株洲市农田土壤重金属生物可给性及其人体健康风险评估

在我国湖南株洲市采集42个农田土壤样品,利用SBET(simple bioavailability extraction test)方法研究土壤中重金属生物可给性,探讨了其与土壤理化性质之间的关系,并采用目前常用的人体健康风险评估方法,评估了该地区土壤重金属经口腔摄入后对人体的健康风险. 结果表明:研究区土壤中Cr、Cu、Zn、As、Cd和Pb总量(以w计)分别为101~407、22.9~139、64.0~2286、5.80~137、0.310~26.4和17.9~691mgkg,生物可给量(以w计)分别为3.80~38.1、1.96~106、5.06~1516、0.160~53.6、0.140~21.3和10.8~570mgkg. 不同重金属的生物可给性差异很大,生物可给性平均值为Cd(66.0%)>Pb(59.0%)>Cu(44.9%)>Zn(35.8%)>As(16.9%)>Cr(5.72%). 采用统计学上的显著模型,可通过土壤重金属总量、pH、w(OM)(OM为有机质)和w(TC)(TC为全碳)较好地预测该地区土壤重金属的生物可给量. 儿童的HI(总非致癌风险)和TCR(总致癌风险)均高于成人,HI和TCR平均值分别约为成人的8.0和1.5倍. 用土壤重金属总量评估经口摄入途径的风险高估了实际的人体健康风险,用重金属生物可给性进行调整后风险显著降低,HI和TCR平均值分别降低了71%和74%. 但用生物可给性进行调整后仍有部分采样点的HI或TCR超过风险阈值,需要引起特别关注.     

基于生物可给性的某冶炼厂土壤重金属健康风险评价

为科学评价重金属污染场地的人体健康风险,以某冶炼厂土壤为研究对象,采用PBET(Physiologically-Based Extraction Test)和IVG(In-Vitro gastrointestinal)两种方法测定了As、Cd、Cu、Pb、Zn的生物可给性,并对比了只考虑重金属总量与基于生物可给性的人体健康风险.结果表明,场地土壤As、Cd、Pb的平均含量分别高达7063,691,3811mg/kg,严重超过国家环境质量标准.在PBET和IVG测试中,5种重金属的平均生物可给性介于1.81%~44.8%与1.78%~30.1%之间.As是PBET中生物可给性最高的重金属元素,而在IVG中Cd的生物可给性最高;含磷矿物的存在使Pb的生物可给性最低.提取液pH值及组成组分与重金属元素间的化学行为是造成两种方法结果差异的主要原因.在模型假设的条件下,土壤原有重金属的总危险商与总致癌系数为27.2与2.95×10^-3.考虑生物可给性使二者降低了59.9%~84.4%与55.6%~79.4%,且两个系数大小均呈现PBET胃液>PBET胃肠液>IVG胃液>IVG胃肠液的规律.调整后可以认为Pb不再具有健康风险,Cd仅具有致癌风险,只有As同时具有非致癌风险与致癌风险.尽管考虑重金属生物可给性后场地仍具有不可忽视的人体健康风险,但经过调整后能更准确地识别重金属的危害程度,避免场地的过度修复.     

利用in vitro方法研究不同铁矿对土壤砷生物可给性的影响

为了研究不同铁矿物对土壤砷生物可给性的影响,利用PBET(physiologically based extraction test)、SBRC(solubility bioaccessibility research consortium assay)和IVG(in vitro gastrointestinal extraction)这3种in vitro方法研究水铁矿、针铁矿和赤铁矿对土壤砷在胃与小肠阶段生物可给性的影响以及砷形态转化对砷的生物可给性影响机制.结果表明,添加1%水铁矿时,根据PBET、SBRC和IVG这3种in vitro方法,胃阶段砷的生物可给性分别为2.22%、5.11%和7.43%,小肠阶段砷的生物可给性分别为3.39%、2.33%和6.18%;当投加量提高到2%时,各阶段砷的生物可给性都显著降低(P0.05).3种in vitro方法,在不同铁矿物投加量相同条件下,相比于空白对照组(CK),砷的生物可给性降低幅度大小依次为:水铁矿(F1)针铁矿(G1)赤铁矿(H1)(F2G2H2).3种in vitro方法中可交换态和专属吸附态砷总量(F1+F2)同胃阶段砷的生物可给性呈正相关性,依据PBET、SBRC和IVG法,相关系数分别为r=0.93,P=0.002、r=0.90,P=0.004和r=0.89,P=0.006;F1+F2同小肠阶段砷的生物可给性呈正相关性,PBET和IVG法的相关系数分别为r=0.94,P=0.001和r=0.87,P=0.009,而SBRC法则表现为没有相关性.同样,3种in vitro方法中都表现出无定型铁结合态砷(F3)与胃阶段砷的生物可给性有显著负相关性,而与小肠阶段砷生物可给性则除了SBRC法没有相关性之外,PBET和IVG法都表现出显著负相关性.     

