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第 45 卷第 12 期 2025 年 12 月 Vol 45 No 12 Dec 2025 环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circumstantiae 不 同 种 植 年 限 下 设 施 菜 地 土 壤 镉 积 累 特 征 与 风 险 评 价 彭 鹏 1 杨 忠 丽 1 王 广 源 2 贾 铭 杨 2 裴 鹏 刚 2 3 1 山 西 师 范 大 学 生 命 科 学 学 院 太 原 030031 2 长 治 学 院 生 命 科 学 系 山 西 省 土 壤 微 生 物 修 复 技 术 工 程 研 究 中 心 太 行 山 生 态 与 环 境 研 究 所 长 治 046011 3 农 业 农 村 部 环 境 保 护 科 研 监 测 所 农 业 农 村 部 产 地 环 境 污 染 防 控 重 点 实 验 室 天 津 300191 摘 要 以长治市设施蔬菜集中连片种植区棚龄为 5 年 10 年 15 年 20 年和 25 年的土壤为研究对象 探究了设施菜地土壤镉 Cd 的积累特征 生态风险及健康风险 结果表明 调查区域内土壤 Cd 含量均超过 GB 15618 2018 Cd 风险筛选值 6 5 pH 7 5 0 3 mg kg 1 土壤 Cd 含量随种 植年限增加而显著增大 且形态以可交换态和碳酸盐结合态为主 具有较高的生物有效性 地积累指数 I geo 和单因子污染指数 P 分别为 2 06 3 06 和 6 24 12 54 表明设施菜地土壤 Cd 呈中度至重度污染 潜在生态风险指数 E 187 26 376 12 显示 Cd 存在很强的生态风险 且污 染程度和生态风险均随着种植年限由 5 年至 20 年逐步增大 USEPA 健康风险评价模型结果显示 土壤 Cd 致癌与非致癌暴露风险依次为 经口 摄入 经皮肤接触 呼吸吸入 3 种途径的总致癌风险指数介于 10 4 10 6 这表明研究区域内设施菜地的 Cd 污染处于可接受致癌风险水平 3 种 途径的总非致癌指数均小于 1 处于可接受范围 相关分析结果显示 土壤 Cd 含量的积累与有机质 总氮和总磷呈显著正相关 p 0 05 表明设 施菜地土壤 Cd 污染及其健康风险主要源于有机肥和化肥的施加 为保障长期种植设施蔬菜产地环境安全 应高度重视土壤 Cd 积累造成的生 态风险和健康风险 并采取相关预防与治理措施 关 键 词 种植年限 Cd 设施菜地 健康风险评价 文 章 编 号 0253 2468 2025 12 0316 11 中 图 分 类 号 X53 X820 4 文 献 标 识 码 A Accumulation characteristics and risk assessment of cadmium in soil of facility vegetable fields under different planting years PENG Peng 1 YANG Zhongli 1 WANG Guangyuan 2 JIA Mingyang 2 PEI Penggang 2 3 1 College of Life Sciences Shanxi Normal University Taiyuan 030031 2 Shanxi Province Engineering Research Center of Soil Microbial Remediation Technology Taihang Mountain Ecological and Environmental Research Institute Changzhi University Changzhi 046011 3 Key Laboratory of Original Agro Environmental Pollution Prevention and Control Agro Environmental Protection Institute Ministry of Agriculture and Rural Affairs Tianjin 300191 Abstract This study investigated the accumulation characteristics ecological