《Toxics》：Integrated Assessment of Soil Contamination and Ecological and Human Health Risks at the Morava Thermal Power Plant Complex: A Three-Year Case Study
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这项为期三年的案例研究整合了2022–2024年在塞尔维亚莫拉瓦火电厂综合体（MTPPC）内部及周边17个预定义点位开展的年度土壤监测结果。研究人员分析了表层土壤样品（0–30 cm）的物理和化学性质、金属和类金属以及选定的有机污染物。污染物浓度参照国家监管阈
这项为期三年的案例研究整合了2022–2024年在塞尔维亚莫拉瓦火电厂综合体（MTPPC）内部及周边17个预定义点位开展的年度土壤监测结果。研究人员分析了表层土壤样品（0–30 cm）的物理和化学性质、金属和类金属以及选定的有机污染物。污染物浓度参照国家监管阈值进行评估，同时采用潜在生态风险指数（RI）、危害指数（HI）和总致癌风险（TCR）对潜在生态风险和室外工人人体健康风险进行评估。监测点位的土壤性质和总污染物浓度差异显著。监管分类确定镍（Ni）和镉（Cd）是影响范围最广的关注重点。Ni在每次监测中均超过所有17个点位的适用限值，包括2022年3次和2024年1次修复值超标。Cd在2022年、2023年和2024年分别有17个、11个和16个点位超过限值，但未超过修复值。RI范围为210.02至963.08，表明存在中等至极高的潜在生态风险，主要由Cd和汞（Hg）驱动。综合HI值范围为0.211至0.484，所有点位均低于筛查阈值1。相比之下，TCR范围为5.98 × 10?5至2.12 × 10?4，在三年中每个点位的TCR均超过目标基准1 × 10?6。砷（As）占TCR的94%以上，而将Cr(VI)毒性参数应用于总铬（Cr）所得的保守估计是主要的次要贡献来源。不同的评估方法识别出不同的污染物优先级，因此提供的是互补而非可互换的信息。结果支持继续监测、对监管或风险指标升高点位开展定向调查、直接进行铬形态分析，并将土壤监测与地下水、排水、生物有效性和基于效应的评估相结合，以支持未来的修复和环境管理。
莫拉瓦火电厂综合体位于塞尔维亚斯维拉伊纳茨市，自1969年起运营，主要承担电力系统峰值负荷供电，占地面积约56.4 ha，地处大摩拉瓦河右岸冲积平原。燃煤火电厂通过大气排放及煤燃烧残渣（CCRs，包括粉煤灰、底灰和炉渣）的长期处置，向周围环境释放潜在有毒元素，这些元素在土壤中累积后可能通过吞食、皮肤接触和吸入再悬浮颗粒物等途径造成生态和人体健康风险。污染物在土壤中的滞留、迁移和潜在生物有效性受土壤质地、pH、碳酸盐含量、阳离子交换容量、团聚体分布和水分特征等性质影响，因此需要整合污染物浓度、土壤性质及生态和人体健康风险进行点位特异性综合评估。既往塞尔维亚火电厂周边研究多侧重浓度、富集指数、多元关系和源分析，未将国家监管分类、毒性权重生态风险指数和职业土壤暴露场景同时应用于同一监测系统。MTPPC具有五十余年燃煤和灰渣处置历史，灰渣填埋场下伏透水性冲积层且历史上多无防渗衬垫和渗滤液控制系统，更增环境敏感性；加之灰渣场计划复垦，亟需以现有监测数据建立复垦前参考基线，并比较不同评估方法对污染物优先级的识别差异，为后续精细调查、修复规划和环境管理提供依据。
研究人员基于MTPPC 2022–2024年常规监管监测项目产生的数据，对综合体内部及周边17个预定义点位（按功能分为电气与工艺基础设施、储存/燃料/废物/作业区、煤灰处理及填埋相关区、绿化和外围区四组）开展三年重复监测。每年每个点位采集表层土壤（0–30 cm）复合样品，三年共获得51个样品，样品由认证实验室按塞尔维亚相关法规和ISO 18400系列标准进行采样与分析。分析内容包括基础土壤化学性质、水溶性组分、物理和力学性质、水分特征、团聚体粒径分布、金属和类金属总量及操作定义的有效态、多环芳烃（PAHs）和矿物油馏分。数据处理采用点位级中位数描述典型状况，年度观测值则用于各项评估。评估方法包括：按国家法规对总量进行监管分类（区分低于限值、超限值但低于修复值、超修复值三级）；采用H?kanson潜在生态风险指数（RI）计算单个金属的潜在生态风险因子和综合指数；基于美国能源部风险评估信息系统（RAIS）的室外工人场景，计算非致癌危害指数（HI）和总致癌风险（TCR），并以Cr(VI)毒性参数保守评估总Cr风险。探索性关联采用Spearman秩相关，并用Benjamini–Hochberg法校正多重比较。
3.1 基于位置级中位数的土壤性质和金属及类金属总量：通过计算各点位三年的中位数，发现土壤物理性质、水分特征和力学性质的变异程度差异很大，其中黏粒含量、有效水含量、穿透阻力、团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）变异明显，而颗粒密度和pH相对稳定。土壤化学性质中，电导率、CaCO?、阳离子交换容量（CEC）和速效磷等点位差异显著。金属和类金属总量方面，Cu、Hg和Cr的相对变异最大，最高Cu位于Z5点，最高Cr位于Z4点；As、Ni、Zn变异较小。所有操作定义的有效态Pb、Cd、Hg、As、Cr、Cu、Ni和Zn均低于检出限，故未计算描述统计量。
