军事训练场土壤铅污染评价方法研究

李战国，黄永红，朱勇兵，耿志强，韩梦薇，赵红杰

（1. 国民核生化灾害防护国家重点实验室，北京 102205；2. 军委后勤保障部工程质量监督中心，北京 100142）

军用炮弹、子弹的弹体材料含有各种重金属，其中铅是主要成分之一。在武器装备长期试验、训练过程中，大量弹体碎片进入土壤，在环境中侵蚀、淋滤作用下，铅转化为可迁移态，造成军事场地污染。根据场地调查结果，某靶场土壤中铅的浓度高达7 031 mg/kg[1]。铅是环境中重要的有毒污染物，具有蓄积性、神经毒性等，其毒性和健康危害已引起世界各国学者广泛关注。与一般化学污染物采用参考剂量除以参考浓度的评价方法不同，目前国际上对铅的毒性评估主要采用基于受体血铅浓度水平的方法。血铅的理想水平应该为零，但由于受环境等多种因素影响，人体内或多或少都有铅存在。根据国际惯用标准，通常认为血铅的相对安全标准不应超过10 μg/dL。目前国际上公认的铅污染场地风险评估模型为儿童血铅模型IEUBK（integrated exposure uptake biokinetic model）和成人血铅模型ALM（adult lead model），并已成为US EPA 铅污染场地风险评估的标准方法[2-3]。

在我国，有关铅的风险评估起步晚，相关研究也较少，近年来开始关注铅的生物有效性、血铅的调查等。但在铅污染风险评估方面，大多研究是基于US EPA 的IEUBK 模型或ALM 模型，通过参数本土化研究开展风险评估[4-6]，或者基于我国土壤中铅的筛选值标准采用标准指数法进行污染评价[7]。宋波等[8]基于土壤铅背景值和国家土壤质量标准，采用各文献报道的土壤中铅含量的几何均值，分别计算污染累积指数和标准指数，来分析评价广西土壤铅污染特征和风险，该方法适合用于区域性污染的评价。王俊杰等[9]以土壤中铅的易迁移转化形态（酸可提取态、可还原态和可氧化态）与残渣态的比值建立污染因子风险评价法，该方法重点关注可迁移转化形态的铅，具有一定的合理性，但需要对土壤中铅的各种形态进行提取分离和分析，操作过程相对复杂，且形态提取过程受实验方法、提取液种类的影响较大，难以形成标准化方法。

军事训练场铅的暴露受体基本上为成年男性官兵，不存在孕妇或儿童等敏感受体，因此无论是采用US EPA 的ALM 模型，还是参照国家标准《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）：GB36600—2018》[10]，都过于保守，不符合军事训练场风险管控实际。针对军事训练场铅暴露的特殊性，参考US EPA 的ALM 模型中有关人体血铅浓度与土壤中铅浓度的模型算法，结合我国职业接触血铅限值，提出军事训练场土壤中铅污染的风险管制值计算方法，然后基于内梅罗指数法构建军事训练场土壤中铅污染评价方法，为军事训练场铅暴露风险管控提供理论方法支撑。

1 ALM 模型

ALM 模型是1996 年US EPA 开发的风险评估模型，通过评估暴露于商业/工业用地铅污染土壤的孕妇胎儿血铅含量来表征铅污染土壤的人体健康风险，并用于推导土壤中铅的环境基准。该方法只考虑直接摄入土壤和室内灰尘中铅的暴露途径，采用生物动力学斜率因子（BKSF）表征环境铅暴露与孕妇血铅含量的线性关系，采用几何标准差描述类似铅暴露场景下个体间血铅含量的差异。与儿童相比，成人自身免疫系统趋于完善，在一定程度上通过自身消化可以排出进入体内的铅，会对评估结果产生影响，因此ALM 模型的输出对象采用育龄妇女的血铅浓度，这个血铅浓度可根据体内胎儿与母体的血铅浓度之间的比例常数通过胎儿血铅浓度计算得出，而胎儿自身对血铅浓度基本上无影响，最终得出的结果相对要更加精确。