risks and health risks of cadmium Cd in soil of facility vegetable cultivation areas with greenhouse ages of 5 10 15 20 and 25 years in Changzhi City Results showed that soil Cd content in the studied area exceeded the Cd risk screening value of GB 15618 2018 6 5dermal contact respiratory inhalation The total carcinogenic risk index of the three pathways ranges from 10 4 to 10 6 indicating that Cd pollution in facility vegetable fields in the study area is at an acceptable level The total noncarcinogenic index of the three pathways is less than 1 which is within an acceptable range Correlation analysis result showed that the accumulation of soil Cd was significantly positively correlated with organic matter total nitrogen and total phosphorus p 0 05 indicating that Cd DOI 10 13671 j hjkxxb 2025 0274 彭鹏 杨忠丽 王广源 等 2025 不同种植年限下设施菜地土壤镉积累特征与风险评价 J 环境科学学报 45 12 316 326 PENG Peng YANG Zhongli WANG Guangyuan et al 2025 Accumulation characteristics and risk assessment of cadmium in soil of facility vegetable fields under different planting years J Acta Scientiae Circumstantiae 45 12 316 326 收 稿 日 期 2025 06 27 修 回 日 期 2025 07 25 录 用 日 期 2025 07 25 基 金 项 目 山西省基础研究计划项目 No 202303021222270 国家自然科学基金项目 No 42307056 山西省高等学校科技创新计划项目 No 2023L329 作 者 简 介 杨忠丽 2001 女 E mail 2320085069 责 任 作 者 E mail ppg140425 12 期 彭鹏等 不同种植年限下设施菜地土壤镉积累特征与风险评价 pollution and its health risks in facility vegetable fields were mainly caused by the application of organic and chemical fertilizers To ensure the environmental safety of vegetable production areas with long term planting facilities high attention should be paid to the ecological and health risks caused by soil Cd accumulation and relevant prevention and control measures should be taken Keywords planting years Cd facility vegetable fields health risk assessment 1 引 言 Introduction 土壤是经济和社会可持续发展的物质基础 Zhang et al 2024 随着集约化农业生产的发展和城市化进 程的加快 