典型矿区周边重金属污染及居民健康风险评价——以湖南省苏仙区为例

摘要

随着社会的不断进步，全球人口的数量急剧增长，人类正以前所未有的规模和强度开发和利用各种资源，不可避免地带来诸多环境问题，其中重金属污染是最受人们关注的环境问题之一。有环境医学研究的学者认为，人类呼吸系统、消化系统、生殖系统以及微量元素浓度异常等健康问题在空间上的分布与环境要素理化性质的改变不无关系。所以弄清矿区周边重金属污染与当地居民健康风险之间的关系，对今后区域规划、环境治理和居民疾病预防有着重要的理论价值和应用价值。
　　本论文主要对湖南省苏仙区土地利用变化、重金属污染现状、居民健康风险以及重金属污染与居民死亡率关系等相关问题进行研究，旨在通过对苏仙区矿区周边环境重金属污染与居民健康风险评价相关性的研究，从而为今后预防重金属污染及其对人体健康的影响奠定基础。主要研究结果分述如下:
　　1.金属矿区与土地利用和人口分布变化的研究
　　在经济不断发展的进程中，金属采矿业、土地利用变化和人口分布之间形成了循环的正反馈关系。
　　苏仙区金属采矿业发展迅速，目前已形成集采矿、冶炼和金属加工为一体的矿冶加工区布局。苏仙区各乡镇拥有的金属矿区面积差异较大，但由于采矿业的持续发展，各个乡镇也均在不同程度上受到影响，促进土地利用类型之间的转入转出。1990-2010年间苏仙区和金属矿区5km缓冲区内都表现出林地、草地和耕地减少，建设用地增加的趋势，金属矿区范围内建设用地增加的趋势更加明显。在林地不断减少的同时，耕地面积也开始大面积减少，这些现象都体现了金属矿区与土地利用变化之间的密切联系，以及采矿业对于居住地和工业用地的吸引。
　　金属矿区缓冲区内，平均人口密度在1-3 km缓冲区范围内，随着缓冲距离的增加而增长;在3-10 km缓冲区范围内，随着缓冲距离的增加而下降。1990-2010年间人口大于2000人的行政村主要分布在苏仙区中西部近城区、南部平原地区和北部平原地区。人口增长率较大的行政村多集中分布在苏仙区北部平原地区、中西部市区附近，而南部B冶炼区附近地区和中部A采矿区附近1-3 km的缓冲区内，人口增加的趋势也十分明显。
　　2.研究区重金属污染现状及空间分布研究
　　由于苏仙区采矿历史悠久，尤其是最近20年间采矿业发展十分迅速，使得在整个苏仙区所采集的土壤、灰尘和作物样品中，重金属的含量处于一个较高的水平，特别是3个功能区中A、B、C区附近的样品中As和Cd的浓度水平尤为突出，Pb的含量次之，同时重金属的浓度水平随着3个功能区缓冲区距离的增加呈现不断减少的趋势。在耕地土壤中As和Cd两种重金属浓度的最大值分别超过《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)Ⅱ级标准的10倍以上。说明苏仙区3个功能区一定范围内土壤受到As和Cd的污染相当严重，这可能与研究区的土壤pH值呈酸性(pH＜6.5)有关;同时土壤中Pb的含量已经超过了《土壤质量环境标准》的Ⅱ级标准(300 mg/kg)。整体上苏仙区3个功能区的污染风险等级处在一个较高的风险水平，从空间污染程度来看4种重金属污染情况与3个功能区的距离成反比，苏仙区中部山区的采矿区A，污染程度最高，而对照区D区，污染等级相对较低。其中灰尘重金属的浓度水平和风险等级相比更为突出，说明在受到采矿业污染的同时，周边其他工厂企业和汽车尾气的排放对其也存在一定的影响。
　　3.研究区居民重金属健康风险评价研究
　　通过危害鉴别、剂量-效应关系评价、暴露评价和风险表征的四步法建立了金属矿区周边居民健康风险评价模型，计算了居民不同摄入途径的健康风险指数，实现了对整个苏仙区居民的健康风险定量评价，并分别计算了不同途径和不同种类重金属的贡献度。重金属暴露接触对人体的风险评价结果表明，通过饮食摄入、灰尘暴露进入人体的重金属元素的非致癌风险的总THQs（靶标系数）值，3个功能区中重金属As、Pb、Cd的THQs远远大于1，这表明苏仙区功能区内的居民通过饮食和灰尘摄入重金属对其健康存在潜在风险。而对于致癌风险，鉴于国际上只有针对As和Cd通过呼吸摄入灰尘的参数标准，在本研究中通过呼吸摄入灰尘重金属的致癌风险在10-8～10-7范围，低于癌症风险阈值范围10-6～10-4，但其他途径的致癌风险尚不明确，故致癌风险仍然不能忽视。同时，所有数据均显示儿童的风险指数要高于成人，故儿童所承受的健康风险还要更高。重金属总非致癌风险大小为:Cd＞Pb＞As＞Cu。空间范围上，健康风险大小为:A区＞C区＞B区＞D区。
　　4.研究区居民死亡率与金属矿区的空间相关性研究
　　苏仙区主要存在3个高死亡率的热点地区，分布在A采矿区、B冶炼区和C加工区周边。对苏仙区矿区整体设立缓冲区，发现随着缓冲距离的不断增加，死亡率偏高的村子数量所占的百分比不断减少。缓冲区2km范围内，死亡率偏高的村子高度集中，这也正是重金属浓度高的地区;当缓冲区的距离设置为7km时，死亡率偏高的村子个数占缓冲区内村子个数的50％，重金属浓度也随之降低，此时缓冲区内的人口数量已经超过了苏仙区农村人口的一半以上;缓冲区超过7km后，随着距离增加死亡率偏高村子所占比例变化不明显。每个污染区对死亡率的影响符合一定的指数模型，同时对居民死亡率范围的影响与采矿区、冶炼和加工厂的规模和重金属的种类存在一定的关系。距离矿区越近，受到污染的可能性越大，从而使居民的健康风险大大提高。
　　苏仙区居民肺癌和肝癌2种肿瘤的死亡空间分布在3个功能区附近存在聚集性，并且男性居民的聚集性更加明显。当缓冲区半径较小时，由于距离采矿冶炼场区距离太近，居住在附近的居民数量稀少，居民患肿瘤死亡人数也较少。随着缓冲区半径的不断扩大，缓冲区范围内的居民数量不断增加，同时居民肿瘤死亡人数也不断上升。当缓冲区的距离设置为5km时，缓冲区范围内男性居民肺癌死亡数、女性居民肺癌死亡数、男性居民肝癌死亡数聚集性分布明显。
　　苏仙区居民死亡率和当地土壤、灰尘和非致癌风险指数的空间分布上存在一定的相关性，应当引起足够的重视，但限于居民因疾病死亡受多个不同层面因素的影响，故重金属污染与居民疾病死亡率的具体相关关系有待进一步的深入研究。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1 研究背景

