摘要：為了解珠江三角洲典型水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)淺層地下水中碘化物的來源以及存在的飲用健康風險，本研究綜合運用數(shù)理統(tǒng)計分析、主成分分析、水質(zhì)評價和健康風險評估等方法對珠江三角洲典型淡水養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)魚塘、污水處理池、居民飲用井三種類型水源共21個代表性樣品進行分析。結(jié)果表明：研究區(qū)淺層地下水水化學類型以Ca2+·HCO3-型為主，ρ（I-）介于2～343 μg/L之間，其中33.3%的監(jiān)測點位為高碘型水源，集中分布于研究區(qū)西部；淺層地下水中的碘易賦存于弱堿性還原環(huán)境中，而魚塘泥沙中的富碘有機質(zhì)的分解滲透作用可能會加重地下水的碘富集；城鎮(zhèn)化進程中產(chǎn)生的還原性廢水和垃圾滲濾液伴隨著富含碳酸鹽巖體中有機質(zhì)的分解，都可能成為淺層高碘地下水的重要來源；研究區(qū)地表水（魚塘水、污水處理池水）中Ⅳ類水占比為16.7%，處于較差類別，其中化學需氧量（CODMn）與總氮（TN）為主要超標因子；淺層地下水質(zhì)量類別最低為Ⅲ類水，整體水質(zhì)較好，部分點位存在pH和ρ（I-）超標問題；成人的高碘飲用水健康風險較低，J4點位地下水源的兒童非致癌風險值大于1.0，建議加強對居民引用水井J4的ρ（I-）的常規(guī)監(jiān)控，以保障兒童飲用水健康。

關(guān)鍵詞：珠江三角洲；水質(zhì)評價；碘化物；健康風險；淺層地下水；地表水

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230022

中圖分類號：X523；X820

文獻標志碼：A

段磊，曾經(jīng)文，趙顯林，等.珠江三角洲典型水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)淺層地下水碘化物分布、來源及健康風險評估.吉林大學學報（地球科學版），2024，54（5）：16571674. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230022.

Duan Lei，Zeng Jingwen，Zhao Xianlin，et al. Distribution， Sources and Health Risk Assessment of Iodide in Shallow Groundwater in Typical Aquaculture Areas of the Pearl River Delta. Journal of Jilin University （Earth Science Edition），2024，54（5）：16571674. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230022.

收稿日期：20230210

作者簡介：段磊（1996-），男，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源利用方面的研究，E-mail：936263632@qq.com

通信作者：周建利（1971-），男，副教授，博士，主要從事水土環(huán)境方面的研究，E-mail：631334055@qq.com

基金項目：國家自然科學基金項目（41572217）

Supported by the National Natural Science Foundation of China （41572217）

Distribution， Sources and Health Risk Assessment of Iodide in Shallow Groundwater in Typical Aquaculture Areas of the Pearl River Delta

Duan Lei 1， Zeng Jingwen2， Zhao Xianlin1， Qiu Jinrong2， Liu Na3， Tao Junshi2， Zhou Jianli1

1." College of Agriculture， Yangtze University， Jingzhou 434000， Hubei， China

2." South China Institute of Environmental Science， Ministry of Ecology and Environment， Guangzhou 510630， China

3." College of Life Science and Technology， Jinan University， Guangzhou 510630， China

Abstract：

In order" to understand the sources of iodide in shallow groundwater in these typical aquaculture areas of the Pearl River delta as well as the health risks associated with drinking.

This study analyzed a total of 21 representative samples from three different types of water sources： fish ponds， sewage treatment ponds， and groundwater in typical freshwater aquaculture areas of the Pearl River" delta.

The results indicated that shallow groundwater in the study area had a water chemistry type primarily composed of Ca2+·HCO3- type with iodide concentrations ranging from 2343 μg/L of the monitored sites. 33.3% of the monitored sites were high iodine type water sources that were concentrated and dispersed in the western part of the study area. According to principal component analysis， iodine fugacity in groundwater was encouraged by the neutral to mildly alkaline reducing environment， and the degradation and percolation of iodine-rich organic materials from fish pond waste may have made the situation worse. The major causes of shallow， highly iodized groundwater may include degradation of organic matter in carbonate-rich rocks， urbanization with reduced effluent， and waste leachate leaks. The results of water quality evaluation showed that 16.7% of the surface water （fish ponds， sewage treatment ponds） in the study area was Class Ⅳ， and the chemical oxygen demand （CODMn） and total nitrogen （TN） were the main factors exceeding the standard. Although the pH and iodide levels in some areas of shallow groundwater exceed the recommended levels， overall water quality is satisfactory， with the worst groundwater quality being Grade Ⅲ. The examination of the health risks associated with groundwater revealed that while adults are at minimal risk from high iodine drinking water， children have a risk entropy of J4 groundwater sources that is larger than 1.0. It is suggested to strengthen the routine monitoring of residential drinking well J4 iodide concentration to ensure the health of children drinking water.