三种模拟消化液对土壤重金属的提取性比较

为了解不同方法的模拟消化液对土壤重金属提取性的差异性,比较了国际上广泛使用的3种代表性体外消化方法的模拟消化液(SBET, Simple Bioaccessibility Extraction Test;PBET, Physiologically-Based Extraction Test;SGET, Simple Gastrointestinal Extraction Test)对土壤中Cu、Zn、Pb和Cd的溶解效果.结果表明,3种方法的模拟消化液对土壤重金属的提取效果存在显著的差异.其中,3种模拟消化液对土壤中Zn和Cd的提取能力顺序为SBET>PBET>SGET;当胃液消化物进入肠液后,土壤中Zn、Cd和Pb在PBET及SGET中的溶解度都显著降低,而对于Cu,由于消化酶(胃蛋白酶、胰液素和胆汁盐)的络合作用,其在肠液中的溶解度不一定低于相应的胃液,因此土壤中Zn、Pb和Cd在胃液中的溶解度代表其在消化道中能被吸收的最大值,即其有可能被人体吸收的最大量.所以出于预防和保护的目的,在土壤重金属污染健康风险评价中可用只含有胃液的模拟消化液(如SBET法)评估土壤Zn、Cd和Pb的生物可接受性,但胃液中的提取量并不一定能代表土壤Cu在消化道中能被吸收的最大值,建议使用由胃液和肠液组成,且添加了相应消化酶的模拟消化液(如PBET法)对其生物可接受性进行评估.     

锑矿区土壤重金属生物可给性及人体健康风险评估

采集湖南省冷水江市锡矿山锑矿区29个土壤样品,测定土壤中的重金属(Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd、As和Sb)浓度,并对其污染状况作出评价;用简化生物可给性提取(simplified bioaccessibility extraction test,SBET)法研究重金属生物可给性,并用人体健康风险模型评估该地区土壤重金属经口腔摄入后对成人的健康风险。结果表明,锑矿区土壤As和Sb的污染最为严重,且具有同源性,受人类活动影响较大。不同重金属生物可给性差异很大,重金属生物可给性平均值为Mn(36.7%)Cd(30.7%)Pb(24.4%)Zn(23.1%)Cu(12.0%)As(5.89%)Fe(3.88%)Sb(2.13%),表明经口摄入重金属大部分不被人体吸收;用总量评估经口摄入途径风险时过高估计了实际的人体健康风险,用生物可给性进行调整后风险值显著降低,总非致癌风险(HI)和总致癌风险(TCR)平均值分别降低约97%和92%。主导健康危害效应的主要污染因子是Sb和As,调整后尾矿坝(S5)处仍有部分采样点总非致癌风险超过风险阈值,需要特别关注。     

基于污染场地土壤中重金属人体可给性的健康风险评价

模拟测试土壤中重金属在人体胃肠系统中的溶解量(即人体可给量),并以此作为暴露剂量进行健康风险评估,能在一定程度上克服基于总量评估导致结果过于保守的问题.该文综述了国内外目前已有的可给性测试方法,着重介绍了PBET(physiologically based extraction test)、SBET(simplified bioaccessibility extraction test)、RIVM(rijksinstituut voor volksgezondheid en milieu)及UBM(the unified bioaccessibility method)这4种常用方法的原理及主要参数取值;对目前测试方法在参数(pH、提取时间、提取液组分)取值、模拟过程与环境(消化过程、模拟环境、食物、微生物)存在的问题进行了分析;进一步介绍了基于重金属人体可给性的健康风险评估方法.建议应在以下4个方面进一步开展研究:①基于我国人体胃肠生理特征建立土壤中重金属可给性的标准测试方法;②研究影响重金属可给性的关键因素并建立经验预测模型;③结合in vivo测试,验证方法的准确性,耦合结肠癌细胞跨膜转运测试模型,研究测试重金属的人体有效性的标准方法;④建立基于重金属可给性的层次化风险评估方法,完善现有风险评估技术导则.     

