中国西南“三江”流域区土壤铊空间分布及健康风险评估
2021-04-29刘福田王学求迟清华
刘福田,王学求,迟清华
中国西南“三江”流域区土壤铊空间分布及健康风险评估
刘福田1,2,王学求1*,迟清华1
(1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,自然资源部地球化学探测重点实验室,河北 廊坊 065000；2.长安大学地球科学与资源学院,陕西 西安 710054)
通过对中国西南“三江”流域区土壤样品中铊元素含量的分析,并多方法联合应用综合评价研究区土壤铊的污染状况,结果表明,中国西南“三江”流域区浅层土壤铊元素含量范围为0.17~2.65mg/kg,变异系数小,均值为0.80mg/kg,整体略高于中国土壤背景值,而略低于深层土壤铊元素含量,研究区浅/深层土壤铊元素含量特征主要受控于自然地质背景,整体具有“北高南低,西高东低”的趋势.基于中国不同母岩类型区土壤相关元素含量为背景的富集系数(均值1.30)、地累积指数(均值-0.41)、潜在生态风险(均值12.48)及非致癌健康风险评估(危害商小于1)参数均显示研究区土壤铊污染程度整体较低,不存在土壤重金属铊元素的非致癌健康风险,其实质上反映了在自然背景控制下研究区土壤铊的低污染和低健康风险特征.不同土地利用方式区土壤铊含量特征及浅/深层土壤铊元素含量之比反映了研究区存在一定人为污染,且人为铊污染具有“北轻南重,西轻东重”的趋势.综合分析表明,研究区铅锌等矿产的相关矿业活动可能是该区人为铊污染输入的主要来源,人为污染叠加自然地质背景使研究区存在一定低程度污染及潜在健康风险的区域,即独龙江流域南部和怒江流域中南部、澜沧江流域北部和南部、元江流域中南部地区,该区域应引起人们对土壤铊污染的重视.
土壤；重金属；铊；健康风险；中国西南“三江”地区
铊(Tl)作为一种典型的稀有分散元素,在自然界多介质中广泛分布且丰度较低,其工业用途大,普遍应用于现代化工、军事工业、医药、高能物理及超导材料等领域[1-2].铊是一种高毒性元素,具有强蓄积性,毒性作用持续时间长,对人体更是神经毒物,已被世界多国列为优先控制的主要污染物之一[3-4].铊元素可在动植物体内及其生存环境中累积富集,造成生物中毒和环境污染[5-7].自铊元素被发现以来,世界范围内与铊元素相关的污染中毒事件已多有报道,尤其是含铊资源开发等导致的集群性中毒事件对人类健康安全产生了巨大威胁[8-11].随着社会经济建设的不断发展,含铊资源的开发及使用强度进一步增加,铊的环境污染问题日益引起人们的关注,调查相关环境介质(水、土壤、大气及动植物等)中铊污染现状,评价其潜在生态危害,研究铊及其相关组成化合物的迁移富集途径及致害机理等已成为当前生态环境领域的研究热点之一[11-16].
环境介质中铊元素的来源主要是自然风化及矿业活动产生的三废-“废水、废气、废渣”,自然界中的含铊岩矿及工业三废中的铊,通过系列表生作用可多途径的在水、大气、土壤及动植物体中积累富集[17-20],形成未来环境的“化学定时炸弹”源.当今国内外对铊污染的研究主要集中在土壤和水介质,研究目标亦多是对矿区相关矿业活动可能引起的局部环境污染进行评价[13-16],而对大尺度区域性的研究较少.目前,全球约80%的铊矿床主要集中在低温成矿域,其中我国黔西南低温成矿域中发现的铊矿床主要有贵州滥木厂汞铊矿床、云南南华砷铊矿床及兰坪金顶铅锌矿床伴生型铊矿床.研究表明,铊矿床类型主要为低温热液型,铊元素的富集成矿亦多与低温硫化物有关[10,21].我国西南地区作为典型的低温成矿域,其内砷、汞、铅、锌等低温组合元素及伴生元素铊矿产资源丰富[22-23],该地区矿产区的集中分布及长期以来大规模的矿业生产开发活动,对该区的生态环境产生了较大的影响,如云南金顶铅锌矿区附近严重的铅镉污染及南华砷铊矿床附近呈现的明显铊污染效应[24-25].前人对此的研究多集中在土壤常见重金属调查(如铅、汞、锌、镉、镍、铜等)及重要矿区附近的相关元素污染评价等方面,而对该区的铊污染调查研究相对较少.为此,本文选取中国西南三江地区的“独龙江-怒江-澜沧江-元江”流域为研究区,以中国地球化学基准计划项目的汇水域土壤样品为研究对象,试图查明铊元素在大流域内的含量空间分布特征,并通过多方法的联合应用对大流域区内的铊污染状况及健康风险进行系统评估,以期为该地区的环境安全等提供部分有益参考.