1．1 我国金属矿区的特点

1．2 重金属污染

1．3 采矿业对生态环境的破坏

1．4 重金属对人体健康的影响

2 国内外研究现状及研究进展

2．1 重金属矿区环境污染研究现状

2．2 重金属矿区环境评价研究进展

2．3 已有研究存在的不足

3 研究目的及意义

3．1 研究目的

3．2 研究意义

4 研究方法及技术路线

4．1 研究方法

4．2 技术路线

参考文献

第二章 苏仙区概况及样品的采集、处理与分析

1 研究区概况

1．1 地理位置

1．2 气候条件

1．3 矿产资源

1．4 人口及行政区划

2 矿业发展

2．1 矿业发展现状

2．2 占用土地问题

2．3 重金属污染问题

3 研究区的划分及样品的采集与分析

3．1 研究区的划分

3．2 样品的采集

3．3 样品的分析

4 污染评价方法与评价标准

4．1 污染评价方法

4．2 污染状况评价标准

5 本章小结

参考文献

第三章 苏仙区矿区发展与土地利用和人口分布的关系研究

1 引言

2 材料与方法

2．1 基础地理数据

2．2 遥感影像

2．3 数据处理方法

3 金属矿区的时空分布

4 金属矿区与土地利用

4．1 苏仙区土地利用

4．2 金属矿区缓冲区土地利用

5 金属矿区与人口分布

5．1 苏仙区人口分布与变化

5．2 金属矿区与人口分布

6 结论与讨论

7 本章小结

参考文献

第四章 苏仙区重金属环境质量污染评价研究

1 引言

2 重金属污染现状分析研究

2．1 耕地土壤中重金属污染现状分析研究

2．2 作物中重金属污染现状分析研究

2．3 灰尘中重金属污染现状分析研究

3 重金属污染评价研究

3．1 土壤重金属污染评价研究

3．2 作物重金属污染评价研究

3．3 灰尘重金属污染评价研究

3 结论与讨论

4 本章小结

参考文献

第五章 苏仙区居民重金属暴露健康风险评价研究

1 引言

2 重金属暴露评估模型及相关标准研究

2．1 重金属暴露评估模型方法

2．2 重金属暴露健康风险表征

3 重金属暴露健康风险评价研究

3．1 居民日常摄入食物重金属健康风险评价

3．2 居民日常摄入灰尘重金属健康风险评价

3．3 苏仙区居民重金属健康风险评价

4 结论与讨论

5 本章小结

参考文献

第六章 苏仙区重金属污染与居民死亡率空间相关性

1 引言

2 材料与方法

2．1 研究范围及对象

2．2 研究区居民死亡分类方法研究

2．3 居民死亡率的计算方法

3 结果

3．1 研究区与不同地区居民死亡率相关研究

3．2 研究区居民死亡率分析研究

3．3 研究区居民死亡率与矿区分布的空间相关性

3．4 研究区居民死亡率与矿区重金属污染的相关性

4 结论与讨论

4．1 研究区居民死亡率与对照区

4．2 研究区居民死亡率与矿区空间分布

4．3 研究区居民死亡率与矿区重金属污染

5 本章小结

参考文献

第七章 主要结论与研究展望

1 论文的主要结论

2 论文的创新点

3 存在问题

4 展望

致谢

攻读博士期间发表论文情况及科研项目