贵州某锑冶炼厂周边农田土壤锑、砷污染与人体健康风险评估

本研究以贵州省独山县某锑冶炼厂周边农田土壤为研究对象,系统采集17个土壤样品,测定了土壤中Sb、As总含量,并采用生理提取试验(PBET)和简化生物可给性提取试验(SBET)两种体外胃肠模拟实验方法分析了土壤中Sb、As的生物可给态含量,基于土壤Sb、As总量和生物可给性(PBET和SBET)评估了研究区锑、砷污染土壤暴露引起的潜在人体健康风险。结果表明:研究区农田土壤锑、砷污染严重,土壤中Sb(55.63±75.59 mg/kg)和As(44.31±38.34 mg/kg)的平均含量均超过贵州省区域背景值和我国农用地土壤污染风险筛选值;土壤中SBET和PBET提取的生物可给态Sb和As含量和计算得到的生物可给性都较低,大多数样品的生物可给性低于40%。相对于元素总量,基于Sb和As生物可给性(PBET和SBET)的人体非致癌风险(HQ和HI)和致癌风险(CR)均显著降低,其中成人和儿童的非致癌风险值均降至安全值范围,但是As的致癌风险除了CR_SBET-成人降至安全水平,CR_PBET-成人、CR_SBET-儿童以及CR_PBET-儿童值仍处于1.0E-06~1.0E-04之间,表明As对当地成人和儿童的潜在致癌风险仍不容忽视,特别是儿童。     

土壤标准物质中Pb生物可给量的体外模拟试验

基于生理学的体外模拟实验(PBET),旨在测定经口无意摄入的土壤和尘土中的Pb在人体消化道内的生物可给性。采用国家土壤标准物质GBW07429(长江中下游土壤)对体外模拟实验的回收率和精密度进行测定。20次重复测定的结果显示,整个分析流程的回收率(各提取态之和占总量的百分含量)为96.4%～105%,满足体外模拟试验的分析要求。土壤标准物质GBW07429中胃阶段和小肠阶段Pb的生物可给量分别为2.8mg/kg和0.42mg/kg,相对标准偏差均小于15%,具有较好的精密度。研究采用土壤标准物质GBW07429测定了Pb的生物可给量,为分析Pb的生物可给性的体外模拟试验提供一个参考值。     

三峡库区消落带土壤剖面中重金属分布特征

通过对三峡库区消落带土壤的研究,探讨了土壤剖面中重金属的分布特征.结果表明:紫色土淋溶层(A层)w(Cd)和w(Hg)平均值,母质层(C层)w(Cd),w(zn)和w(Hg)平均值均高于全国同类、同层次土壤的平均水平;石灰岩土A层及C层的重金属质量分数平均值均低于全国同类、同层次土壤的平均水平.从上游至下游,w(Cu)和w(Zn)平均值呈降低趋势,其他重金属质量分数的变化不明显.城区附近土壤重金属质量分数明显高于其他地区.土壤中w(Cd),w(Cr),w(As),w(Hg)和w(Ni)服从正态分布(Sig.>0.05),土壤pH与w(Cd)和w(Cu)之间具有正相关关系(显著性水平为0.01).土壤中w(CA)与w(Cu),w(Cd)与w(Ni),w(Cu)与w(Zn),w(Cu)与w(Cr),w(Pb)与w(Zn),w(Pb)与w(As),w(Pb)与w(Hg),w(Pb)与w(Ni),w(Zn)与w(Ni)和w(Hg)与w(Ni)之间具有一定的正相关关系;w(Cd)与w(Pb),w(Cd)与w(Zn),w(Cd)与w(As),w(cu)与w(Ni)和w(Hg)与w(Cr)之间具有一定的负相关关系.     

