王菁華，謝振華，楊 臣，李 博

(黑龍江省科學(xué)院火山與礦泉研究所，黑龍江五大連池164155)

1 引言

五大連池礦泉水是火山噴發(fā)后形成的富含多種微量元素的、高品位的珍貴礦泉水資源。在五大連池自然風(fēng)景保護(hù)區(qū)內(nèi)分布有規(guī)模不等、類型多樣的百余眼露頭泉眼［1］。其中，南北飲泉的重碳酸鐵硅質(zhì)復(fù)合礦泉水，是世界3大冷礦泉之首，其品質(zhì)高于法國維希礦泉和俄羅斯高加索礦泉，享有“神泉”、“圣水”的美譽(yù)。該類型礦泉水水溫常年保持在4℃，富含多種礦物質(zhì)元素，二價鐵含量較高，在泉水涌出地面后極易氧化高價態(tài)的鐵的氧化物，同時礦泉水中錳和鎳離子的含量也較高［2～4］。五大連池礦泉水具有較高的醫(yī)學(xué)療養(yǎng)作用，在民間已有上千年的應(yīng)用歷史。每年有大量游客及患者來此飲用五大連池礦泉水，用以治療胃腸疾病、皮膚病及泌尿系統(tǒng)疾病等［5～8］。

微量元素在人體中具有重要作用。鎳是人體必需的微量元素，是胰島素的重要輔酶，具有重要的生理功能。錳是構(gòu)成機(jī)體內(nèi)數(shù)十種酶的活性基團(tuán)或輔助因子，又是某些酶的激活劑。錳可增強(qiáng)蛋白質(zhì)代謝，影響糖代謝中若干酶的作用。其他的離子也在生命活動中起著重要的作用［9，10］。但是，科學(xué)研究已經(jīng)證實微量元素過量時對生物體的毒性作用，例如人體鎳含量過多，對內(nèi)分泌有不良影響，并且鎳的最大毒性表現(xiàn)在它是一種致癌金屬，可導(dǎo)致DNA損傷和細(xì)胞毒害作用，是腫瘤促進(jìn)劑。人體錳含量過高對內(nèi)分泌系統(tǒng)有很大影響［11，12］。

五大連池礦泉水富含多種微量元素，是優(yōu)質(zhì)、無污染的健康水源。重碳酸礦泉水中Mn、Ni含量較高，長期飲用是否對人體具有危害還待進(jìn)一步研究。本文利用健康風(fēng)險評價方法對五大連池重碳酸礦泉水中Mn、Ni離子引起的健康風(fēng)險進(jìn)行了評價。該方法是是由美國國家工程學(xué)院和國家科學(xué)院于1972年首先提出，并于1983年的《紅皮書》中正式提出，包括危害識別、劑量—效應(yīng)分析、暴露評價及風(fēng)險表征4個主要部分［13～16］。目前，國內(nèi)外對重金屬離子引起的健康風(fēng)險評價的研究較多，但是開展礦泉水中金屬離子引起的健康風(fēng)險評價的工作較少。因此，開展五大連池重碳酸礦泉水中Mn、Ni離子的健康風(fēng)險評價，對正確認(rèn)識和飲用礦泉水具有參考作用。

2 資料與方法

2.1 健康風(fēng)險評價模型

根據(jù)重金屬離子Mn、Fe通過飲水途徑進(jìn)入人體后所引起的健康風(fēng)險，采用美國環(huán)保局推薦的軀體毒物質(zhì)的風(fēng)險評價模型，軀體毒物質(zhì)風(fēng)險評價模型(經(jīng)飲水途徑):

