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.      

典型锌冶金区蔬菜重金属的生物可给性及健康风险评价

为了探究冶金区蔬菜重金属污染状况及对人体的危害,以葫芦岛锌冶炼厂周围为研究区域,对8种典型蔬菜中重金属含量进行分析,采用体外胃肠模拟实验,测算出蔬菜中重金属的生物可给性,并以此修正健康风险评价计算方法.结果表明,蔬菜中各重金属的生物可给性在模拟胃阶段表现为:Cd(67.67%)Pb(50.70%)Cu(44.69%)Hg(3.09%);在模拟肠阶段表现为:Pb(48.90%)Cd(40.66%)Cu(32.88%)Hg(13.12%).由生物可给性校正后,人群通过饮食蔬菜途径摄入重金属的目标危险系数(THQ)顺序依次为:CdPbCuHg.基于胃肠阶段生物可给性计算的重金属单元素的目标危险系数(THQ)及多种重金属复合的目标危险系数(TTHQ)均小于1,但基于胃阶段生物可给性的Cd目标危险系数(THQ)仍然超过1,表明锌厂周围人群通过饮食蔬菜途径摄入重金属存在健康风险.成人的4种单元素THQ值和TTHQ值均高于儿童,说明成人通过饮食蔬菜途径摄入重金属的健康风险高于儿童.     

小白菜的干鲜状态对其铅的生物可给性的影响(Effects of Dry and Fresh States of Brassica chinensis on the Oral Bioaccessibility of Lead)

为了研究小白菜的干鲜状态对其铅的生物可给性的影响,设置了对照(不添加铅,本底值为32.37mg·kg-1)、300mg·kg-1和500mg·kg-13种土壤铅浓度处理的盆栽实验,并将收获的小白菜分别以干样和鲜样进行基于生理学的invitro人工胃肠模拟实验,测定其中铅的生物可给性.结果表明:栽种2个月后,小白菜铅含量分别达到0.38mg·kg-1、4.55mg·kg-1和12.50mg·kg-1(干重),对铅的富集系数分别为0.012、0.015和0.025,可能存在较高的健康风险.invitro实验表明:样品干鲜状态、铅浓度处理以及二者的交互效应是影响铅的生物可给性的重要因素.无论干样还是鲜样,铅在胃阶段和小肠阶段的溶解态量均随样品铅含量的增加而线性增加;对于同一铅浓度处理,鲜样中铅的生物可给性无论在胃阶段还是小肠阶段均显著高于干样(p<0.01).使用干样进行健康风险评价可能会低估小白菜中的铅对人体的健康风险.     

利用体外实验方法评估稻米中镉的生物可给性和健康风险

为了研究稻米中镉(Cd)的生物可给性与稻米理化性质之间的相互关系以及稻米摄入而导致的Cd健康风险,从湖南某些地区采集了16个稻米样品,利用in vitro方法研究了这些稻米中Cd的生物可给性及其人体健康风险。结果表明:在16个样品中,有13个样品的Cd含量超过稻米中Cd的限量标准(0.2 mg·kg-1)。稻米中Cd的溶解态含量及其生物可给性变化较大,胃阶段和肠阶段Cd的溶解态含量范围分别为0.102~1.70 mg·kg-1和0.015~0.249 mg·kg-1,平均值分别为0.698 mg·kg-1和0.103 mg·kg-1,胃阶段和肠阶段Cd的生物可给性的范围分别为56.8%~82.0%和6.62%~15.9%,平均值分别为70.9%和11.1%。模拟肠液中Cd的溶解态含量与稻米的纤维含量之间有显著的相关性。如果不考虑稻米中Cd的生物可给性,所采集的所有稻米样品的摄入都将导致成人和儿童健康风险。如果我们考虑了稻米中的生物可给性,只有31%的稻米样品会对成人产生健康风险,将有50%的稻米样品会对儿童产生健康风险。     

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。     

赤泥重金属和放射性元素的毒性浸出和生物可给性

以烧结法和拜耳法生产工艺中产生的赤泥为研究材料,对其重金属和放射性元素含量进行分析,并对两种赤泥中重金属和放射性元素浸出效果进行对比研究.结果表明:两种赤泥显现出不同的理化性质.赤泥中不同重金属的含量差别较大,其中烧结法和拜耳法赤泥中As、Pb、Cr的总含量分别为256.73、120.14、828.02 mg/kg和182.82、165.83、1 043.96 mg/kg,超过我国GB 15618—1995《土壤环境质量标准》.两种赤泥中Zn、As、Pb、Mn、Ni和Th等主要以残渣态的形式存在,可交换态较少,其TCLP浸出量与其存在于交换态金属含量相近.在PBET试验中,胃部消化阶段进行到1 h时,重金属(Cu、Zn除外)及放射性元素的浸出量达到最大,小肠阶段的浸出量明显降低,在胃部消化阶段1 h时拜耳法和烧结法赤泥Pb的浸出率分别达到95.28%和97.80%,表明赤泥中的重金属及放射性元素对人体存在着较大的潜在风险.      