1 材料与方法
1.1 研究区概况
图1 中国西南“三江”流域区河漫滩土壤采样位置及地质图
研究区位于中国西南部的三江地区, 21°~ 34°N, 91°~106°E,自北向南依次跨越青海、西藏和云南行政区,其中云南所涉面积最大,研究区包含独龙江、怒江、澜沧江和元江4个流域(图1a),总流域面积约38.35万km2,其中澜沧江流域面积最大,怒江次之,独龙江流域面积最小,流域内主体地貌特征呈现为高山峡谷相间,气候类型多样,由北至南包含高原山地气候、亚热带季风气候和热带季风气候.研究区主体对应于三江多金属成矿构造带,其内地层岩性复杂[22-23],广泛出露古生代-早中生代海相碳酸盐岩,晚中生代-新生代陆相碎屑岩,元古宙变质岩以及多期次的岩浆岩(图1b).三江构造带中南段的中低温热液成矿颇具特色[26],其内铊、汞、砷、铅、锌等低温元素富集,相关矿产资源丰富,包含多个大型-超大型金属矿床,如兰坪超大型含铊铅锌矿床、核桃坪超大型铅锌矿床、芦子园超大型铅锌矿床,该地区多个大型矿集区的长期矿业活动可能为该地区提供了包括铊在内的系列重金属污染源[27].
1.2 样品采集与测试
中国地球化学基准计划作为“全球地球化学基准计划”的一部分,其以经自然混匀作用而具有均一化特征汇水域沉积物(泛滥平原或河漫滩沉积物等)为推荐采样介质,并按照1:20万图幅为网格单元建立基准网,每个网格中选择2个汇水域(面积介于2000~5000km2)部署采样点,汇水域沉积物现多以发育成冲洪积土壤,每个基准点同时采集表层和深层土壤样品,以此来反映整个流域的元素平均值或研究区土壤背景值[28-29],中国地球化学基准计划详细介绍可参考文献[29].在中国西南主要流域的高山峡谷地貌区选择经自然沉积形成且无明显污染的河漫滩,同点位采集浅层(0~25cm)和深层(>100cm)冲洪积土壤样品,若土壤厚度不足100cm时,采集土壤C层样品,无法满足深层样品采样时,仅采集浅层样品.研究区共采集土壤样品253件(浅层138件和深层115件),其中独龙江流域16件(浅层8件和深层8件),怒江流域96件(浅层55件和深层41件),澜沧江流域89件(浅层47件和深层42件),元江流域52件(浅层28件和深层24件),采样点位见图1.样品均为组合样品,由点位大致呈等边三角形且点距小于50m的3个子样组合而成,每个组合样品的重量约为5kg.采集样品时剔除土壤中植物、砾石等杂物,过10目(2mm)尼龙筛,采集的土壤样品室内风干后置于无污染聚乙烯塑料瓶保存.取适量样品送实验室磨碎至200目(0.074mm),称取0.2500g样品用10mL氢氟酸,5mL硝酸,2mL高氯酸消解,在200℃的电热板上加热使高氯酸蒸发,多次循环冷却加热至高氯酸蒸发冒尽.此时残渣趁热加入8mL王水溶解后,将溶液转入25mL聚乙烯试管中,用去离子水稀释定容并摇匀,澄清.之后,移取清液1mL于聚乙烯试管中,用2%的硝酸稀释至10mL,摇匀,同时制备空白溶液,以Rh为内标,用等离子体质谱仪(ICP-MS)测定土壤样品中的铊元素含量[30].为控制分析质量,在实验过程中插入国家标准物质、实验室密码样和野外重复样,实验结果显示标准物质合格率和密码样品合格率均为100%,重复样品合格率98.6%,表明实验数据的高质量性.
1.3 评价方法
目前土壤环境质量评价方法众多,根据评价对象的不同可分为两类:评价单个污染因子污染程度的单因子指数法和评价多种污染因子共同污染的综合评价法.其中,单因子指数法主要包括单因子污染指数法、几何均值评价法、富集系数法、地累积指数法和潜在生态风险评估法等[31-32].本文选用富集系数法、地累积指数法、潜在生态风险评估法及美国环境保护局(USEPA)开发的健康风险评估模型对研究区土壤铊的污染状况进行综合评价.
1.3.1 富集系数法 富集系数法(EF)计算参见(1)式,其是通过选择地球化学性质稳定的参比元素,一般为上地壳或页岩中的钪、锆、钛和铝等元素,然后将样品中的元素浓度与背景中的元素浓度进行比较,以此来评价相关介质中元素的亏损富集程度.研究表明,利用富集系数法评价流域沉积物中重金属污染程度时,选用铝做参比元素较适宜[33].同时,为了进一步消除不同成土母岩来源的土壤中元素地球化学特征的差异,本次研究使用中国不同母岩类型区A层土壤的铊和铝含量为背景[34],以此来评价研究区土壤中铊元素的污染状况.根据富集系数的大小,污染程度可划分为5个等级:EF£1.5清洁,1.5< EF£3轻度污染,3
EF=(C/ref)样品/(C/ref)背景(1)
式中:C为待研究元素的含量,mg/kg;ref为参比元素的含量,mg/kg.
1.3.2 地累积指数法 地累积指数法(geo)是较早用于评价沉积物重金属污染程度的方法,计算参见(2)式,其是通过样品中的元素浓度与修正后的元素背景值的比较获得,根据前人对页岩背景值中岩性差异等可能引起的变化研究,修正系数一般取1.5来减少造岩运动等可能引起的环境地球化学背景变异性[37].本文选取中国不同母岩类型区A层土壤的铊含量为背景[34],以此来评价研究区土壤中铊元素的污染状况.根据指数大小,污染程度可分为7个等级:geo£0清洁,0
式中:C为待研究元素的含量,mg/kg;E为待研究元素的背景值,mg/kg.