ALM 模型[3]，见式（1～2）。

式中：PbBadult为成人血铅浓度，μg/dL；PbBfetal,0.95为暴露于场地中的妇女所生胎儿的第95 百分位血铅浓度，μg/dL；PbS 为土壤中铅的浓度（一般取场地平均浓度，mg/kg）；BKSF 为生物动力学斜率因子，与日均铅摄入量造成的血铅浓度增加值有关，(μg/dL)/(μg/d)；IRS为每日土壤摄入率，g/d；AFS为肠胃对摄入体内铅的吸收效率，无量纲；EFS为暴露频率，d/a；ATS为长期暴露平均时间，d；PbB0为血铅背景值，μg/dL；GSDi为几何标准差；Rfetal/maternal为胎儿/母体血铅浓度比值，ALM 模型中缺省值为0.9。

胎儿血铅浓度超过标准血铅值的概率Pfetal，见式（3）。

其中，x=PbBt

式中，PbBt为胎儿血铅浓度目标值，一般取2～8 μg/dL，ALM 模型中缺省值为5 μg/dL。

即，胎儿血铅浓度超过标准血铅值的概率Pfetal为孕妇血铅浓度PbBadult的对数累积分布函数。US EPA 标准给出了模型参数推荐值及取值说明[3,11]，其中血铅背景值（PbBadult,0）和几何标准差（GSDi）是美国健康与营养调查（National Health and Nutrition Examination Survey，NHANES）对数千名育龄妇女调查统计的结果，并定期更新，最新来自2011～2016 年5 750 名15～49 岁妇女的调查数据[12]。国内相关数据缺乏，中国科学院南京土壤研究所曾收集整理了国内公开发表孕妇血铅含量数据，给出了我国孕妇血铅背景值范围和几何标准差[4]。成人血铅模型参数，见表1。

表1 成人血铅模型参数

2 军事训练场铅污染评价方法

2.1 军事训练场铅污染评价方法构建

ALM 模型经过20 多年的发展应用，已成为国际公认的铅污染场地权威评估模型，在其应用中各国学者主要是针对场地暴露对象不同，对模型参数进行本土化研究，其基本计算方法没有变化。因此针对军事训练场铅暴露的特殊性，利用式（1）中成人血铅浓度PbBadult与土壤铅浓度PbS 的数学关系，根据官兵血铅浓度的控制目标值（PbBc），可以计算军事训练场土壤中铅浓度的风险管制值（risk intervention values, RIV），见式（4）。

一般对于土壤中重金属污染的评价常见的方法有单项污染指数法和内梅罗指数法。其中单项污染指数采用土壤中污染物实测浓度与标准值的比值进行评价；内梅罗指数是在单项污染指数基础上的改进，是一种兼顾极值的计权型多因子环境质量指数，特别考虑了污染最严重的因子，内梅罗指数在加权过程中避免了权系数中主观因素的影响，是当前国内外进行综合污染指数计算的最常用方法之一。因此将式（4）计算的RIVPb作为单项污染指数中的标准值，利用场地各点位土壤铅的浓度（PbSi）计算单项污染指数（Pi），见式（5）。

则内梅罗综合指数P的计算公式为

根据内梅罗综合指数P的计算结果来评价军事训练场铅污染等级：P≤0.7 为安全级；0.73 为重度污染。

2.2 参数选择

上述构建的军事训练场铅污染评价方法中，ATS、BKSF 和AFS等参数可采用US EPA 推荐值，IRS、EFS原则上应采用军事训练场实际暴露调查值，缺乏数据的情况下可采用《建设用地土壤污染风险评估技术导则：HJ 25.3—2019》[13]附录G 风险评估模型参数推荐值中的数据。

对于官兵血铅浓度的控制目标值（PbBc）的取值，可参考我国职业卫生标准《职业性慢性铅中毒的诊断：GBZ 37—2015》[14]规定的工作人员血铅的职业接触限值40 μg/dL。美国职业医生认为血铅含量为80 μg/dL 是安全的，但为了防止在终生工作中铅对人体的危害，美国职业安全与健康管理部门要求将血铅含量标准保持在40 μg/dL 以下[15]，这一标准与我国规定的职业接触限值是一致的。因此，式（4）中官兵血铅浓度的控制目标值（PbBc）可取40 μg/dL。

关于军事场地官兵血铅背景值PbB0尚缺乏数据，通过相关文献数据的梳理总结来确定。2006 年12 月～2007 年1 月，北京军区司令部门诊部对某驻京官兵血铅水平进行过调查分析，不同工作环境官兵的血铅水平[16]，见表2。

