冬季季節(jié)性積雪中重金屬污染物對(duì)人體健康的影響

侯姝伊，張 蔚

（樂(lè)亭縣氣象局，河北樂(lè)亭 063600）

0 引言

我國(guó)季節(jié)性積雪常年存在、面積廣大，變化主要以西北地區(qū)和東北地區(qū)較為明顯，積雪中的重金屬可以通過(guò)各種途徑被人體吸收，影響人體健康，故而對(duì)西北和東北地區(qū)季節(jié)性積雪中重金屬污染物進(jìn)行研究具有重要意義。

1 資料和方法

1.1 樣品的采集與處理

選擇中國(guó)西北、東北的46個(gè)站點(diǎn)作為采樣區(qū)域，在積雪達(dá)到最大覆蓋且未融化的2010年1～2月采集各站點(diǎn)的季節(jié)性積雪樣品。將采樣的研究區(qū)域分為四個(gè)小區(qū)域，分布如圖1所示。為保持樣品的其他無(wú)關(guān)影響最低，選擇距離村莊和城市、道路和高速公路50 km、1 km及以外的地區(qū)作為研究樣品的采集地點(diǎn)，大部分采集的樣品位于垂直深度5 cm處。在內(nèi)蒙古自治區(qū)與祁連山的部分站點(diǎn)，積雪深度通常小于5 cm而且不連續(xù)，樣品只能從飄雪中采集。

圖1 研究區(qū)域采樣站點(diǎn)分布圖

1.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

1.2.1 土壤或地表灰塵健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。手-口接觸攝入和皮膚接觸攝入是土壤或地表灰塵重金屬的暴露途徑，評(píng)估過(guò)程可以表示為：

手-口攝入：

其中：Ding和Dder分別表示通過(guò)手-口攝入和皮膚接觸累積的長(zhǎng)期日暴露量（mg/（cm2·d））；C表示土壤或地表灰塵中重金屬的含量（mg/kg）；IngR表示經(jīng)手-口途徑攝入的速率（150；mg/d）；EF和ED分別表示3種不同途徑的暴露頻率（350；d/a）和暴露年限（24；a）；BW和AT分別表示受體平均體重（58.6；kg）和平均暴露時(shí)間（24*365；d）；SA、SL和ABS分別表示皮膚的暴露面積（2 145；cm2）、黏著度（0.07；mg/（cm2·d）和皮膚吸收因子（0.001；無(wú)量綱）；HQ表示非致癌風(fēng)險(xiǎn)；HI表示不同途徑不同重金屬帶來(lái)的總非致癌風(fēng)險(xiǎn)。

1.2.2 水體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。對(duì)于水體來(lái)說(shuō)，重金屬進(jìn)入人體以口服攝入為主，其他途徑的攝入可以忽略不計(jì)。因此水體的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程可以表示為：

CDI表示受體對(duì)于水體中金屬的慢性日攝入量；Cm（mg/L）表示重金屬在水體中的濃度；Iw（L/d）表示受體平均每日攝入的水量；Wb（kg）表示受體的平均體重；HRI表示長(zhǎng)期健康風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì)；RfD（mg/（L·d））表示金屬口服毒性的參考劑量。根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署2005年發(fā)布的致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南和2011年發(fā)布暴露參數(shù)手冊(cè)給出的參考劑量進(jìn)行計(jì)算。

2 結(jié)果與討論

2.1 重金屬污染物特征

表1顯示Ca元素占據(jù)主要地位，Ba元素平均含量最小。將各元素的平均含量與世界衛(wèi)生組織2008年發(fā)布的飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、我國(guó)2002年發(fā)布的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比：Fe元素平均含量嚴(yán)重超標(biāo)，最大值遠(yuǎn)超出了兩種標(biāo)準(zhǔn)。因此，融雪不能直接作為干凈無(wú)污染的潔凈水源。

