王曉飛+鄧超冰+許桂蘋+魏萌萌

摘要：對土壤重金屬經(jīng)土壤—人途徑的人體健康風險進行評價，采集廣西壯族自治區(qū)某尾礦庫坍塌導致大面積農(nóng)田污染區(qū)域的土壤樣品，通過體外模擬法（PBET法）進行消化，采用重金屬攝入量及其生物可給量進行健康風險評價。結果表明，研究區(qū)域土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的平均含量分別為37.25、764.46、1 000.33、1.40 mg/kg。模擬胃階段土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的生物可給量均大于模擬腸階段重金屬的生物可給量，且在2個消化階段，土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的生物可給量均低于日耐受量。成人日攝入重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的含量分別為1.81～1.93、33.29～42.41、36.94～68.16、0.06～0.10 μg/d，兒童為7.24～7.73、133.17～169.64、147.74～272.65、0.28～0.40 μg/d，兒童Pb的攝入量已經(jīng)明顯超過日可耐受量。因此，土壤中重金屬Pb對當?shù)貎和娜梭w健康具有潛在風險，而其他重金屬通過土壤—人途徑的攝入量會增加人體對重金屬攝入的總量，同時增加健康風險的總量。

關鍵詞：關鍵詞：重金屬；體外模擬法；生物可給量；健康風險

中圖分類號：X53文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2017）06-0251-04

近年來，土壤重金屬污染[1-3]已經(jīng)危及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[4-5]及食品安全[6-8]，嚴重威脅人體健康[9-10]。環(huán)境中的重金屬可以通過食物、飲水和呼吸等途徑進入人體，特別是土壤中的重金屬通過口腔進入人體后在人體內積累，并最終對人體（特別是低齡兒童）健康產(chǎn)生一定的危害[11-12]。目前，分析與評價土壤中重金屬元素含量與人體健康的關系備受關注[13-18]。如果依據(jù)土壤重金屬總量來評價其健康風險，重金屬對人體健康的負面影響很有可能會被高估，因為土壤重金屬總量并不能被人體全部吸收[19]，所以針對土壤重金屬的生物有效性（或生物可接受性）開展研究更有意義。土壤重金屬的絕對生物可接受性只能通過動物試驗才能獲得，而該試驗具有費用高、周期長、傷害供試動物的缺點[20]，所以選擇分析測定能被人體消化液溶解，易被吸收的土壤重金屬是優(yōu)于土壤全量評價和動物試驗的更好選擇，而且體外消化試驗容易操作，便宜，具有可重復性。因此，模擬人體消化程序的體外消化試驗被引入環(huán)境科學，用于評價環(huán)境中污染物的生物可接受性[21]。目前，國內已有運用體外模擬試驗法來評價土壤重金屬的生物可給性或健康評價的報道[22-24]。本研究采集廣西壯族自治區(qū)（簡稱廣西）某尾礦庫潰壩影響區(qū)域農(nóng)田土壤樣品，運用體外模擬法（PBET法）進行消化試驗，測定土壤中重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的生物可給性，通過成人和兒童經(jīng)土壤—人途徑而攝入重金屬量及其生物可給量來評價土壤中重金屬所導致的健康風險，為科學評價土壤重金屬的人體健康風險提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試土壤

供試土壤采自廣西某尾礦庫潰壩影響區(qū)域農(nóng)田的甘蔗地土壤，共采集16個表層（0～10 cm）土壤樣品。將采集的蔗田土壤樣品運回實驗室，置于通風避光干燥的地方自然風干，剔除其中的碎石塊和甘蔗根莖等雜質，將風干的土樣粗磨后再用瑪瑙研缽細磨，分別過20、100目的尼龍篩，裝袋，供分析用。

1.2土壤理化性質測定及質量控制

土壤pH值用pH計測定，土液比為1 ∶2.5；土壤有機質含量的測定參照標準NYT 1121.6—2006《土壤檢測第6部分：土壤有機質的測定》；土壤陽離子交換量的測定參照標準LY/T 1243—1999 《森林土壤陽離子交換量的測定》； 土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的全量測定采用硝酸-鹽酸-氫氟酸三酸-微波消解的方法，并采用電感耦合等離子體質譜法測定[25]；體外消化試驗樣品在內的消化液中重金屬含量同樣采用電感耦合等離子體質譜法測定。

樣品理化性質的測定設置3個平行。在測定土壤重金屬全量時，使用標準物質GSS-22來進行質量控制，回收率為95%～105%。為保證儀器的穩(wěn)定與準確，在用電感耦合等離子體質譜儀測定消解液和消化液中重金屬含量時，每10個樣品反測1次標樣。

