城鎮(zhèn)土壤重金屬污染的層次健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與量化管理體系.pdf

1、土壤是城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的重要組成部分，而賦存于土壤中的重金屬可通過(guò)多介質(zhì)環(huán)境間的遷移轉(zhuǎn)化后可經(jīng)由直接或間接暴露途徑給城鎮(zhèn)居民健康造成危害或帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。近年國(guó)內(nèi)外與城鎮(zhèn)土壤重金屬相關(guān)的公眾危害事件頻發(fā)，因此建立城鎮(zhèn)土壤環(huán)境安全管理預(yù)警體系成為保障居民安全的關(guān)鍵，雖然目前國(guó)內(nèi)外已發(fā)展出了較為成熟的污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理框架，但暫時(shí)沒(méi)有形成一套科學(xué)而高效的城鎮(zhèn)土壤環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與量化管理的模板框架，鑒于土壤科學(xué)的研究進(jìn)展和各國(guó)不同城鎮(zhèn)在土地利

2、用現(xiàn)狀、受體空間分布、受體暴露特征、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理的經(jīng)濟(jì)投入程度等方面存在的特征差異，城鎮(zhèn)環(huán)境下的土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、污染風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源解析和風(fēng)險(xiǎn)量化管理等關(guān)鍵技術(shù)仍有待改進(jìn)或開(kāi)發(fā)。
　　論文首先總論了國(guó)內(nèi)外城鎮(zhèn)土壤重金屬污染的現(xiàn)狀及其危害特征，而后綜述了國(guó)內(nèi)外城鎮(zhèn)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)、健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)管理理論和系統(tǒng)不確定性控制理論的研究演進(jìn)及現(xiàn)存不足，最后擬定了以建立一套科學(xué)、高效的城鎮(zhèn)土壤重金屬的層次評(píng)價(jià)與管理體系為目標(biāo)的研究?jī)?nèi)

3、容及其技術(shù)路線。
　　研究的主要工作內(nèi)容和成果包括：（1）基于3S技術(shù)（遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)）、實(shí)地布點(diǎn)與采樣、分析化學(xué)技術(shù)和多元統(tǒng)計(jì)分析法，全面地探索了城鎮(zhèn)土壤中重金屬的污染格局。以長(zhǎng)沙市先導(dǎo)區(qū)土壤環(huán)境為實(shí)例，研究解譯了城鎮(zhèn)土壤重金屬總量、土壤中重金屬的化學(xué)形態(tài)和土壤理化性質(zhì)參數(shù)的空間分布特征及三者間的相關(guān)性，并以此為基礎(chǔ)，分別對(duì)不同土地利用方式下土壤中的重金屬與土壤理化性質(zhì)進(jìn)行了多元統(tǒng)計(jì)分析和空間分析，為城鎮(zhèn)不

4、同土地利用方式下土壤重金屬污染的特征解析、預(yù)測(cè)和進(jìn)一步的評(píng)價(jià)與管理提供了數(shù)據(jù)理論基礎(chǔ)。（2）建立了基于重金屬生物毒性雙權(quán)重的城鎮(zhèn)土壤重金屬污染的隨機(jī)模糊評(píng)價(jià)模型。模型首次被嵌入了可同時(shí)量化表征不同重金屬自身生物毒性差異及同一重金屬不同化學(xué)形態(tài)組成的生物可利用性差異的土壤重金屬生物毒性雙權(quán)重評(píng)價(jià)系數(shù)，這在一定程度上避免了低估有些濃度低但主要以高生物可利用性形態(tài)存在的重金屬污染作用或者高估那些濃度高但主要以低生物可利用性形態(tài)存在的重金屬污染

5、作用，降低了常用污染評(píng)價(jià)中的模型不確定性。并引入數(shù)學(xué)運(yùn)算效率較高，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)的貧數(shù)據(jù)或低精度數(shù)據(jù)具有良好適用性的隨機(jī)模糊耦合理論來(lái)量化降低本模型評(píng)價(jià)過(guò)程中的參數(shù)不確定性。所建模型與常用污染評(píng)價(jià)模型的實(shí)例評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比分析顯示，所建模型較好地彌補(bǔ)了常用確定性評(píng)價(jià)的不足，能更真實(shí)地綜合表征城鎮(zhèn)土壤重金屬富集污染和生物可利用性信息，提高了評(píng)價(jià)模型的分辨力，將其作為城鎮(zhèn)土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)的初步識(shí)別工具可為高效的土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供關(guān)鍵

