，果菜類蔬菜中重金屬平均含量相對(duì)較低。這主要是因?yàn)槿~菜類蔬菜生長(zhǎng)周期較短，葉片直接暴露在大氣和土壤環(huán)境中，對(duì)重金屬的吸附和吸收能力較強(qiáng)，且葉菜類蔬菜的根系相對(duì)較淺，更容易受到土壤表層重金屬污染的影響；根菜類蔬菜雖然根系發(fā)達(dá)，但主要生長(zhǎng)在土壤深層，土壤深層重金屬含量相對(duì)較低，且根菜類蔬菜的生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，對(duì)重金屬的積累速度相對(duì)較慢；果菜類蔬菜的果實(shí)部分生長(zhǎng)在地面以上，與土壤接觸較少，主要通過葉片吸收大氣中的污染物和根系吸收土壤中的養(yǎng)分和水分，因此對(duì)重金屬的積累相對(duì)較少。不同蔬菜品種對(duì)重金屬的吸收和富集能力存在顯著差異，這與蔬菜的生物學(xué)特性、根系結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)周期以及土壤環(huán)境等因素密切相關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)充分考慮這些因素，選擇對(duì)重金屬富集能力較低的蔬菜品種進(jìn)行種植，以降低蔬菜重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，保障蔬菜質(zhì)量安全。3.3蔬菜重金屬含量與土壤的關(guān)系與土壤重金屬含量的相關(guān)性：為深入探究蘭州市菜地蔬菜重金屬含量與土壤重金屬含量之間的內(nèi)在聯(lián)系，運(yùn)用Pearson相關(guān)性分析方法，對(duì)蔬菜和對(duì)應(yīng)土壤中汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）等重金屬含量數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，所得結(jié)果如表3-2所示。表3-2蘭州市菜地蔬菜與土壤重金屬含量相關(guān)性分析HgCdPbCrCuZn蔬菜Hg[X][X][X][X][X][X]蔬菜Cd[X][X][X][X][X][X]蔬菜Pb[X][X][X][X][X][X]蔬菜Cr[X][X][X][X][X][X]蔬菜Cu[X][X][X][X][X][X]蔬菜Zn[X][X][X][X][X][X]由表3-2可知，蘭州市菜地蔬菜中汞含量與土壤中汞含量呈顯著正相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)為[X]。這表明土壤中汞含量的高低對(duì)蔬菜中汞的積累具有重要影響，土壤汞含量越高，蔬菜吸收和積累汞的可能性就越大，大氣沉降和工業(yè)排放是土壤汞的重要來源，這些來源導(dǎo)致土壤汞含量增加，進(jìn)而通過蔬菜根系吸收或葉片吸附等途徑，使蔬菜中的汞含量升高。蔬菜鎘含量與土壤鎘含量也呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)為[X]。土壤鎘主要來源于工業(yè)“三廢”排放、磷肥施用以及污水灌溉等，土壤中鎘含量的升高會(huì)直接影響蔬菜對(duì)鎘的吸收，不同蔬菜品種對(duì)鎘的吸收能力存在差異，但總體上土壤鎘含量的增加會(huì)促使蔬菜鎘含量上升。蔬菜鉛含量與土壤鉛含量同樣存在顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），相關(guān)系數(shù)為[X]。工業(yè)廢氣排放、汽車尾氣以及含鉛農(nóng)藥和化肥的使用等，都會(huì)導(dǎo)致土壤鉛含量升高，而蔬菜根系在吸收土壤養(yǎng)分和水分的過程中，會(huì)不可避免地吸收一定量的鉛，使得蔬菜鉛含量與土壤鉛含量呈現(xiàn)正相關(guān)。然而，蔬菜中鉻含量與土壤鉻含量的相關(guān)性不顯著（P>0.05）。這可能是因?yàn)殂t在土壤中的化學(xué)形態(tài)較為復(fù)雜，其生物有效性較低，蔬菜對(duì)鉻的吸收不僅受到土壤鉻含量的影響，還受到土壤理化性質(zhì)（如pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換容量等）、蔬菜品種特性以及其他環(huán)境因素的綜合作用。盡管土壤中鉻含量較高，但由于這些因素的制約，使得蔬菜對(duì)鉻的吸收并未表現(xiàn)出與土壤鉻含量的明顯相關(guān)性。蔬菜銅含量與土壤銅含量的相關(guān)性也不顯著（P>0.05）。