污染场地土壤重金属的生物可给性及毒性研究

近年来,生物可给性被用于评估场地土壤污染健康风险,然而不同场地类型重金属生物可给性差别巨大,生物可给态重金属的人体健康危害效应仍然鲜见报道.本研究以浙江温岭某电子拆解厂为研究区,分析比较了5个场地土壤（S1-S5）中Zn、Cu、Cd、Pb的生物可给性并探究生物可给态重金属对人小肠上皮细胞的毒性效应机制.结果表明,场地土壤Cd和Cu污染较为严重,含量分别为4.84,438.52mg/kg.4种重金属在胃阶段生物可给性范围分别为2.10%~48.28%、4.84%~33.73%、16.04%~42.81%、1.81%~15.71%,小肠阶段为2.05%~36.91%、13.17%~22.23%、10.19%~23.10%、0.60%~2.69%,可见胃阶段的生物可给性低于小肠阶段.对于肠相生物可给态重金属暴露人体肠道上皮细胞后,除样点S4外,细胞活力均显著性下降.此外,样点S3和S5土壤提取液对超氧化物歧化酶活力影响较小,但显著抑制过氧化氢酶活力,并且该样点对DNA产生损伤.通过研究电子拆解厂土壤生物可给性以及其毒性效应,以为我国场地土壤重金属健康风险评估提供科学依据.     

土壤中镉的生物可给性及其对人体的健康风险评估

为了研究土壤中镉生物可给性与土壤属性之间的相互关系以及人体无意摄入土壤镉的风险,采集我国一些地区的16个土壤样品,利用in vitro方法研究了这些土壤中镉的生物可给性及其对人体的健康风险.结果表明,有11个土壤样品中镉的含量高过我国土壤环境质量标准的三级标准;土壤中镉的溶解态浓度及其生物可给性变化很大,模拟胃和小肠液中镉的溶解态含量分别为0.05~20.71 mg.kg-1和0.03~11.99 mg.kg-1,平均值分别为1.81 mg.kg-1和1.06 mg.kg-1;模拟胃和小肠液中镉的生物可给性分别为6.37%~69.43%和3.19%~36.91%,平均值分别为25.34%和14.84%.模拟胃液中镉的溶解态含量与土壤pH有显著的相关性.如以胃阶段为判断,无意摄入土壤中镉对儿童的PTW I贡献率除广西南宁的土壤为26.90%外,其它有11个土壤样品低于1.00%.如以小肠阶段为判断,无意摄入土壤中镉对儿童的PTW I贡献率最高为广西南宁的土壤达15.57%,另有4个土壤样品高于1.00%,其它都低于1.00%.可见,对于本研究中大多数土壤,通过口部无意摄入土壤中镉的对人体并没有很高的风险.但当土壤中镉含量较高,同时其具有很高的生物可给性,就会对人体健康产生很大的风险.     

污染场地土壤中Cd人体可给性影响因素及对筛选值的影响

采用Unified bioaccessibility model (UBM) 模拟胃肠消化的方法测试了来自湖南、广西和大连12个污染土壤样品中Cd的人体可给性.结果显示,Cd在胃提取阶段的可给性为12.24%~81.10%,平均值为53.60%,肠提取阶段的可给性为2.01%~43.30%,平均值为19.74%.胃提取阶段的可给性浓度仅与总镉(TCd) (P<0.000, n=12)和总锰(TMn) (P=0.04, n=12)显著正相关,肠提取阶段的可给性浓度与TCd (P<0.001, n=12)、胃阶段Cd的可给性浓度(P<0.001, n=12)以及TMn(P=0.05, n=12)均显著正相关.胃阶段基于土壤中TCd和TP含量能较好的预测Cd在胃阶段的可给性浓度,模型决定系数(R2)达到0.992,肠阶段基于Cd在胃阶段的可给性浓度及土壤pH值能较好的预测其在肠阶段的可给性浓度,R2达到0.999.考虑土壤中Cd在胃中的可给性时,居住及工商业情形下土壤筛选值分别提升至未考虑可给性时的1.8倍(以可给性平均值计算)和1.2倍(以可给性最大值计算).考虑土壤中Cd在肠阶段的可给性时,居住及工商业情形下土壤筛选值分别提升至未考虑可给性时的5.0倍(以可给性平均值计算)和2.3倍(以可给性最大值计算).     

