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。     

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...     

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.      

基于我国人群胃肠消化特征的土壤中As的人体可给性研究

基于我国人群胃肠消化特征,采用医学配方模拟胃肠消化方法测试了来自大连、湖南和广西的13个受重金属污染土壤中As的人体可给性,分析了土壤理化参数与可给性的相关关系及提取液中酶、胃肠液pH值、提取时间对As的人体可给性的影响.结果表明,医学配方可给性测试中,供试土样在胃、肠阶段As的人体可给性分别为5.03%~44.54%和10.77%~51.46%,平均值为18.08%、29.32%.胃阶段As的可给性浓度与土壤中总As含量w（TAs）、总P含量w（TP）极显著正相关,与总Al含量w（TAl）、土壤pH值、总有机质含量w（TOM）显著相关;肠阶段As的可给性浓度与土壤中w（TAs）、胃阶段As的可给性浓度、w（TP）极显著相关,与土壤pH值、w（TAl）和w（TOM）显著相关.胃阶段提取液中的胃蛋白酶显著降低了As的可给性,而肠阶段添加胰蛋白酶As的可给性没有明显变化.胃、肠阶段分别在pH值为0.9和5.0时可给性最大,0.9和5.0可分别作为土壤As在可给性测试过程中模拟胃肠液的pH值.胃、肠阶段在提取时间分别为1.0h、4.0h时可给性达到最大,且之后基本不变,1.0h、4.0h可作为模拟测试As在胃肠中可给性的提取时间.研究结果表明开展基于我国人群胃肠消化特征的土壤重金属人体可给性测试方法具有重要意义.     

基于人体可给性的重金属污染场地健康风险评价

《国家环境与健康行动计划》(2007—2015)文件指出要提高环境与健康风险评估能力。将基于体外模拟实验的人体可给性应用于污染场地健康风险评估,能够一定程度克服以污染物总量为基准进行风险核算的保守性问题。本研究利用相对可利用度修正毒性参数(经口参考剂量、经口致癌斜率),并对其合理性进行了分析,同时推导了筛选值和致癌风险值/危害商的计算公式。建议:(1)建立符合不同土壤类型的人体可给性方法;(2)建立基于关键影响因子的人体可给性预测模型和基于人体可给性的相对可利用度预测模型;(3)优化健康风险评价计算模型。旨在权衡"污染场地再利用"经济效益和人体健康的关系,完善重金属污染场的健康风险评价体系。     

应用in vitro法评估土壤性质对土壤中Pb的生物可给性的影响

选取22种典型土壤样品,应用2种in vitro(体外模拟)试验方法——SBET法(simple bioaccessibility extraction test,生物有效性简化提取法)和PBET法(physiologically-based extraction test,生物原理提取法),定量阐明土壤性质对Pb的生物可给性的影响. 结果表明:①SBET法中Pb的生物可给性为18.78%~77.08%,平均值为44.14%;PBET法中Pb的生物可给性为0.72%~50.51%,平均值为13.77%. 除赤红壤和贵州黄壤外,其余20种土壤样品均表现为SBET法中Pb的生物可给性显著高于PBET法,并且随着土壤pH的增长,2种方法的差距更加显著. ②逐步回归分析结果表明,在SBET法中,对土壤Pb的生物可给性影响最大的因子是土壤中w(黏粒),其次为pH,二者可以解释69.49%的Pb的生物可给性的变化;在PBET法中,对土壤Pb的生物可给性影响最大的因子是pH,其次为w(黏粒),二者可以解释73.65%的Pb的生物可给性的变化. 研究结果说明,污染土壤中Pb的生物可给性可以根据土壤pH和w(黏粒)进行预测.      

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.     

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.      

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.      

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.     

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.     

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.     