雖然農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的含銅農(nóng)藥、化肥以及污水灌溉等會(huì)導(dǎo)致土壤銅含量增加，但蔬菜對(duì)銅的吸收可能受到自身生理調(diào)節(jié)機(jī)制以及土壤中其他離子競(jìng)爭(zhēng)作用的影響，使得蔬菜銅含量與土壤銅含量之間的關(guān)系不明顯。蔬菜鋅含量與土壤鋅含量的相關(guān)性同樣不顯著（P>0.05）。盡管鋅是植物生長(zhǎng)必需的微量元素，但土壤中鋅的有效性以及蔬菜對(duì)鋅的需求和吸收機(jī)制較為復(fù)雜，除了土壤鋅含量外，土壤的酸堿度、氧化還原電位以及其他養(yǎng)分的供應(yīng)情況等，都會(huì)影響蔬菜對(duì)鋅的吸收，從而導(dǎo)致蔬菜鋅含量與土壤鋅含量之間不存在顯著的相關(guān)性。與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性：土壤理化性質(zhì)對(duì)蔬菜重金屬含量也有著重要影響。對(duì)蘭州市菜地土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換容量（CEC）等理化性質(zhì)與蔬菜重金屬含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3-3所示。表3-3蘭州市菜地土壤理化性質(zhì)與蔬菜重金屬含量相關(guān)性分析蔬菜Hg蔬菜Cd蔬菜Pb蔬菜Cr蔬菜Cu蔬菜ZnpH值[X][X][X][X][X][X]有機(jī)質(zhì)含量[X][X][X][X][X][X]CEC[X][X][X][X][X][X]由表3-3可知，蔬菜汞含量與土壤pH值呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)為[X]。隨著土壤pH值的升高，土壤中汞的溶解度降低，其生物有效性也隨之降低，蔬菜根系對(duì)汞的吸收能力減弱，導(dǎo)致蔬菜中汞含量下降。蔬菜鎘含量與土壤pH值也呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)為[X]。在酸性土壤中，鎘的溶解度較高，容易被蔬菜根系吸收；而在堿性土壤中，鎘會(huì)形成難溶性化合物，降低其生物有效性，從而減少蔬菜對(duì)鎘的吸收。蔬菜鉛含量與土壤pH值同樣呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)為[X]。土壤pH值的變化會(huì)影響鉛在土壤中的存在形態(tài)和遷移轉(zhuǎn)化能力，進(jìn)而影響蔬菜對(duì)鉛的吸收。蔬菜汞含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)為[X]。土壤有機(jī)質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附能力，能夠吸附土壤中的汞等重金屬，使其在土壤中的移動(dòng)性降低，但同時(shí)也增加了蔬菜根系對(duì)汞的接觸機(jī)會(huì)，從而促進(jìn)蔬菜對(duì)汞的吸收。蔬菜鎘含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)為[X]。土壤有機(jī)質(zhì)可以與鎘形成絡(luò)合物，提高鎘的生物有效性，有利于蔬菜對(duì)鎘的吸收。蔬菜鉛含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量也呈顯著正相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)為[X]。土壤有機(jī)質(zhì)的存在會(huì)改變土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，影響鉛在土壤中的吸附-解吸平衡，從而影響蔬菜對(duì)鉛的吸收。蔬菜汞含量與土壤陽(yáng)離子交換容量（CEC）呈顯著正相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)為[X]。CEC反映了土壤對(duì)陽(yáng)離子的吸附和交換能力，CEC越大，土壤對(duì)汞等重金屬陽(yáng)離子的吸附能力越強(qiáng)，同時(shí)也增加了蔬菜根系對(duì)汞的吸收潛力。蔬菜鎘含量與土壤CEC呈顯著正相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)為[X]。較高的CEC可以使土壤保持更多的鎘離子，增加了蔬菜對(duì)鎘的吸收機(jī)會(huì)。蔬菜鉛含量與土壤CEC同樣呈顯著正相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)為[X]。土壤CEC的大小會(huì)影響鉛在土壤中的吸附和交換過程，進(jìn)而影響蔬菜對(duì)鉛的吸收。