西南典型菜地土壤重金属健康风险和毒性效应

为揭示我国西南典型蔬菜种植区土壤中重金属的污染特征及人体健康风险,选择通海县菜地土壤为研究对象,分析了土壤中Cd、As、Pb、Cr、Ni、Cu和Zn的积累特征,结合体外胃肠模拟法（SBRC）和胃上皮细胞（GES-1）毒性实验评估土壤中重金属生物可给性与人体健康风险,并利用细胞毒性研究验证健康风险.结果表明：菜地土壤中7种重金属仅Cd的平均含量超出农用地土壤污染风险筛选值（GB 15618-2018）,且变异系数（72.73%）最大;Cr、Cd和Zn的平均含量超出了云南省土壤背景值;土壤重金属生物可给性差异较大,Cd的生物可给性（35.31%）最高;研究区可能存在由重金属引起的致癌风险,非致癌风险不明显,Cr、As和Ni是致癌风险的主要贡献元素;基于生物可给性的综合非致癌风险（HI）和综合致癌风险（CR）均小于基于总量的评价结果;健康风险的细胞毒性验证实验表明生物可给态重金属暴露后抑制了细胞活性,改变细胞形态,诱发了明显的胃上皮细胞损伤.     

污染土壤中氟的人体胃肠吸收可给性影响因素及健康风险

于太原某氟污染场地采集16个土壤样品,通过体外模拟（in vitro）胃肠消化的方法,利用配制的模拟胃、肠液提取土壤中氟,研究其人体可给性,并分析人体可给性对风险评估结果的影响.结果显示,土壤中氟在胃、肠提取阶段的可给性分别为2.59%~6.57%和1.09%~2.52%,平均值分别为3.53%和1.44%.胃提取阶段氟的人体可给性浓度与土壤水溶性氟含量（P<0.01,n=16）、TFe （P<0.01,n=16）和TAl （P<0.01,n=16）呈显著正相关,肠提取阶段氟的人体可给性浓度与胃阶段氟的可给浓度（P<0.01,n=16）呈显著正相关.基于土壤水溶性氟和总铝含量能较好地预测氟在胃阶段的人体可给性浓度,基于氟在胃提取阶段的人体可给性浓度能较好地预测其在肠提取阶段的人体可给性浓度,模型相关系数（R²）分别为0.96和0.98.以土壤样品中总氟浓度为暴露浓度计算的健康风险分别是考虑氟在胃及肠提取阶段人体可给性的15.23~37.01倍和39.76~86.67倍.     

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.     

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.     

淮南小学校园不同活动场所灰尘重金属区域分异及生物可给性

利用PBET(Physiologically Based Extraction Test)体外胃肠模拟方法研究淮南市小学校园不同活动场所灰尘中8种典型重金属(Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、V和Zn)在胃肠阶段的生物可给量,并计算其生物可给性,采用US EPA人体健康风险评价方法,评估研究区灰尘重金属经手-口暴露途径摄入对儿童产生的健康风险.结果表明;与淮南市土壤环境背景值相比,淮南市小学校园不同活动场所灰尘重金属总量普遍偏高,累积量较大的是Cd、Zn、Pb和Cu,富集程度较高.对比分析不同活动场所灰尘重金属含量发现,楼道灰尘重金属在3种活动场所中富集程度较高,其中Cd富集水平最高,主要因为楼道灰尘重金属不仅来源于楼道内部金属栏杆扶手生锈老化和防腐防锈油漆使用,同时受到室外污染源的影响.相关分析和主成分分析表明,灰尘重金属主要来自室外交通活动、工业活动、自然源以及室内污染源,Cd主要来自燃煤活动.PBET法提取重金属可给量在胃和小肠阶段差异较大,Cd、Pb、V和Zn在胃阶段生物可给量高于肠阶段.对比不同活动场所灰尘重金属生物可给量发现,在胃肠阶段均表现为楼道灰尘重金属可给量高于操场灰尘和校门口灰尘.健康风险评估表明,Zn在不同活动场所灰尘中重金属日平均暴露量最高,非致癌风险商(HQ)小于1,在安全阈值之内,对儿童不存在非致癌风险.Cd、Co、Cr和Ni的致癌风险商(CR)大小顺序为楼道灰尘操场灰尘校门口灰尘,在人体可承受范围内.楼道灰尘重金属的总非致癌风险指数(HI)最大,达0.118,因暴露时间较长,对儿童的潜在危害不容忽视.     