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.      

喷施锌肥对油菜镉锌生物可给性的影响

采用溶液培养和体外消化实验,研究不同Zn营养条件下,喷施ZnSO_4和ZnNa_2EDTA对两种油菜Cd、Zn质量分数以及生物可给性的影响,计算人体通过食用油菜摄入Cd、Zn的量,评估喷施Zn肥降低人体Cd摄入提高Zn吸收的潜力.结果表明,正常Zn营养下油菜地上部Cd质量分数显著低于缺Zn条件下,喷施ZnNa_2EDTA显著降低油菜Cd质量分数;正常Zn营养下油菜地上部Zn质量分数显著高于缺Zn条件下,喷施Zn肥可显著提高油菜Zn质量分数,其中喷施ZnSO_4处理效果最佳.正常Zn营养下油菜Cd的生物可给性显著低于缺Zn条件下,喷施Zn肥显著降低油菜Cd在胃阶段的生物可给性,与对照相比最大降幅为35.81%,喷施ZnSO_4显著降低Cd在小肠阶段的可给性,最大降幅为59.24%;喷施Zn肥使油菜Zn在胃和小肠阶段的生物可给性显著低于对照处理,最大降幅为68.90%,其中ZnSO_4降低效果明显强于ZnNa_2EDTA.食用Cd污染的普通油菜寒绿摄入Cd的量超过世界卫生组织推荐的每日耐受值,通过选择低积累油菜华骏或喷施ZnSO_4可以显著减少人体摄入Cd的量,有效降低Cd过量摄入的健康风险;食用未喷施Zn肥或喷施低浓度ZnNa_2EDTA的油菜有Zn摄入不足的风险,而食用喷施ZnSO_4或高浓度ZnNa_2EDTA的油菜可以满足蔬菜膳食Zn摄入的需要,其中喷施ZnSO_4效果更好.总之,喷施Zn肥可显著降低油菜地上部Cd、Zn的生物可给性,有效减少人体食用油菜摄入Cd的量,提高摄入Zn的量,其中喷施ZnSO_4处理的效果最佳.     

中国典型土壤中铅的生物可给性的影响因素分析与健康风险评估

土壤铅污染及其危害备受关注。作为评估其对人体健康风险的科学指标之一,土壤铅的生物可给性的影响因素仍不甚明确。采集中国5种典型土壤(红壤、褐土、黑土、棕壤和黄壤),根据国标中一类建设用地的管制值制备成800 mg·kg^-1的铅污染土壤样品,利用先进的基于生理学的体外试验方法(改进的PBET模型)研究经口部摄入的土壤铅的生物可给性及其对人体的健康风险,进而从土壤理化性质和铅的赋存形态角度,全面综合地探讨土壤铅的生物可给性的影响因素,并分析不同土壤间差异的原因。结果表明,土壤铅在胃阶段的生物可给性为72.7%—82.6%,各类型土壤间差异极显著,其中红壤较高而黑土较低;进入小肠阶段后,土壤铅的生物可给性极显著降低至22.8%—27.7%,各类型土壤间无显著差异。土壤铅对人体的健康风险评估结果与之相同。对儿童而言,土壤铅在胃阶段的非致癌风险达到可接受限值的2.1倍;且整体而言,土壤铅对儿童的非致癌风险平均达到成人的7.6倍,必须加以重视。此外,土壤铅的生物可给性与土壤pH、有机质质量分数和迁移系数均存在高度显著相关性,其中,土壤pH是影响土壤铅在胃肠道的生物可给性的主导因子。通过体外试验可直接、简便而准确地获取土壤铅的生物可给性信息,建议在今后实地的污染土壤健康风险评估工作中引入该方法。该研究成果将为铅污染土壤健康风险评估工作提供准确的科学依据与有价值的参考。