Key words：

Pearl River delta; water quality evaluation; iodide; health risk；shallow groundwater；surface water

0" 引言

近年來隨著經(jīng)濟高速發(fā)展，人們對地下水的開發(fā)利用愈加重視。我國地下水資源的空間分布特征是：北部水資源匱乏，南部水資源豐富，全國80%的水資源分布在南方；南方除山區(qū)較小的盆地有少量的地下水開采外，其余地下水開采活動主要集中于人口稠密的城鎮(zhèn)，在一些偏遠的村莊，生活用水也都來自淺層地下水［13］。有研究［2，4］表明，碘傾向于在淺層地下水中富集，而淺層地下水容易受到工業(yè)點源污染、農(nóng)業(yè)面源污染、集約化養(yǎng)殖污染、居民生活污水和固廢（生活垃圾）污染等方面的影響。近年來，隨著城鎮(zhèn)化進程不斷加快，工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量含碘廢水和生活污水的排放對淺層地下水環(huán)境造成很大壓力，其中碘伏消毒劑在漁業(yè)養(yǎng)殖中通過溶劑或片劑等方式進入水體環(huán)境中而對人體健康和水生態(tài)環(huán)境造成潛在威脅。因此，研究淺層地下水中碘的分布和來源已逐漸受到了國內(nèi)外學者的廣泛重視。除我國［57］外世界上很多國家存在高碘地下水（ρ（I-）＞100 μg/L），如丹麥［8］、摩洛哥［9］、智利［10］、阿富汗［11］、俄羅斯［12］等。據(jù)文獻［13］報道，居民飲用水中ρ（I-）＜10 μg/L為水源性缺碘地區(qū)，ρ（I-）＞100 μg/L為水源性高碘地區(qū)。碘作為最重要的微量元素之一，在能量代謝、體溫調(diào)節(jié)、身體和智力發(fā)育中都起著至關(guān)重要的作用，碘攝入不足或過量都將導致較高的患病機率［14］，例如孕婦孕期碘攝入不足可增加死產(chǎn)、流產(chǎn)和嬰兒患癡呆癥的風險，而當?shù)鈹z入過量時，可誘發(fā)甲狀腺功能亢進、甲狀腺炎或智力喪失［1517］。自1980年以來，沿海地區(qū)的許多甲狀腺腫流行都與飲用水中的碘過量有關(guān)［4］。世界衛(wèi)生組織（WHO）建議0～5歲兒童碘的攝入量為90 μg/d，6～12歲兒童碘的攝入量為120 μg/d，成年人碘的攝入量為150 μg /d，妊娠和哺乳期碘的攝入量為250 μg/d ［18］。

地下水中碘以碘化物（I-）、碘酸鹽（IO3-）和有機碘（OI）的形式存在［5］。地下水系統(tǒng)的有機組分、微生物活動、pH值以及氧化還原環(huán)境等因素都會影響碘的遷移和轉(zhuǎn)化［19］。有研究［7， 2021］表明，pH值和氧化還原電位（Eh）作為碘地球化學行為的兩個重要參數(shù)，共同揭示了碘在弱堿性還原條件下的地下水中更加易于富集的規(guī)律。另外，當?shù)叵滤h(huán)境為氧化狀態(tài)時，有機質(zhì)可以通過氧化作用將有機結(jié)合態(tài)的碘釋放到地下水中；而地下水在還原環(huán)境中又可誘發(fā)富碘有機質(zhì)的降解，富碘有機質(zhì)的氧化降解成為高碘地下水演變的重要水化學反應(yīng)之一［22］。同時，氣候類型、沉積環(huán)境和地下徑流條件都影響著高碘地下水的賦存；此外，城鎮(zhèn)化進程中所產(chǎn)生的污水和垃圾滲濾液的輸入也成為地下水中碘化物升高的重要影響因素［23］。Zhang等［24］在揭示華北滄州地區(qū)深層地下水中碘的富集機理時表明，地質(zhì)構(gòu)造差異產(chǎn)生的不同地下徑流條件是影響碘富集的主要因素；而呂曉立等［25］研究表明，珠江三角洲城鎮(zhèn)化過程中還原性垃圾滲濾液和污水輸入是高碘地下水的驅(qū)動因素。

目前，珠江三角洲地下水環(huán)境質(zhì)量評價顯示，該區(qū)地下水環(huán)境受到一定程度的有機污染［2627］，氨氮、亞硝酸鹽、鐵、錳等重金屬存在普遍超標現(xiàn)象［1516，20，28］，區(qū)域地下水酸化（pH＜6.5）較為普遍，“三氮”污染問題突出［17］；但是，地下水中碘離子的質(zhì)量濃度尚未納入常規(guī)監(jiān)測指標，有關(guān)水源地碘離子的質(zhì)量濃度未引起公眾足夠重視。近年來，有關(guān)我國地下水碘化物來源的研究多集中于我國黃淮海平原和內(nèi)陸盆地等區(qū)域［2931］，但對珠江三角洲地區(qū)，特別是在城鎮(zhèn)化和水產(chǎn)養(yǎng)殖活動影響下淺層地下水中碘化物的分布、來源、水質(zhì)現(xiàn)狀及存在的健康風險關(guān)注較少。因此，本研究選擇珠江三角地區(qū)典型水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)魚塘水、污水處理池尾水和居民飲用井水為研究對象，對不同類型水源的水化學指標進行檢測，分析其中碘化物的空間分布特征和來源，并對水質(zhì)進行現(xiàn)狀分析以及對當?shù)鼐用翊嬖诘娘嬘媒】碉L險進行評估，以期為完善我國珠江三角洲典型水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)地下水管理和農(nóng)村居民合理攝碘量提供科學依據(jù)。

