郝萌萌 王 濟 張一修

(貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550001)

城市環(huán)境污染的三種健康風(fēng)險評價模型及比較*

郝萌萌 王 濟 張一修

(貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550001)

本研究首先對城市土壤環(huán)境中重金屬的污染現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，但僅通過評價污染現(xiàn)狀是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此評價城市環(huán)境中重金屬污染物對人類健康風(fēng)險的影響是必要的。本文借鑒了兩種國外比較成熟的健康風(fēng)險評價模型并與國內(nèi)比較常用的模型進(jìn)行了分析，分別在參數(shù)、基本原理等方面進(jìn)行了比較。以期通過比較可以做到根據(jù)實際情況選擇合適的健康風(fēng)險評價模型;并對以后在健康風(fēng)險評價中應(yīng)注意的污染物攝入問題提出了建議，以期對后來的研究提供參考價值。

健康風(fēng)險評價;城市土壤;重金屬;空間分布

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，工業(yè)、交通、生活等所產(chǎn)生的大量污染物進(jìn)入土壤，使得城市土壤的性質(zhì)發(fā)生了變化。城市土壤作為城市環(huán)境的重要組成部分，是城市污染物重要的源和匯，直接影響到城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和人體健康［1－2］。由于土壤環(huán)境污染具有多源性、隱蔽性和一定程度上的長距離傳輸以及污染后果的嚴(yán)重性［3］，因此成為近年來的研究熱點。人們對城市土壤環(huán)境中重金屬污染的研究主要集中在它的現(xiàn)狀、空間分布特征［4－6］和化學(xué)形態(tài)特征，城市化過程加強了土壤重金屬的外源輸入速率［7－11］。香港和廣州城市土壤的有關(guān)研究表明，交通和工業(yè)活動是造成城市土壤重金屬污染的主要因素［12－13］。王濟等［14］對貴陽城區(qū)路側(cè)土壤環(huán)境污染研究表明燃煤，交通運輸?shù)扔绊懥顺鞘型寥乐兄亟饘俸?。吳新民等?5］對南京市不同功能區(qū)的重金屬研究表明，人類活動也是影響城市土壤污染程度的一個重要因素。在土壤中重金屬的的4種化學(xué)形態(tài)中，殘渣態(tài)在整個土壤生態(tài)系統(tǒng)中對食物鏈的影響最小［16］，但殘渣態(tài)所占的比例明顯減少。研究表明［17］土壤重金屬的殘渣態(tài)比例與人類活動影響成反比。

僅通過評價土壤重金屬的污染現(xiàn)狀是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該識別環(huán)境中可能的風(fēng)險源，對人體健康產(chǎn)生的危害程度。健康風(fēng)險評價是把環(huán)境污染與人體健康聯(lián)系起來的一種新的評價法，其目的在于評估特定環(huán)境下的化學(xué)和物理因子對人體、動物或生態(tài)系統(tǒng)造成損害的可能性及其程度大小。該方法是通過收集和運用毒理學(xué)、流行病學(xué)及其他學(xué)科的研究成果，遵循一定的評價準(zhǔn)則和技術(shù)路線，對某種環(huán)境有害因素造成暴露人群的不良健康效應(yīng)進(jìn)行綜合定性與定量評價，從而提出減小風(fēng)險的方案和對策，是環(huán)境風(fēng)險評價的重要組成部分［18］。土壤重金屬污染物的健康風(fēng)險評估在我國剛開始起步，這主要體現(xiàn)在評估方法、評估基準(zhǔn)、具體評估工作等方面。胡二邦等較詳細(xì)介紹了健康風(fēng)險評估的技術(shù)與方法。對于具體的風(fēng)險評估工作，國內(nèi)學(xué)者對環(huán)境重金屬也開展了相關(guān)風(fēng)險評估研究。趙肖等評估了因污水灌溉引起的土壤As污染的暴露風(fēng)險，任慧敏等評估了沈陽市土壤Pb污染所致兒童Pb中毒的潛在風(fēng)險，高繼軍等對北京市飲用水源水重金屬污染物健康風(fēng)險的進(jìn)行了初步評價;宋波等對北京市菜地土壤和蔬菜的鉻、鎘的含量及人體的健康風(fēng)險進(jìn)行評估。

我國的健康風(fēng)險評價處于起步階段，因此對于風(fēng)險評價沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對于風(fēng)險評價模型的研究更少。研究表明，現(xiàn)階段我國比較常用的健康風(fēng)險評估模型是由美國國家科學(xué)院提出的，該模型一般分為危害鑒定、劑量－反評估、暴露評估和風(fēng)險評定四部分。但一種風(fēng)險評價模型并不具有代表性，因此本文借鑒了另外兩種國外比較成熟的模型，盡管引入國外模型是捷徑，但各種模型在基本原理、適用條件、算法、考慮的介質(zhì)和過程等方面都可能有較大差異，因此只有通過對模型間的異同和各自的優(yōu)缺點進(jìn)行比較，才能做到根據(jù)實際情況選擇合適的模型，以期為健康風(fēng)險評價中模型的選用提供參考。