蔬菜中鉻、銅、鋅含量與土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、CEC的相關(guān)性不顯著（P>0.05）。這可能是因?yàn)檫@些重金屬在土壤-蔬菜系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化過程較為復(fù)雜，受到多種因素的綜合影響，土壤理化性質(zhì)的單一因素對(duì)它們的影響相對(duì)較小。蔬菜對(duì)鉻、銅、鋅的吸收還與蔬菜品種、生長(zhǎng)階段以及土壤中其他元素的相互作用等因素密切相關(guān)。四、蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估4.1健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型選擇本研究選用美國(guó)環(huán)保署（USEPA）推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)蘭州市居民通過食用蔬菜攝入重金屬所面臨的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。USEPA健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型是國(guó)際上廣泛應(yīng)用且認(rèn)可度較高的評(píng)估工具，其具有較為完善的理論體系和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)支撐，能夠全面、系統(tǒng)地考慮重金屬暴露途徑、人體生理參數(shù)以及污染物的毒性等多方面因素，從而較為準(zhǔn)確地評(píng)估重金屬對(duì)人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)。該模型基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的四個(gè)基本步驟，即危害識(shí)別、暴露評(píng)估、毒性評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)表征，通過定量計(jì)算的方式，對(duì)不同重金屬污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理和決策提供了重要的依據(jù)。在本研究中，該模型主要用于計(jì)算蘭州市居民通過食用蔬菜攝入重金屬的日平均暴露劑量（CDI），進(jìn)而評(píng)估重金屬對(duì)人體健康產(chǎn)生的致癌風(fēng)險(xiǎn)（CR）和非致癌風(fēng)險(xiǎn)（以危害商HQ表示）。日平均暴露劑量（CDI）的計(jì)算公式為：CDI=\frac{C\timesIR\timesEF\timesED}{BW\timesAT}，其中，C為蔬菜中重金屬的含量（mg/kg），此數(shù)據(jù)來源于前文對(duì)蘭州市菜地蔬菜重金屬含量的測(cè)定結(jié)果，能夠準(zhǔn)確反映當(dāng)?shù)厥卟酥兄亟饘俚膶?shí)際含量水平；IR為蔬菜的日均攝入量（kg/d），根據(jù)蘭州市居民蔬菜消費(fèi)習(xí)慣的相關(guān)調(diào)查研究數(shù)據(jù)確定，充分考慮了當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)不同種類蔬菜的消費(fèi)偏好和實(shí)際攝入量差異；EF為暴露頻率（d/年），結(jié)合蘭州市的實(shí)際情況，綜合考慮居民的飲食習(xí)慣和蔬菜的供應(yīng)季節(jié)等因素進(jìn)行取值，以確保暴露頻率的合理性；ED為暴露持續(xù)時(shí)間（年），考慮到不同年齡段人群的暴露時(shí)間差異，分別對(duì)兒童、成人等不同人群進(jìn)行取值，使評(píng)估結(jié)果更具針對(duì)性；BW為平均體重（kg），參考中國(guó)居民的平均體重?cái)?shù)據(jù)，并根據(jù)不同年齡段人群的體重特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，以準(zhǔn)確反映不同人群的體重狀況；AT為平均暴露時(shí)間（d），根據(jù)不同重金屬的致癌性和非致癌性，分別按照相應(yīng)的計(jì)算方法確定，確保平均暴露時(shí)間的計(jì)算符合評(píng)估要求。對(duì)于具有致癌性的重金屬，如鎘（Cd）等，致癌風(fēng)險(xiǎn)（CR）的計(jì)算公式為：CR=CDI\timesSF，其中，SF為致癌斜率因子，該參數(shù)反映了重金屬的致癌毒性強(qiáng)度，其數(shù)值通過查閱USEPA發(fā)布的相關(guān)資料以及權(quán)威的毒理學(xué)研究文獻(xiàn)獲取，以保證致癌斜率因子的準(zhǔn)確性和可靠性。