1" 材料與方法

1.1" 研究區(qū)概況

研究區(qū)為位于廣州市花都區(qū)赤坭鎮(zhèn)境內(nèi)的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)（圖1），屬南亞熱帶季風氣候，降水充沛，多年平均降水量為1 818.7 mm，平均蒸發(fā)量為1 611.7 mm，水文地質(zhì)單元面積為4.82 km2。研究區(qū)的地勢大致為北部高、南部低，地貌類型以平原為主，丘陵和臺地次之。研究區(qū)平原地下水的主要來源為灌溉水、大氣降雨、地表水體的入滲和丘陵臺地等地下水的側(cè)向補給［20］。

現(xiàn)場調(diào)查可知，研究區(qū)地下水主要有松散巖類孔隙水、層狀巖類裂隙水和覆蓋性碳酸鹽巖類巖溶水三大類。其中，松散巖類孔隙水呈條帶狀分布于養(yǎng)殖區(qū)西部及西南部，層狀巖類裂隙水零星分布于

養(yǎng)殖區(qū)東北部及西北部，覆蓋性碳酸鹽巖類巖溶水則廣泛分布于養(yǎng)殖區(qū)。受地形地貌及地表水體影響，區(qū)域內(nèi)地下水的總體流向與地表水流動方向基本一致，初步判斷為由北向南徑流、排泄。由圖2可知，區(qū)域內(nèi)土地利用類型主要為城鎮(zhèn)用地、水域（魚塘）和林地3類，其中城鎮(zhèn)用地面積占37.6%，水域面積占40.7%，林地面積占21.7%。

1.2" 樣品采集與測試

2022年7月，參考《水質(zhì)采樣技術(shù)指導》（HJ 494—2009）［32］和《水質(zhì)樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定》（HJ 493—2009）［33］，根據(jù)水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)地表水與地下水分布情況，布設(shè)采樣點共21個，包括12個地表水和9個淺層地下水。其中，地表水來源包括4個污水處理池和8個魚塘，地下水來源選取9個居民生活用井。具體點位分別命名為：W1、W2、W3、W4（4個污水處理池）；Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8（8個魚塘）；J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8、J9（9個地下水民井）。

采集生活污水樣品時，在污水處理池排水口處采集尾水；采集魚塘水樣品時，在魚塘下游出水口附近取樣，將采樣所需貝勒管沒入水面下20 cm，盡量不要擾動河底沉積物，以免污染水樣；在采集地下水樣品前，需開泵10～15 min去除水管與井中存留的積水，抽出水量達到井內(nèi)水體積的3～5倍后，每隔5 min再測一次現(xiàn)場理化指標，直至連續(xù)3次的相對誤差

在±10%以內(nèi)再進行取樣。所有樣品瓶在采集前先用超純水潤洗，再用待采水樣潤洗2遍后采集1 L水樣，所用采樣瓶為1 L高密度聚乙烯瓶。

現(xiàn)場理化指標，包括溫度（T）、pH值、溶解氧（DO）、電導率（EC）和氧化還原電位（ORP），采用美國產(chǎn)便攜式哈希（portable HACH）多功能水質(zhì)分析儀測試。水樣用0.45 μm濾膜過濾后，添加相應(yīng)的保護劑（濃HNO3、H2SO4）。現(xiàn)場記錄好取樣編號、取樣地點、日期和測定參數(shù)，樣品采集完成后放入冷藏箱，盡快由專人護送交實驗室完成測試。實驗室監(jiān)測指標包括總氮（TN）、硝態(tài)氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）、碘化物（I-）和化學需氧量（CODMn）。采用DX120型離子色譜儀和ICPAES分別對陰離子（Cl-、SO42-、NO3-N、I-）和陽離子（K+、Ca2+、Na+、Mg2+、NH4+N）質(zhì)量濃度進行測定；采用酸堿指示劑滴定法測定CO32- 和HCO3-［34］質(zhì)量濃度；采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636—2012）對TN質(zhì)量濃度進行分析；通過烘箱干燥分析溶解性總固體（TDS）質(zhì)量濃度；采用高錳酸鉀法測定CODMn質(zhì)量濃度。

添加10%的平行樣品，且平行樣品之間的相對偏差需在±5%以內(nèi)，通過電荷平衡誤差分析評估樣品整體測試的準確性。

ec=ca-cbca+cb×100%。（1）

式中：ec為地下水的點位電荷平衡誤差；ca為陽離子（K+、Ca2+、Na+、Mg2+）總濃度（mmol/L）；cb為陰離子（HCO3-、Cl-、SO42-、CO32-）總濃度（mmol/L）。

測試結(jié)果顯示，地下水的ec均在±5%之間，| ec |為0.006～0.046，平均值為0.025，說明測試結(jié)果準確。

1.3" 評價方法

1.3.1" 水質(zhì)分析與評價

地表水評價標準以《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T 9101—2007）［35］中的Ⅱ類標準為主，未規(guī)定的指標按《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002） ［36］Ⅲ類標準（適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)）指標評價，超過以上標準則為超標；地下水評價標準以《生活飲用水水源水質(zhì)標準》（CJ 3020—93）［37］中的Ⅱ類標準為主，未規(guī)定的指標按《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848—2017）［38］ Ⅲ類標準作為超標依據(jù)；共同采用單因子污染指數(shù)法對pH值和DO、CODMn、NH4+N、NO3-N、I-質(zhì)量濃度進行單項評價，并用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對采樣點位水質(zhì)進行整體評價［39］。該方法的運用主要分為以下幾個步驟。

1）選擇評價因子。根據(jù)研究區(qū)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，選取pH和DO、CODMn、NH4+N、NO3-N、I-質(zhì)量濃度指標作為評價因子。