3.2 2022–2024年监测期间的监管超标情况：按逐年逐点位对照国家限值和修复值分类，结果表明Ni在所有17个点位、每个年度均超过限值，其中2022年3个点位和2024年1个点位超过修复值；Cd在2022、2023、2024年分别有17、11和16个点位超限值，但均未超修复值。Pb、Cr、Cu和Zn虽在三年中都有超标，但涉及点位较少；As和Hg超标点位有限，PAHs在所有点位均未超限值，矿物油仅在2022年1个点位超限值。期间电厂发电量、煤耗和污染物排放下行，但Cd超标频率并不与之同步，这仅属描述性比较，不能推断因果关系。
3.3 基于RI的生态风险水平：采用H?kanson指数计算各年各点位的RI和因子，结果显示RI在2022年为268.03–535.14，2023年为210.02–963.08，2024年为215.37–487.92；所有点位均处于中等及以上风险，其中唯一极高风险出现在2023年Z16点位（RI=963.08）。Cd和Hg是RI的最主要贡献元素，Pb为次要贡献，As、Cu、Cr、Ni和Zn贡献较低。不同年份高风险点位分布不同，涉及填埋场、外围、电气、储存和工艺区，无单一功能区独占性。
3.4 土壤性质与金属及类金属总量的探索性关联：基于17个点位级中位数的Spearman相关分析显示，未校正p值下CaCO?与Zn、Pb呈显著负相关，Pb与MWD、GMD、黏粒含量呈正相关，与KCl提取pH呈负相关，CEC与Cu、CaCO?与Hg也有正相关；但所有56个相关系数经Benjamini–Hochberg校正后均不再显著，因此只作为探索性模式，不能确认存在控制机制。
3.5 基于HI和TCR的人体健康风险：按RAIS室外工人场景计算，三年各点位HI范围为0.211–0.484，均低于筛查阈值1；TCR范围为5.98 × 10
?5–2.12 × 10
?4，全部超过目标基准1 × 10
?6约60–212倍。高点位在不同年份分布于储存作业区、电气工艺区、灰填埋场及绿色外围区。As贡献HI的46%–52%和TCR的94%以上，Cr(VI)保守估计是第二贡献源（约30% HI和4.5%–5.6% TCR），Cd、Hg等贡献较小。达到非致癌筛选贡献标准（HI≥0.1）的点位数量以As最多，达到致癌贡献标准（风险≥1 × 10
?6）的只有As和保守Cr(VI)估计，且在所有点位均达标。
3.6 不同评估方法的综合比较与污染物优先级：将监管分类、RI和人体健康风险评估结果并列比较，发现监管评估突出Ni和Cd，生态风险评估主要由Cd和Hg驱动，人体健康评估则以As和保守Cr(VI)估计为主。三种方法识别出的优先污染物不同，说明它们反映不同评估终点，应当联合解读而非相互替代。
在讨论部分，研究人员指出，点位间土壤性质和污染物浓度的显著差异很可能来自非均质冲积母质与长期工业活动共同作用；碱性pH和碳酸盐可能降低部分阳离子金属迁移性，但有效态全部低于检出限只表明低于方法检测能力，不能据此推断为零或完全固定。Ni大面积超标可能包含区域地球化学背景贡献，仅凭浓度数据不能区分工业与自然来源。RI评估受背景值和毒性响应因子选择影响，Hg的低值处理也会影响结果。HI未超阈值而TCR全超，表明两种终点不可类比；As和Cr(VI)保守估计主导健康风险，提请注意需直接测定铬形态。研究还强调，监测点位网络为预选而非概率网格，缺少同时期的地下水水位和水质数据，因此所评估的是土壤介质特定场景，不能解释为多介质综合风险。三年数据不足以进行正式趋势分析，需更长期一致性监测。计划中的灰填埋场复垦使现有数据集成为宝贵的复垦前参考，未来监测应保留现有点位并增加针对高风险区、铬形态、生物有效性、地下水与排水以及基于效应的生物测试。
研究结论可翻译如下：这项为期三年的案例研究整合了MTPPC内部及周边17个预定义点位的土壤质量数据、监管分类、潜在生态风险和室外工人人体健康风险评估。结果显示，土壤理化性质及金属和类金属总量的点位差异显著；但监测设计不支持正式的趋势分析、空间连续估算或对污染物来源的归因。监管分类确定Ni和Cd为最广泛的关注对象：Ni在每个年度均超全部17个点位的限值，并有若干修复值超标；Cd在大多数点位超限值。RI评估给出不同优先级，三年均出现中度和相当风险，2023年Z16出现一次极高风险，Cd和Hg为主要贡献者。人体健康风险评估中，HI均低于1，而TCR在三年中每个点位均超过1 × 10
?6，As贡献超94%，保守Cr(VI)估计为主要次要贡献，需通过直接铬形态分析加以细化。不同评估方法提供互补而非可互换的信息，污染物的优先级取决于所评估的终点。本三年数据集为MTPPC的持续环境监测和未来复垦评估提供了筛查级复垦前参考。后续研究应保留现有监测点位，并在修复值超标或风险指标较高的点位增加定向采样；优先开展污染物形态和生物有效性评估、土壤–地下水和排水水综合监测以及基于效应的生态毒理测试，以验证筛查结果并为污染物迁移性、生物效应和复垦效果评价提供更坚实基础。