1.3體外模擬法（PBET法）

用于模擬體外消化試驗的土壤均過100目尼龍篩，所有供試土壤與消化液均以固液比1 ∶100比例混合，然后將混合溶液放置于恒溫水浴箱中振蕩（37 ℃，100 r/min），胃液或胃腸液提取結束后離心10 min（4 000 r/min），最后取上清液過0.45 μm濾膜待測。

PBET法模擬胃液和腸液的提取，其中胃液是由1.25 g胃蛋白酶、0.50 g蘋果酸鈉、0.50 g檸檬酸鈉、420 μL乳酸、500 μL醋酸混合而成，溶解后定容至1 L，并用1 ∶1 HCl溶液調節(jié)pH值到2.5；然后向土壤中加入胃液振蕩1 h，模擬胃液的消化過程；胃液提取結束后，用NaHCO3粉末調節(jié)消化液pH值至7.0，再加入52.5 mg膽汁鹽（Fluka，48305）和15 mg胰液素（Sigma，P3292），之后繼續(xù)振蕩2 h即完成腸液提取。

1.4計算方法

1.5統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2003和SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2結果與分析

2.1土壤中重金屬Cu、Zn、Pb和Cd的含量

本研究土壤采自廣西某尾礦庫潰壩影響區(qū)域農(nóng)田的甘蔗地，重點選擇Cu、Zn、Pb、Cd等4種重金屬元素，研究區(qū)域蔗田土壤pH值和重金屬含量，結果見表1、圖1。

由表1、圖1可知，該甘蔗地塊呈酸性，重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的含量范圍分別為36.20～38.67、665.87～848.20、738.72～1 363.23、0.58～1.98 mg/kg，平均含量分別為 37.25、764.46、1 000.33、1.40 mg/kg，以廣西土壤背景值和土壤環(huán)境質量標準（GB15618—1995《土壤環(huán)境質量標準》）二級標準規(guī)定的含量限值為評價標準，除Cu含量外，Pb、Cd、Zn含量均高于廣西土壤背景值及國家土壤環(huán)境質量二級標準值，且污染指數(shù)的平均值均遠大于1，說明外界的污染導致重金屬Pb、Cd和Zn在研究區(qū)域存在不同程度的累積，具有重金屬Pb、Cd和Zn污染的特征，或者說是重金屬Pb、Cd和Zn在土壤中的積累已經(jīng)達到威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康的程度，應該引起高度重視。

2.2模擬胃階段和腸階段土壤中重金屬的生物可給性

模擬胃和腸2個階段污染區(qū)域土壤中重金屬Cu、Zn、Pb和Cd的生物可給性，結果見表2。在模擬胃階段，研究區(qū)域土壤中重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的生物可給性分別是6.59%～15.60%、5.64%～23.17%、6.86%～12.12%、34.51%～61.28%。在模擬腸階段，研究區(qū)域土壤中重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的生物可給性分別是2.45%～9.21%、0.50%～9.78%、0.59%～3.24%、4.59%～20.74%。比較模擬胃階段和腸階段可明顯看出，研究區(qū)域土壤重金屬在胃消化階段相對于腸消化階段均顯示出較高的生物可給性，主要與胃部呈酸性環(huán)境有關系，在體外模擬腸消化階段的消化液呈堿性，使原本在胃中有較高生物可給性的重金屬元素的生物可給性下降，導致重金屬的生物可給性在2個階段消化結果呈現(xiàn)較大的差異。

2.3通過土壤—人的途徑而攝入重金屬的量

據(jù)研究，兒童和成人無意識地經(jīng)口攝入的土壤分別達005、0.2 g/d[23]。長期攝入重金屬污染的土壤，經(jīng)過人體的吸收和累積，會對成人和兒童的身體健康產(chǎn)生不良影響。因此，本研究采用重金屬攝入量來評價口腔—人途徑所導致的健康風險。表3是成人和兒童通過土壤—人途徑而攝入重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的量。本研究只考慮Pb和Cd的每周可耐受性攝入量（PTWI），世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）提出Cd的每周可耐受攝入量為7.00 μg/kg（BW），Pb的PTWI分別為50 μg/kg（BW，成人）、25 μg/kg（BW，兒童）[26-28]。對于體質量為60 kg的成人來說，Cd的攝入量不能超過 60.00 μg/d，Pb的攝入量不能超過 428.57 μg/d；兒童按照30 kg來說，Cd的攝入量不能超過30.00 μg/d，Pb的攝入量不能超過107.14 μg/d。