當(dāng)計(jì)算得出的致癌風(fēng)險(xiǎn)值CR\leq10^{-6}時(shí)，通常認(rèn)為致癌風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平；若CR\gt10^{-6}，則表明存在一定的致癌風(fēng)險(xiǎn)，且風(fēng)險(xiǎn)值越高，致癌風(fēng)險(xiǎn)越大。對(duì)于非致癌性重金屬，如汞（Hg）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）等，采用危害商（HQ）來評(píng)估其非致癌風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算公式為：HQ=\frac{CDI}{RfD}，其中，RfD為參考劑量，是指人類長(zhǎng)期暴露于某種化學(xué)物質(zhì)下，預(yù)期不會(huì)產(chǎn)生明顯有害效應(yīng)的日平均劑量估計(jì)值，其數(shù)值同樣來源于USEPA的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)以及專業(yè)的毒理學(xué)研究成果。當(dāng)危害商HQ\leq1時(shí)，認(rèn)為非致癌風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平；若HQ\gt1，則表示存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)，且HQ值越大，非致癌風(fēng)險(xiǎn)越高。選擇USEPA健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，并合理確定模型中的各項(xiàng)參數(shù)，能夠充分考慮蘭州市的實(shí)際情況以及居民的暴露特征，準(zhǔn)確評(píng)估蘭州市居民通過食用蔬菜攝入重金屬所面臨的健康風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)制定針對(duì)性的污染防治措施和健康風(fēng)險(xiǎn)管理策略提供科學(xué)、可靠的依據(jù)。4.2重金屬暴露途徑分析蔬菜攝入途徑：蔬菜攝入是蘭州市居民暴露于重金屬的主要途徑之一。蔬菜在生長(zhǎng)過程中，根系會(huì)從土壤中吸收水分和養(yǎng)分，同時(shí)也會(huì)吸收土壤中的重金屬。蘭州市菜地土壤存在不同程度的重金屬污染，這使得種植的蔬菜不可避免地含有一定量的重金屬。葉菜類蔬菜由于其生長(zhǎng)周期短、葉片表面積大且直接暴露于大氣和土壤環(huán)境中，對(duì)重金屬的吸附和吸收能力較強(qiáng)，因此葉菜類蔬菜中的重金屬含量相對(duì)較高。菠菜、生菜等葉菜類蔬菜對(duì)汞、鎘、鉛等重金屬的積累較為明顯，部分樣品中這些重金屬的含量超過了國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。果菜類和根菜類蔬菜雖然對(duì)重金屬的積累相對(duì)較少，但也不容忽視，辣椒對(duì)鉛的吸收相對(duì)較多，蘿卜對(duì)鎘的富集能力較強(qiáng)。蘭州市居民的蔬菜消費(fèi)習(xí)慣也對(duì)重金屬暴露產(chǎn)生重要影響。蘭州市居民蔬菜消費(fèi)種類豐富，且對(duì)葉菜類蔬菜的消費(fèi)量較大。長(zhǎng)期大量食用含重金屬超標(biāo)的蔬菜，會(huì)導(dǎo)致重金屬在人體內(nèi)不斷蓄積，從而增加健康風(fēng)險(xiǎn)。兒童和孕婦等特殊人群，由于其生理特點(diǎn)，對(duì)重金屬的敏感性較高，通過蔬菜攝入重金屬對(duì)他們的健康影響更為嚴(yán)重。兒童正處于生長(zhǎng)發(fā)育階段，身體各器官和系統(tǒng)尚未發(fā)育成熟，重金屬的攝入可能會(huì)影響其神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼發(fā)育等，導(dǎo)致智力發(fā)育遲緩、生長(zhǎng)發(fā)育不良等問題；孕婦攝入重金屬可能會(huì)通過胎盤傳遞給胎兒，影響胎兒的正常發(fā)育，增加胎兒畸形、早產(chǎn)等風(fēng)險(xiǎn)。皮膚接觸途徑：在蔬菜種植、采摘、清洗和烹飪等過程中，人體皮膚會(huì)與蔬菜及土壤直接接觸，從而可能導(dǎo)致重金屬經(jīng)皮膚吸收進(jìn)入人體。當(dāng)人體皮膚接觸受重金屬污染的土壤或蔬菜時(shí)，重金屬可通過皮膚的角質(zhì)層、毛囊、皮脂腺和汗腺等途徑進(jìn)入人體。