重金属通过采矿活动 煤炭燃烧 钢铁冶炼 交通排放 农业活动等过程进入土壤 Wang et al 2023 全国土壤污染调查公报显示 我国耕地土壤重金属污染超标率达 19 4 镉 Cd 的点位超标率达 7 0 远高于其他重金属元素 环境保护部 2014 近年来 随着我国 土壤污染防治行动计划 的实施 耕地 土壤 Cd 污染情况得到明显好转 但有研究表明我国耕层 0 20 cm 土壤 Cd 含量平均每年增加 4 g kg 1 增 势远高于其他国家和地区 Luo et al 2009 Cd 污染仍然是我国耕地土壤当前面临的最紧迫环境问题之一 我国土壤重金属污染多暴露途径健康风险评估结果显示 食物摄入是土壤 Cd 输入人体最主要的途径 皮肤 接触次之 吸入暴露途径最小 其中食物摄入对人体暴露的非致癌风险指数 HI 和致癌风险指数 CR 的贡 献分别达到了 88 和 86 陈科彤等 2024 进入人体 Cd 在大脑 肾脏 骨骼和肝脏等关键器官中蓄积 Luo et al 2009 半衰期长达 10 30 年 通过扰乱血压和钙调节 引起氧化应激和 DNA 损伤以及损害细胞功能从 而对人类健康构成威胁 Kalisinska et al 2016 Fang et al 2019 设施农业以其高效 集约化的生产方式在保障蔬菜供应方面发挥了重要作用 然而土壤 Cd 污染问题已 成为制约设施农业可持续发展的关键因素之一 研究表明 设施菜地土壤复种指数高 有机肥料使用量大 Cd 输入通量显著高于露天菜地 旱地和稻田 而输出通量显著小于其它土地利用类型 旱地 露天菜地和稻 田 导致设施菜地土壤 Cd 易于的积累趋势 武晓娟 2021 黄绍文等 2007 研究指出 北京 天津 河北和 山东 4 个试区的设施菜地土壤 Cd 含量为 0 41 0 83 mg kg 1 明显高于粮田土壤的 Cd 含量 0 36 0 79 mg kg 1 东北地区设施菜地土壤 Cd 含量高达 0 27 1 55 mg kg 1 超过 土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准 GB 15618 2018 风险筛选值的样品比例达 97 06 存在严重的 Cd 污染风险 李想等 2020 随着设施菜 地种植年限的增加 土壤环境质量下降 Cd 累积 土壤酸化等问题日趋严重 杜蕾 2014 已严重威胁到蔬 菜的安全生产 郭军康等 2018 研究指出 陕西地区种植年限为 2 年和 14 年设施菜地土壤 Cd 含量分别达到 0 21 0 26 mg kg 1 是陕西土壤 Cd 背景值的 2 39 2 92 倍 河北省的一项调查结果显示 从 1 年棚到 20 年棚 土壤中总 Cd 含量由 0 07 mg kg 1 增至 0 25 mg kg 1 增速为 0 003 mg kg 1 a 1 武晓娟 2021 我国典型设施蔬 菜基地山东寿光的调研结果显示 设施菜地棚龄由 1 5 年增加至 20 25 年 土壤 Cd 量由 0 059 mg kg 1 增至 1 10 mg kg 1 井永苹等 2020 增速为 0 007 0 009 mg kg 1 a 1 Liao et al 2019 显著高于耕地土壤的 Cd 的平均积累速度 随着设施菜地种植年限的增加 一方面土壤总 Cd 呈增加趋势 另一方面土壤 pH 值的下降 年平均降幅 0 037 个单位 可能导致 Cd 生物有效性增加进而增大 Cd 暴露健康风险 井永苹等 2020 然而 关于长期连续栽种 5 25 年 背景下 设施菜地土壤 Cd 积累 形态分析 污染特征 潜在生态风险以及健康风 险对于不同种植年限的响应方面的研究仍相对较少 基于以上分析 本研究选取山西省长治市蔬菜集中连片种植区内不同种植年限 棚龄 5 年 10 年 15 年 20 年和 25 年 下的设施菜地为研究对象 系统分析土壤 Cd 积累趋势及其赋存形态特征 采用地积累指数法 单因子污染指数法和 Hakanson 潜在生态风险指数法综合评价土壤 Cd 污染水平与生态风险 采用美国环境 保护署 USEPA 提出的健康风险评估概率模型探究土壤 Cd 对于成人和儿童不同暴露途径 经口摄入 吸入 皮肤接触 的致癌和非致癌风险 以期为当地设施菜地土壤 Cd 污染风险有效管控与蔬菜安全生产提供理论 参考 2 材 料 与 方 法 Materials and methods 2 1 样 品 采 集 