1.3.3 潜在生态风险评估法 潜在生态风险评估法是从生物毒性角度来定量评估单元素或多元素潜在生态危害的有效方法,其单元素潜在生态风险评估计算公式如下,
E=T·C/E(3)
式中:E为待研究元素的潜在生态危害程度;T为待研究元素的毒性响应系数;C为待研究元素的含量,mg/kg;E为待研究元素的背景值[40-41],mg/kg.该计算中同样选取中国不同母岩类型区A层土壤的铊含量为背景[34].研究表明,铊与砷具有相似的毒性特征(砷的毒性响应系数为10),且在有关铊的毒性响应系数研究中得到铊的毒性响应系数为10[42],因此本文中铊的毒性响应系数取10.根据相关参数可将潜在生态风险分为5个等级,具体见表1.
表1 土壤单元素潜在生态风险等级划分[40-41]
表2 非致癌健康风险评价暴露参数[43]
注:“—”表示无数据.
1.3.4 健康风险评估法 土壤中重金属进入人体主要有3种主要途径:经口摄入、呼吸吸入和皮肤直接接触[44].本次通过美国环境保护局(USEPA)推荐的健康风险评估模型对研究区土壤中重金属铊元素进行慢性非致癌金属元素的健康风险评估,铊在3种主要暴露途径的人体暴露量(ADD)计算公式如下(4)~(6)[43-45]:
经口摄入途经的长期日暴露量:
经呼吸吸入途经的长期日暴露量:
(5)
经皮肤直接接触途经的长期日暴露量:
非致癌风险的评估一般采用危害商(HQ)来衡量,其是暴露量与非致癌物参考剂量的比值,见表达式(7).一般当HQ<1.0时,认为由慢性非致癌金属元素造成的健康风险较低,当HQ>1.0时,则认为存在健康风险,应当引起人们的警戒.
HQ=ADD/RfD(7)
式中:ing、inh、derm分别代表经口摄入、呼吸吸入和皮肤直接接触3种途径中的相关参数,相关参数详见表2.
2 结果与分析
2.1 铊元素空间分布特征
中国西南主要流域区土壤铊元素含量统计特征表明(表3),研究区浅层土壤铊元素含量范围为0.17~2.65mg/kg,均值为0.80mg/kg,整体略高于中国土壤背景值(铊含量均值为0.62mg/kg)[34].独龙江、怒江、澜沧江和元江4个流域的浅层土壤铊含量均值分别为1.39,0.82,0.75,0.72mg/kg,整体具有从西向东逐渐降低的趋势.研究区北部上游地区及南部中下游地区的浅层土壤铊平均含量为0.81, 0.80mg/kg,与研究区整体含量水平接近,且北部上游地区略高于南部中下游地区.研究区各流域浅层土壤样品中铊含量超过中国土壤背景的频率均较高(超过50%),其中以独龙江和怒江最高,分别为100%和80%,且北部上游地区较南部中下游地区明显较集中.浅层土壤铊含量统计特征所反映的研究区铊含量“北高南低,西高东低”的趋势特征与其空间分布特征具有良好的统一性(图2a).
表3 中国西南“三江”流域区土壤铊元素含量统计特征(mg/kg)
注:“—”为无数据.
图2 中国西南“三江”流域区浅/深层土壤铊元素含量空间分布特征
图3 中国西南“三江”流域区不同统计单元土壤铊元素含量及相关污染评价参数分布特征
深层土壤元素含量能代表元素的自然背景[29],研究区深层土壤铊元素含量范围为0.20~4.05mg/kg,均值为0.83mg/kg,略高于浅层土壤,且研究区浅/深层土壤中铊含量变异系数均较小(表3),表明研究区浅层土壤中铊应主要来源于自然背景,即自然含铊岩矿的风化,而后期人为活动影响较小.通过不同母岩类型区土壤铊分布特征的对比可知(图3a),研究区不同母岩类型区浅/深层土壤铊的变化特征一致,并与中国不同母岩类型区A层土壤铊背景的变化特征相似,进一步表明,自然成土母岩类型控制了研究区浅/层土壤铊的空间分布特征.浅/深层土壤中铊含量空间分布具有高度一致性,均具有“北高南低,西高东低”的特征(图2),表明浅层土壤继承了深层土壤中铊元素地球化学特征.同时,南部中下游地区浅层土壤中铊含量高于深层土壤水平,及元江流域浅层土壤铊含量的均值和中值均高于深层土壤水平,间接表明研究区南部中下游地区尤其是元江流域区存在一定的人为铊污染.
结合研究区采样点土地利用方式及人为活动干扰程度的不同,将研究区的土地类型分为农用地、瓜果蔬菜地、荒地、草地和河道滩地,其人为活动干扰程度依次递减.研究区不同土地利用方式区土壤铊含量分布特征表明(图3b),一方面,不同土地利用方式区浅/深层土壤铊具有一致的分布模式,表明其应主要受控于自然地质背景;另一方面,人为活动干扰强烈的瓜果蔬菜地浅层土壤铊含量明显大于深层,且随着人为干扰程度的降低,深层土壤铊含量明显高于浅层,即综合反映了研究区土壤铊含量虽然整体受控于自然背景,但亦存在一定人为活动的影响.
