冬季季節性積雪中重金屬污染物對人體健康的影響

侯姝伊，張 蔚

（樂亭縣氣象局，河北樂亭 063600）

0 引言

我國季節性積雪常年存在、面積廣大，變化主要以西北地區和東北地區較為明顯，積雪中的重金屬可以通過各種途徑被人體吸收，影響人體健康，故而對西北和東北地區季節性積雪中重金屬污染物進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

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

圖1 研究區域采樣站點分布圖

1.2 健康風險評估方法

1.2.1 土壤或地表灰塵健康風險評估。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，評估過程可以表示為：

手-口攝入：

其中：Ding和Dder分別表示通過手-口攝入和皮膚接觸累積的長期日暴露量（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；無量綱）；HQ表示非致癌風險；HI表示不同途徑不同重金屬帶來的總非致癌風險。

1.2.2 水體健康風險評估。對于水體來說，重金屬進入人體以口服攝入為主，其他途徑的攝入可以忽略不計。因此水體的健康風險評估過程可以表示為：

CDI表示受體對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表示長期健康風險的估計；RfD（mg/（L·d））表示金屬口服毒性的參考劑量。根據美國環境保護署2005年發布的致癌風險評估指南和2011年發布暴露參數手冊給出的參考劑量進行計算。

2 結果與討論

2.1 重金屬污染物特征

表1顯示Ca元素占據主要地位，Ba元素平均含量最小。將各元素的平均含量與世界衛生組織2008年發布的飲用水質量標準、我國2002年發布的地表水環境質量標準Ⅲ類標準進行對比：Fe元素平均含量嚴重超標，最大值遠超出了兩種標準。因此，融雪不能直接作為干凈無污染的潔凈水源。

表1 各元素的參數統計結果（mg/L）

選出六種地表水環境質量標準明確的金屬元素（Ba、Cu、Fe、Mn、V、Zn），在四個區域的平均含量與標準對比，圖2表明，只有Fe元素在區域一、三和四超標嚴重，平均含量近乎標準值的二倍。區域三各元素的平均含量很少，這是由于區域三位于黑龍江最北端接近西伯利亞地區，生態保持良好，區域四包括黑龍江南部及吉林遼寧大部分地區，工業污染嚴重，可見工業生產的污染對季節性積雪有很大影響。

圖2 不同區域各元素與地表水環境質量標準對比

2.2 人體健康風險評估

健康風險評估選擇Mn、Cu、Zn三種重金屬，代入土壤或地表灰塵、水體兩種模型計算對比分析。表2為模型計算中需要用到的參考劑量。

表2 參考劑量（RfD）

從不同暴露途徑來看，手口攝入遠大于皮膚接觸途徑帶來的暴露量，因此前者會帶來更高的非致癌健康風險。表3表明手口攝入會比皮膚接觸帶來的單一金屬暴露量高；單一金屬超標的非致癌風險均由手口攝入途徑產生；只有手口攝入的非致癌總風險超過閾值，說明手口攝入主導著季節性積雪中重金屬帶來的健康風險。從不同區域來看，區域三是唯一兩種途徑的健康風險均未過量的區域。

表3 不同區域、暴露途徑的非致癌健康風險

表4表明，非致癌總風險排序與上述特征分析和灰塵模型排序相同，區域三健康風險最低，說明工業生產地區重金屬帶來的健康風險嚴重。

表4 不同地區通過水體帶來的健康風險

2.3 主成分分析

表5顯示，在第一主成分中，Mn為最主導元素。由于Mn的主要來源一般是土壤揚塵，同時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的主導地位相同且大于第一主成分中各元素的貢獻。有研究表明，Cu和Zn主要源于柴油燃燒、機動車尾氣和燃煤源，所以第二主成分可能為工業源。

表5 各元素主成分分析（na=53）

3 結論

通過分析評估季節性積雪中重金屬污染物對人體健康的影響，得出以下結論：

1）樣品中重金屬Ca元素占據主要地位，Fe元素的平均含量嚴重超標。除內蒙古（區域二）外的三個區域，Fe元素的平均含量均達到了標準的二倍以上。表明季節性積雪融化后不能作為潔凈的生活飲用水源。

2）通過灰塵與土壤、水體兩種健康風險模型評估得到各區域健康風險大致排序為：內蒙古＞東北中南部＞甘、青地區＞東北北部。前者模型計算得出的健康風險較大，特別是手-口攝入途徑。表明不同區域條件產生的健康風險對人體的影響不同。

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