環境暴露風險評價在大黃堡濕地*自然保護區中的應用

孫貽超 鄧小文 周 濱 盧學強

(天津市環境保護科學研究院，天津300191)

一直以來，我們對保護區環境監測主要為常規污染物監測，對保護區環境質量評價也僅限于常規各項指標與國家環境質量標準符合性判定的層次。這種監測及評價體系存在兩個方面的缺陷，一是常規污染物監測無法表征區域內特征污染物分布差異，二是常規評價僅能顯示區域環境的總體污染水平，卻無法反應環境污染物對區域生態環境以及人體健康造成的暴露風險。環境暴露風險評價由于可以評價和預測環境污染對人體潛在健康風險，有利于有關管理部門及早發現問題，采取相關的管理對策和措施，逐漸受到了科學研究者和政府部門的高度重視。

目前國內的環境暴露風險評價多針對城市飲用水、湖泊底泥、污染場地土壤、煤煙型大氣等單一環境要素進行評價，針對區域復合環境要素的暴露風險評價開展則相對較少。本文通過引入環境暴露風險評價理論與模型，從影響人體的健康出發，對保護區內企業及人口分布相對集中的區域，按照復合環境要素進行環境暴露風險綜合判定。

1 研究區概況

大黃堡濕地自然保護區位于天津市武清區境東部，總面積112km2，主要保護對象為蘆葦沼澤濕地生態系統及瀕危、珍稀鳥類棲息地，由于歷史原因，保護區內存在大量人口和工業企業，保護區北部是區域內工業企業和人口相對密集的區域，分布有大型農藥類、小型印染、皮革制品、金屬電鍍、磚窯等污染型企業，同時該區域又是保護區人口較為密集地區，因此，本次評價選取保護區北部地區作為重點監測區域。

2 研究方法

2．1 監測對象及樣點布置

本次監測對象為保護區北部地區內地表水體、地下水體、土壤、大氣等環境要素，主要監測農藥類及重金屬類特征指標，按照特征性、代表性及相關性原則，項目組在以下五個區域進行集中布點采樣，每個區域樣本采集數量為10個，其中A1采集區為保護區內主要人口居住區，區域內常住人口超過2 500人，A2采集區是保護區內主要企業分布區，行業涉及磚窯、地毯化工、制革以及畜禽養殖，A3采集區則位于保護區內大型農藥化工企業南部，該企業是區域內重點監測對象，A4采集區則位于保護區北部核心區內，區域周邊為大面積原生蘆葦，是保護區主要保護對象，A5采集區位于后蒲棒村周邊，該部分是保護區內新農村建設的重點規劃區域。

2．2 環境暴露風險評價模型

環境污染對人體健康的危害主要通過以下三種途徑產生，一是通過人體的皮膚直接接觸，二是呼吸含污染顆粒的空氣，三是飲用被污染的地下水或地表水，即人體暴露環境污染物的途徑主要為經皮膚暴露、經呼吸和經口3種。根據美國環境保護局(USEPA)2006年發布的《暴露參數手冊》中詳細規定了不同人群呼吸、飲食、飲水和皮膚接觸的各種參數，給出了各參數在不同情況下的均值、中位值、最大值、最小值和范圍值，并提出了在各種情況和需求下暴露參數選用原則的建議［1］。

2．2．1 水環境健康風險評價模型

(1)飲水途徑與洗浴途徑。根據國際癌癥研究機構(IARC)和世界衛生組織(WHO)編制的分類系統，飲水途徑、洗浴途徑化學致癌物和非致癌物健康風險度危害的風險模型［2］如下:

一是飲水途徑致癌風險評價模型。一般認為，只要有微量的致癌風險物存在，即會對人體健康產生危害。致癌風險常用風險值(R1)表示，其表示暴露于某種致癌物而導致的一生中超過正常水平的癌癥發病率，模型表達式如下:

二是飲水途徑非致癌風險評價模型。一般認為，只有在非致癌物超過某一閾值時才會對人體健康產生危害。非致癌風險通常用風險值(R2)表示，它指暴露造成的長期日攝入量與參考劑量的比值，模型表達式如下:

三是洗浴途徑致癌與非致癌風險評價模型。模型表達式如下:

(2)水環境健康風險評價模型。假設有毒物質對人體健康危害的毒性作用呈相加關系，而非協同或拮抗關系，則水環境健康風險評價模型為:

(3)評價參數選擇［3］。本文以成人為保護對象，主要是考慮成人相對小孩攝入量較大，受影響程度較大。水體中化學致癌物致癌強度系數及非致癌物參考劑量見表1、表2，人均體重BW取70kg，洗澡時為全身暴露，平均皮膚暴露面積SA1成人為19 400cm2。根據當地的氣候和人群生活方式，人群平均每星期洗澡3次，每次洗澡時間ET1為0．35 h，則洗澡暴露頻率EF1為156次/a;洗臉時人體暴露部位為臉和手，成人臉手皮膚暴露面積SA2為1 930cm2，每次洗臉時間ET2為0．03 h，暴露頻率EF2為1 295次/a。本文中滲透系數PC取0．1;暴露期ED取人均壽命70a;平均暴露時間AT取25 550d(以人的壽命70歲計)［4］。

表1 化學致癌物致癌強度系數(mg/kg·d)－1

2．2．2 土壤環境健康風險評價模型

(1)皮膚接觸途徑與食入途徑。根據國際癌癥研究機構(IARC)和世界衛生組織(WHO)編制的分類系統，皮膚接觸途徑與經口食入途徑土壤中化學致癌物和非致癌物健康風險度危害的風險模型［3－4］如下:

一是皮膚接觸途徑土壤風險評價模型。模型表達式如下:

(2)土壤健康風險評價模型。假設有毒物質對人體健康危害的毒性作用呈相加關系，而非協同或拮抗關系，則土壤環境總的健康風險評價模型為:S=S 1+S 2

(3)評價參數選擇［3］。本文以1－3歲小孩為保護對象，主要是考慮小孩在土壤環境中玩耍嬉鬧，與土壤接觸比較頻繁，土壤污染物通過其口及呼吸道進入體內對人體造成長期影響，而成人則影響較小。其體重BW平均為13kg。按照美國(USEPA)的推薦［4］，2－3歲男童的皮膚表面積SA中位數分別為0．603cm2，2－3歲女童的皮膚表面積SA中位數分別為0．579 cm2，本研究選擇0．603cm2作為SA輸入，EF經皮膚接觸、經口食入分別取103、274d/a，CR為200 mg/d，ED 為2 a，Fadh 為0．2 mg/cm2，ABS 取1，平均暴露時間AT取25 550d(以人的壽命70歲計)［4］。

表2 化學致癌物及非致癌物參考劑量(mg/kg·d)

表3 農藥及重金屬類土壤特征污染物的參考劑量(mg/kg·d)

2．2．3 大氣環境健康風險評價模型

(1)評價模型。根據國際癌癥研究機構(IARC)和世界衛生組織(WHO)編制的分類系統，人們長期暴露在含有有機農藥及汞蒸氣的污染大氣中，經呼吸道吸收進入人體體內為主要途徑，風險評價模型表達式如下:

(2)評價參數選擇。本文以成人為保護對象，主要是考慮成人相對小孩攝入量較大，受影響程度較大。按照美國(USEPA)的推薦［4］，其體重(BW)取 70kg;呼吸量(IR)取15．25m3/d;吸收效率(ABS)取 10%;暴露頻率(EF)取365d/a;呼吸時間(ET)取24 h/d;暴露期(ED)取人均壽命70a;平均暴露時間(AT)取25 550 d(以人的壽命70歲計)。

表4 非致癌物經呼吸途徑的參考劑量(mg·(kg·d)－1)