表1 各元素的參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（mg/L）

選出六種地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)明確的金屬元素（Ba、Cu、Fe、Mn、V、Zn），在四個(gè)區(qū)域的平均含量與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，圖2表明，只有Fe元素在區(qū)域一、三和四超標(biāo)嚴(yán)重，平均含量近乎標(biāo)準(zhǔn)值的二倍。區(qū)域三各元素的平均含量很少，這是由于區(qū)域三位于黑龍江最北端接近西伯利亞地區(qū)，生態(tài)保持良好，區(qū)域四包括黑龍江南部及吉林遼寧大部分地區(qū)，工業(yè)污染嚴(yán)重，可見工業(yè)生產(chǎn)的污染對(duì)季節(jié)性積雪有很大影響。

圖2 不同區(qū)域各元素與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

2.2 人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估選擇Mn、Cu、Zn三種重金屬，代入土壤或地表灰塵、水體兩種模型計(jì)算對(duì)比分析。表2為模型計(jì)算中需要用到的參考劑量。

表2 參考劑量（RfD）

從不同暴露途徑來(lái)看，手口攝入遠(yuǎn)大于皮膚接觸途徑帶來(lái)的暴露量，因此前者會(huì)帶來(lái)更高的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。表3表明手口攝入會(huì)比皮膚接觸帶來(lái)的單一金屬暴露量高；單一金屬超標(biāo)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)均由手口攝入途徑產(chǎn)生；只有手口攝入的非致癌總風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)閾值，說(shuō)明手口攝入主導(dǎo)著季節(jié)性積雪中重金屬帶來(lái)的健康風(fēng)險(xiǎn)。從不同區(qū)域來(lái)看，區(qū)域三是唯一兩種途徑的健康風(fēng)險(xiǎn)均未過(guò)量的區(qū)域。

表3 不同區(qū)域、暴露途徑的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)

表4表明，非致癌總風(fēng)險(xiǎn)排序與上述特征分析和灰塵模型排序相同，區(qū)域三健康風(fēng)險(xiǎn)最低，說(shuō)明工業(yè)生產(chǎn)地區(qū)重金屬帶來(lái)的健康風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重。

表4 不同地區(qū)通過(guò)水體帶來(lái)的健康風(fēng)險(xiǎn)

2.3 主成分分析

表5顯示，在第一主成分中，Mn為最主導(dǎo)元素。由于Mn的主要來(lái)源一般是土壤揚(yáng)塵，同時(shí)Ca、Mg等元素也是土壤中含量較多的主要元素，所以第一主成分可能為自然源。在第二主成分中，Cu和Zn的主導(dǎo)地位相同且大于第一主成分中各元素的貢獻(xiàn)。有研究表明，Cu和Zn主要源于柴油燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣和燃煤源，所以第二主成分可能為工業(yè)源。

表5 各元素主成分分析（na=53）

3 結(jié)論

通過(guò)分析評(píng)估季節(jié)性積雪中重金屬污染物對(duì)人體健康的影響，得出以下結(jié)論：

1）樣品中重金屬Ca元素占據(jù)主要地位，F(xiàn)e元素的平均含量嚴(yán)重超標(biāo)。除內(nèi)蒙古（區(qū)域二）外的三個(gè)區(qū)域，F(xiàn)e元素的平均含量均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)的二倍以上。表明季節(jié)性積雪融化后不能作為潔凈的生活飲用水源。

2）通過(guò)灰塵與土壤、水體兩種健康風(fēng)險(xiǎn)模型評(píng)估得到各區(qū)域健康風(fēng)險(xiǎn)大致排序?yàn)椋簝?nèi)蒙古＞東北中南部＞甘、青地區(qū)＞東北北部。前者模型計(jì)算得出的健康風(fēng)險(xiǎn)較大，特別是手-口攝入途徑。表明不同區(qū)域條件產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)對(duì)人體的影響不同。

3）樣品中相關(guān)性較大的絕大部分元素來(lái)源于自然源，如Mn、Ca、Mg等；但另一部分元素仍來(lái)源于工業(yè)源，如Cu、Zn等，表明工業(yè)污染對(duì)人體健康的影響仍然很大。