城鎮(zhèn)土壤重金屬污染的層次健康風險評價與量化管理體系.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風險。近年國內(nèi)外與城鎮(zhèn)土壤重金屬相關的公眾危害事件頻發(fā)，因此建立城鎮(zhèn)土壤環(huán)境安全管理預警體系成為保障居民安全的關鍵，雖然目前國內(nèi)外已發(fā)展出了較為成熟的污染場地風險評價與管理框架，但暫時沒有形成一套科學而高效的城鎮(zhèn)土壤環(huán)境健康風險評價與量化管理的模板框架，鑒于土壤科學的研究進展和各國不同城鎮(zhèn)在土地利

2、用現(xiàn)狀、受體空間分布、受體暴露特征、風險評價與管理的經(jīng)濟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險評價、污染風險來源解析和風險量化管理等關鍵技術仍有待改進或開發(fā)。
　　論文首先總論了國內(nèi)外城鎮(zhèn)土壤重金屬污染的現(xiàn)狀及其危害特征，而后綜述了國內(nèi)外城鎮(zhèn)土壤重金屬污染評價、健康風險評價、風險管理理論和系統(tǒng)不確定性控制理論的研究演進及現(xiàn)存不足，最后擬定了以建立一套科學、高效的城鎮(zhèn)土壤重金屬的層次評價與管理體系為目標的研究內(nèi)

3、容及其技術路線。
　　研究的主要工作內(nèi)容和成果包括：（1）基于3S技術（遙感技術、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)）、實地布點與采樣、分析化學技術和多元統(tǒng)計分析法，全面地探索了城鎮(zhèn)土壤中重金屬的污染格局。以長沙市先導區(qū)土壤環(huán)境為實例，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性，并以此為基礎，分別對不同土地利用方式下土壤中的重金屬與土壤理化性質(zhì)進行了多元統(tǒng)計分析和空間分析，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、預測和進一步的評價與管理提供了數(shù)據(jù)理論基礎。（2）建立了基于重金屬生物毒性雙權重的城鎮(zhèn)土壤重金屬污染的隨機模糊評價模型。模型首次被嵌入了可同時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重評價系數(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，降低了常用污染評價中的模型不確定性。并引入數(shù)學運算效率較高，對實際應用中常見的貧數(shù)據(jù)或低精度數(shù)據(jù)具有良好適用性的隨機模糊耦合理論來量化降低本模型評價過程中的參數(shù)不確定性。所建模型與常用污染評價模型的實例評價結果對比分析顯示，所建模型較好地彌補了常用確定性評價的不足，能更真實地綜合表征城鎮(zhèn)土壤重金屬富集污染和生物可利用性信息，提高了評價模型的分辨力，將其作為城鎮(zhèn)土壤重金屬污染風險的初步識別工具可為高效的土壤重金屬健康風險評價提供關鍵

6、技術支撐。（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險評價方法。方法首先借助3S技術對不同土地利用方式下的暴露評價模型進行了優(yōu)化選擇，并同時將對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)典的健康風險評價方法，經(jīng)實例驗證，所建方法降低了國內(nèi)外評價體系中常因?qū)⒈┞讹L險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和暴露模型的不當選擇而帶來的不確定性，提供給決策者更全面

7、、更準確的優(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險管理策略，尤其對環(huán)境管理預算較貧乏的發(fā)展中國家有著重要的現(xiàn)實意義。（4）在上述研究基礎上，創(chuàng)新地建立了城鎮(zhèn)土壤重金屬污染的風險量化管理決策體系，并闡述了體系的運轉(zhuǎn)操作步驟，經(jīng)實例驗證，該體系在成本-收益的考量下可科學、高效地評價城鎮(zhèn)土壤環(huán)境重金屬的健康風險現(xiàn)狀，并與城鎮(zhèn)土壤環(huán)境綜合信息數(shù)據(jù)庫的設計與開發(fā)相聯(lián)系，根據(jù)土壤環(huán)境信息的變化具有風險預警能力，同時建立

8、了城鎮(zhèn)土壤重金屬的來源綜合解析方法，由此可明確土壤重金屬污染來源與責任。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)境重金屬目標值和行動值，并可輔助決策者制定相關的配套法律法規(guī)，這在國內(nèi)外暫時未有關于城鎮(zhèn)土壤風險環(huán)境評價與管理的標準化框架和國內(nèi)外城鎮(zhèn)環(huán)境風險評價與管理中社會、經(jīng)濟成本逐漸提高的雙重背景下，具有較高的科研和現(xiàn)實價值。
　　研究針對城鎮(zhèn)土壤及其重金屬污染的特征，系統(tǒng)地分析了現(xiàn)國內(nèi)外城鎮(zhèn)土壤重金屬評價與管理中存在的

9、科研難關和現(xiàn)實需求，結合3S技術、隨機模糊理論、多元統(tǒng)計分析和健康風險模型等技術手段，構建了城鎮(zhèn)土壤環(huán)境重金屬的層次健康風險評價方法和風險量化管理體系，這一方面豐富了國內(nèi)外關于城鎮(zhèn)土壤重金屬污染格局的研究內(nèi)容，完善了城鎮(zhèn)土壤重金屬的評價理論與方法，具有顯著的理論與實踐意義；另一方面，本文以先導區(qū)土壤為實例，研究結果表明基于所建評價方法和管理體系能夠更加準確而高效地評價表征城鎮(zhèn)土壤重金屬的環(huán)境系統(tǒng)行為并管理其帶來的風險，為城鎮(zhèn)土壤環(huán)境重金