1 模型簡介

1.1 RBCA(Risk－based corrective action)模型

RBCA模型是由美國GSI公司根據(jù)美國試驗與材料學(xué)會的“基于風(fēng)險的矯正行動”標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的，該模型除可以實現(xiàn)污染場地的風(fēng)險分析外，還可用來制定基于風(fēng)險的土壤篩選值和修復(fù)目標(biāo)值，在美國各州、歐洲一些國家和我國臺灣地區(qū)都得到了廣泛應(yīng)用，加拿大、澳大利亞和芬蘭等國家基本采用美國提出的風(fēng)險評價方法。在我國的研究中，陳鴻漢等和諶宏偉等等分別針對污染場地開展了較為完整的健康風(fēng)險評價。RBCA模型主要分為三級評價。一級評價僅針對污染源點上方的暴露點，也即假定污染物暴露的受體位置在污染點原位。評價所需的土壤、地下水、大氣、污染物特性等參數(shù)大量采用經(jīng)驗保守值。二級評價針對污染影響區(qū)內(nèi)的真實暴露點，相比于一級評價，二級評價在分析與污染源點異位的暴露點時，需要考慮污染物沿橫向距離的濃度變化，即污染物沿水平方向移動所引起的濃度的衰減;而一級評價由于僅分析位于污染源點原位的暴露點，所以僅考慮了污染物的垂向遷移。在一、二級評價分析中，污染物在環(huán)境中的遷移衰減模型通常采用簡單的數(shù)學(xué)解析模型，由其預(yù)測出的污染物在暴露點的濃度一般都高出實際濃度，所以由此確定的治理目標(biāo)也將是安全的。三級評價與二級評價類似，只是在對污染物在環(huán)境中的遷移衰減進(jìn)行模擬時采用了更為復(fù)雜的數(shù)值模擬模型，因此需要對現(xiàn)場進(jìn)行更深入的調(diào)查以獲取評價所需的大量反映污染現(xiàn)場的水文地質(zhì)及自然降解參數(shù)。本文中的健康風(fēng)險評價方法主要是指RBCA模型的簡化模型，該模型的具體步驟如下:

(1)通過初步評價可以確定污染源中的超標(biāo)污染物、污染影響區(qū)內(nèi)的受體以及暴露途徑，從而建立健康風(fēng)險評價的概念模型;

(2)以實測實驗數(shù)據(jù)確定污染物在土壤中的濃度;

(3)估計暴露量;

(4)估計健康風(fēng)險，根據(jù)健康評價結(jié)果估計污染物對人體健康產(chǎn)生危害的急迫程度，必要的污染點要采取相應(yīng)的應(yīng)急措施以減輕危害程度。

暴露評估可以通過日平均暴露量來估算，由于暴露途徑主要分為食入，皮膚接觸和吸入三種途徑，因此日平均暴露量(Chronic Dailay Intake，CDI)(mg/kg/day)的計算公式如下:

式中，C為污染物的濃度，mg/kg;IR為攝入污染物的濃度，kg;EF為暴露頻率，1/days;ED為暴露持續(xù)時間，years; BW為體重，kg;AT為平均壽命，years;

RBCA模型按照美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA)的化學(xué)物質(zhì)分類，將化學(xué)物質(zhì)分為致癌物質(zhì)與非致癌物質(zhì)2類。通常認(rèn)為人體在低劑量暴露條件下，暴露劑量率和人體致癌風(fēng)險之間呈線性關(guān)系CR=CDISF，SF(Slop Factor)為致癌斜率因子，因此致癌物質(zhì)的致癌風(fēng)險值CR計算公式如下:

非致癌物質(zhì)的危害商(HQ)一般以參考劑量RfD(Reference Dose)值為衡量標(biāo)準(zhǔn)，暴露劑量率和參考劑量的關(guān)系HQ=CDI/RfD，RfD污染物的參考劑量，因此非致癌物質(zhì)的危害商(HQ)計算公式如下:

式中，下標(biāo)oral，dermal，inh分別為經(jīng)口，皮膚接觸，吸入。對于致癌物質(zhì)，計算其風(fēng)險值，并設(shè)定10－6為可接受致癌風(fēng)險水平下限，10－4為可接受致癌風(fēng)險水平上限;對于非致癌物質(zhì)，計算其危害商，判定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為1。