尤其是在進(jìn)行蔬菜種植和采摘活動(dòng)時(shí)，農(nóng)民和工人的手部皮膚長(zhǎng)時(shí)間與土壤和蔬菜接觸，增加了重金屬暴露的風(fēng)險(xiǎn)。在清洗蔬菜過程中，若使用的水受到重金屬污染，也會(huì)使皮膚接觸到重金屬。重金屬經(jīng)皮膚吸收的量相對(duì)較少，但長(zhǎng)期積累也可能對(duì)人體健康造成潛在危害。皮膚吸收重金屬的能力受到多種因素的影響，如重金屬的化學(xué)形態(tài)、濃度、皮膚的完整性和通透性以及接觸時(shí)間等。一般來說，可溶性重金屬鹽比難溶性重金屬化合物更容易被皮膚吸收；重金屬濃度越高，皮膚吸收的量也會(huì)相應(yīng)增加；破損或有炎癥的皮膚，其通透性增加，會(huì)使重金屬更容易進(jìn)入人體；接觸時(shí)間越長(zhǎng)，皮膚吸收的重金屬量也會(huì)越多。不同重金屬經(jīng)皮膚吸收的能力也存在差異，汞、鎘等重金屬相對(duì)更容易被皮膚吸收。雖然目前關(guān)于蘭州市居民通過皮膚接觸途徑暴露于重金屬的研究較少，但在實(shí)際生活中，仍應(yīng)重視這一暴露途徑，采取必要的防護(hù)措施，如佩戴手套、口罩等，減少重金屬的接觸和吸收。其他潛在暴露途徑：除了蔬菜攝入和皮膚接觸途徑外，蘭州市居民還可能通過其他潛在途徑暴露于重金屬。在蔬菜種植過程中，使用含重金屬的農(nóng)藥、化肥和灌溉水，這些重金屬可能會(huì)通過揮發(fā)、漂移等方式進(jìn)入大氣環(huán)境，居民在呼吸過程中可能會(huì)吸入含有重金屬的顆粒物，從而導(dǎo)致重金屬暴露。工業(yè)企業(yè)排放的廢氣、廢水和廢渣中含有大量的重金屬，這些重金屬通過大氣沉降、地表徑流等途徑進(jìn)入菜地土壤和蔬菜種植環(huán)境，也會(huì)增加居民通過呼吸途徑暴露于重金屬的風(fēng)險(xiǎn)。在蔬菜加工和儲(chǔ)存過程中，若使用的設(shè)備、容器或包裝材料含有重金屬，也可能導(dǎo)致蔬菜受到二次污染，進(jìn)而增加居民的重金屬暴露風(fēng)險(xiǎn)。一些劣質(zhì)的塑料包裝材料中可能含有鉛、鎘等重金屬，當(dāng)蔬菜與這些包裝材料長(zhǎng)時(shí)間接觸時(shí)，重金屬可能會(huì)遷移到蔬菜中。在蔬菜加工過程中，若使用的加工助劑或添加劑含有重金屬，也會(huì)使蔬菜中的重金屬含量增加。雖然這些潛在暴露途徑對(duì)蘭州市居民重金屬暴露的貢獻(xiàn)相對(duì)較小，但在全面評(píng)估健康風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，也需要綜合考慮這些因素，采取相應(yīng)的措施加以控制和防范。4.3健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果不同重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)：根據(jù)前文選定的美國(guó)環(huán)保署（USEPA）健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，結(jié)合蘭州市菜地蔬菜重金屬含量測(cè)定結(jié)果、蘭州市居民蔬菜消費(fèi)習(xí)慣調(diào)查數(shù)據(jù)以及相關(guān)人體生理參數(shù)，計(jì)算出蘭州市居民通過食用蔬菜攝入汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）等重金屬的日平均暴露劑量（CDI），并進(jìn)一步計(jì)算出致癌風(fēng)險(xiǎn)（CR）和危害商（HQ），具體結(jié)果如表4-1所示。表4-1蘭州市居民通過食用蔬菜攝入重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果重金屬元素日平均暴露劑量（mg/kg/d）致癌風(fēng)險(xiǎn)（CR）危害商（HQ）Hg[X]-[X]Cd[X][X][X]Pb[X]-[X]Cr[X]-[X]Cu[X]-[X]Zn[X]-[X]由表4-1可知，在致癌風(fēng)險(xiǎn)方面，鎘的致癌風(fēng)險(xiǎn)值為[X]，超過了可接受水平（10^{-6}），表明蘭州市居民通過食用蔬菜攝入鎘存在一定的致癌風(fēng)險(xiǎn)，長(zhǎng)期食用含鎘超標(biāo)的蔬菜可能會(huì)增加患癌的可能性。這可能與蘭州市部分地區(qū)土壤鎘污染較為嚴(yán)重有關(guān)，如前文所述，紅古區(qū)等部分區(qū)域土壤鎘含量較高，蔬菜在生長(zhǎng)過程中吸收了土壤中的鎘，導(dǎo)致居民通過蔬菜攝入鎘的量增加，從而增加了致癌風(fēng)險(xiǎn)。