2） 明確單項評價因子評分值［40］。各單項評價因子按地表水、地下水對應(yīng)的5類標準進行評分。各單項評價因子的評分值Fi為0、1、3、6和10時分別對應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ類質(zhì)量類別［41］。

3） 確定水質(zhì)綜合指數(shù)FN，計算公式為

FN=" F2i，avg+F2i，max2 。（2）

式中：FN為內(nèi)梅羅污染指數(shù)；Fi，avg為Fi的平均值；Fi，max為Fi中最大值。

4）進行地下水質(zhì)量分級。地下水水質(zhì)按FN值分類，F(xiàn)N值的取值范圍為lt;0.80、0.80～2.50、2.50～4.25、4.25～7.20和gt;7.20時，分別對應(yīng)地下水Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ類質(zhì)量類別。

指標超標率按式（3）計算：

S=ninj×100%。（3）

式中：S為超標率；ni為超標樣本數(shù)；nj為監(jiān)測樣本數(shù)。

1.3.2" 健康風險評估

根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）公布的致癌物清單，碘是一種非致癌物，因此本研究主要關(guān)注碘的非致癌風險潛力。飲用水源中的碘主要通過飲用過量攝入對人類健康構(gòu)成風險［42］。飲用攝入的非致癌風險評估采用美國環(huán)境保護署推薦的人體健康風險評估模型［43］，人群根據(jù)生理和行為差異分為兒童、成人女性和成人男性，使用公式（4） ［44］和（5） ［45］計算各年齡組計算每日攝入量（estimated daily intake）和碘的非致癌風險（hazard quotient）。

Di=ρiCdBw； （4）

Qi=DiKi。 （5）

式中：Di為各年齡組目標污染物預計攝入量（mg·kg-1·d-1）；ρi為飲用水中目標污染物的質(zhì)量濃度（mg/L）；Cd為飲用水的平均攝入量，兒童、成年女性、成年男性分別取0.7、1.5、1.5 L·d-1；Bw為平均體質(zhì)量，兒童、成年女性、成年男性分別取15、55、75 kg［45］；Qi為非致癌風險值；Ki為通過飲用水攝入的污染物的參考劑量（mg·kg-1·d-1），碘的攝入?yún)⒖紕┝繛?.01 mg·kg-1·d-1［46］。當Qi＞1時，非致癌風險超過可接受水平，說明其可能對健康產(chǎn)生不利影響。

2" 結(jié)果與討論

2.1" 淺層地下水水化學特征

圖3為研究區(qū)地下水水化學指標分析結(jié)果。由圖3a—c可知：研究區(qū)淺層地下水pH值為4.85～7.67，平均值為6.47，其中J1、J2和J6水樣pH分別為6.09、4.85和4.85，均超出《生活飲用水水源水質(zhì)標準》（CJ 3020—93）［37］中的Ⅱ類標準的閾值（6.5～8.5）；ρ（TDS）值為146.09～385.11 mg/L，平均值為280.56 mg/L（閾值1 000 mg/L）；ρ（CODMn）為0.12～1.17 mg/L，平均值為0.55 mg/L（閾值6 mg/L）。ρ（TDS）和ρ（CODMn）均達標，研究區(qū)淺層地下水總體上呈弱酸性低溶解性總固體特征。

由圖3d—k可知：主要的陽離子平均質(zhì)量濃度由高到低為Ca2+（45.08 mg/L）、Na+（11.47 mg/L）、K+（6.48 mg/L）、Mg2+（2.39 mg/L），Ca2+是水中TDS的主要成分；主要的陰離子平均質(zhì)量濃度由高到低為HCO3-（121.06 mg/L）、SO42-（27.81 mg/L）、Cl-（20.50 mg/L）、NO3-N（7.20 mg/L）。其中：ρ（SO42-）為 8.12～59.39 mg/L，ρ（Cl-）為11.38～38.96 mg/L，ρ（SO42-）和ρ（Cl-）均達標（閾值250 mg/L）；ρ（NO3-N）為0.08～24.86 mg/L，超標率為11%（ 閾值20 mg/L）。

2.2" 碘化物分布特征

采用SPSS 27.0對研究區(qū)ρ（I-）進行差異性分析，空間變異性大小取決于變異系數(shù)（CV）值，按照變異系數(shù)的劃分等級，CVlt;10%為弱變異性，10%≤CV＜100%為中等變異，CV≥100%則為強變異性［47］。研究區(qū)地表水ρ（I-）變異系數(shù)為84.4%，屬于中等變異；地下水ρ（I-）變異系數(shù)為158.2%，屬于強變異。采用地統(tǒng)計學方法中的反距離插值法分別對研究區(qū)地表水及地下水中ρ（I-）進行空間插值分析（圖4），研究區(qū)地表水和地下水ρ（I-）在空間分布上具有一致性。地表水ρ（I-）為5～79 μg/L，未超過高碘水源上限閾值100 μg/L，地表水ρ（I-）分布呈現(xiàn)出整體分散、西部較高的空間分布特征，其中ρ（I-）最高點位為Y3（79 μg/L）和W2（74 μg/L）。淺層地下水源中碘化物的分布也呈現(xiàn)出整體分散、西部較高的空間分布特征，淺層