1.2 CLEA(Contaminated Land Exposure Assessment)模型

CLEA模型是有英國環(huán)保署和環(huán)境、食品與農(nóng)村事務(wù)部以及蘇格蘭環(huán)境保護(hù)局聯(lián)合開發(fā)，是英國官方推薦用來進(jìn)行污染場地評價以及獲取土壤指導(dǎo)限值(SGVs)的模型［35］.CLEA模型將化學(xué)物質(zhì)對人體或動物的健康效應(yīng)劃分為閾值和非閾值效應(yīng)，非閾值效應(yīng)用指示劑量表示，閾值效應(yīng)用可接受日土壤攝入量表示，總稱為健康標(biāo)準(zhǔn)值(HCV).依據(jù)日平均暴露量(CDI)與HCV的比值來評價化學(xué)物質(zhì)的危害程度。ADE/HCV的計算公式如下:

式(4)中，C為污染物的濃度，mg/kg;IR為攝入污染物的濃度，kg;EF為暴露頻率，1/days;ED為暴露持續(xù)時間，years;BW為體重，kg;AT為平均壽命，years;HCV為健康標(biāo)準(zhǔn)值，單位為mg/kg/d;下標(biāo)oral，dermal，inh分別為經(jīng)口，皮膚接觸，吸入。當(dāng)CDI/HCV≤1，說明在可接受的范圍內(nèi);當(dāng)CDI/HCV＞1，說明污染場地具有潛在的健康風(fēng)險。

1.3 HHRE(Human health risk evaluation)模型

HHRE模型是由歐洲官方提供的，為解決規(guī)劃帶來的土地利用對土壤重金屬的影響和風(fēng)險。該模型指潛在風(fēng)險源對人類與土壤重金屬的接觸(暴露途徑)的影響，它采用基于風(fēng)險來源－途徑－受體相聯(lián)系的污染框架和決定性方法［36］對人體健康帶來的風(fēng)險。這個過程包括污染物濃度分析和分解、確認(rèn)暴露途徑和每種途徑的平均攝入濃度，比如土地利用方面。LURc系數(shù)代表不同途徑發(fā)生的土地用途，不是所有的途徑都有相同的重要性。

HHRE模型的計算公式如下:

直接攝取的風(fēng)險商數(shù):

食物鏈中攝取的風(fēng)險商數(shù):

式中，ED表示暴露時間，years;EF為暴露頻率，1/days;SIR為土壤的攝取率，TDI為每天可容忍的攝入量，BW為人體體重，kg;RER為暴露途徑，AT為平均暴露時間，LURc為土地使用風(fēng)險系數(shù)。當(dāng)RI≤1，說明人的一生在不同的暴露途徑下都不會出現(xiàn)健康風(fēng)險;當(dāng)RI＞1，說明人在該種環(huán)境下會存在潛在的健康風(fēng)險。

2 參數(shù)的差異

在三種模型中，體質(zhì)量和平均暴露時間參數(shù)可根據(jù)國家統(tǒng)計資料等相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)得到，各類人群的暴露時間和暴露頻率需要通過人體時間活動模式調(diào)查得到，目前我國也極缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)，因此參考美國環(huán)保署(EPA)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

RBCA模型中的SF(Slop Factor)為致癌斜率因子，通常指化學(xué)致癌物的暴露劑量與致癌概率之間的定量關(guān)系來表示，即:人體終生暴露于劑量為每日每公斤體重1mg致癌物時的終生超額患癌風(fēng)險度，以［mg/kg/d］－1表示。此值越大，則單位劑量致癌物所導(dǎo)致人體的超額患癌率越高。美國EPA將RfD定義為:人群終生暴露后不會產(chǎn)生可預(yù)測的有害效應(yīng)的日平均暴露水平估計值，以單位mg/ (kg·d)表示。RfD的估算一般是在充分收集現(xiàn)有的動物實驗研究和人群流行病學(xué)研究資料的基礎(chǔ)上，選擇可用于劑量反應(yīng)的關(guān)鍵性研究，從中確定未觀察到有害效應(yīng)的劑量反應(yīng)(No Observed Adverse Effect Level，NOAEL)或觀察到有害效應(yīng)的最低劑量水平(Lowest Observed Adverse Effect Level，LOAEL)然后將這些值除以相應(yīng)的不確定性系數(shù)(Uncertainy Factor，UF)和修正系數(shù)(Modifying Factor，MF)。計算公式:

CLEA模型是將化學(xué)物質(zhì)對人體或動物的健康效應(yīng)劃分為閾值和非閾值效應(yīng)，非閾值效應(yīng)用指示劑量(Index Dose，ID)表示，閾值效應(yīng)是用可接受日土壤攝入量(Tolerable Dmly Soil I nt a k e，TDSI)表示，總稱為健康標(biāo)準(zhǔn)值(Health Criteria Values，HCV)。依據(jù)日平均暴露量((Chronic Dailay Intake，CDI)與HCV的比值來評價化學(xué)物質(zhì)的危害程度。

HHRE模型的構(gòu)建以減少一些參數(shù)的確定來計算風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)的，它考慮到與人類長期接觸的土壤重金屬帶來的健康風(fēng)險，它是基于考慮實際的或計劃中的土地使用帶來的有關(guān)的風(fēng)險分析，并將LURc系數(shù)引入了健康風(fēng)險評價中，它代表了不同途徑發(fā)生的土地利用，旨在探索不同的土地利用方式給人類帶來的危害程度。暴露途徑是直接攝入土壤和灰塵，皮膚接觸和吸入塵埃不包括在內(nèi)。

3 RBCA、CLEA和HHRE模型比較

(1)相同點:以上三種模型在基本原理和算法上有許多共同之處:模型需要輸入與目前其他風(fēng)險評價模型一樣，三種模型在基本原理和算法上有很多共同之處:模型都要計算人體的日平均暴露量，需要輸入的參數(shù)基本相同，如場地參數(shù)、污染物的毒理學(xué)參數(shù)和暴露參數(shù);對考慮的主要暴露途徑基本相同，如直接攝人土壤、皮膚接觸、吸入室內(nèi)灰塵和蒸氣吸人等;有些模塊完全相同，如對參考劑量及暴露量的估算。

(2)不同之處:三種模型主要在設(shè)計上有一些差異:如污染物分類方面，RBCA模型根據(jù)美國環(huán)保署的化學(xué)物質(zhì)分類將重金屬污染物分為致癌與非致癌兩類，而HHRE和CLEA模型為對重金屬污染物進(jìn)行分類;在污染源方面，CLEA模型只考慮表層土壤，RBCA模型可以同時考慮深層土壤和地下水的影響，而HHRE模型考慮直接攝入土壤和灰塵(即表層土壤)和食物鏈(本土蔬菜)的影響;評級目的方面，RBCA和CLEA主要側(cè)重于土壤重金屬污染物對人體健康評價的影響，而HHRE模型側(cè)重于分析土地利用給人體健康帶來風(fēng)險;在暴露途徑方面，RBCA可分析地下水及地表水?dāng)z入途徑，CLEA模型可考慮蔬菜攝入途徑，HHRE模型未考慮皮膚接觸和吸入途徑，因此可分析土壤和蔬菜攝入途徑。

4 展望

目前在對城市環(huán)境中污染物的健康風(fēng)險評價都具有片面性，對暴露途徑的考慮都不夠全面。車飛等［25］應(yīng)用EPA評價模型對沈撫灌區(qū)進(jìn)行評價時由于僅考慮了食物鏈途徑，因此對該地區(qū)的評價比較片面。常靜等［26］應(yīng)用EPA評價模型對上海城區(qū)灰塵重金屬評價時，由于只考慮了呼吸途徑，因此會影響評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。

因此，要真正評估土壤污染的健康風(fēng)險，不能只考慮一種暴露途徑，應(yīng)根據(jù)土壤揚塵條件、揚塵密度、范圍、人體攝入量來研究。因此，在暴露評價中，對主要的暴露途徑(呼吸吸入，皮膚攝入和食物食入等)，我們應(yīng)估計各種暴露途徑在總暴露量中所占的比例及每種途徑攝入污染物含量。

(編輯:于杰)

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AbstractThe paper expounds heavy metal pollution situation in urban soil，but only evaluating slil pllution statas is not enough，so the evaluation of heavy metal pollutants in the urban environment for human health risks is necessary.This paper employs two health risk assessment models from foreign countries and compares them with the more regular domestic models by comparing parameters，basic principles and so on.By comparison，we can choose the proper health risk assessment model，and after the health risk assessment we give recommendations to the problem of pollution intake.

Key wordshealth risk assessment;urban soil;heavy metal;spatial distribution

Comparision of Three Health Risk Evaluation Models in Urban Evironment

HAO Meng-mengWANG JiZHANG Yi-xiu
(School of Geographic and Environmental Sciences，Guizhou Normal University，Guiyang Guizhou 550001，China)

C912.81;C196

A

1002－2104(2010)05專－0036－04

2010-06-20

郝萌萌，碩士，主要研究方向為土壤重金屬污染。

王濟，博士，教授，主要研究方向為土壤重金屬污染。

*國家“十一五”科技支撐計劃(No.2007BAD89B03)和貴州省教育廳自然科學(xué)研究項目(黔教科2008013號)聯(lián)合資助。