2.2 健康风险评估结果及讨论
2.2.1 土壤污染及生态风险评价 浅层与深层土壤的重金属元素含量之比可在一定程度上反映浅层土壤受人为活动影响的程度,比值大于1代表浅层土壤受到人为活动的影响,且比值越大受影响程度越大[46].同时,研究区不同母岩类型区浅层与深层土壤的重金属元素含量之比分布特征与自然背景控制下的不同母岩类型区土壤铊含量分布特征差异较大(图3a),进一步表明了该比值应代表与自然背景不同的控制因素,即人为活动.研究区浅层与深层土壤铊元素含量的比值范围为0.25~1.85,均值为1.02,比值整体较小,超标污染样品数占全部样品的45.22%,表明研究区土壤整体受人为污染程度较小.研究区各地区的浅层与深层土壤铊元素含量的比值统计特征及其空间分布特征均表明(表4和图4a),受人为污染的地区主要是研究区南部的元江流域,且人为污染程度的顺序为:元江>澜沧江>怒江>独龙江,即人为污染特征具有“北轻南重,西轻东重”的趋势.
研究区浅层土壤铊的富集系数和地累积指数的统计特征表明(表4),两者整体变化范围较窄(0.45~4.98和-2.55~1.49),均值较小(1.30和-0.41),样品超标污染频率整体较低,表明研究区浅层土壤整体污染水平较低.各地区浅层土壤铊的富集系数和地累积指数的统计特征具有一致性(表4),平均值大小均为北部上游地区大,南部中下游地区小,西部独龙江流域至东部元江流域依次降低,表明研究区北部较南部污染程度深,西部流域较东部流域污染程度重,即研究区污染特征具有“北高南低,西高东低”的趋势,该趋势特征与这两个指数的空间分布特征具有高度一致性(图4b和图4c),而与前述的浅层/深层土壤的重金属元素含量反映的人为污染特征具有相反的趋势,这表明富集系数与地累积指数反映的污染特征可能主要受自然背景控制.通过将土壤污染评价参数与不同母岩类型区土壤铊含量分布特征进行对比(图3c),可以发现,他们具有相似的变化特征,进一步表明上述评价参数主要受自然背景控制.
表4 中国西南“三江”流域区土壤铊元素污染评价参数统计特征
注:“—”表示无此项.
图4 中国西南“三江”流域区土壤铊污染评价参数的空间分布特征
图5 中国西南“三江”流域区土壤铊成人/儿童HQ与ADD统计特征
从生物毒性角度出发的潜在生态风险特征进一步表明(表4),研究区浅层土壤整体不具有铊的潜在生态风险,但在独龙江、澜沧江和元江3个流域的南部存在明显的局部潜在风险高值区(图4d),即独龙江流域南部存在局部中等风险,澜沧江和元江流域南部存在较大局部中等风险的可能性(极大值分别为33.52和31.97,接近中等风险阀值40).
2.2.2 健康风险评估 研究区浅层土壤铊元素的非致癌风险评估结果表明(图5),研究区浅层土壤铊的成人/儿童整体危害商均小于1,表明该区不存在非致癌元素铊的健康风险问题.各地区的危害商和暴露剂量统计特征表明(图5),儿童的非致癌风险及暴露剂量明显高于成人,约为成人风险的8倍,且成人/儿童的3种铊暴露途径中非致癌风险及暴露量大小顺序均为:经口摄入>皮肤直接接触>呼吸系统吸入,这与前人的研究结果相同[15,42-44].研究区各地区浅层土壤铊元素的非致癌风险评估结果及其参数的空间分布特征具有相似性(图5和图6),北部上游地区的成人/儿童健康风险程度及暴露剂量高于南部中下游地区,并由西向东各流域依次减小,即研究区成人/儿童健康风险程度及暴露剂量具有“北高南低,西高东低”的趋势,与前述研究区浅/深层土壤铊元素含量空间分布等特征相似,说明自然背景控制的土壤铊元素含量的高低影响了该地区土壤铊非致癌健康风险的水平.
图6 中国西南“三江”流域区土壤铊成人/儿童HQ与ADD空间分布特征
2.2.3 讨论分析 研究区浅/深层土壤铊元素含量的空间分布具有“北高南低,西高东低”的特征,南部中下游流域的高铊含量样品点位与西南地区区域化探显示的铊地球化学明显异常富集区具有良好的重叠性[47],即独龙江流域的南部、澜沧江流域的南部和元江流域的东南部.同时,该地区对应的地层岩石类型主要为酸性花岗岩,与酸性花岗岩较其它岩性具有明显高的铊含量(0.73mg/kg)优势相吻合[48].上述特征进一步表明,研究区浅/深层土壤铊含量主要受控于自然地质背景,这与Zhuang等[49]研究得出的水域沉积物中铊主要来源于内生矿物,人类活动贡献率占比较低的结论一致.本次研究中相关富集系数、地累积指数、潜在生态风险及非致癌健康风险评估参数空间分布特征不仅与浅/深层土壤铊元素含量的空间分布具有高度一致性,而且上述评价参数与中国不同母岩类型区A层土壤铊背景具有相似的分布模式(图3),综合表明研究区自然地质背景不仅控制了浅/深层土壤中铊元素含量,还决定了其相关参数的大小及分布,且上述评价参数整体反映了在自然背景控制下研究区土壤铊的低污染和低健康风险特征.浅/深层土壤铊元素含量之比的空间分布特征表现出“北低南高,西低东高”的特征,表现出与自然地质背景控制相反的特征,且其具有与中国不同母岩类型区A层土壤铊背景差异较大的分布模式(图3a),这说明浅/深层土壤铊元素含量之比能良好反映人为污染特征,且其空间分布特征反映的研究区人为铊污染具有“北轻南重,西轻东重”的趋势,这可能与研究区东南部更接近低温成矿域的相关矿产产出集中地有关[50].