五大連池火山區(qū)位于黑龍江省北部，黑河地區(qū)南部，地處小興安嶺與松嫩平原的過渡地帶。風(fēng)景區(qū)總面積為 1060 km2，其地理坐標(biāo)為東經(jīng) 125°42'～ 127°37'，北緯48°16'～49°12'。五大連池區(qū)礦泉水，北起五池東南岸邊，南至藥泉山，長約15 km，呈南北向帶狀分布，為受同一南北向脆性斷裂構(gòu)造系統(tǒng)控制。藥泉山鐵質(zhì)重碳酸鹽碳酸礦泉水區(qū)，分布在藥泉山的東側(cè)，由于地幔熱柱活動產(chǎn)生的CO2，沿導(dǎo)氣構(gòu)造上升溶解于水，形成弱的碳酸礦水。這種酸性水，對圍巖有較強(qiáng)的溶蝕力，在徑流遲緩而又較為封閉的環(huán)境中便形成了含各種化學(xué)組分，有較高礦化度的原生礦泉水。根據(jù)黑龍江省科學(xué)院火山與礦泉研究所提供的礦泉水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測時間為2010年1月～2011年12月，各月監(jiān)測值數(shù)據(jù)見表1。

式中Ri為軀體毒物質(zhì)重金屬j經(jīng)飲水途徑的平均健康危害個人年風(fēng)險，a－1;1×10－6為軀體毒物質(zhì) i的可接受風(fēng)險水平;Di為軀體毒物質(zhì)經(jīng)飲水途徑的單位體重日均暴露劑量，mg/kg·d。Rfd為軀體毒物質(zhì)i經(jīng)飲水途徑參考劑量，mg/kg·d;

式中CW為水中化學(xué)污染物的濃度，mg/L;IR為水的日攝入量，L/d;BW為人均體重，Kg;AT為平均壽命，a。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)，成年人的日均飲水量IR取值為2.2 L，我國居民的人均體重BW取值為60 Kg，平均壽命AT取值為70年。

假設(shè)各重金屬物質(zhì)對人體健康危害的毒性作用呈相加關(guān)系，而不是協(xié)同和拮抗關(guān)系，則飲水途徑重金屬總的健康風(fēng)險R總為:

2.2 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

表1 重碳酸礦泉水Mn、Ni含量監(jiān)測數(shù)據(jù) CW/(mg/L)

根據(jù)國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)和世界衛(wèi)生組織(WHO)通過全面評價化學(xué)物質(zhì)致癌性可靠程度而編制的分類系統(tǒng)，可知Mn和Ni為軀體毒物質(zhì)，其 Rfd取值見表2。由表1數(shù)據(jù)可知，南飲泉重碳酸礦泉水中Mn離子的含量超過《飲用天然礦泉水》(GB 8537－2008)標(biāo)準(zhǔn)限值0.4 mg/L10倍以上。正常成人需鐵量約12～18 mg/d。礦泉水中總鐵含量較高。直接飲用南飲泉中碳酸礦泉水對人體存在健康風(fēng)險的軀體毒物質(zhì)為Mn離子和Ni離子。2010年其含量平均值 Mn為 5.42 mg/L，Ni為 0.08 mg/L;2011 年 Mn為4.89 mg/L，Ni為 0.075 mg/L。分別計算軀體毒物質(zhì)中金屬離子Mn和Ni通過飲水途徑對人體造成的健康危害。

表2 軀體毒物質(zhì)通過飲水途徑的參考劑量

健康風(fēng)險評價是通過建立人體健康與有毒物質(zhì)的關(guān)系，定量描述各種基因毒物質(zhì)和軀體毒物質(zhì)等對人體造成的危害及其發(fā)生概率。我國有關(guān)健康風(fēng)險評價的研究起步較晚，鑒于目前的研究結(jié)果，本文參考國際輻射防護(hù)委員會及部分機(jī)構(gòu)推薦的有毒物質(zhì)個人年風(fēng)險最大可接受水平(表3)進(jìn)行評價。

表3 部分機(jī)構(gòu)推薦的最大可接受風(fēng)險水平和可忽略的風(fēng)險水平

3 結(jié)果與分析

根據(jù)健康風(fēng)險評價模型和評價參數(shù)，可以計算出2010年和2011年通過飲用南飲泉重碳酸礦泉水水源，軀體毒物質(zhì)金屬離子Mn和Fe造成的平均個人年風(fēng)險及個人年總風(fēng)險，計算結(jié)果見表4。

