一种对生物炭基肥施用于土壤的健康风险评价方法技术

本发明专利技术公开了一种对生物炭基肥施用于土壤的健康风险评价方法，涉及土壤污染风险评估的领域，包括样品采集处理，确定所分析的重金属元素和多环芳烃种类；提取重金属形态，确定重金属可生物利用态含量；测定多环芳烃浓度，确定多环芳烃相对于苯并[a]芘的毒性当量浓度；构建风险评价模型。本发明专利技术通过概率法使复合污染的风险评估更为准确，可以从中确定生物炭基肥的安全施用量以及高影响参数。本发明专利技术的风险评估方法的操作方便、评估更科学、评估误差更小，方便人们对生物炭基肥施用于土壤中污染物的健康风险进行评估预防，确定合适的施肥策略，降低风险影响。降低风险影响。降低风险影响。

【技术实现步骤摘要】
一种对生物炭基肥施用于土壤的健康风险评价方法


[0001]本专利技术涉及土壤污染风险评估的领域，尤其涉及一种对生物炭基肥施用于土壤的健康风险评价方法。

技术介绍

[0002]将生物炭和有机肥直接混合或者堆肥开发生物炭基肥料，是一种更有前景的方法，用于固定、缓释养分，减少养分流失，提高肥料效率从而促进植物生长。可以通过提高土壤pH、增强有益微生物来提高土壤养分含量。
[0003]然而，生物质热解过程中不可避免的会产生多环芳烃(PAHs)，PAHs已在多个研究中被证实会对人体造成致畸、致突变和致癌的潜在危害。在集约化养殖过程中，常在畜禽饲料中大量添加Cu、Zn、As等重金属添加剂，以满足生产的需要。在堆肥工艺的处理下，重金属不能被有效的去除，常有大量残留，在有机肥的使用过程中容易造成土壤污染，进入食物链后还会对人体健康造成危害。随着生物炭基肥的长期使用，必然会导致生物炭中的多环芳烃以及有机肥中的重金属转移至土壤中，导致土壤中PAHs和重金属的积累，对作物和生物体造成毒性风险。因此，在大规模农业应用之前，有必要评估生物炭基肥中污染物的潜在风险。
[0004]传统的健康风险评价往往针对单一污染物或途径，而多种污染物之间的复合作用，可能会改变污染物的毒性。现有的风险评价模型，不能准确的评估重金属
‑
多环芳烃复合污染对人体的健康风险。
[0005]因此，本领域的技术人员致力于开发一种对生物炭基肥施用于土壤的重金属
‑
多环芳烃复合污染对人体的健康风险。
专利技术内容
[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何准确地对生物炭基肥施用于土壤的重金属
‑
多环芳烃复合污染进行风险评价。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种对生物炭基肥施用于土壤的健康风险评价方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、样品采集处理，确定所分析的重金属元素和多环芳烃种类；
[0009]步骤2、对步骤1确定的所分析的重金属元素，提取重金属形态，确定重金属可生物利用态含量；
[0010]步骤3、对步骤1确定的所分析的多环芳烃种类，测定多环芳烃浓度，确定多环芳烃浓度相对于苯并[a]芘的毒性当量浓度；
[0011]步骤4、根据步骤2确定的重金属可生物利用态含量和步骤3确定的多环芳烃相对于苯并[a]芘的毒性当量浓度，构建健康风险评价模型；
[0012]步骤5、采用Crystal ball蒙特卡洛模拟优化步骤4构建的风险评价模型，得到生物炭基肥施用土壤的健康风险。
[0013]进一步地，重金属元素为Cr、As、Pb、Cd；多环芳烃为萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘和茚并[1,2,3
‑
cd]芘。
[0014]进一步地，多环芳烃为美国环境保护署公布的16种多环芳烃。
[0015]进一步地，重金属形态包括以下四种形态:酸溶态、可还原态、可氧化态和残渣态；酸溶态、可还原态、可氧化态为可生物利用态；重金属生物可生物利用态含量为酸溶态、可还原态、可氧化态含量之和。
[0016]进一步地，重金属形态包括以下四种形态:酸溶态(F1)、可还原态(F2)、可氧化态(F3)和残渣态(F4)；F1、F2和F3称为可生物利用态；重金属生物可生物利用态含量为F1+F2+F3。
[0017]进一步地，步骤2还包括采用重金属连续提取分析法测定重金属可生物利用态含量。
[0018]进一步地，步骤3还包括采用索氏提取法，并通过GC
‑
MS测定多环芳烃浓度。
[0019]进一步地，步骤3还包括采用公式1计算多环芳烃相对于苯并[a]芘的毒性当量浓度：
[0020]TEQ＝∑C
i
×
TEF
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式1
[0021]式中：C
i
为生物炭基肥中单个多环芳烃的浓度(μg/kg)
[0022]TEF
i
为单个多环芳烃的毒性当量因子。
[0023]进一步地，步骤4中健康风险评价模型为终身致癌风险增量(ILCR)模型，其中ILCR的计算如公式2所示，其中ILCR
PAHs
为多环芳烃污染的ILCR值，ILCR
HMs
为重金属污染的ILCR值：
[0024]ILCR＝ILCR
PAHs
+ILCR
HMs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2
[0025]进一步地，ILCR
PAHs
的计算如公式3所示，ILCR
HMs
的计算如公式4所示，ILCR