图7 中国西南“三江”流域区土壤轻度污染或潜在健康风险特征
I:独龙江流域南部和怒江流域中南部, II:澜沧江流域北部, III:澜沧江流域南部, IV:元江流域中南部地区
虽然研究区浅层土壤铊的污染评价及相关健康风险评估均显示该地区整体人为污染程度较低,不存在健康风险问题,但是根据浅层土壤铊元素含量及多种评估参数的空间分布特征可圈定出具有一定低程度污染及潜在健康风险的区域,即独龙江流域南部和怒江流域中南部(Ⅰ)、澜沧江流域北部(Ⅱ)和南部(Ⅲ)、元江流域中南部地区(Ⅳ)(图7a),上述区域浅层土壤铊元素含量的均值分别为0.96mg/ kg、0.75mg/kg、0.85mg/kg及0.81mg/kg,均高于中国土壤背景值0.62mg/kg,并与瑞士、加拿大等国家推荐的农业等利用方式土壤中铊的最大容许含量1.00mg/kg相接近[11],表明上述区域内土壤介质中铊含量已相对较高,将会对人体尤其是儿童产生相对高的暴露剂量及健康风险.上述问题区域的浅/深层土壤铊元素含量之比的均值分别为1.29、1.03、1.28和1.32,均大于1,结合前述人为活动干扰下的浅层土壤具有明显高的铊含量(图3b),综合反映了上述区域具有一定程度人为污染,且对比发现,这些潜在问题区域多位于铅锌矿床附近位置,这可能与铊作为典型的内生成岩成矿元素具有亲石和亲硫的双重属性,其易在低温Pb、Zn等硫化物矿床内富集特征有关[12,51-52].为此,进一步选取研究区北部的问题区域(Ⅱ)建立近区和远区邻近缓冲区,统计发现,自问题区域向外经近区至远区,浅层与深层土壤铊元素含量之比逐渐降低,反映了随着与铅锌矿床聚集问题区域距离的增加,人为活动干扰程度逐渐降低(图7b和图7c),该现象表明研究区铅锌等矿产的相关矿业活动可能是该区人为铊污染输入的主要来源.
3 结论
3.1 中国西南“三江”流域区浅层土壤铊元素含量范围为0.17~2.65mg/kg,均值为0.80mg/kg,整体略高于中国土壤背景值,而略低于深层土壤铊元素含量.在自然地质背景(自然含铊岩矿)控制下,流域区浅/深层土壤铊元素含量的高低顺序为独龙江>怒江>澜沧江>元江,整体呈现“北高南低,西高东低”的趋势.
3.2 基于中国不同母岩类型区土壤相关元素含量为背景的富集系数、地累积指数、潜在生态风险及非致癌健康风险评估参数均显示研究区土壤铊污染程度整体较低,不存在土壤重金属铊元素的非致癌健康风险,其实质上反映了在自然背景控制下研究区土壤铊的低污染和低健康风险特征.不同土地利用方式区土壤铊含量特征及浅/深层土壤铊元素含量之比反映了研究区存在一定人为污染源,且人为铊污染具有“北轻南重,西轻东重”的趋势.
3.3 研究区铅锌等矿产的相关矿业活动可能是该区人为铊污染输入的主要来源,人为污染叠加自然地质背景使研究区存在一定低程度污染及潜在健康风险的区域,即独龙江流域南部和怒江流域中南部(Ⅰ)、澜沧江流域北部(Ⅱ)和南部(Ⅲ)、元江流域中南部地区(Ⅳ).
[1] Nriagu J O. Thallium [J]. Chemical & Engineering News, 2003,81(36): 153.
[2] 王春霖,陈永亨,张永波,等.铊的环境地球化学研究进展[J]. 生态环境学报, 2010,19(11):2749-2757. Wang C L, Cheng Y H, Zhang Y B, et al. Overview of research about environmental geochemistry characteristics of thallium [J]. Ecology and Environment Sciences, 2010,19(11):2749-2757.
[3] Keith L H, Telliard W A. Priority pollutants. I. A perspective view [J]. Environmental Science & Technology, 1979,13(4):416-423.
[4] 李德先,高振敏,朱咏喧.环境介质中铊的分布及其分析测试方法[J]. 地质通报, 2002,21(10):682-688. Li D X, Gao Z, Zhu Y X. Distribution of thallium in environmental media and its analytical methods [J]. Geological Bulletin of China, 2002,21(10):682-688.
[5] 张 忠,陈国丽,张宝贵,等.尿液、头发、指(趾)甲高铊汞砷是铊矿区污染标志[J]. 中国环境科学, 1999,19(6):481-484. Zhang Z, Chen G L, Zhang B G, et al. Contaminative markers of Tl-mining district from the high contents of Tl, Hg and As of urine, hair and nail in the village [J]. China Environmental Science, 1999, 19(6):481-484.
[6] Xiao T F, Boyle D, Guha J, et al. Groundwater related thallium transfer processes and impacts on ecosystem, southwest Guizhou Province, China [J]. Applied Geochemistry, 2003,18(5):675-691.