表2 驻京某部官兵不同工作环境血铅水平

CHEN et al[17]报道了我国上海、浙江和江西16 个居民区血铅的调查结果，2 048 名男性血铅范围为2.90～6.22 μg/dL，中值为4.40 μg/dL；2 982 名女性血铅范围为2.50～5.38 μg/dL，中值为3.70 μg/dL。张敏莉等[18]对西南地区600 例成人血铅水平进行了检测分析，发现男性平均为8.32 μg/dL，女性平均为7.75 μg/dL。重工业集中的城市沈阳的普通人群血铅整体水平达到12.11 μg/dL[19]。在铅的职业接触工人血铅水平调查方面，唐杰彬等[20]报道了清远市733 名18～61 岁工人的血铅值，范围为0.229～76.56 μg/dL，95%置信区间为18.76～21.26 μg/dL；张红兵等[21]收集分析了江苏省13 个地级市9 707 名铅接触工人的血铅水平，血铅范围为0.2～71.8 μg/dL，平均值为(15.72±14.74) μg/dL。

由此可见，不同职业、不同地区及不同生活习惯人群血铅水平差异显著，根据军事训练场暴露情景，本文选择表2 中无明显暴露男兵的血铅浓度4.93 μg/dL 作为成年男性官兵血铅背景值PbB0进行计算。则依据式（4）计算的军事训练场土壤中铅污染的风险管制值RIVPb为10 667 mg/kg。

2.3 军事训练场土壤铅风险管制值可行性分析

针对不同保护需求开展环境基准研究是环境标准制修订的科学依据，也是进行环境质量评价、环境风险控制的基础。截至目前，国内涉及土壤铅含量相关的标准已有不少[10,22- 23]，这些标准以保护人体健康为主，也有少部分是为了保护农产品安全，给出的铅的筛选值范围为50～1 200 mg/kg，其中《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）：GB 36600—2018》[10]对工商业用地土壤中铅的筛选值为800 mg/kg，风险管制值为2 500 mg/kg。葛峰等[24]从保护人体健康、生态安全和农产品安全3 个方面综合分析了国内外重金属铅土壤环境基准的研究现状，发现欧美国家土壤铅的指导值范围为住宅用地25～1 200 mg/kg，工商业用地25～2 500 mg/kg。郑丽萍等[25]采用物种敏感性分析法对土壤铅的生态毒性数据进行建模分析，提出了基于生态风险的铅的土壤环境基准值。

上述标准或研究都是基于敏感受体给出的，但军事训练场往往地理位置偏僻，场地内基本不涉及自然保护区、农产品和婴幼儿等敏感受体，因此无法采用上述筛选值或管制值进行军事训练场的风险管控。基于本文构建的铅污染评价方法计算出的风险管制值（10 667 mg/kg）为《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）：GB36600—2018》工商业用地的4.27 倍，考虑到该值是基于铅的职业接触限值（40 μg/dL）计算而来，该职业接触限值为血铅的国际惯用标准（10 μg/dL）的4 倍，因此，军事训练场官兵作为铅的职业接触暴露来讲，上述方法计算的铅污染的风险管制值可以用于军事训练土壤铅污染的风险管控。

3 军事训练场铅污染评价方法应用

采用上述构建的军事训练场铅污染评价方法对某军事场地铅污染状况进行评价，前期对该场地划分网格，以梅花形采样法采集表层土样品30 个，各样品铅浓度和指数计算结果，见表3。

表3 某军事训练场土壤铅污染评价

评价结果表明，该场地的内梅罗综合指数P为0.80，污染等级为警戒级，未达到污染等级，从各点位样品铅的单项污染指数来看，仅有1 个点位的Pi>1，为1.12，2 个点位0.7

4 结论

本文利用US EPA 成人血铅模型中有关人体血铅浓度与土壤中铅浓度的模型算法，以我国职业接触血铅限值40 μg/dL 作为军事训练场官兵血铅控制目标值，计算出土壤铅的风险管制值为10 667 mg/kg，基于内梅罗指数法构建军事训练场土壤铅的污染评价方法，并对参数的取值进行分析，对某军事场地铅污染状况进行评价应用，结果表明，该方法用于军事训练场铅污染评价是合理可行的。