6、技術(shù)支撐。（3）建立了基于重金屬生物可利用性和土地利用方式的城鎮(zhèn)土壤環(huán)境重金屬污染的層次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。方法首先借助3S技術(shù)對(duì)不同土地利用方式下的暴露評(píng)價(jià)模型進(jìn)行了優(yōu)化選擇，并同時(shí)將對(duì)重金屬的層次生物可利用性和區(qū)域可能受體分布密度的量化考量嵌入經(jīng)典的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，所建方法降低了國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)體系中常因?qū)⒈┞讹L(fēng)險(xiǎn)與其可能受體分布割裂、將重金屬總量作為其污染特征的單一表征指標(biāo)和暴露模型的不當(dāng)選擇而帶來(lái)的不確定性，提供給決策者更全面

7、、更準(zhǔn)確的優(yōu)先控制污染物和優(yōu)先控制區(qū)域的信息，從而輔助其制定靈活且高效的層次風(fēng)險(xiǎn)管理策略，尤其對(duì)環(huán)境管理預(yù)算較貧乏的發(fā)展中國(guó)家有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。（4）在上述研究基礎(chǔ)上，創(chuàng)新地建立了城鎮(zhèn)土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)量化管理決策體系，并闡述了體系的運(yùn)轉(zhuǎn)操作步驟，經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，該體系在成本-收益的考量下可科學(xué)、高效地評(píng)價(jià)城鎮(zhèn)土壤環(huán)境重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀，并與城鎮(zhèn)土壤環(huán)境綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)相聯(lián)系，根據(jù)土壤環(huán)境信息的變化具有風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力，同時(shí)建立

8、了城鎮(zhèn)土壤重金屬的來(lái)源綜合解析方法，由此可明確土壤重金屬污染來(lái)源與責(zé)任。所建體系可以初步建立分土地利用方式、分區(qū)域的土壤環(huán)境重金屬目標(biāo)值和行動(dòng)值，并可輔助決策者制定相關(guān)的配套法律法規(guī)，這在國(guó)內(nèi)外暫時(shí)未有關(guān)于城鎮(zhèn)土壤風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境評(píng)價(jià)與管理的標(biāo)準(zhǔn)化框架和國(guó)內(nèi)外城鎮(zhèn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理中社會(huì)、經(jīng)濟(jì)成本逐漸提高的雙重背景下，具有較高的科研和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。
　　研究針對(duì)城鎮(zhèn)土壤及其重金屬污染的特征，系統(tǒng)地分析了現(xiàn)國(guó)內(nèi)外城鎮(zhèn)土壤重金屬評(píng)價(jià)與管理中存在的

9、科研難關(guān)和現(xiàn)實(shí)需求，結(jié)合3S技術(shù)、隨機(jī)模糊理論、多元統(tǒng)計(jì)分析和健康風(fēng)險(xiǎn)模型等技術(shù)手段，構(gòu)建了城鎮(zhèn)土壤環(huán)境重金屬的層次健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和風(fēng)險(xiǎn)量化管理體系，這一方面豐富了國(guó)內(nèi)外關(guān)于城鎮(zhèn)土壤重金屬污染格局的研究?jī)?nèi)容，完善了城鎮(zhèn)土壤重金屬的評(píng)價(jià)理論與方法，具有顯著的理論與實(shí)踐意義；另一方面，本文以先導(dǎo)區(qū)土壤為實(shí)例，研究結(jié)果表明基于所建評(píng)價(jià)方法和管理體系能夠更加準(zhǔn)確而高效地評(píng)價(jià)表征城鎮(zhèn)土壤重金屬的環(huán)境系統(tǒng)行為并管理其帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，為城鎮(zhèn)土壤環(huán)境重金