由表3可知，成人通過土壤—人途徑日攝入重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的含量范圍分別為1.81～1.93、33.29～42.41、36.94～68.16、0.06～0.10 μg/d。與PTWI相比，研究區(qū)域的成人通過土壤—人途徑而攝入重金屬Pb和Cd的量沒有超過WHO提出的Pb和Cd的每日可耐受量。兒童通過土壤—人途徑日攝入重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的含量范圍分別為 7.24～7.73、133.17～169.64、147.74～272.65、0.28～0.40 μg/d。與PTWI相比，研究區(qū)域的兒童通過土壤—人途徑而攝入Cd的量沒有超過PTWI，而攝入Pb的量已經(jīng)明顯超過WHO提出的每日可耐受量，說明研究區(qū)域土壤中Pb對當?shù)貎和慕】稻哂休^大的潛在風險，其他重金屬攝入量均低于相應的限量值，但通過土壤—人途徑的攝入量會增加人體對土壤中重金屬攝入的總量，同時風險的總量一并增加。

2.4不同消化階段土壤中重金屬的生物可給量

人體消化道對食物的吸收功能主要體現(xiàn)在小腸階段，對于土壤而言，在整個體外模擬消化試驗中，土壤重金屬在腸中的有效比例相對于胃中比例占有極其重要的地位。其結果可以有效地表達經(jīng)口腔攝入土壤中重金屬的生物可給量，或者理解為可能被機體吸收的最大量。盡管生物可給量還不能完全解釋最后被小腸吸收進入人體循環(huán)的實際量，但可以作為健康風險評估的參考依據(jù)。表4是體外模擬消化方法不同消化階段研究區(qū)域土壤中重金屬Cu、Zn、Pb和Cd的生物可給量。在模擬成人胃腸階段，研究區(qū)域土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的生物可給量平均為0.23、6.43、4.51、0.04 μg/d 和0.09、180、0.79、0.01 μg/d，與PTWI相比，研究區(qū)域的成人通過土壤—人途徑而攝入重金屬Pb和Cd的量沒有超過WHO提出的Pb和Cd的每日可耐受量。在模擬兒童胃腸階段，研究區(qū)域土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的生物可給量平均為0.92、25.71、

18.02、0.15 μg/d和0.35、7.19、3.16、0.04 μg/d，與PTWI相比，研究區(qū)域的兒童通過土壤—人途徑而攝入重金屬Pb和Cd的量同樣沒有超過WHO提出的Pb和Cd的每日可耐受量。重金屬Pb和Cd生物可給量數(shù)據(jù)均低于相應的限量值，但通過土壤—人途徑的攝入量會增加人體對土壤中重金屬攝入的總量，同時風險總量一并增加。

3結論

研究區(qū)域土壤呈酸性，重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的平均含量分別為37.25、764.46、1 000.33、1.40 mg/kg，除Cu外，Pb、Cd和Zn的含量均高于廣西土壤背景值及國家土壤環(huán)境質量二級標準值。研究區(qū)域土壤重金屬在胃消化階段相對于腸消化階段均顯示較高的生物可給性，在模擬胃階段和腸階段，研究區(qū)域土壤中重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的生物可給性分別是659%～15.60%、5.64%～23.17%、6.86%～12.12%、34.51%～61.28%和2.45%～9.21%、0.50%～9.78%、0.59%～3.24%、4.59%～20.74%。成人和兒童日攝入重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的含量范圍分別為1.81～1.93、33.29～4241、36.94～68.16、0.06～0.10 μg/d和7.24～7.73、13317～169.64、147.74～272.65、0.28～0.40 μg/d。與PTWI相比，研究區(qū)域的兒童攝入Pb的量已經(jīng)明顯超過WHO提出的每日可耐受量，說明重金屬Pb對當?shù)貎和慕】稻哂休^大的潛在風險。成人在模擬胃腸階段，研究區(qū)域土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的生物可給量平均為0.23、6.43、4.51、0.04 μg/d 和0.09、1.80、0.79、0.01 μg/d，兒童分別是0.92、25.71、18.02、0.15 μg/d和0.35、7.19、3.16、0.04 μg/d，研究區(qū)域的成人和兒童攝入重金屬的生物可給量均沒有超過WHO提出的每日可耐受量，但通過土壤—人途徑的攝入量會增加人體對土壤中重金屬攝入的總量，同時風險總量一并增加。

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