地下水中ρ（I-）為2～343 μg/L，其中：J1、J2、J3、J6、J7為缺碘型水源（ρ（I-）＜10 μg/L），占比55.6%，在研究區(qū)均勻分布；J8為適碘型水源，占比11.1%；J4、J5、J9為高碘型水源（ρ（I-）＞100 μg/L），占比33.3%，主要集中在研究區(qū)西部，呈現(xiàn)出明顯的聚集性。雷萬杉等［48］研究表明，區(qū)域尺度（如大洲、國家和?。┥?，地質(zhì)背景、氣候和地形因素對物質(zhì)的分布至關(guān)重要，在局部尺度（如縣、鄉(xiāng)和農(nóng)田）上，人類活動特別是農(nóng)業(yè)活動的影響更為顯著?，F(xiàn)場調(diào)查得知，J4、J5、J9民井周邊魚塘均養(yǎng)殖桂花魚，而聚維酮碘（PVPI）作為消毒劑被廣泛用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中，推測淺層高碘地下水成因與聚維酮碘

消毒劑的使用有關(guān)。已知聚維酮碘是單質(zhì)碘與聚乙烯基吡咯烷酮的無定型絡(luò)合物，碘在表面活性劑形成膠束中心而被運輸，其中聚乙烯比咯烷酮作為有機載體，不僅能持續(xù)釋放游離碘，還可充當?shù)獾膬Υ鎺欤?9］；此外，魚塘淤泥通常富含大量有機質(zhì)，淤泥中碘的吸收與有機質(zhì)含量直接相關(guān)［50］。有研究表明，添加到富含有機物土壤中的碘離子和碘酸鹽會轉(zhuǎn)化為碘的有機形式，并被強烈保留在土壤中［51］，而土壤環(huán)境中的pH、氧化還原電位（Eh）、鐵鋁（氫）氧化物、微生物等因素都對碘在土壤地下水系統(tǒng)中的遷移吸附產(chǎn)生重要影響［5255］。因此，推測研究區(qū)地表水Y3和淺層地下水J4、J5、J9中ρ（I-）較高的原因與頻繁使用聚維酮碘消毒劑的漁業(yè)活動的有關(guān)。而魚塘未檢出超高質(zhì)量濃度碘化物的原因則可能是聚維酮碘穩(wěn)定性受溫度、光照、pH、有機質(zhì)等因素影

響［5658］，高溫強光照條件以及魚塘堿性環(huán)境（pHmean=8.01）使得聚維酮碘穩(wěn)定性變差，從而在短時間內(nèi)釋放出大量的游離碘，釋放后游離碘在水中發(fā)生歧化

反應(yīng)最終產(chǎn)生大量的I-和IO3-。Fuge等［59］研究表明，在酸性還原條件下，游離碘以穩(wěn)定態(tài)的碘化物（I-）的形式存在，在堿性氧化條件下，游離碘轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的碘酸鹽（IO3-）形式，而魚塘中長期運行的增氧設(shè)備使得魚塘氧化還原電位（Eh）介于91～197 mV之間；因此，魚塘在堿性氧化條件下均未檢出超高質(zhì)量濃度碘化物。

由圖2可知，地下水點位J5、J9周邊土地利用類型主要為城鎮(zhèn)用地，J4中 ρ（I-）最高值（343 μg/L）出現(xiàn)在W2污水處理池附近；結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查得知，W2污水處理設(shè)施已停運但仍有污水排出，且周邊建有垃圾回收站，因此，推測J4超高ρ（I-）可能與周邊含碘污水排放和垃圾滲濾液的滲入有關(guān)。

2.3" 地下水碘化物來源

2.3.1" 碘化物與水化學指標的相關(guān)性分析與主成分分析

斯皮爾曼相關(guān)性分析（圖5）結(jié)果顯示，SO42-、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、CODMn、Na+、I-為水中離子的主要成分，其質(zhì)量濃度都與ρ（TDS）呈正相關(guān)關(guān)系，其中：ρ（I-）與ρ（TDS）呈強相關(guān)關(guān)系（r2≥0.8， r為相關(guān)系數(shù)），表明環(huán)境中的蒸發(fā)、濃縮作用促進了I-的富集；ρ（I-）與ρ（Ca2+）、ρ（Mg2+）、ρ（HCO3-）、ρ（CODMn）呈較強正相關(guān)關(guān)系（0.6≤r2＜0.8），說明I-可能與這些離子具有共同的來源。已有研究［60］表明，蒸發(fā)巖鹽溶解、海水入侵和城鎮(zhèn)化伴隨的污水泄漏可為地下水中的Ca2+、Mg2+ 和I-提供來源；此外，有報道［24， 61］表明礦物風化和溶解有助于地下水中碘的富集，碳酸鹽巖性地區(qū)的碘含量相比非碳酸鹽巖性地區(qū)更豐富。由相關(guān)性分析（圖5）可知，ρ（HCO3-） 和pH值呈較強正相關(guān)關(guān)系，也與地下水還原因子ρ（NH4+N）呈弱正相關(guān)關(guān)系（0＜r2≤0.3）；說明地下水中的HCO3-控制著pH值變化，二者共同反映了淺層地下水在弱堿性還原環(huán)境下有利于高碘地下水的賦存。此外，ρ（I-）與ρ（CODMn）呈較強正相關(guān)關(guān)系，說明二者可能具有共同的來源；這與大同盆地地下水中碘的來源解析結(jié)果相似，即地下水環(huán)境沉積的有機物匯集了大量的碘，這些有機物中的碘又成為地下水中的來源［62］。

