老化土壤中As的人体可给性控制因素及健康风险

采用UBM(unified bioaccessibility model)模拟胃肠消化的方法测试了来自湖南省、广西壮族自治区和大连市的13个不同理化参数污染土壤中As的人体可给性,分析了考虑As人体可给性对风险评估结果的影响. 结果表明:①供试土壤样品模拟胃提取阶段As的人体可给性因子为3.9%~49.5%,平均值为19.6%;模拟肠提取阶段的人体可给性因子为1.2%~10.8%,平均值为6.0%,前者是后者的1.2~9.1倍. ②影响供试土壤样品胃提取阶段As人体可给性浓度的最显著性因素是w(TAs)(R2=0.94,P<0.01,n=13),其次为w(TP)(R2=0.82,P<0.01,n=13)和w(TMn)(R2=0.79,P<0.01,n=13);影响肠提取阶段As人体可给性浓度的显著因素依次为土壤w(TAs)(R2=0.83,P<0.01,n=13)、w(TP)(R2=0.80,P<0.01,n=13)、胃提取阶段As的人体可给性浓度(R2=0.76,P<0.01,n=13)、pH(R2=0.74,P<0.01,n=13)、w(TMn)(R2=0.65,P<0.02,n=13)以及w(TOM)(TOM为有机质)(R2=0.59,P<0.04,n=13). ③基于土壤w(TAs)和w(黏粒)构建的模型能较好地预测As在胃提取阶段的人体可给性浓度,预测值与实测值的R2达到0.97,ME(平均误差)、RMSE(均方根误差)、r_p2(可决系数)分别为0.02、0.17、0.95;仅基于土壤w(TAs)构建的模型能较好地预测As在肠提取阶段的人体可给性浓度,R2达到0.90,ME、RMSE、r_p2分别为-0.03、0.26、0.80. ④以供试土壤样品中w(TAs)为暴露浓度计算的健康风险分别是考虑As在胃及肠提取阶段人体可给性因子的2.0~15.0和7.3~81.0倍. 可见,基于土壤w(TAs)所制定的风险管理对策可能过于保守.      

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.     

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.      

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.     

呼伦湖砷的时空分布特征及成因分析

为探究呼伦湖中As（砷）的时空变化格局及成因,分别于春季、夏季、秋季、冬季采集呼伦湖表层水和表层沉积物样品,对As的时空分布及其组成特征进行了调查,并探讨呼伦湖中As的来源及环境因素对水体As分布的影响.结果表明:①呼伦湖水体中ρ（TAs）（TAs为总As）在6.6~87.3 μg/L之间,平均值为47.0 μg/L,其中ρ（DTAs）（DTAs为溶解态TAs）占比为70.6%~99.8%,且As（Ⅴ）（砷酸盐）为主要存在形态.春季、冬季ρ（TAs）平均值高于夏季、秋季,且冬季ρ（TAs）的空间分布与其他3个季节差异明显.②表层沉积物w（TAs）为1.64~15.49 mg/kg,各季节w（TAs）空间分布均呈由西北向东南递减的趋势;w（F1）（F1为可交换态及碳酸盐结合态As）和w（F2）（F2为Fe/Mn氧化物结合态As）在w（TAs）中的占比相对较高,分别为31.7%和30.0%,一定环境条件下F1和F2易向水体迁移,是水体中As的主要来源.③呼伦湖水体pH、冬季冰封、入湖河流等环境因素均可影响水体中As的时空分布,其中冰封引起的沉积物-水界面缺氧环境及污染物浓缩效应是造成冬季湖泊西北沿岸水体ρ（TAs）显著升高的主要原因.研究显示,呼伦湖水体及沉积物中的As均以自然来源为主,其中沉积物释放及环境变化是水体中As时空分布格局的主要影响因素.      

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.     

基于生物可利用性的砷污染土壤修复目标值研究

采用IVG（In Vitro Gastrointestinal）和UBM（Unified BARGE Method）两种体外试验方法,研究了湖北省某一砷污染地块的潮土中,砷在 不同浓度梯度和深度梯度下的生物可利用性.结果表明,砷在胃相中的生物可利用性为4.50%~26.41%,在小肠中的生物可利用性为3.95%~22.39%.同时,采用Pearson相关性分析和主成分分析方法探究了人体胃肠可吸收砷的可能来源,发现人体胃肠可吸收利用的砷与土壤中非专性吸附态、专性吸附态、无定形和弱结晶铁铝氧化物结合态砷有显著相关性.通过构建土壤中砷生物可给态浓度的多元线性回归方程,发现 土壤pH、总砷含量及砂粒含量是砷生物可给态浓度的主要预测因子.将概率累积分析法获取的地块土壤砷背景浓度上限值与湖北省土壤 背景值、GB36600中附录A中潮土砷的背景值进行比较,推导出该地块基于生物可利用性的土壤砷背景浓度上限值为113 mg?kg^-1,结合该地块今后规划为生态保护绿地,可将土壤砷背景浓度上限值作为地块修复目标值制定的参考,在一定程度上可以避免修复目标值过严导致修复成本过高的问题.     

UBM表征老化土壤中Pb的可给性及影响因素

采用UBM方法对采自大连和株洲的11个土样中Pb的人体可给性进行表征,结果显示,土样中Pb在胃阶段的人体可给性为21.1%~77.9%,平均值为54.5%;肠提取阶段的人体可给性0.2%~4.2%,平均值为0.7%.Pb在胃阶段可给性浓度与土样中总Pb、锰、磷含量正相关性明显,而肠阶段可给性浓度与总Pb以及胃阶段Pb可给性浓度正相关明显.土样中弱酸可提取态Pb、可还原态Pb以及可氧化态Pb与胃、肠阶段Pb可给性浓度显著正相关,对其贡献较大.此外,BCR表征为残渣态的Pb在酸性胃液中部分依然可溶解.     

同步钝化土壤Cd和As材料的筛选

土壤中Cd和As的化学行为相反,导致同时降低土壤Cd和As的有效性成为一个难题.本实验采用先淹水30 d后湿润30 d的培养方法,研究了海泡石（Sep）、铁改性海泡石（IMS）、铁锰改性海泡石（Sep-FM）、钢渣（SS）和铁基生物炭（Fe-Bio）对土壤pH、Eh、孔隙水中Cd和As动态变化及土壤Cd和As形态的影响,旨在筛选出可以同时钝化土壤Cd和As的潜在材料.结果表明,添加Sep、IMS、Sep-FM和SS材料提高土壤pH值,降低Eh值及土壤孔隙水中Cd的质量浓度;而且高剂量IMS（2.5%）和SS（5%）处理土壤孔隙水中As的质量浓度在整个培养期间均低于CK处理.然而添加Fe-Bio则使土壤pH降低和Eh值升高,且仅在湿润条件下降低溶液中Cd和As的质量浓度.所有供试材料均降低土壤可交换态Cd含量,提高可还原态、可氧化态和残渣态Cd含量.高剂量IMS（2.5%）、Sep-FM（2.5%）和SS（5%）处理还降低了土壤中可利用态As含量（非专性吸附态和专性吸附态As）、提高了晶形和非晶形铁铝氧化物结合态As的含量,而1% Fe-Bio处理则提高了土壤非专性吸附态、专性吸附态和残渣态As的含量.总之,高剂量的IMS、Sep-FM和SS能同时钝化土壤中Cd和As,促进其向生物难利用的形态转化,是修复Cd和As复合污染土壤的潜在材料.     

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.     

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.      

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.     

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.