本研究选取山西省长治市设施蔬菜集中连片种植区 112 95 113 11 E 36 04 36 11 N 为研究区 317环 境 科 学 学 报 45 卷 域 选取种植年限分别为 5 年 5a 10 年 10a 15 年 15a 20 年 20a 和 25 年 25a 的设施蔬菜大棚 种植蔬 菜均为西葫芦 为采样点 于 2024 年 11 月进行土壤样品采集 每个蔬菜大棚设置 5 个样点 每个样点按五点 法采集表层 0 20 cm 混合土壤样品 5 份 约 2 kg 共计采集样品 25 份 装入聚乙烯塑料袋运回实验室 剔除 土壤样品中的动植物残体 石砾 肥料颗粒 于阴凉处自然风干 研磨分别过 20 目 60 目 100 目筛子 对每个 样品采样点进行编号 放入自封袋中保存备用 2 2 分 析 方 法 2 2 1 土 壤 Cd 测 定 与 分 级 提 取 土壤 Cd 全量测定 称 0 25 g 过 100 目筛子的土 置于聚四氟乙烯消煮管中 加入 8 mL 硝酸 4 mL 氢氟酸放置过夜 于控温消煮炉中消解以 120 温度下消煮 1 h 升温至 150 消煮 2 h 170 开始赶酸 消解完毕后去离子水定容 过滤采用原子吸收分光光度计 普析 北京 上机测定 中华人民 共和国生态环境部 2017 土壤有效态 Cd 测定 按照 GBT 23739 2009 所述方法 采用 0 005 mol L 1 DTPA 按 土 DTPA 为 1 5 浸提后采用原子吸收分光光度计测定 土壤 Cd 形态分级采用 Tessier 法测定 具体为可交换态 EX 用 1 mol L 1 MgCl 2 提取 碳酸盐结合态 CB 用 1 mol L 1 NaOAc 提取 调节 pH 至 5 铁锰氧化物结合态 OX 在 96 3 间隔搅拌 4 h 离心 15 min 用 0 04 mol L 1 盐酸羟胺的 25 醋酸溶液进行提取 有机结合 态 OM 在 85 2 用 0 02 mol L 1 硝酸 30 H 2 O 2 和 3 2 mol L 1 醋酸铵提取 残渣态 RS 将经过前四步 提取后的残留物 加硝酸 15 mL 氢氟酸 10 mL 高氯酸 5 mL 并轻轻晃动 加热蒸至白烟冒尽 消解液至白色 或淡黄色 用 0 5 稀硝酸冲洗管壁 冷却后转移定容上机测定 所有提取液中的 Cd 含量采用原子吸收分光 光度计测定 2 2 2 土 壤 理 化 性 质 测 定 土壤理化性质按照土壤农化分析所述方法进行测定 土壤 pH 值按照土水 1 2 5 使用 pH 计 雷磁 上海 进行测定 EC 按照土水 1 5 使用电导率仪 雷磁 上海 进行测定 CEC 采用 HJ 889 2017 三氯化六氨合钴浸提 分光光度法测定 有机质 SOM 采用重铬酸钾外加热法测定 全氮 TN 采用凯氏定氮 法测定 全磷 TP 采用 NaOH 熔融 钼锑抗比色法测定 全钾 TK 采用火焰光度法测定 速效钾 AK 采用醋酸铵 浸提 火焰光度法测定 铵态氮 NH 4 N 采用 KCl 浸提 靛酚蓝比色法测定 速效磷 AP 采用 NaHCO 3 浸提 钼锑 抗比色法测定 鲁如坤 2000 2 3 Cd 污 染 与 风 险 评 价 方 法 2 3 1 地 积 累 指 数 法 地积累指数法由德国科学家 Muller 提出 用于定量评价土壤中重金属污染程度 不仅 考虑自然地质过程对地球化学背景值的影响 还可以判别由人为活动所导致的重金属污染程度 通过对比 样品中重金属的实测浓度与背景浓度 定量反映重金属的积累水平 Muller 1969 计算公式见式 1 I geo log 2 C 1 5B 1 图 1 研 究 区 土 样 采 集 点 Fig 1 Sampling points for soil samples in the study area 31812 期 彭鹏等 不同种植年限下设施菜地土壤镉积累特征与风险评价 式中 C 为土壤重金属元素 Cd 的含量 mg kg 1 B 为山西省土壤 Cd 元素背景值 取值 0 128 mg kg 1 国家环 境保护局 1990 为校正自然成岩作用这种差异对重金属污染评价 故采取长期应用和验证的系数 1 5 按 I geo 值划分为 7 个污染程度等级 I geo 0 清洁 0 I geo 1 轻度 1 I geo 2 偏中度 2 I geo 3 中度 3 I geo 4 偏重 4 5 极重 刘春红等 2024 2 3 2 单 因 子 污 染 指 数 