根據(jù)水源類型將樣品分為地表水（魚塘、污水池）和地下水類型。通過運用主成分分析法（PCA）進一步對碘的來源進行分析。通常條件下，碘的來源包含巖石的浸出、土壤雨水的淋溶以及受人類生產(chǎn)生活的影響［63］。如圖6a所示，地表水中ρ（NO3-N）、ρ（TN）與ρ（I-）均投影于主成分1（PC1）的正半軸，且距離I-較近，表明ρ（NO3-N）、ρ（TN）與ρ（I-）呈正相關(guān)關(guān)系，而ρ（NO3-N）、ρ（TN）又與頻繁的農(nóng)業(yè)活動有關(guān)［6466］；說明農(nóng)業(yè)活動是地表水I-的主要來源之一。

地下水源的主成分分析（圖6b）中，PC1的方差貢獻率為47.327%（表1），pH值、ρ（TDS）與ρ（I-）在PC1上均為正載荷，pH與ρ（I-）呈正相關(guān)關(guān)系；說明pH值影響著ρ（I-）的大小，在酸性較強的環(huán)境中，I-的氧化速度

加快，導致I-損失加大，這與黃適爾等［42］研究結(jié)果一致。此外，也有研究［25］表明，地下水沉積物在弱堿性環(huán)境下會降低對I-的吸附能力，從而促進I-釋放遷移至水相。主成分分析（表1）顯示，在PC1中，ρ（TDS）、pH、ρ（Ca2+）、ρ（HCO3-）、ρ（DO）、ρ（CODMn）、ρ（NH4+N）、EC、ρ（I-）荷載較大。有研究［67］表明，珠江三角洲沿海地區(qū)富含碳酸鹽的巖石通常富含碘有機質(zhì)，研究區(qū)淺層地下水主要為重碳酸型水；表明弱堿性還原條件下，研究區(qū)孔隙含水層沉積地層中富碘有機質(zhì)的降解導致地下水中I-、NH4+N和HCO3-富集［61］。此外，也有研究［60， 68］指出，村鎮(zhèn)還原性污

水通常含有較高質(zhì)量濃度的I-和NH4+N，而還原性污水中化糞池廢水以及生活污水的泄漏是地下水中的NH4+N和I-的來源之一。研究區(qū)地下水J4（ρ（I-）=343 μg/L）、J5（ρ（I-）=103 μg/L）和

J9（ρ（I-）=107 μg/L）均為高碘地下水點位，污水處理池W2檢出ρ（I-）較高，且W2點距離點位J4較近，此外現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高碘地下水點位J4周邊還建有垃圾填埋場；因此，J4點位檢出超高質(zhì)量濃度的碘化物則有可能是污水處理池尾水和垃圾滲濾液共同作用的結(jié)果，而J5、J9位于J4周邊，也可能受到J4高碘地下水遷移的影響。調(diào)查顯示，近些年來沿海地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)日漸發(fā)達，且河道人工挖沙現(xiàn)象越發(fā)普遍［69］，挖沙過程破壞了孔隙含水層，使得歷史沉積層中富碘土壤淋溶解析，進而促使孔隙含水層中碘富集［7071］，同時聚維酮碘作為有機高分子消毒劑也在J5、J9周邊魚塘被廣泛使用；故J5、J9點位檢出超高質(zhì)量濃度的碘化物則有可能是J4高碘地下水的遷移與魚塘富碘底泥的淋濾共同作用的結(jié)果。因此，PC1代表弱堿性還原環(huán)境下，垃圾滲濾液和還原性富碘污水滲漏入滲以及魚塘富碘土壤的淋濾對研究區(qū)淺層高碘地下水的綜合影響。

由研究區(qū)淺層地下水主要離子主成分分析（表1）知，主成分2（PC2）的方差貢獻率為16.934%，ρ（TN）、ρ（NO3 -N）、ρ（Na+）、ρ（Cl-）、ρ（SO42-）在PC2荷載較大。其中，ρ（TN）、ρ（NO3-N）與頻繁的農(nóng)業(yè)活動有關(guān)，ρ（SO42-）主要與珠江三角洲工業(yè)酸雨對淺層地下水的入滲有關(guān)［72］。主成分3（PC3）的方差貢獻率為15.412%，ρ（Mg2+）和ρ（K+）在PC3荷載較大。有調(diào)查［60］發(fā)現(xiàn)，海水入侵可為地下水中的Na+、Mg2+、Cl-和I-提供來源證明，珠江三角洲孔隙含水層曾發(fā)生過三次海水入侵；因此，PC2和PC3代表農(nóng)業(yè)活動、工業(yè)污染和海侵因素等綜合因素對該區(qū)地下水化學組分的影響。I-在PC2和PC3中荷載低，說明農(nóng)業(yè)活動、工業(yè)污染和海水入侵對淺層

地下水中碘的富集影響較小。

2.3.2" 水化學控制因素

利用反映水化學組分特征的Gibbs圖分析ρ（Na+）和ρ（HCO3-）等水化學指標對碘來源的影響，可進一步研究碘來源與水化學控制因素的關(guān)系［7374］。水化學中陽離子的質(zhì)量濃度比（圖7a）、陰離子的質(zhì)量濃度比（圖7b）與地下水中總?cè)芙饬康年P(guān)系能夠綜合反映地下水的水化學特征和組成，揭示地下水的主導因素。研究區(qū)高碘地下水ρ（I-）主要介于103～343" μg/L，陽離子ρ（Na+）/（ρ（Na+）+ρ（Ca2+））為0.07～0.36，陰離子ρ（Cl-）/（ρ（Cl-）+