[7] Xiao T F, Guha J, Boyle D, et al. Environmental concerns related to high thallium levels in soils and thallium uptake by plants in southwest Guizhou, China [J]. Science of the Total Environment, 2004,318: 223-244.
[8] Brockhaus A, Dolgner R, Ewers U, et al. Intake and health effects of Thallium among a population living in the vicinity of a cement plant emitting Thallium containing dust [J]. International Archives of Occupational and Environmental Health, 1981,48(4):375-389.
[9] Mulkey J P, Oehme F W. A review of thallium toxicity [J]. Veterinary and human toxicology, 1993,35(5):445-453.
[10] Zhang Z, Zhang B G, Long J P, et al. Thallium pollution associated with mining of thallium deposits [J]. Science in China (Series D), 1998,41:75-81.
[11] Peter A L J, Viraraghavan T. Thallium: a review of public health and environmental concerns [J]. Environment International, 2005,31:493- 501.
[12] 周涛发,范 裕,袁 峰,等.铊的环境地球化学研究进展及铊污染的防治对策[J]. 地质论评, 2005,51(2):181-188. Zhou T F, Fan Y, Yuan F, et al. A review on progresses and problems on environmental geochemistry studies of Thallium element and the countermeasures to prevent and cure the Thallium pollution [J]. Geological Review, 2005,51(2):181-188.
[13] 贾彦龙,肖唐付,周广柱,等.水体、土壤和沉积物中铊的化学形态研究进展[J]. 环境化学, 2013,32(6):917-925. Jia Y L, Xiao T F, Zhou G Z, et al. Advance on the chemical speciation of thallium in water, soil and sediment [J]. Environmental Chemistry, 2013,32(6):917-925.
[14] Xiao T F, Yang F, Li S H, et al. Thallium pollution in China: A geo-environmental perspective [J]. Science of the Total Environment, 2012,421-422:51-58.
[15] Jiang F, Ren B Z, Hursthouse A, et al. Distribution, source identification, and ecological-health risks of potentially toxic elements (PTEs) in soil of thallium mine area (southwestern Guizhou, China) [J]. Environmental Science and Pollution Research, 2019,26:16556- 16567.
[16] Liu J, Luo X W, Sun Y Q, et al. Thallium pollution in China and removal technologies for waters: A review [J]. Environment International, 2019,126:771-790.
[17] 肖唐付,何立斌,陈敬安.黔西南铊污染区铊的水环境地球化学研究[J]. 地球与环境, 2004,32(1):35-41. Xiao T F, He L B, Chen J A. Aqueous environmental geochemistry of thallium in a thallium contaminated area of southwest Guizhou [J]. Earth and Environment, 2004,32(1):35-41.
[18] 刘敬勇,常向阳,涂湘林.重金属铊污染及防治对策研究进展[J]. 土壤, 2007,39(4):528-535. Liu J Y, Chang X Y, Tu X L. Thallium pollution and its countermeasures [J]. Soils, 2007,39(4):528-535.
[19] 邓红梅,陈永亨,刘 涛,等.铊在土壤-植物系统中的迁移积累[J]. 环境化学, 2013,32(9):1749-1757. Deng H M, Chen Y H, Liu T, et al. Study on the translocation and accumulation of thallium in soil-plant system [J]. Environmental Chemistry, 2013,32(9):1749-1757.
[20] 程秦豫,黄易勤,陈小雁,等.铊在铅锌矿选冶过程中的转移及环境影响风险[J]. 有色金属工程, 2018,8(2):129-132. Cheng Q Y, Huang Y Q, Chen X Y, et al. Migration and environmental risk of Thallium in beneficiation and smelting process of Lead-Zinc Ore [J]. Nonferrous Metals Engineering, 2018,8(2):129-132.
[21] 张宝贵,张 忠.铊矿床—环境地球化学研究综述[J]. 贵州地质, 1996,13(1):38-44. Zhang B G, Zhang Z. A review of environmentary geochemistry from thallium ore deposits [J]. Guizhou Geology, 1996,13(1):38-44.
[22] Deng J, Wang Q F, Li G J, et al. Cenozoic tectono-magmatic and metallogenic processes in the Sanjiang region, southwestern China [J]. Earth-Science Reviews, 2014,138:268-299.
[23] Wang C M, Bagas L, Lu Y J, et al. Terrane boundary and spatio-temporal distribution of ore deposits in the Sanjiang Tethyan Orogen: Insights from zircon Hf-isotopic mapping [J]. Earth-Science Reviews, 2016,156:39-65.
[24] 王李鸿,角媛梅,明庆忠,等.云南省沘江流域水体重金属污染评价[J]. 环境科学研究, 2009,22(5):595-600. Wang L H, Jiao Y M, Ming Q Z, et al. Evaluation of heavy metal pollution in Bijiang basin in Yunnan Province [J]. Research of Environmental Sciences, 2009,22(5):595-600.
[25] 刘 娟,王 津,陈永亨,等.大气气溶胶中铊污染问题的研究进展[J]. 有色冶金设计与研究, 2013,34(3):79-81. Liu J, Wang J, Chen Y H, et al. Overview of the research on Thallium pollution in aerosol particles [J]. Nonferrous Metals Engineering & Research, 2013,34(3):79-81.