Ingestion
、ILCR
Inhalaton
和ILCR
Dermal
表示通过三种途径接触土壤的污染物的值，其中：经口不慎摄入为ILCR
Ingestion
、呼吸吸入为ILCR
Inhalaton
和皮肤接触为ILCR
Dermal
；经口不慎摄入的多环芳烃污染为ILCR
Ingestion1
、呼吸吸入的多环芳烃污染为ILCR
Dermal1
、皮肤接触的多环芳烃污染为ILCR
Inhalaton1
；经口不慎摄入的重金属污染为ILCR
Ingestion2
、呼吸吸入的重金属污染为ILCR
Dermal2
、皮肤接触的重金属污染为ILCR
Inhalaton2
；
[0026]ILCR
PAHs
＝ILCR
Ingestion1
+ILCR
Dermal1
+ILCR
Inhalaton1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式3
[0027]ILCR
HMs
＝ILCR
Ingestion2
+ILCR
Dermal2
+ILCR
Inhalaton2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式4
[0028]进一步地，ILCR
Ingestion1
、ILCR
Dermal1
、ILCR
Inhalaton1
的计算分别如公式5、6和7所示，ILCR
Ingestion2
、ILCR
Dermal2
、ILCR
Inhalaton2
的计算分别如公式8、9和10所示；其中CSF是致癌斜率因子(mg/(kg
·
d))，经口不慎摄入的致癌斜率因子为CSF本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对生物炭基肥施用于土壤的健康风险评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、样品采集处理，确定所分析的重金属元素和多环芳烃种类；步骤2、对步骤1确定的所分析的重金属元素，提取重金属形态，确定所述重金属可生物利用态含量；步骤3、对步骤1确定的所分析的多环芳烃种类，测定多环芳烃浓度，确定所述多环芳烃浓度相对于苯并[a]芘的毒性当量浓度；步骤4、根据步骤2确定的所述重金属可生物利用态含量和步骤3确定的所述多环芳烃相对于所述苯并[a]芘的毒性当量浓度，构建健康风险评价模型；步骤5、采用Crystal ball蒙特卡洛模拟优化步骤4构建的风险评价模型，得到所述生物炭基肥施用土壤的健康风险。2.如权利要求1所述的健康风险评价方法，其特征在于，所述重金属元素为Cr、As、Pb、Cd；所述多环芳烃为萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、所述苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘和茚并[1,2,3
‑
cd]芘。3.如权利要求1所述的健康风险评价方法，其特征在于，所述重金属形态包括以下四种形态:酸溶态、可还原态、可氧化态和残渣态；所述酸溶态、所述可还原态、所述可氧化态为可生物利用态；所述重金属生物可生物利用态含量为所述酸溶态、所述可还原态、所述可氧化态含量之和。4.如权利要求1所述的健康风险评价方法，其特征在于，所述步骤2还包括采用重金属连续提取分析法测定所述重金属可生物利用态含量。5.如权利要求1所述的健康风险评价方法，其特征在于，所述步骤3还包括采用索氏提取法，并通过GC
‑
MS测定所述多环芳烃浓度。6.如权利要求1所述的健康风险评价方法，其特征在于，所述步骤3还包括采用公式1计算所述多环芳烃相对于所述苯并[a]芘的毒性当量浓度：TEQ＝∑C
i
×
TEF
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式1式中：C
i
为所述生物炭基肥中单个所述多环芳烃的浓度，单位为μg/kg；TEF
i
为单个所述多环芳烃的毒性当量因子。7.如权利要求1所述的健康风险评价方法，其特征在于，所述步骤4中所述健康风险评价模型为终身致癌风险增量(ILCR)模型，其中所述ILCR的计算如公式2所示，其中ILCR
PAHs
为多环芳烃污染的ILCR值，ILCR
HMs
为重金属污染的ILCR值：ILCR＝ILCR
PAHs
+ILCR
HMs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2 。8.如权利要求7所述的健康风险评价方法，其特征在于，所述ILCR
PAHs
的计算如公式3所示，所述ILCR
HMs
的计算如公式4所示，ILCR
Ingestion
、ILCR
Inhalaton
和ILCR
Dermal
表示通过三种途径接触土壤的污染物的值，其中：经口不慎摄入为所述ILCR
Ingestion
、呼吸吸入为所述ILCR
Inhalaton
和皮肤接触为所述ILCR
Dermal
；所述经口不慎摄入的所述多环芳烃污染为ILCR
Ingestion1
、所述呼吸吸入的所述多环芳烃污染为ILCR...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宣辛，何义亮，张景新，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：