绿洲城市地表灰尘重金属污染特征、大气污染效应与健康风险评估

Surface dust is the source and gathering place of urban environmental pollutants. Heavy metals in urban ground surface dust are one of the most serious threats affecting human health and urban environments. With the rapid development of oasis urbanization, the problems of pollution of soil environment of oasis cities, which has a special environmental background, in northwest arid zones of China is becoming more and more serious, and has threatened the human health and urban environmental quality. In this project, choosing the typical oasis city, Urumqi, Xinjiang, as the study area, taking the pollution risks of heavy metals in surface dust as the main analyzing object, the contents, chemical forms, pollution characteristics and main sources of heavy metal in surface dust and atmospheric particulates (PM2.5 and PM10) for different functional areas will be systematically analyzed. Based on the analysis of the migration and interaction mechanism of heavy metals in surface dust and atmospheric particulates, the atmospheric pollution effect of heavy metal pollution of urban surface dust will be clarified. Using Monte-Carlo simulation and the population exposure analysis, the localized exposure parameters will be obtained, and based on the US EPA health risk assessment model, a quick assessment model of health risks in accord with the characteristics of oasis city will be constructed to assess the potential health risks of heavy metal pollution of ground surface dust of oasis city. Results of this project will be helpful for enriching the health risk assessment theory, and will be provided scientific basis for the human health and environmental pollution prevention of oasis cities.

地表灰尘是城市环境污染物的源和汇。城市地表灰尘中的重金属已成为城市环境和人类健康最重要的威胁之一。随着绿洲城市化进程的加快，具有特殊环境背景的西北干旱区绿洲城市地表灰尘污染问题越来越突出，对众多生命健康和城市环境质量造成威胁。本项目以新疆乌鲁木齐市为研究区，以地表灰尘重金属污染风险为深入剖析对象，系统分析绿洲城市不同功能区地表灰尘与大气颗粒物（PM2.5和PM10）中重金属元素含量、赋存形态以及主要来源，进行地表灰尘与大气颗粒物中重金属元素迁移规律和相互作用机理研究，阐明绿洲城市地表灰尘重金属污染的大气污染效应；采用Monte-Carlo模拟，开展人群暴露全景剖析，获得本土化的暴露参数，基于US EPA健康风险评价模型，构建符合绿洲城市污染特征的健康风险快速评估模型，对地表灰尘重金属污染的潜在健康风险进行评估，以期丰富健康风险评价理论，同时为居民身体健康和绿洲城市环境污染防治提供科学依据。

本项目面向干旱区绿洲城市环境安全问题，针对具有特殊环境背景的绿洲城市地表灰尘重金属污染特征以及健康风险评估方面的不足，把新疆典型绿洲城市选为项目研究区，系统分析了绿洲城市地表灰尘中重金属污染特征、大气污染效应以及潜在健康风险。首先，在分析新疆乌鲁木齐市、库尔勒市、克拉玛依市和昌吉市地表灰尘中重金属元素含量的基础上，采用GIS技术与地统计法，系统分析了城市地表灰尘中各重金属元素含量与污染水平时空分布格局，阐明了研究区不同功能区（居民区、商业区、科教区、工业区、公园、道路、开发区）地表灰尘中各重金属富集差异；采用Hakanson潜在生态风险指数法，评估了城市地表灰尘中重金属污染的潜在生态风险，确定了主要的生态风险因子，探讨了城市地表灰尘重金属污染风险的预警态势；然后，结合各研究区地表灰尘与大气颗粒物中相关元素之间的关系，探讨了绿洲城市地表灰尘与大气颗粒物重金属污染的相互影响机理；采用US EPA健康风险评价模型，对城市地表灰尘中重金属污染的潜在健康风险进行评估，提出了适合绿洲城市实际情况的潜在健康风险评价参数，确定了研究区地表灰尘中主要的健康风险因子；综合利用GIS空间分析技术、多元统计分析法与UNMIX模型，全面分析了绿洲城市各功能区地表灰尘中重金属元素的主要来源，揭示了人为因素与自然因素对地表灰尘重金属污染的影响。综合上述结果，为新疆绿洲城市环境污染防治和城市居民身体健康维护提供了科学依据与数据支持。通过本项目研究，形成了一支致力于干旱区绿洲城市地表灰尘重金属污染风险评估研究的科研团队，已培养硕士生5名，均已获得硕士学位，其中2名硕士生毕业论文荣获“新疆师范大学优秀硕士学位论文”。项目主持人入选了《天山英才》计划。本项目研究成果的基础上，在国内外核心期刊上已发表学术论文27篇，其中SCI收录论文5篇。