冬季季节性积雪中重金属污染物对人体健康的影响

2022-02-13侯姝伊

农业开发与装备 2022年1期

关键词：积雪水体重金属

侯姝伊，张蔚

（乐亭县气象局，河北乐亭 063600）

0 引言

我国季节性积雪常年存在、面积广大，变化主要以西北地区和东北地区较为明显，积雪中的重金属可以通过各种途径被人体吸收，影响人体健康，故而对西北和东北地区季节性积雪中重金属污染物进行研究具有重要意义。

1 资料和方法

1.1 样品的采集与处理

选择中国西北、东北的46个站点作为采样区域，在积雪达到最大覆盖且未融化的2010年1～2月采集各站点的季节性积雪样品。将采样的研究区域分为四个小区域，分布如图1所示。为保持样品的其他无关影响最低，选择距离村庄和城市、道路和高速公路50 km、1 km及以外的地区作为研究样品的采集地点，大部分采集的样品位于垂直深度5 cm处。在内蒙古自治区与祁连山的部分站点，积雪深度通常小于5 cm而且不连续，样品只能从飘雪中采集。

图1 研究区域采样站点分布图

1.2 健康风险评估方法

1.2.1 土壤或地表灰尘健康风险评估。手-口接触摄入和皮肤接触摄入是土壤或地表灰尘重金属的暴露途径，评估过程可以表示为：

手-口摄入：

其中：Ding和Dder分别表示通过手-口摄入和皮肤接触累积的长期日暴露量（mg/（cm2·d））；C表示土壤或地表灰尘中重金属的含量（mg/kg）；IngR表示经手-口途径摄入的速率（150；mg/d）；EF和ED分别表示3种不同途径的暴露频率（350；d/a）和暴露年限（24；a）；BW和AT分别表示受体平均体重（58.6；kg）和平均暴露时间（24*365；d）；SA、SL和ABS分别表示皮肤的暴露面积（2 145；cm2）、黏着度（0.07；mg/（cm2·d）和皮肤吸收因子（0.001；无量纲）；HQ表示非致癌风险；HI表示不同途径不同重金属带来的总非致癌风险。

1.2.2 水体健康风险评估。对于水体来说，重金属进入人体以口服摄入为主，其他途径的摄入可以忽略不计。因此水体的健康风险评估过程可以表示为：

CDI表示受体对于水体中金属的慢性日摄入量；Cm（mg/L）表示重金属在水体中的浓度；Iw（L/d）表示受体平均每日摄入的水量；Wb（kg）表示受体的平均体重；HRI表示长期健康风险的估计；RfD（mg/（L·d））表示金属口服毒性的参考剂量。根据美国环境保护署2005年发布的致癌风险评估指南和2011年发布暴露参数手册给出的参考剂量进行计算。

2 结果与讨论

2.1 重金属污染物特征

表1显示Ca元素占据主要地位，Ba元素平均含量最小。将各元素的平均含量与世界卫生组织2008年发布的饮用水质量标准、我国2002年发布的地表水环境质量标准Ⅲ类标准进行对比：Fe元素平均含量严重超标，最大值远超出了两种标准。因此，融雪不能直接作为干净无污染的洁净水源。

表1 各元素的参数统计结果（mg/L）

选出六种地表水环境质量标准明确的金属元素（Ba、Cu、Fe、Mn、V、Zn），在四个区域的平均含量与标准对比，图2表明，只有Fe元素在区域一、三和四超标严重，平均含量近乎标准值的二倍。区域三各元素的平均含量很少，这是由于区域三位于黑龙江最北端接近西伯利亚地区，生态保持良好，区域四包括黑龙江南部及吉林辽宁大部分地区，工业污染严重，可见工业生产的污染对季节性积雪有很大影响。

图2 不同区域各元素与地表水环境质量标准对比

2.2 人体健康风险评估

健康风险评估选择Mn、Cu、Zn三种重金属，代入土壤或地表灰尘、水体两种模型计算对比分析。表2为模型计算中需要用到的参考剂量。

表2 参考剂量（RfD）

从不同暴露途径来看，手口摄入远大于皮肤接触途径带来的暴露量，因此前者会带来更高的非致癌健康风险。表3表明手口摄入会比皮肤接触带来的单一金属暴露量高；单一金属超标的非致癌风险均由手口摄入途径产生；只有手口摄入的非致癌总风险超过阈值，说明手口摄入主导着季节性积雪中重金属带来的健康风险。从不同区域来看，区域三是唯一两种途径的健康风险均未过量的区域。

表3 不同区域、暴露途径的非致癌健康风险

表4表明，非致癌总风险排序与上述特征分析和灰尘模型排序相同，区域三健康风险最低，说明工业生产地区重金属带来的健康风险严重。

表4 不同地区通过水体带来的健康风险

2.3 主成分分析

表5显示，在第一主成分中，Mn为最主导元素。由于Mn的主要来源一般是土壤扬尘，同时Ca、Mg等元素也是土壤中含量较多的主要元素，所以第一主成分可能为自然源。在第二主成分中，Cu和Zn的主导地位相同且大于第一主成分中各元素的贡献。有研究表明，Cu和Zn主要源于柴油燃烧、机动车尾气和燃煤源，所以第二主成分可能为工业源。