[26] 涂光炽.我国西南地区两个别具一格的成矿带(域) [J]. 矿物岩石地球化学通报, 2002,21(1):1-2. Tu G C. Two unique mineralization areas in southwest China [J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 2002,21(1):1-2.
[27] 范 裕,周涛发,Gabriel Voicu,等.铊矿床成矿规律[J]. 地质科技情报, 2005,24(1):55-60. Fan Y, Zhou T F, Gabriel V, et al. Metallogenic regularities of Thallium deposits [J]. Geological Science and Technology Information, 2005,24(1):55-60.
[28] Wang X Q, the CGB Sampling Team. China geochemical baselines: Sampling methodology [J]. Journal of Geochemical Exploration, 2015,154:17-31.
[29] 王学求,周 建,徐善法,等.全国地球化学基准网建立与土壤地球化学基准值特征[J]. 中国地质, 2016,43(5):1469-1480. Wang X Q, Zhou J, Xu S F, et al. China soil geochemical baselines networks: Data characteristics [J]. Geology in China, 2016,43(5): 1469-1480.
[30] 张 勤,白金峰,王 烨.地壳全元素配套分析方案及分析质量监控系统[J]. 地学前缘, 2012,19(3):33-42. Zhang Q, Bai J F, Wang Y. Analytical scheme and quality monitoring system for China Geochemical Baselines [J]. Earth Science Frontiers, 2012,19(3):33-42.
[31] 范拴喜,甘卓亭,李美娟,等.土壤重金属污染评价方法进展[J]. 中国农学通报, 2010,26(17):310-315. Fan S X, Gan Z T, Li M J, et al. Progress of assessment methods of heavy metal pollution in soil [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010,26(17):310-315.
[32] 郭笑笑,刘丛强,朱兆洲,等.土壤重金属污染评价方法[J]. 生态学杂志, 2011,30(5):889-896. Guo X X, Liu C Q, Zhu Z Z, et al. Evaluation methods for soil heavy metals contamination: A review. [J]. Chinese Journal of Ecology, 2011, 30(5):889-896.
[33] 范晓婷,蒋艳雪,崔 斌,等.富集因子法中参比元素的选取方法——以元江底泥中重金属污染评价为例[J]. 环境科学学报, 2016, 36(10):3795-3803. Fan X T, Jiang Y X, Cui B, et al. Selection of a reference element for enrichment factor: A case study on the pollution evaluation of heavy metals in the sediment of Yuan River [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2016,36(10):3795-3803.
[34] 中国环境监测总站编.中国土壤元素背景值[M]. 北京:中国环境科学出版社, 1990:288. Chinese Environmental Monitoring Station. Soil background values of China [M]. Beijing: Chinese Environmental Science Press, 1990:288.
[35] Islam M S, Ahmed M K, Raknuzzaman M, et al. Heavy metal pollution in surface water and sediment: A preliminary assessment of an urban river in a developing country [J]. Ecological Indicators, 2015,48:282-291.
[36] 赵东杰,王学求.滇黔桂岩溶区河漫滩土壤重金属含量、来源及潜在生态风险[J]. 中国环境科学, 2020,40(4):1609-1619. Zhao D J, Wang X Q. Distribution, sources and potential ecological risk of heavy metals in the floodplain soils of the karst area of Yunnan, Guizhou, Guangxi [J]. China Environmental Science, 2020,40(4): 1609-1619.
[37] Zhang G L, Bai J H, Xiao R, et al. Heavy metal fractions and ecological risk assessment in sediments from urban, rural and reclamation-affected rivers of the Pearl River Estuary, China [J]. Chemosphere, 2017,184:278-288.
[38] 李友平,刘慧芳,周 洪,等.成都市PM2.5中有毒重金属污染特征及健康风险评价[J]. 中国环境科学, 2015,35(7):2225-2232. Li Y P, Liu H F, Zhou H, et al. Contamination characteristics and health risk assessment of toxic heavy metals in PM2.5in Chengdu [J]. China Environmental Science, 2015,35(7):2225-2232.
[39] 林承奇,胡恭任,于瑞莲,等.九龙江近岸表层沉积物重金属污染评价及来源解析[J]. 中国环境科学, 2016,36(4):1218-1225. Lin C Q, Hu G R, Yu R L, et al. Pollution assessment and source analysis of heavy metals in offshore surface sediments from Jiulong River [J]. China Environmental Science, 2016,36(4):1218-1225.
[40] Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control: A sedimentological approach [J]. Water Research, 1980,14(8):975-1001.
[41] 何茂粉,张成丽.新密市矿区铊含量分析及其环境风险评价[J]. 有色金属材料与工程, 2019,40(5):32-37. He M F, Zhang C L. Thallium content analysis in Xinmi Mine Area and its environmental risk assessment [J]. Nonferrous Metal Materials and Engineering, 2019,40(5):32-37.
[42] Liu Y X, Wang Q, Zhuang W, et al. Calculation of thallium’s toxicity coefficient in the evaluation of potential ecological risk index: a casestudy [J]. Chemosphere, 2017,194:562-569.
[43] USEPA. Supplemental guidance for developing soil screening levels for superfund sites [R]. Washington, DC: Office of Emergency and Remedial Response, 2002.
[44] 李如忠,潘成荣,陈 婧,等.铜陵市区表土与灰尘重金属污染健康风险评估[J]. 中国环境科学, 2012,32(12):2261-2270. Li R Z, Pan C R, Chen J, et al. Heavy metal contamination and health risk assessment for urban topsoil and dust in Tongling City [J]. China Environmental Science, 2012,32(12):2261-2270.