单因子污染指数能够明确的反映某一特定污染物的污染程度 便于对污染物进行 分析和管理 指数分级标准依据污染物实测浓度与标准浓度的比值为基础划分不同的污染等级 李秋燕等 2021 计算公式分别见式 2 P C S 2 式中 P 为单项 Cd 污染指数 C 为土壤 Cd 实测含量 mg kg 1 S 为山西省土壤 Cd 元素背景值 mg kg 1 污染 水平划分标准见表 1 2 3 3 Hakanson 潜 在 生 态 风 险 指 数 法 潜在生态 风险指数法是由瑞典学者 Hakanson 于 1980 年提 出 用于评估重金属污染对生态系统潜在危害 通 过量化重金属的毒性效应 环境浓度及背景值计算 单项生态风险指数 从而系统的评价污染的生态风 险等级 Hakanson 1980 计算公式见式 3 E T C S 3 式中 E 为单项重金属潜在生态危害指数 T 为重金 属毒性响应系数 Cd 的响应系数为 30 C 为土壤 Cd 元素含量 mg kg 1 S 为山西省土壤 Cd 元素背景值 0 128 mg kg 1 潜在生态风险等级划分标准见表 1 王媛 2025 2 3 4 健 康 风 险 评 价 健康风险评价采用美国环境保护署 USEPA 提出的健康风险评估概率模型 郭日 等 2023 主要包括经口摄入 吸入和皮肤接触不同暴露途径 Cd 的平均日暴露量 ADD 非致癌指数 HQ 及致癌指数 CR 通过选择暴露评估模型和参数 表 2 计算成人和儿童的致癌风险和非致癌风险 孙庆华 等 2015 计算公式分别见式 4 10 ADD ing C IR ing EF ED 10 6 BW AT 4 ADD inh C IR inh EF ED BW AT PEF 5 ADD der C SA AF ABS EF ED 10 6 BW AT 6 HQ ADD h RfD h 7 HI HQ ADD ing RfD ing ADD inh RfD inh ADD der RfD der 8 CR ADD h SF h 9 TCR CR ADD ing SF ing ADD inh SF inh ADD der SF der 10 式中 ADD ing ADD inh ADD der 分别为经口摄入土壤 吸入土壤颗粒 经皮肤接触土壤的每日暴露剂量 mg kg 1 d 1 ADD h 为重金属经 h 途径的每日暴露剂量 mg kg 1 d 1 Rfd h 为重金属经 h 途径的参考剂量 mg kg 1 d 1 SF h 为重金属经 h 途径的斜率系数 kg d mg 1 C 为土壤中 Cd 的浓度 mg kg 1 IR ing 为每日摄入土量 mg d 1 IR inh 为每日吸入土壤量 m 3 d 1 EF 为暴露频率 d a 1 ED 为暴露时长 SA 为皮肤暴露面积 AF 为皮肤粘附 系数 ABS 为皮肤吸收因子 PEF 为颗粒物释放因子 AT 为暴露时间 BW 为平均体重 RfD ing RfD inh RfD der 分 别为经口摄入土壤 吸入土壤颗粒 经皮肤接触土壤的非致癌参考剂量 mg kg 1 d 1 SF ing SF inh SF der 分别为 经口摄入土壤 吸入土壤颗粒 经皮肤接触土壤的致癌斜率因子 kg d mg 1 暴露模型和参数参考 USEPA 表 1 土 壤 重 金 属 污 染 水 平 与 生 态 风 险 等 级 划 分 标 准 Table 1 Classification standards for soil heavy metal pollution level and ecological risk level 内梅罗单项 污染指数 P 0 7 0 7 P 1 0 1 P 2 0 2 0 P 3 0 P 3 0 污染水平 安全 警戒线 轻污染 中污染 重污染 Hakanson 单项潜在 生态危害指数 E 40 40 E 80 80 E 160 160 E 320 E 320 生态风险 等级 轻微 中等 强 很强 极强 319环 境 科 学 学 报 45 卷 暴露因子手册 和 污染场地风险评估技术指南 HJ 25 3 2014 等相关研究进行修改见表 龙新宪等 2024 CR 为土壤中 Cd 的致癌风险指数 如果介于 10 6 10 4 则认为有可能引起癌症 如果大于 10 4 则认为其 引起癌症的风险性较高 HQ 为土壤中 Cd 的非致癌风险指数 风险阈值为 1 2 4 数 据 处 理 与 