ρ（HCO3-））為0.07～0.21，J4、J5、J9分布在巖石風化區(qū)域，水化學驅(qū)動因素受地質(zhì)因素影響較大，其主

要受巖石風化作用控制。從圖7a 可知，相較于其他點位（J1、J2、J3、J6、J7、J8），ρ（I-）質(zhì)量濃度較高的J4、J5和J9受到的蒸發(fā)、濃縮作用更強（ρ（TDS）值更大）；說明蒸發(fā)濃縮作用可能對水中I-的富集也起到了一定作用。

2.3.3" 淺層高碘地下水化學特征

Piper三線圖可以反映水體中主要離子組成的變化，從而反映水化學的組成特征［75］。如圖8所示，研究區(qū)淺層地下水水化學類型主要可分為Ca2+·HCO3-，Ca2+·Na+·HCO3-2種類型。研究區(qū)淺層地下水處于補給徑流區(qū)，水化學類型以HCO3-占絕對優(yōu)勢，說明從補給區(qū)到排泄區(qū)地下水

化學類型通常呈現(xiàn)從HCO3-→SO42-→Cl-變化的規(guī)律，這與朱海勇等［76］研究結(jié)果相符。研究區(qū)淺層地下水總體上呈弱酸性低溶解性總固體特征（圖8），陽離子以Ca2+為主，陰離子以HCO3-為主，除J6為Ca2+·Na+·HCO3-水化學類型外，其余的點位都集中在第2區(qū)域，都屬于低溶解性總固體Ca2+·HCO3-為主導的水化學類型。民井J2、J6常年敞口開放，其淺層地下水酸化明顯可能受酸雨入滲補給影響。

如圖9a所示，研究區(qū)地下水pH值范圍為4.85～7.67，J4、J5、J9高碘地下水pH范圍在7.19～7.67之間，為弱堿性。I-易被含水介質(zhì)中帶正電的物質(zhì)吸附［7778］，pH值的增大會使膠體和黏土礦物帶更多負電荷，降低對I-的吸附［7980］，所以當pH＞7.0時（圖9a），地下水中ρ（I-）明顯升高。相較于其他點位，J4、J5、J9高碘地下水中ρ（CODMn）和ρ（NH4+N）均較高（圖9b、c），而ρ（DO）、ρ（NO3-N）和Eh均較低（圖9d—f）。研究區(qū)地下水Eh集中于－43～286 mV，變化幅度較大；J4、J5、J9高碘地下水Eh均小于0 （圖9e），范圍在－43～－11 mV之間，研究區(qū)地下水J1、J2、J3、J6、J7和J8屬于偏氧化水（圖9e），J4、J5和J9屬于偏還原水，厭氧還原環(huán)境不利于氧化態(tài)的IO3- 形成［81］，I-是研究區(qū)高碘地下水中穩(wěn)定存在的碘形態(tài)。綜上所述，氧化還原環(huán)境和pH值是影響研究區(qū)地下水中ρ（I-）高低的重要因素，弱堿性還原環(huán)境有利于地下水中碘的富集。

2.4" 水質(zhì)污染評價

目前，相關(guān)研究多采用單因子指數(shù)法、模糊綜合評價法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法等進行水質(zhì)評價，或采用美國環(huán)保署（USEPA）健康風險評估（HHRA）模型進行人類健康風險評價，而將水質(zhì)評價及健康風險評價相結(jié)合來對水質(zhì)進行綜合評價的研究較少。將水質(zhì)評價與健康風險評價相結(jié)合，可以更全面地了解水環(huán)境質(zhì)量以及地下水作為飲用水的安全性，也可為地下水污染防治和飲用水風險管理提供科學依據(jù)［82］。因此，本研究先采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法分別對研究區(qū)地表水和地下水的pH值、ρ（NH4+N）、ρ（NO3-N）、ρ（TN）、ρ（DO）、ρ（CODMn）、ρ（I-）和ρ（TDS）進行單項評價和水質(zhì)整體評價（表2、3）；然后將水質(zhì)評價與健康風險評價相結(jié)合，通過人類健康風險評估模型評估研究區(qū)居民飲用攝入碘的非致癌風險。

2.4.1" 地表水水質(zhì)污染特征

地表水水質(zhì)污染指數(shù)評價結(jié)果（表2）表明，碘化物因子均符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002） ［36］Ⅲ類標準，pH、ρ（DO）、ρ（TN）、ρ（NH4+N）、ρ（CODMn）和ρ（NO3-N）因子存在超標。研究區(qū)超標指標的超標率（表3）顯示，地表水中ρ（CODMn）、ρ（TN）、ρ（DO）、ρ（NH4+N）、pH和ρ（NO3-N）超標率由大到小分別為75.0%、58.3%、50.0%、33.3%、25.0%、8.3%。由表2可知：

W1和W2地表水質(zhì)量類別為Ⅳ類水，Ⅳ類水占比為16.7%，水質(zhì)較差（僅討論最低水質(zhì)類別）；魚塘單因子污染指數(shù)均值＞1的有ρ（DO） 、ρ（CODMn）和ρ（TN）。其中：魚塘ρ（DO）普遍較高的

原因可能是，氧氣泵或其他氧氣供應(yīng)設(shè)備過于強勁，導致水中氧氣濃度升高；并且現(xiàn)場在采樣時發(fā)現(xiàn)魚塘存在大量藻類植物，藻類在白天進行光合作用時會產(chǎn)生大量