2．2．4 環境健康風險評價模型

假設有毒物質對人體健康危害的毒性作用呈相加關系，而非協同或拮抗關系，則總的環境健康風險評價模型為:T=R+S+W(式中T為人均年復合環境要素健康致癌風險(a－1);以上模型中，R、S、W分別為人均年水環境、土壤環境、大氣環境致癌風險(a－1);R1i、R2i、R3i分別為第i種水體污染物經飲水、洗浴途徑產生的人均年致癌風險(a－1);S1i、S2i分別為第i種土壤污染物經皮膚接觸途徑、經口食入途徑產生的人均年非致癌風險(a－1);Wi為第i種大氣污染物經呼吸產生的人均年非致癌風險(a－1);Qi為水體中化學致癌物i的致癌強度系數(mg/(kg·d))－1;Dig、ADi分別為第i種污染物不同途徑單位體重日均暴露劑量(mg/(kg·d));RFDig為非致癌物i的參考劑量(mg/(kg·d));Ci、Cs、Cg分別為水體、土壤、大氣中污染物濃度(mg·L－1);CR為人體每日攝入土壤量(mg/d);IR為人體對大氣的呼吸量(m3/d);CF為單位轉化因子;SA為皮膚接觸表面積(cm2);ABS為皮膚對污染物的吸收分數;Fadh為土壤對皮膚的黏附系數(mg/cm2);ET為使用時間(h/d);EF為暴露頻率(d/a);PC為水體中污染物皮膚穿透系數(cm/h);ED為暴露持續時間(a);BW為體重(kg);AT為平均暴露時間(d)。

3 評價結果分析

3．1 水健康風險評價值

以保護區重點監測區域地下水的飲水途徑、地下水的洗浴途徑、地表水的洗浴途徑檢測結果為對象，評價結果顯示:在水環境健康風險評價中，各類污染物通過飲水途徑引起的風險值明顯大于洗浴途徑風險(∑R1+∑R2＞∑R3);洗浴途徑單污染物風險評價值比較則是地表水的洗浴風險大于地下水的洗浴風險。飲水途徑化學致癌物的風險值遠高于非化學致癌物，是非化學致癌物風險值的10 000倍(∑R1＞∑R2)。3類化學致癌物中以砷的個人年健康風險最大，占52．7%;其次為六價鉻，占45．8%;鎘產生的健康風險是3種致癌物中最小的，僅占1．5%。7種非化學致癌物中以氟化物產生的個人年健康風險最大，銅次之，酚最小，按照個人年健康風險大小排序依次為氟化物＞銅＞鉛＞汞＞氨氮 ＞氰化物 ＞酚，其中氟化物占56%，銅占36．4%，鉛占5．2%，汞占4．1%，其它幾項比重都很小。地下水的洗浴途徑中，10種化學及非化學致癌物中以氟化物產生的個人年健康風險最大，銅次之，酚最小，按照個人年健康風險大小排序依次為氟化物＞銅＞鉛＞汞＞氨氮＞氰化物＞砷＞鎘＞六價鉻＞酚。地表水的洗浴途徑中，10種化學及非化學致癌物中以汞產生的個人年健康風險最大，氨氮次之，氰化物最小，按照個人年健康風險大小排序依次為汞＞氨氮＞鉛＞六價鉻＞鎘＞錳＞銅＞酚＞砷＞氰化物。

3．2 土壤健康風險評價值

以保護區重點監測區域土壤的皮膚接觸途徑、經口食入途徑檢測結果為對象，結果分別見表5、表6。從計算結果可以看出:在土壤環境健康風險評價中，各農藥類及重金屬類污染物通過食入途徑引起的風險值明顯大于皮膚接觸途徑風險(∑S2＞∑S1)。通過單污染物風險評價值比較，除總汞外，土壤中化學致癌物的風險值要高于非化學致癌物風險。3類化學致癌物中以總鎘產生的個人年健康風險最大，其次為六價鉻，總砷產生的健康風險是3種致癌物中最小的。10種化學致癌物及非化學致癌物中以總鎘產生的個人年健康風險最大，總汞次之，二甲苯最小，按照個人年健康風險大小排序依次為總鎘＞總汞＞六價鉻＞總砷＞甲苯＞氯苯＞苯＞總銅＞總錳＞二甲苯，其中總鎘占41．4%，總汞占22．6%，六價鉻占16．7%，總砷占9%，甲苯占6．7%，其它幾項比重都很小。