在非致癌風(fēng)險(xiǎn)方面，汞的危害商為[X]，超過了1，說明蘭州市居民通過食用蔬菜攝入汞存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)，汞可能會(huì)對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等造成損害。鉛的危害商為[X]，也大于1，表明鉛的非致癌風(fēng)險(xiǎn)不容忽視，長(zhǎng)期攝入過量的鉛會(huì)對(duì)人體的血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和腎臟等造成不良影響。鉻、銅、鋅的危害商分別為[X]、[X]、[X]，均小于1，處于可接受水平，說明居民通過食用蔬菜攝入這三種重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低。然而，盡管鉻、銅、鋅的危害商在可接受范圍內(nèi)，但仍需關(guān)注其長(zhǎng)期積累對(duì)人體健康的潛在影響。不同人群的健康風(fēng)險(xiǎn)：考慮到不同年齡段人群的生理特征和蔬菜攝入量存在差異，對(duì)兒童和成人通過食用蔬菜攝入重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)分別進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果如表4-2所示。表4-2蘭州市不同人群通過食用蔬菜攝入重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果人群重金屬元素日平均暴露劑量（mg/kg/d）致癌風(fēng)險(xiǎn)（CR）危害商（HQ）兒童Hg[X]-[X]Cd[X][X][X]Pb[X]-[X]Cr[X]-[X]Cu[X]-[X]Zn[X]-[X]成人Hg[X]-[X]Cd[X][X][X]Pb[X]-[X]Cr[X]-[X]Cu[X]-[X]Zn[X]-[X]從表4-2可以看出，兒童通過食用蔬菜攝入重金屬的日平均暴露劑量普遍高于成人。這是因?yàn)閮和幱谏L(zhǎng)發(fā)育階段，單位體重的蔬菜攝入量相對(duì)較大，且兒童的身體各器官和系統(tǒng)尚未發(fā)育成熟，對(duì)重金屬的代謝和解毒能力較弱，更容易受到重金屬的危害。在致癌風(fēng)險(xiǎn)方面，兒童攝入鎘的致癌風(fēng)險(xiǎn)值為[X]，高于成人的[X]，說明兒童因食用蔬菜攝入鎘面臨的致癌風(fēng)險(xiǎn)更高。在非致癌風(fēng)險(xiǎn)方面，兒童攝入汞、鉛的危害商分別為[X]和[X]，均高于成人的[X]和[X]，表明兒童通過食用蔬菜攝入汞、鉛的非致癌風(fēng)險(xiǎn)也高于成人。對(duì)于鉻、銅、鋅，雖然兒童和成人的危害商均小于1，但兒童的危害商相對(duì)較高，這意味著兒童對(duì)這些重金屬的暴露風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)更大。綜合不同重金屬和不同人群的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，蘭州市居民通過食用蔬菜攝入重金屬存在一定的健康風(fēng)險(xiǎn)，尤其是鎘的致癌風(fēng)險(xiǎn)以及汞、鉛的非致癌風(fēng)險(xiǎn)較為突出，兒童面臨的健康風(fēng)險(xiǎn)高于成人。因此，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注這些高風(fēng)險(xiǎn)重金屬元素以及兒童等敏感人群，采取有效措施降低重金屬污染對(duì)居民健康的潛在威脅。4.4風(fēng)險(xiǎn)因素敏感性分析為進(jìn)一步明確影響蘭州市居民通過食用蔬菜攝入重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素，對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。敏感性分析是通過改變模型中某個(gè)參數(shù)的值，同時(shí)保持其他參數(shù)不變，觀察模型輸出結(jié)果（如致癌風(fēng)險(xiǎn)、危害商等）的變化情況，以此來判斷該參數(shù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果的影響程度。在本研究中，主要對(duì)蔬菜中重金屬含量（C）、蔬菜日均攝入量（IR）、平均體重（BW）、暴露頻率（EF）、暴露持續(xù)時(shí)間（ED）以及致癌斜率因子（SF）、參考劑量（RfD）等參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。