质 量 控 制 使用 Excel 和 SPSS 进行数据统计整理分析 利用单因素方差分析和邓肯法分析不同种植年限下土壤基 础理化性质 土壤重金属含量等指标的显著性差异 差异显著水平为 p 0 05 采用 Origin 2021 绘图 采用标准 样品和样品空白进行质量控制 Cd 回收率在 104 107 之间 相对偏差 RSD 14 3 结 果 与 讨 论 Results and discussion 3 1 不 同 种 植 年 限 下 土 壤 Cd 积 累 与 赋 存 形 态 不同种植年限下设施菜地土壤 Cd 含量变化如表 3 所示 种植年限为 5a 10a 15a 20a 25a 的土壤总 Cd 含量分别为 0 80 1 03 1 41 1 45 1 60 mg kg 1 明显高于当地耕层土壤 0 123 mg kg 1 的平均含量 史晓宁 2023 与程芳琴等 2017 研究长治设施菜地 Cd 含量为 1 15 mg kg 1 接近 从不同种植年限设施菜地总 Cd 含 量 以 5 年为时段 的变化幅度来看 土壤总 Cd 含量表现出逐渐递增的规律 可能是外源有机肥的输入 畜禽 粪便含 Cd 以及设施环境封闭缺乏雨水淋洗 Cd 不容易被淋溶流失长期累积在土壤表层等原因造成的 武晓 娟 2021 所有采样点 0 20 cm 土壤 Cd 含量均高于山西省土壤 Cd 元素背景值均值 0 128 mg kg 1 5a 10a 15a 20a 25a 土壤 Cd 含量分别为背景值的 6 25 8 05 10 98 11 36 12 54 倍 根据 土壤环境质量农用地土壤 污染风险管控标准 试行 GB 15618 2018 标准中 6 5 pH 7 5 Cd 风险筛选值为 0 3 mg kg 1 5a 10a 15a 20a 25a 分别为风险筛选值的 2 67 3 43 4 70 4 83 5 33 倍 与国标比和与山西省 Cd 背景值相比 研究区 域采样点点位超标率均为 100 这表明研究区域设施菜地土壤受到了 Cd 污染且随着种植年限的增加积累 趋势明显 这与李树辉等 2011 对山东寿光设施菜地研究结果类似 该研究指出随种植年限的增加土壤 Cd 含量出现明显的累积现象 局部区域设施土壤 Cd 的年累积速率达 2 18 mg kg 1 a 1 研究表明 在不同作物种植 类型农田 旱地 水稻田 露天蔬菜地和设施菜地 土壤中 设施菜地的 Cd 输入通量最大 达 18 70 g hm 2 a 1 表 2 健 康 风 险 评 价 模 型 暴 露 参 数 郭日等 2023 龙新宪等 2024 Table 2 Exposure parameters of health risk assessment model 参数 IR ing IR inh EF ED SA AF ABS PEF AT BW RfD ing RfD inh RfD der SF ing SF inh SF der 参数含义 经口摄入土壤频率 呼吸频率 暴露频率 暴露时间 暴露皮肤面积 皮肤黏着度 皮肤吸收因子 灰尘排放因子 平均暴露时间 平均体重 经口摄入 Cd 非致癌参考剂量 呼吸吸入 Cd 参考剂量 皮肤接触 Cd 非致癌参考剂量 经口摄入 Cd 致癌斜率因子 呼吸吸入 Cd 致癌斜率因子 皮肤接触 Cd 致癌斜率因子 单位 mg d 1 m 3 d 1 d a 1 a cm 2 mg m 2 d 1 m 3 kg 1 d kg mg kg 1 d 1 mg kg 1 d 1 mg kg 1 d 1 mg kg 1 d 1 mg kg 1 d 1 mg kg 1 d 1 参考值 儿童 200 7 5 350 6 5075 0 2 0 001 1 36 109 致癌 70 365 15 9 1 10 3 1 10 5 1 10 5 6 1 6 3 成人 100 14 5 24 2448 0 07 非致癌 ED 365 56 8 注 表示无单位或无该参数 32012 期 彭鹏等 不同种植年限下设施菜地土壤镉积累特征与风险评价 而输出通量较小 Cd 的年净输入总量最大 达 16 49 g hm 2 a 1 主要污染源为畜禽粪便有机肥和化肥的输 入 土壤 Cd 有效性指的是土壤中可被植物吸收的部分 更能准确反映植物对土壤的敏感性 这部分 Cd 对环 境和人体健康的风险更大 不同设施菜地土壤 Cd 的 DTPA 浸提分析结果表明 土壤有效态 Cd 含量呈递增趋 势 