[45] 张小红,王亚娟,陶 红,等.宁夏土壤中PAEs污染特征及健康风险评价[J]. 中国环境科学, 2020,40(9):3930-3941. Zhang X H, Wang Y J, Tao H, et al. Study on pollution characteristics and health risk assessment of phthalates in soil of Ningxia [J]. China Environmental Science, 2020,40(9):3930-3941.
[46] Wang X Q, Liu X M, Han Z X, et al. Concentration and distribution of mercury in drainage catchment sediment and alluvial soil of China [J]. Journal of Geochemical Exploration, 2015,154:32-48.
[47] 田 雷.中国南方地区铊地球化学特征[D]. 北京:中国地质大学(北京), 2009. Tian L. Geochemical characteristics of Thallium in south China [D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2009.
[48] 迟清华,鄢明才.应用地球化学元素丰度数据手册[M]. 北京:地质出版社, 2007:142. Chi Q H, Yan M C. Handbook of elemental abundance for applied geochemistry [M]. Beijing: Geological Publishing House, 2007:142.
[49] Zhuang W, Wang Q, Tang L B, et al. A new ecological risk assessment index for metal elements in sediments based on receptor model, speciation, and toxicity coefficient by taking the Nansihu Lake as an example [J]. Ecological Indicators, 2018,89:725-737.
[50] 孙国胜,胡瑞忠,苏文超,等.扬子地块西南缘低温成矿域Au、Sb、Hg、As矿床区域分布上的共生分异及控制因素[J]. 地质地球化学, 2003,31(4):50-55. Sun G S, Hu R Z, Su W C, et al. Regional association and fractionation mechanism of Au, Sb, Hg and As deposits in vast epithermal mineralization area at the southwestern margin of the Yangtze Block [J]. Geology-Geochemistry, 2003,31(4):50-55.
[51] 范 裕,周涛发,袁 峰.铊矿物晶体化学和地球化学[J]. 吉林大学学报:地球科学版, 2005,35(3):284-290. Fan Y, Zhou T F, Yuan F. Crystal chemistry and geochemistry of Thallium minerals [J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2005,35(3):284-290.
[52] 苏龙晓,陈永亨,刘 娟,等.含铊矿床在全国的分布及其资源开发对环境的影响研究[J]. 安徽农业科学, 2014,42(22):7588-7591. Su L X, Chen Y H, Liu J, et al. Distribution of containing Thallium deposit in China and effects of resource development on environment [J]. Journal of Anhui Agricultural Science, 2014,42(22):7588-7591.
致谢：在此对中国地球化学基准计划项目全体成员野外和室内的辛苦工作表示诚挚的感谢.
Spatial variation and health risk assessment of thallium in floodplain soil in “Three Rivers” regions of southwest China.
LIU Fu-tian1,2, WANG Xue-qiu1*, CHI Qing-hua1
(1.Key Laboratory of Geochemical Exploration, Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Langfang 065000, China；2.School of Earth Science and Resources, Chang’an University, Xi’an 710054, China)., 2021,41(4)：1765~1777
Based on the analysis of thallium content in floodplain soil samples obtained by the China Geochemical Baselines project in “Three Rivers” regions of southwest China, the pollution status of the thallium in soil of the study area was comprehensively evaluated by multiple methods. Results showed that, the thallium content in top soil of the region was 0.17~2.65mg/kg with the mean of 0.80mg/kgand the coefficients of variation was low, which was slightly higher than soil background value of China and slightly lower than that in deep soil. The characteristics of thallium content in the top/deep soil were mainly controlled by the natural geological background, and its overall trend was “north was higher than south, and west was higher than east”. Based on the background of related elements of soil in different parent rock areas in China, the parameters of enrichment coefficient, geoaccumulation index, potential ecological risk with the mean 1.30, -0.41 and 12.48, respectively, and non-carcinogenic health risk assessment with hazard quotient less than 1 all showed that the thallium contamination level of soil in the study area was generally low and there was no non-carcinogenic health risk of heavy metal of thallium in the soil, which essentially reflected that there had the characteristics of low pollution and low health risk of thallium pollution in soil of the study area under the control of natural geological background. Meanwhile, there was a certain amount of man-made pollution with a tendency of “north was lighter than south, and west was lighter than east” in the study area, reflected by the distribution characteristics of thallium content of soil in different land use field and the ratio of thallium content in top and deep soil. Comprehensive analysis showed that, the mining activities related to lead and zinc minerals in the study area might be the main source of man-made thallium pollution. Some parts of the study area had a certain degree of pollution and potential health risks due to the superposition of man-made pollution and natural geological background, including the south of Drung river basin, south central Nujiang river basin, the north and south Lancang river basin and south central Yuanjiang river basin, and these areas should attract people's attention to thallium pollution in soil.
soil；heavy metal；thallium；health risk；“Three Rivers” regions of southwest China
X53
A
1000-6923(2021)04-1765-13
刘福田(1993-),男,安徽阜阳人,博士,主要从事油气地质与应用地球化学研究.
2020-08-12
国家重点研发计划项目(2016YFC0600600);中国地质调查局地质调查项目(121201108000150005; 1212011120331;1212010661313)
* 责任作者, 研究员, wangxueqiu@igge.cn