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.      

城市表层土壤中铅的生物可给性及其对人体的健康风险评价:以首钢厂区附近小区域为例

研究了城市表层土壤中铅的生物可给性及其无意口部摄入后对人体的健康风险.以首钢厂区附近小区域为研究区,采集65个土壤样品应用于in vitro人工胃肠模拟实验,测定其铅的生物可给性.结果表明,土壤中铅的生物可给性差异很大,胃阶段为28.83%～62.50%,小肠阶段为6.86%～45.71%,而其大小和土壤中铅总量的高低没有直接关系;铅在胃肠道中的溶解态量与其在土壤中总量的高值分布区域比较一致;与交通及机动车辆关系较密切的样点的土壤中铅的溶解态量较高,而生物可给性较低.此外,无意口部摄入的土壤铅对人体铅的每周允许摄入量贡献率的分析表明,土壤中铅对人体并没有很高的健康风险,仅是以胃阶段结果进行判断时,其对儿童的风险较高,在研究区西北部出现了5个贡献率超过10%的样点,最大值达到25.37%;土壤铅对儿童的健康风险要高于对成人的;只有铅含量较高且生物可给性较高的土壤,才会对人体健康产生较高的风险.     

Speciation and bioaccessibility of lead and cadmium in soil treated with metal-enriched Indian mustard leaves

Indian mustard (Brassica juncea (L.) Czern.) has shown good potential for the phytoremediation of soil contaminated with heavy metals. However, there is little information about the speciation and bioaccessibility of heavy metals in soil during the decomposition of metal-rich Indian mustard leaves. Incubation experiments (1-, 3-, and 6-month) were carried out in Beijing and Hunan soil with metal-rich Indian mustard leaves addition (1% and 3%) and the e ects of mustard leaves addition on the speciation and bioaccessibility of heavy metals were studied. The results showed that the addition of mustard leaves led to significant increases in pH and DOC in the Hunan soil. Both 1% and 3% of mustard leaf amendment caused the percentage of the exchangeable (F1), precipitated with carbonates (F2), bound to Fe/Mn oxides (F3) and bound to organic matter (F4) fractions of Pb and Cd to increase dramatically, while the percentage of the residual fraction (F5) of Cd and Pb significantly dropped in both Beijing and Hunan soils. Mustard leaf addition caused the bioaccessibility of Pb to decrease in the gastric phase, whereas the values increased in the small intestinal phase. The Cd bioaccessibility increased with mustard leaf addition in both the gastric and small intestinal phases. In conclusion, the metal-enriched mustard leaves addition induces Pb and Cd concentrations and their mobility increasing in the Beijing and Hunan soils. Therefore, heavy metal risk in metal-enriched plant leaves should be considered in phytoremediation system in which heavy metal might be brought back to soil and changed over time.     

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.     

武汉市幼儿园降尘Pb污染特征及其生物有效性

幼儿园降尘铅污染是儿童对环境铅暴露的重要途径.从武汉市不同功能区幼儿园采集69个降尘样品,分析了其中铅的含量与空间分布,同时根据体外模拟实验方法（PBET）研究降尘中铅的生物可给行,目的是阐明武汉市幼儿园降尘铅的分布特征、污染程度,评估降尘中的铅对人体（尤其是儿童）的生物有效性.结果表明,武汉市幼儿园降尘中全铅含量为36.3～1 523mg.kg-1,平均值为169 mg.kg-1;与国内外部分城市对比发现,武汉市降尘中铅含量水平较低.武汉市降尘中铅分布空间差异大,局部污染严重.降尘铅在胃和小肠阶段的生物可给性分别为35%±15%和7.6%±5.8%.采用国际上认可度较高的综合暴露吸收生物动力学模型（IEUBK）,预测儿童（0～6）岁群体环境铅暴露后血铅几何均值2.73μg.dL-1;超过10μg.dL-1的概率〈0.001%,超过5μg.dL-1的概率为3.32%.     

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.