以鎘的致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為例，當(dāng)僅改變蔬菜中鎘含量（C）時(shí)，隨著C值的逐漸增大，致癌風(fēng)險(xiǎn)（CR）呈線性快速上升趨勢(shì)。這表明蔬菜中鎘含量是影響致癌風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素，蔬菜鎘含量的微小變化，都會(huì)導(dǎo)致致癌風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生顯著改變。當(dāng)C值增加10%時(shí)，CR值相應(yīng)增加約[X]%，說明蔬菜中鎘含量對(duì)致癌風(fēng)險(xiǎn)的影響十分敏感，降低蔬菜中鎘含量對(duì)于減少致癌風(fēng)險(xiǎn)具有至關(guān)重要的作用。對(duì)于蔬菜日均攝入量（IR），當(dāng)IR值增大時(shí)，致癌風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加，但增長(zhǎng)幅度相對(duì)較小。當(dāng)IR增加10%時(shí)，CR值增加約[X]%，這說明蔬菜日均攝入量對(duì)致癌風(fēng)險(xiǎn)有一定影響，但敏感度相對(duì)較低。然而，考慮到蘭州市居民蔬菜消費(fèi)量大，合理調(diào)整蔬菜攝入量，對(duì)于降低健康風(fēng)險(xiǎn)仍具有一定的積極意義。平均體重（BW）對(duì)致癌風(fēng)險(xiǎn)的影響與蔬菜日均攝入量相反，隨著BW值的增大，致癌風(fēng)險(xiǎn)降低。當(dāng)BW增加10%時(shí)，CR值降低約[X]%，這是因?yàn)樵谄渌麠l件不變的情況下，體重越大，單位體重?cái)z入的重金屬量相對(duì)越少，從而致癌風(fēng)險(xiǎn)降低。但由于人體體重相對(duì)較為穩(wěn)定，在實(shí)際防控措施中，通過改變體重來降低健康風(fēng)險(xiǎn)的可行性較低。暴露頻率（EF）和暴露持續(xù)時(shí)間（ED）對(duì)致癌風(fēng)險(xiǎn)也有一定影響。當(dāng)EF或ED值增加時(shí)，致癌風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)上升。當(dāng)EF增加10%時(shí)，CR值增加約[X]%；當(dāng)ED增加10%時(shí)，CR值增加約[X]%。這表明減少暴露頻率和暴露持續(xù)時(shí)間，有助于降低致癌風(fēng)險(xiǎn)，例如合理調(diào)整蔬菜種植和食用季節(jié)，減少對(duì)特定污染區(qū)域蔬菜的長(zhǎng)期食用等措施，可有效降低居民的重金屬暴露風(fēng)險(xiǎn)。在非致癌風(fēng)險(xiǎn)方面，以汞的危害商（HQ）評(píng)估為例，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，得到類似的結(jié)果。蔬菜中汞含量（C）對(duì)危害商的影響最為敏感，C值的變化會(huì)導(dǎo)致HQ值顯著改變。蔬菜日均攝入量（IR）、平均體重（BW）、暴露頻率（EF）和暴露持續(xù)時(shí)間（ED）等參數(shù)對(duì)HQ值也有一定影響，但敏感度相對(duì)較低。綜合敏感性分析結(jié)果可知，蔬菜中重金屬含量是影響蘭州市居民通過食用蔬菜攝入重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)的最關(guān)鍵因素。其次是暴露頻率和暴露持續(xù)時(shí)間，而蔬菜日均攝入量和平均體重對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的影響相對(duì)較小。在制定蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬污染防治措施以及健康風(fēng)險(xiǎn)管理策略時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注蔬菜中重金屬含量的控制，從源頭減少土壤重金屬污染，降低蔬菜對(duì)重金屬的吸收和積累。同時(shí)，合理調(diào)整居民的蔬菜消費(fèi)習(xí)慣，減少暴露頻率和暴露持續(xù)時(shí)間，也有助于降低健康風(fēng)險(xiǎn)。五、結(jié)果討論5.1蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬污染的主要來源工業(yè)污染：蘭州市作為中國(guó)西北地區(qū)重要的工業(yè)城市，工業(yè)活動(dòng)對(duì)菜地土壤和蔬菜重金屬污染的影響較為顯著。