基于土壤汞形态归趋的健康风险评估方法

土壤汞污染是一个全球性关注问题,矿产资源开采、化工生产和燃煤发电等均造成了不同程度的土壤汞污染,合理评估汞污染场地的健康风险是场地开发再利用的关键.对土壤中汞的形态归趋研究总结表明,由于汞的特殊物理化学性质,并受土壤等环境因素的影响,导致其在土壤中具有复杂的化学形态和变化过程.汞在土壤中的不同化学形态归趋对其毒性效应、生物有效性和暴露途径产生显著影响.基于土壤汞总量的风险评估方法忽略了土壤中不同化学形态汞对毒性、生物有效性和暴露途径的影响,导致高估土壤汞污染的健康风险.针对基于土壤汞总量的风险评估存在的问题,提出了基于土壤汞形态归趋的土壤汞污染健康风险评估理论,并构建基于土壤汞形态归趋-有效剂量-健康效应的土壤汞污染的精细化风险评估技术体系框架:①土壤不同形态汞的测定与表征方法;②汞形态归趋预测模型;③暴露分析与暴露量计算;④有效剂量（生物可给性或生物有效性）测定;⑤风险表征;⑥基于不同形态汞的场地土壤污染风险筛选值和修复目标制定.该方法体系从理论上解决了传统基于土壤汞总量的风险评估方法存在的问题,实际应用中面临的主要问题和今后重点发展方向:①研发可商业化的土壤汞化学物组分分析仪及土壤汞蒸气的原位测定方法;②结合中国场地土壤特点,开展土壤中汞的形态归趋模拟的模型研究,弥补现阶段土壤汞化合物形态分析方法的欠缺;③研发和建立土壤汞的生物可给性和有效性的标准测试方法技术;④本土化的土壤汞筛选值的确定.      

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DIN测试的场地土壤PAHs生物可给性及健康风险研究

为了解决目前基于总量风险评估导致土壤PAHs修复目标过严的问题,采用德国标准研究院（Deutsches Institut für Normung）的方法（DIN 19738）研究了北京某焦化厂（BJ）、山东某钢铁厂（SD）、北京某钢铁厂（BG）和大连某农药厂（DL）4个不同地区大型典型污染场地中荧蒽（FLT）、芘（PYR）、苯并[b]荧蒽（BBF）、苯并[a]芘（BAP）和茚并[1,2,3-cd]芘（IPY）5种PAHs的生物可给性,并探究了禁食及进食（奶粉、苹果）状态下生物可给性的变化.结果表明:①5种PAHs生物可给性随模拟胃肠液添加食物及种类的不同而有所不同.添加奶粉时BJ、SD、BG和DL场地土壤中FLT、PYR、BBF、BAP、IPY 5种PAHs的生物可给性范围分别为1.2%~4.2%、5.5%~15.7%、11.2%~18.0%、15.3%~68.5%,添加苹果时依次为0.2%~1.3%、0.8%~6.1%、1.3%~11.9%、21.7%~82.8%,禁食状况下依次为0.2%~1.4%、0.6%~5.2%、0.7%~10.6%、20.8%~73.6%.②基于考虑和不考虑生物可给性计算了4个污染场地土壤中5种PAHs经口摄入途径的土壤暴露量、致癌风险、非致癌危害商及风险控制值,结果显示,在考虑生物可给性情况下,4个场地土壤中BAP、BBF、IPY 3种致癌PAHs的经口暴露量均降低1~2个数量级,风险控制值则会相应提高.其中,BJ场地土壤中5种PAHs风险控制值提高最为显著（22.9~82.5倍）;SD和BG场地土壤中BAP、BBF、IPY土壤风险控制值分别提高了13.5~17.2倍和6.3~7.9倍,而2种非致癌物质FLT和PYR的风险控制值提高程度接近,在4.6~6.3倍之间;DL场地土壤中5种PAHs风险控制值提高大多在1倍左右.研究显示,在考虑PAHs生物可给性的情况下进行健康风险评估,可以在一定程度上克服现有技术导则计算土壤PAHs修复目标过于严格的问题.      

老工业城市土壤-作物系统重金属的迁移累积及风险协同评价

为查明老工业城市土壤-作物系统的重金属环境地球化学特征,测试和分析石嘴山市水稻、小麦和玉米籽实及其根系土重金属含量和形态,利用统计学方法、风险评价编码法(RAC)、生物富集系数法(BCF)、土壤和农产品综合质量影响指数法(IICQ)及ArcGIS空间插值法开展土壤-作物系统重金属的迁移累积特征剖析及风险协同评价.结果表明,根系土中重金属ω(As)、ω(Cd)、ω(Cr)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)、ω(Pb)和ω(Zn)均值分别为12.56、 0.19、 63.48、 23.52、 0.038、 28.86、 21.68和69.47mg·kg^-1,与宁夏土壤背景值相比呈一定程度的累积,其中以Cd和Hg累积效应最为显著,但均低于农用地土壤污染风险筛选值;配套作物中上述8种重金属含量均值分别为0.014 9、 0.011 2、 0.075、 6.7、 0.001 5、 0.67、 0.042 7和20.48mg·kg^-1,与食品中污染物限量相比,作物中As、 Pb和Cr点位超标率分别为4%、 3%和1%,其余元素均未超标;相比水稻和小麦,...