相比于 5a 有效态含量分别增加了 34 94 10a 18 07 15a 18 07 20a 9 64 25a 均未超过背景 值 在 10a 出现 1 次峰值后随着种植年限有效态含量降低 这可能与作物吸收以及土壤 Cd 转化为残渣态有关 芦小军等 2010 利用形态分析来阐明重金属在环境中的迁移特性 能一定程度上反映对土壤环境污染程度 由图 2 可知 不同种植年限下设施菜地土壤 Cd 赋存形态 5a 以 EX CB 和 OM 为主 分别占总量 37 96 31 55 27 33 表明 Cd 的生物有效性高 10a 表现出 CB EX OM OX RS 的规律 而 15a 以后 RS 占比逐步增加 表明随 着种植年限的增加 土壤中 Cd 以不易被植物吸收的形式存在的部分占比逐渐增加 这种形态 Cd 生物影响性 不大 不容易迁移 对环境和人体的健康风险较小 5a 和 10a 土壤样品中 EX 和 CB 是设施菜地土壤中 Cd 的主 要存在形态 二者之和大于 OX OM 和 RS 之和 说明较短种植年限下 Cd 的生物有效性大 迁移的风险更大 郭军康等 2018 这也与本研究中观测到 5a 和 10a 两个种植年限下蔬菜样品 Cd 含量 分别为 0 0514 和 0 0534 mg kg 1 超过 GB 2762 2022 限量标准的结果 一致 随着种植年限的增加至 15a 20a 和 25a 土壤 中 Cd 由 EX 和 CB 向 OX 和 OM 转化 表明土壤 Cd 的 迁移能力减弱 这可能与长期种植中 植物残体分 解导致土壤有机质增加 其官能团 COOH OH 通过络合 螯合固定 Cd 有关 同时相应种植年限下 蔬菜样品 Cd 含量 本文未列出 均未超过 GB 2762 2022 限量标准 OX 和 OM 则相对稳定 不易被作物 吸 收 其 生 物 有 效 性 和 迁 移 性 较 低 王 炫 栋 等 2020 随着种植年限的增加至 15a 后 土壤铁锰氧 化 态 Cd 含 量 逐 渐 增 加 这 可 能 是 铁 锰 氢 化 物 对 Cd 2 有很强的吸附能力 总之 土壤中重金属元素 的迁移与其化学形态密切相关 郭军康等 2018 种植年限的增加显著影响土壤中 Cd 的形态的转化 并促进 Cd 向难迁移态转变 3 2 不 同 种 植 年 限 下 土 壤 Cd 污 染 评 价 为克服单一评价方法的局限性 本研究综合应用地积累指数法 单因子污染指数法和 Hakanson 潜在生 态风险指数法对研究区土壤 Cd 污染进行多维度评估 以期获得更为科学 全面的评价结论 从地积累指数来 看 所有采样点土壤 Cd 处于中度及偏重污染水平 其中 25a 采样点处于中度污染水平 表 4 土壤 Cd 单因子 表 3 研 究 区 土 壤 Cd 含 量 描 述 性 统 计 Table 3 Descriptive statistic of soil cadmium content in the study area 种植时间 a 5 10 15 20 25 总量 mg kg 1 均值 标准差 0 80 0 16 d 1 03 0 15 c 1 41 0 11 b 1 45 0 13 b 1 60 0 16 a 变异系数 19 95 14 34 7 36 9 26 9 74 超标倍数 a1 6 25 8 05 10 98 11 36 12 54 a2 2 67 3 43 4 70 4 83 5 33 有效态含量 mg kg 1 均值 标准差 0 083 0 007 c 0 112 0 008 a 0 098 0 011 b 0 098 0 015 b 0 091 0 018 bc 注 Cd 风险筛选值为 0 3 mg kg 1 风险管控值为 3 mg kg 1 a1 表示相较于山西省土壤背景值 0 128 mg kg 1 的超标倍数 a2 表示相较于 GB 15618 2018 标准中 6 5 pH 7 5 Cd 风险筛选值 0 3 mg kg 1 超标倍数 图 2 不 同 种 植 年 限 土 壤 Cd 的 Tessier 连 续 提 取 形 态 分 级 Fig 2 Tessier sequential extraction grade classification of cadmium in soil with different planting years 321环 境 科 学 学 报 45 卷 污染指数 P 范围 6 24 12 