起爆药污染场地土壤中锑的环境风险评估

为研究起爆药污染场地土壤中Sb（锑）的环境风险,利用微波消解原子荧光光度法、Tessier逐级提取法、TCLP（toxicity characteristic leaching procedure）毒性浸出法及SBET（simplied bioaccessibility extraction test）方法,分析了某起爆药场地表层土壤中Sb的价态、形态、浸出水平和生物可给性及其对人体健康风险水平和地下水环境风险水平的影响.结果表明:①土壤中w（TSb）为26.7~4 255.0 mg/kg,是GB 36600-2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》中第一类用地筛选值的1.33~212.75倍,最大值超过相应管制值的10.82倍.土壤样品中Sb主要以Sb5+存在,w（Sb5+）在w（TSb）中的占比达65.57%~95.46%.②土壤中不同形态Sb的比例由高到低依次为残渣态（38.05%~94.22%）、铁锰氧化物结合态（0.01%~31.80%）、有机结合态（0.32%~21.55%）、碳酸盐结合态（0.01%~11.16%）和可交换态（0.42%~3.70%）.土壤中w（可交换态Sb）与CEC（阳离子交换量）呈负相关,w（铁锰氧化物结合态Sb）与w（Fe）、w（Mn）均呈正相关.③土壤中Sb的浸出浓度为0.22~35.49 μg/L,并随土壤中w（砂粒）、w（TSb）、w（碳酸盐结合态Sb）和w（可交换态Sb）的增大而升高,随CEC的增大而降低.④土壤中Sb的生物可给性范围在8.03%~67.69%之间,w（Fe）和w（OM）的增加能够降低Sb的生物可给性.⑤基于Sb生物可给性健康风险水平和基于Sb价态健康风险水平的结果分别是以w（TSb）为暴露浓度计算的传统风险评估模型预测结果的8.00%~67.69%和62.00%~77.01%,土壤中Sb的实际浸出浓度较常规模型（三相平衡耦合地下水稀释模型）预测值低3~5个数量级.研究显示,充分考虑Sb在起爆药污染场地土壤中的赋存特征能够降低常规风险评估方法的保守性.      

应用SHIME模型研究肠道微生物对土壤中镉、铬、镍生物可给性的影响

为了研究人体肠道微生物对土壤中Cd、Cr、Ni生物可给性的影响.本文采集我国一些地区的5种土壤,利用in vitro方法(PBET和SHIME联用)研究了这些土壤中Cd、Cr、Ni在胃、小肠、结肠阶段的生物可给性及其对人体的健康风险.结果表明,土壤中Cd、Cr、Ni在胃阶段的生物可给性分别为4.3%~94.0%、6.4%~21.6%、11.3%~47.3%;小肠阶段,土壤中Cr和Ni的生物可给性与胃阶段一致或有一定升高,但Cd的生物可给性降低了1.4~1.6倍(土壤2除外);胃肠阶段,Cd的平均生物可给性较高,而Cr的较低.结肠阶段,土壤中Cr和Ni的生物可给性均升高,是小肠阶段的1.3~2.4倍和1.0~2.1倍,分别达到了17.6%~38.7%和25.4%~56.0%;而Cd的生物可给性也升高(土壤3和4除外);Ni的平均生物可给性最高.由此可见,肠道微生物可以促进土壤中Cd、Cr、Ni的溶出释放,提高了三者的生物可给性,可能增大了人体的健康风险.     

我国人群胃肠消化环境中土壤Pb的人体可给性

当前土壤中污染物人体可给性的体外模拟测试方法主要依据西方人群的胃肠环境制定,为建立能够客观表征土壤中污染物在我国人群胃肠消化环境中的人体可给性测试方法,以铅（Pb）污染土样为对象,采用《中华人民共和国药典:一部》（简称“《药典》”）中记载的我国人群胃肠液组分配置模拟胃肠消化液,对采自广西壮族自治区、辽宁省和湖南省的13个土样中Pb的人体可给性进行研究.结果表明:供试土样中Pb在胃消化阶段的人体可给性平均值为51.9%（范围为0.4%~86.1%）,显著高于其在肠消化阶段的人体可给性平均值0.6%（范围为0.002 5%~3.1%）,与采用国际上常用的UBM（Unified Bioaccessibility Model）方法的测试结果无明显差异,表明我国《药典》中推荐的胃肠液组分能够用于开展土样中Pb的人体可给性测试.研究显示,模拟胃液的pH是影响土样中Pb在胃消化阶段人体可给性测试结果的关键因素,测试过程中pH宜维持在1.0左右,而且,可将《药典》推荐的模拟胃液组分进一步优化为HCl和去离子水,以降低测试成本;模拟肠液应严格按《药典》推荐的组分进行配置,测试体系的pH宜维持在8.0左右.      