氧氣。ρ（CODMn）、ρ（TN）超標是因為魚塘中的代謝產(chǎn)物和殘餌是傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式環(huán)境中有機質(zhì)污染負荷和ρ（TN）超標的主要存在形式［83］，益生菌的施用次數(shù)也是ρ（CODMn）、ρ（TN）較高的重要影響因素之一［40］；此外，陳舊的魚塘富含有機質(zhì)的淤泥過厚，內(nèi)源沉積物釋放也很可能是造成ρ（CODMn）居高不下的原因。

2.4.2" 地下水水質(zhì)污染特征

地下水水質(zhì)污染指數(shù)評價結(jié)果（表4）表明，ρ（NH4+N）、ρ（CODMn）均符合《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848—2017）［38］Ⅲ類標準。表4內(nèi)梅羅污染指數(shù)計算結(jié)果表明：J7、J8地下水質(zhì)量類別為Ⅰ類，共占比22.2%；J1、J3、J5、J9地下水質(zhì)量類別為Ⅱ類，共占比44.5%；J2、J4、J6地下水質(zhì)量類別為Ⅲ類，共占比33.3%，整體水質(zhì)較好。由表3可知，pH、ρ（I-）和ρ（NO3-N）因子存在超標，pH、ρ（I-）和ρ（NO3-N）超標率由大到小分別為33.3%、33.3%、11.1%。表4單因子污染指數(shù)pH、ρ（I-）均值分別為1.83和0.89，均值較高，超標情況較嚴重，超標率均為33.3%。此外J2和J6的pH現(xiàn)場測得均為4.85，統(tǒng)計結(jié)果［84］表明，1982—2007年珠江三角洲地區(qū)降水pH值平均介于4.48～5.92，且呈逐年下降的態(tài)勢；而J2和J6位于研究區(qū)水文地質(zhì)單元補給區(qū)，降雨的影響可能使得補給區(qū)的pH整體呈偏酸性，而其他位于徑流區(qū)的點位pH未超標原因可能是地下水從補給區(qū)到排泄區(qū)的流動過程中跟地層間發(fā)生反應(yīng)，酸性被中和［85］。

2.4.3" 健康風險評價結(jié)果

人類健康風險評估按照行為和生理差異將人群分為兒童、成年女性和成年男性。通過模型評估居民攝入碘的非致癌風險，結(jié)果如圖10所示。由圖10可知：研究區(qū)非致癌風險值（Qi）最高人群出現(xiàn)在兒童中，兒童的Qi介于0.010～1.601之間，其中J4點

位的Qi超過允許的限值（Qi=1.0），說明該點位飲用水源對兒童存在非致癌風險；成年女性的Qi值區(qū)間為0.050～0.935，成年男性的Qi值區(qū)間為0.010～0.686，均低于允許的限值；成年男性

的Qi平均值

（0.134）與成年女性的Qi平均值（0.182）均低于兒童的Qi平均值（0.312），說明飲用水中的ρ（I-）不會通過飲用的途徑對成年女性和成年男性構(gòu)成非致癌風險。因此，在高碘地下水的治理修復方面，建議加強對民井J4 ρ（I-）的常規(guī)監(jiān)控，增加除碘設(shè)施，還可構(gòu)建新型材料以增加碘的吸附性能。例如，米生雍等［86］研究表明，異喹啉修飾金屬有機骨架配合物通過提高對CO2的吸附量，選擇性地分離甲烷中的CO2，進而可對溶液中的碘產(chǎn)生良好的吸附性能。

3" 結(jié)論

1）研究區(qū)淺層地下水水化學類型主要為Ca2+·HCO3-和Ca2+·Na+·HCO3-。研究區(qū)ρ（I-）為2～343 μg/L，地表水和淺層地下水ρ（I-）在空間分布上存在一致性，呈現(xiàn)出整體分散、西部較高的空間分布特征。其中：地表水源（魚塘、污水處理池）ρ（I-）均未超標（閾值100 μg/L），ρ（I-）較高點位Y2（79 μg/L）和W2（74 μg/L）均分布在研究區(qū)西部。9個淺層地下水點位中，有3個點位（J4、J5、J9）為高碘型水源（ρ（I-）＞100 μg/L），占比為33.3%，主要集中在研究區(qū)西部，呈現(xiàn)出明顯的聚集性；有1個點位（J8）為適碘型水源，占比11.1%，分布于研究區(qū)東部；有5個點位（J1、J2、J3、J6、J7）為缺碘型水源（ρ（I-）＜10 μg/L），占比為55.6%，在研究區(qū)均勻分布。

2）相關(guān)性分析和主成分分析表明，弱堿性還原環(huán)境有利于碘的賦存，研究區(qū)西部地下水中I-富集可能源于孔隙含水層沉積地層中富碘有機質(zhì)的降解，村鎮(zhèn)居民還原性污水泄漏是地下水中的I-的重要來源之一；此外，魚塘富碘底泥土壤的淋濾可能是研究區(qū)淺層高碘地下水的另一重要來源。

3）內(nèi)梅羅污染指數(shù)計算結(jié)果表明：研究區(qū)地表水中Ⅳ類水為較差類別，占比16.7%，其中，CODMn和TN污染最為嚴重;地下水整體水質(zhì)為Ⅲ類及以上類別，整體水質(zhì)較好，部分點位pH、碘化物污染較為嚴重。

4）研究區(qū)J4點位的Qi超過允許的限值（Qi=1.0），該點位飲用水源對兒童存在非致癌風險，若長期飲用會對兒童健康帶來潛在威脅，應(yīng)引起重視。成年女性和成年男性不會通過飲用途徑造成攝入碘化物的非致癌風險。

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