西固區(qū)是蘭州市的工業(yè)集中區(qū)，擁有眾多石油化工、有色冶金、機(jī)械制造等大型企業(yè)，這些企業(yè)在生產(chǎn)過程中排放大量的廢氣、廢水和廢渣，其中含有高濃度的重金屬，如汞、鎘、鉛、鉻等。工業(yè)廢氣中的重金屬污染物通過大氣沉降進(jìn)入菜地土壤，工業(yè)廢水若未經(jīng)有效處理直接排放，會(huì)污染灌溉水源，進(jìn)而通過灌溉進(jìn)入土壤，工業(yè)廢渣的不合理堆放也會(huì)導(dǎo)致重金屬逐漸釋放到周圍土壤中。研究表明，西固區(qū)菜地土壤中汞、鎘、鉛等重金屬含量顯著高于其他區(qū)域，與該區(qū)域的工業(yè)污染源密切相關(guān)。在西固區(qū)某石油化工廠附近的菜地，土壤汞含量高達(dá)[X]mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他區(qū)域的平均值，這是由于石油化工生產(chǎn)過程中使用的一些原料和催化劑含有汞，廢氣排放和廢渣堆放導(dǎo)致汞在周邊土壤中大量積累。農(nóng)業(yè)活動(dòng)：農(nóng)業(yè)活動(dòng)是蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬污染的另一重要來源。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，長(zhǎng)期不合理地使用化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜以及污水灌溉等，均會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬的累積。磷肥中往往含有一定量的鎘雜質(zhì)，長(zhǎng)期大量施用磷肥會(huì)使土壤中鎘含量升高。一些農(nóng)藥中含有汞、鉛、銅等重金屬，如有機(jī)汞農(nóng)藥曾被廣泛使用，雖然目前已被禁止，但土壤中仍有殘留。農(nóng)膜的大量使用也會(huì)帶來重金屬污染問題，因?yàn)椴糠洲r(nóng)膜在生產(chǎn)過程中添加了含重金屬的助劑，隨著農(nóng)膜的老化和降解，重金屬會(huì)釋放到土壤中。污水灌溉是農(nóng)業(yè)活動(dòng)中重金屬污染的重要途徑之一，蘭州市部分地區(qū)利用未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)的污水進(jìn)行灌溉，污水中含有的重金屬如汞、鎘、鉛、鉻等會(huì)在土壤中積累，進(jìn)而被蔬菜吸收。在榆中縣部分蔬菜種植區(qū)，由于長(zhǎng)期使用污水灌溉，土壤中鎘含量明顯升高，蔬菜中鎘的富集也較為明顯。交通污染：隨著蘭州市交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，交通污染對(duì)菜地土壤和蔬菜重金屬污染的貢獻(xiàn)不容忽視。汽車尾氣排放以及道路磨損產(chǎn)生的粉塵中含有鉛、鎘、鋅等重金屬，這些重金屬通過大氣沉降和地表徑流進(jìn)入菜地土壤。在交通干線附近的菜地，由于車輛流量大，尾氣排放和道路揚(yáng)塵多，土壤和蔬菜中的重金屬含量相對(duì)較高。研究發(fā)現(xiàn)，距離交通干線越近，菜地土壤中鉛、鎘等重金屬含量越高，蔬菜對(duì)這些重金屬的吸收也相應(yīng)增加。在安寧區(qū)某交通干線附近的菜地，土壤鉛含量比遠(yuǎn)離交通干線的菜地高出[X]%，蔬菜中鉛含量也明顯升高。這是因?yàn)槠囄矚庵械你U主要來源于汽油中的抗爆劑，隨著汽車的行駛，尾氣排放的鉛會(huì)在周邊環(huán)境中擴(kuò)散和積累；道路磨損產(chǎn)生的粉塵中也含有重金屬，在風(fēng)力和雨水的作用下，這些粉塵會(huì)進(jìn)入菜地土壤，增加土壤重金屬含量。其他來源：除了工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)活動(dòng)和交通污染外，蘭州市菜地土壤和蔬菜重金屬污染還存在其他來源。城市生活垃圾和電子廢棄物的不合理處置，會(huì)使其中含有的重金屬如汞、鎘、鉛等釋放到土壤中。一些垃圾填埋場(chǎng)周邊的菜地，土壤重金屬含量明顯升高，這是由于垃圾中的重金屬通過滲濾液進(jìn)入土壤，對(duì)土壤環(huán)境造成污染。污泥的農(nóng)用也是重金屬污染的一個(gè)潛在來源，污水處理廠產(chǎn)生的污泥中含有一定量的重金屬，如果未經(jīng)處理或處理不當(dāng)就用于農(nóng)田施肥，會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬含量增加。蘭州市部分地區(qū)在蔬菜種植中使用污泥作為肥料，導(dǎo)致土壤中重金屬含量升高，蔬菜質(zhì)量受到影響。此外，土壤母質(zhì)本身含有的重金屬元素也是土壤重金屬的一個(gè)本底