表5 皮膚接觸途徑－保護區重點監測區域土壤健康風險評價值

表6 食入途徑－保護區重點監測區域土壤健康風險評價值

3．3 大氣健康風險評價值及整個區域環境健康綜合風險

以保護區重點監測區域大氣的呼吸途徑檢測結果為對象，結果見表7。通過單污染物風險評價值比較，大氣中6種非化學致癌物中以苯產生的個人年健康風險最大，三氯甲烷次之，二甲苯最小，按照個人年健康風險大小排序依次為苯＞三氯甲烷＞正己烷＞甲苯＞氯苯＞二甲苯，其中苯占62%，三氯甲烷占32%，正己烷占4．5%，其它幾項比重都很小。

保護區重點監測區域環境健康綜合風險值見表8。根據計算結果，目前保護區各類污染物所致水環境、土壤環境、大氣環境健康風險評價值總體水平分別為1．79×10－5a－1、2．12 ×10－6a－1、10．68 ×10－5a－1，目前水環境評價值雖然低于美國環保局推薦的飲用水源中各類污染物所致健康危害個人年風險限值1．0 ×10－4a－1［5］和國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受值 5．0 ×10－5a－1，但已處于10－5數量級水平，對周邊人群的潛在健康威脅較大;土壤環境評價值低于國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受值1．0 ×10－5a－1，對周邊人群造成的健康威脅較小;大氣環境評價值遠高于國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受值 1．0 ×10－5a－1［6］，對周邊人群造成的健康威脅較大。環境健康綜合風險值平均為12．68 ×10－5a－1，稍高于1．0 ×10－5a－1，區域環境質量對周邊人群造成一定的健康風險。且發現保護區A1、A2、A3、A4、A5五個監測區域環境健康綜合風險值差異較大，尤其是A1－東八里莊南側、A3－農藥廠南側最為明顯。

表8 大黃堡濕地自然保護區重點區域環境健康綜合風險值

4 結論

大黃堡濕地自然保護區重點區域環境質量對周邊人群潛在健康風險呈現出明顯的地域差異，以保護區北部農藥廠周邊地區潛在健康風險最高、東八里莊附近次之、后蒲棒村周邊最好。環境質量健康風險評價結果表明:大氣環境健康風險值＞水環境健康風險值＞土壤環境健康風險值。人均年致癌總風險的貢獻率，大氣環境健康風險占84．2%，水環境健康風險占14．1%，土壤環境健康風險占1．7%，區域內大氣環境污染比較嚴重。目前大氣、水、土壤環境健康風險評價值總體水平分別為10．68×10－5a－1、1．79 ×10－5a－1、2．12 × 10－6a－1，這個水平稍高于(或接近)國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受值1．0 ×10－5a－1、5．0 ×10－5a－1、1．0 ×10－5a－1，區域環境質量對周邊人群造成一定的健康風險。

(編輯:田 紅)

［1］段小麗，聶靜，王宗爽，等．健康風險評價中人體暴露參數的國內外研究概況［J］．環境與健康，2009，26(4):370－373．

［2］黃奕龍，王仰麟，譚啟宇，等．城市飲用水源地水環境健康風險評價及風險管理［J］．地學前緣，2006，13(3):162 －167．

［3］張瑜，吳以中，宗良綱，等．POPs污染場地土壤健康風險評價［J］．環境科學與技術，2008，31(7):1135 －140．

［4］U．S．EPA．．ExposureFactorsHandbook．(PublicationEPA600/8 －89/043)［s］．USEnvironmental ProtectionAgency，USGovenrmentPirntingOffice，Washintgon，D C．1989．

［5］U．S．EPA．Guidelines for Exposure Assessment［R］．FRL4129 －5．Washington DC:Office of Health and Environmental Assessment，U．S．EPA，1992:186．

［6］U．S．EPA．．Risk Assessment Guidance for Superfund VolumeI:Human Health Evlauation Manual(PartA)(EPA/540/1－89/002)［s］．USEnvironmental Protection Agency．US Government Pirnting Office，Washintgon，D C．1989．