54 属于重污染水平 表明研究区 Cd 污染较为严重 且 25a 20a 15a 10a 5a 呈 现种植年限累积性 该累积趋势与戚燕强等 2021 在短期 1 3 年 白及种植土壤中观测到的重金属 Cd Pb As Cu 含量随年限增加的现象一致 设施内部特定的环境条件 如封闭性 高复种指数 及持续的施肥管理 尤其是有机肥和磷肥的大量投入 是驱动土壤 Cd 累积的主要人为因素 贾丽等 2020 土壤 Cd 潜在生态风 险指数 E 的范围为 187 26 376 12 均值 295 表明 研究区土壤 Cd 处于很强 160 E皮肤接触 呼吸吸入 其中 经口摄入是致癌风险最主要的贡献途径 此结果与张田等 2024 在北方小麦 表 4 不 同 种 植 年 限 下 土 壤 Cd 污 染 水 平 及 生 态 风 险 评 价 Table 4 Soil pollution levels and ecological risk assessment of Cd at each sampling point 种植年 限 a 5 10 15 20 25 I geo 2 06 2 42 2 87 2 92 3 06 污染 程度 中度 中度 中度 中度 偏重 P 6 24 8 05 10 98 11 36 12 54 污染水平 重污染 重污染 重污染 重污染 重污染 E 187 26 241 60 329 33 340 70 376 12 风险 等级 很强 很强 极强 极强 极强 注 I geo 为地积累指数 P 为单因子污染指数 E 为潜在生态风险指 数法 图 3 不 同 种 植 年 限 土 壤 Cd 对 儿 童 和 成 人 的 致 癌 风 险 Fig 3 The carcinogenic risks of soil Cd to children and adults in different planting years 32212 期 彭鹏等 不同种植年限下设施菜地土壤镉积累特征与风险评价 田土壤 Cd 健康风险评价中的发现一致 所有暴露途径下 土壤 Cd 对成人和儿童的致癌风险均随种植年限增 加而显著升高 p20a 15a 10a 5a 具体而言 成人 TCR 依次为 25a 5 67 10 20a 5 13 10 15a 4 96 10 10a 3 64 10 5a 2 82 10 儿童 TCR 依次为 25a 5 06 10 20a 4 58 10 15a 4 43 10 10a 3 25 10 5a 2 52 10 所有 TCR 值均处于 10 10 区间 表明研究区设施菜地土壤 Cd 污染存在可耐受的致癌风险 郭日等 2023 龙新宪等 2024 但仍需予以关注并采取有效的风险管控措施 在不同种植年限下 土壤 Cd 经 3 种暴露途径 经口摄入 呼吸吸入 皮肤接触 的非致癌风险指数 HQ 及总非致癌风险指数 HI 均显著低于安全阈值 1 这表明研究区域内土壤 Cd 污染对人群 成人和儿童 的非 致癌健康风险处于可接受水平 预期不会产生显著的非致癌健康效应 此结论与王志强等 2025 对宁夏石 嘴山地区以及尚瑞琦等 2025 对陇南市某医疗垃圾处理厂周边土壤重金属的健康风险评估结果一致 尽管 非致癌风险整体可接受 但儿童的总非致癌风险指数 4 87 10 9 78 10 显著高于成人 1 35 10 2 71 10 这进一步验证了儿童群体对环境污染物暴露具有更高的敏感性 因此 在风险管理中应优先考虑减少 图 4 不 同 种 植 年 限 土 壤 Cd 对 儿 童 和 成 人 的 非 致 癌 风 险 Fig 4 The non carcinogenic risks of soil Cd to children and adults in different planting years 323环 境 科 学 学 报 45 卷 儿童对污染土壤的暴露时间和暴露剂量 不同暴露途径的非致癌风险贡献率排序均为 经口摄入 皮肤接触 呼吸吸入 经口摄入途径是 HI 最主要的贡献来源 且所有暴露途径下儿童面临的非致癌风险均高于成人 成人 HI 依次为 25a 2 71 10 20a 2 46 10 15a 2 38 10 10a 1 74 10 5a 1 35 10 儿童 HI 依 次为 25a 9 78 10 20a 8 86 10 15a 8 56 10 10a 6 28 10 5a 4 78 10 成人与儿童的 HI 值均 随种