腐殖酸对土壤铅镉吸附、赋存形态及生物可给性的影响

腐殖酸（HAs）对重金属土壤环境行为及其生物有效性的影响与其组分分子量大小关系密切.通过3种in vitro试验方法（PBET、SBRC、IVG）探讨了HAs不同分子量组分（F1：<5kDa、F2：5~10kDa、F3：10~30kDa、F4：>30kDa）对土壤镉（Cd）、铅（Pb）生物可给性的影响,同时结合批量等温吸附实验、化学连续提取形态分级方法,分析了土壤Cd、Pb吸附和形态转化与生物可给性的关系.结果表明：土壤对Cd、Pb吸附能力既受HAs添加量的影响,也受到HAs分子量大小的影响.HAs添加量为0.2% C~1% C条件下,<5kDa分子量组分促进了土壤对Cd、Pb的吸附,且随着HAs添加量的增加,促进作用更强.而>10kDa的其他组分则降低了土壤吸附Cd、Pb的能力.在本试验HAs添加量范围内,不同组分均促进了土壤中酸提取态Cd向残渣态转化,且低分子量组分对其促进作用更强.土壤Pb²⁺主要以可还原态的形式存在,占57%~89%,随着HAs组分分子量的增加,酸交换态Pb占比逐渐下降,HAs的添加促进了活性态Pb向难利用态Pb转化,从而降低了Pb²⁺活性.3种in vitro方法生物可给性测定结果表明,<5k和5~10k组分均提高了胃、肠阶段土壤Cd、Pb生物可给性（BA_Cd、BA_Pb）,而其余组分则使土壤Cd、Pb生物可给性降低.Cd、Pb生物可给性取决于Cd、Pb在土壤中转化平衡后的赋存形态,酸交换态占比高生物可给性相应也越高,土壤对重金属的吸附固定难以反映生物可给性.     

Colonization of Penicillium oxalicum SL2 in Pb-contaminated paddy soil and its immobilization effect on soil Pb

Penicillium oxalicum SL2 (SL2) is a previously screened Pb-tolerant fungus that can promote crops growth. The relationship between SL2 colonization and Pb immobilization was studied to provide a theoretical basis for microbial remediation of Pb-contaminated paddy soil. In this study, green fluorescent protein (GFP) labeled SL2 was inoculated into different Pb-contaminated paddy soils (S1-S6). The Pb extracted from the soil by HNO₃, EDTA and CaCl₂ were used to characterize the available Pb. The results showed that the colonization of SL2 was divided into lag phase (0-7 days), growth phase (7-30 days), and mortality phase (30-90 days). SL2 colonized well in sandy soils rich in clay and total phosphorus with initial pH of 4.5-7.0. In addition, SL2 increased soil pH and decreased soil Eh, which was beneficial to immobilize Pb. In different soils, the highest percentages of CaCl₂-Pb, EDTA-Pb, and HNO₃-Pb immobilized by SL2 were 34.34%-40.53%, 17.05%-20.11%, and 7.39%-15.62%, respectively. Pearson correlation analysis showed that the percentages of CaCl₂-Pb and EDTA-Pb immobilized by SL2 were significantly positively correlated with the number of SL2 during the growth phase. SL2 mainly immobilized Pb in the growth phase and a higher peak number of SL2 was beneficial to the immobilization of Pb.     

土壤重金属生物可利用性影响因素及模型预测

我国土壤环境污染形势严峻,在生物有效性(bioavailability)的测试评估和预测模型等方面的研究相对较少,导致不能精确地评估污染土壤的生态风险.作为生物有效性的重要反映指标,对土壤中镉(Cd)、砷(As)、铜(Cu)、锌(Zn)和铅(Pb)的生物可利用性(bioaccessibility)进行研究.筛选了已发表论文中生物可利用性与所对应的土壤性质的数据,并分析了它们之间的潜在关系,总结了现有的土壤重金属生物可利用性的测试方法,探究了生物可利用性含量与测试方法以及生物有效性含量之间的影响规律,并建立了生物可利用性含量的回归预测模型.结果表明,生物可利用性含量与重金属总含量间呈极显著(P<0.01)的正相关关系,与土壤pH相关性显著(P<0.05).测试方法的不同对生物可利用性含量有明显的影响,各测试方法测定的生物可利用性含量占比规律为：体外胃肠道模拟>化学试剂提取.各测试方法测定的Cd和Pb的生物可利用性含量占比均较高(均值分别为42.12%和37.33%),说明Cd和Pb较易于被生物体吸收,也应关注由此造成的生态风险.基于生物类型对测试方法进行了分组,以削弱不...