表4 軀體毒物質(zhì)Mn、Ni通過飲水途徑的個人年風(fēng)險 a－1

由表4數(shù)據(jù)可以看出，南飲泉的軀體毒物質(zhì)Mn和Ni的平均個人年風(fēng)險分別為 2.03 ×10－8(1.88 ×10－8)和2.09×10－9(1.96 ×10－9)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 ICRP 推薦的標(biāo)準(zhǔn)年風(fēng)險度5×10－5。這表明飲用南飲泉礦泉水，金屬離子Mn和Ni引起的健康風(fēng)險甚微，不會對常年飲用礦泉水的人群構(gòu)成明顯危害。并且由表中數(shù)據(jù)可知，礦泉水中軀體毒物質(zhì)的個人年總風(fēng)險均低于ICRP標(biāo)準(zhǔn)，說明飲用該類型礦泉水Mn和Ni引起的健康風(fēng)險非常低。但是，礦泉水中Mn和Ni的含量超過《天然飲用礦泉水》中的標(biāo)準(zhǔn)限值，應(yīng)該預(yù)先經(jīng)過處理后飲用。

本文僅應(yīng)用健康風(fēng)險評價模型定量描述五大連池重碳酸礦泉水中Mn和Ni兩種金屬離子對人體健康危害的影響，暴露途徑主要是攝入，并沒有考慮其他金屬離子對人體健康造成的影響，也沒有考慮通過其他暴露途徑如通過浸浴、呼吸等途徑造成的影響。因此，評價所得的風(fēng)險應(yīng)小于實際的風(fēng)險值。

［1］佟玉杰，郝晏賢.五大連池火山礦泉資源及其綜合利用［J］.園工與自然資源研究，1980(1):23～38.

［2］葛文彬，徐志文，蔣 俊，等.飲用天然礦泉水的保健作用［J］.四川地質(zhì)學(xué)報，2008，28(2):166～168.

［3］張耀德，王允鵬，耿成運，等.五大連池藥泉山礦水成因研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1988(2):24～27.

［4］季德育，顏 敏.天然飲料礦泉水對人體的作用［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2007(12):35～36.

［5］史延升，杜紅艷，劉永順.五大連池冷泉水資源的利用研究［J］.首都師范大學(xué)學(xué)報，2007，28(2):201～601.

［6］郭新明.五大連池礦泉水及其醫(yī)用價值［J］.微量元素與健康研究，2011，28(2):61～63.

［7］潘衛(wèi)華.五大連池礦泉宏微量元素分析及醫(yī)療作用初探［J］.微量元素與健康研究，1996，13(1):40～41.

［8］李筱翠，陶 勇.礦泉水與健康關(guān)系的研究進(jìn)展［J］.國外醫(yī)學(xué)分冊，2004，31(6):349～351.

［9］張謙宗，黃啟明.淺論必需微量元素過量時在人體中的毒性［J］.廣東微量元素科學(xué)，1996，3(2):9～13.

［10］黃秀榕，祁明信.人體微量元素研究進(jìn)展［J］.寧夏醫(yī)學(xué)院學(xué)報，1984(2):228～237.

［11］胡亦群，寧慧青.人體必需微量元素過量對健康的影響［J］.太原科技，2008(5):35～36.

［12］朱賢英.論有毒重金屬污染對人體健康的危害及飲水安全［J］.湖北教育學(xué)院學(xué)報，2006，23(2):72～74.

［13］汪 晶，閻雷生.健康風(fēng)險評價的基本程序與方法［J］.環(huán)境科學(xué)研究，1993，6(5):52～56.

［14］U.S.EPA.Guidelines for Carcinogen Risk Assessment［R］.Washington DC:EPA，2005.

［15］田裘學(xué).健康風(fēng)險評價的基本內(nèi)容與方法［J］.甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測，1997，10(4):32～36.

［16］于曉莉，劉 強(qiáng).水體重金屬污染及其對人體健康影響的研究［J］.綠色科技，2011(10):123～126.