符小菲，袁 藝，黃世霞，胡宏祥

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)a.資源與環(huán)境學(xué)院；b.生命科學(xué)學(xué)院，安徽合肥230036）

當(dāng)前世界范圍內(nèi)使用頻率較高的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值推導(dǎo)模型有英國(guó)的CLEA[1]，美國(guó)的RBCA[2]，意大利的ROME[3]，荷蘭的RISC-Human[4]以及我國(guó)國(guó)內(nèi)近年使用較多的HERA模型[5]。但國(guó)外相似模型數(shù)量較多，且各國(guó)土壤篩選值推導(dǎo)模型毒理數(shù)據(jù)、土壤性質(zhì)等參數(shù)設(shè)置不同，推導(dǎo)原理以及適用標(biāo)準(zhǔn)等也存在一些差異[6-7]。如世界各國(guó)應(yīng)用不同模型推導(dǎo)得出的住宅用地類型下土壤中砷的篩選值為0.39-150mg/kg；工業(yè)用地類型下土壤中砷的篩選值為1.6-640mg/kg[8]。因此盲目使用國(guó)外模型推導(dǎo)出的土壤篩選值較中國(guó)實(shí)際情況而言結(jié)果差異可能較大。而國(guó)內(nèi)HERA模型開發(fā)、使用歷史較西方模型較短。夏鳳英等[9]對(duì)RBCA、CLEA兩種模型在目標(biāo)值推導(dǎo)中的應(yīng)用進(jìn)行了比較；施烈焰等[10]將RBCA、CLEA兩種模型應(yīng)用在了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，并對(duì)兩種模型的評(píng)價(jià)效果進(jìn)行了比較；化勇鵬[11]對(duì)RBCA、CSOIL、CLEA三種模型的參數(shù)、暴露模型和應(yīng)用類型進(jìn)行了比較。綜上，前人只是對(duì)RBCA和CLEA等國(guó)外模型進(jìn)行比較，將HERA模型和國(guó)外模型進(jìn)行比較的研究罕見。苯并（a）芘被US EPA認(rèn)定為目標(biāo)污染物中“優(yōu)先控制的污染物”[12]，苯并（a）芘殘留在土壤中并通過各種途徑進(jìn)入人體，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生危害風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)發(fā)布的試行管控標(biāo)準(zhǔn)中僅包含85種污染物[13]，染物數(shù)據(jù)庫(kù)急需更進(jìn)一步的完善。本研究以污染物苯并（a）芘為例，應(yīng)用HERA模型（1.1版本）對(duì)住宅用地和工業(yè)用地類型下土壤中苯并（a）芘的篩選值進(jìn)行推導(dǎo)。并將HERA模型的推導(dǎo)結(jié)果與RBCA模型（2.0版本）的推導(dǎo)結(jié)果、國(guó)家頒布值和北京市篩選值進(jìn)行比較，并對(duì)HERA和RBCA模型的推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行分析，從中選擇出適合我省污染場(chǎng)地土壤篩選值本土化的推導(dǎo)模型，以期為我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)的完善提供幫助。

1 研究方法

1.1 土壤環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

1.1.1 HERA模型 HERA模型是由中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所污染場(chǎng)地修復(fù)中心陳夢(mèng)舫領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研究開發(fā)的軟件模型，該模型主要應(yīng)用于污染場(chǎng)地健康與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與修復(fù)方面的工作。該模型功能全面，操作簡(jiǎn)便，不僅能進(jìn)行基于保護(hù)土壤與地下水的土壤篩選值的推導(dǎo)，還能進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)值和暴露途徑貢獻(xiàn)率的計(jì)算[14]。HERA模型以后向模式即預(yù)先對(duì)目標(biāo)污染物的風(fēng)險(xiǎn)水平（TCR）進(jìn)行設(shè)定，再通過污染物實(shí)測(cè)和既定毒理學(xué)參數(shù)、污染物對(duì)人體的主要暴露途徑和主要受體的特征參數(shù)來反推污染物篩選值。苯并（a）芘為致癌污染物，運(yùn)用致癌標(biāo)準(zhǔn)公式來推導(dǎo)苯并（a）芘的土壤篩選值，該推導(dǎo)包含經(jīng)口攝入、皮膚接觸等七種暴露途徑的模型解析公式，由于公式較多且繁瑣，僅以經(jīng)口攝入途徑推導(dǎo)公式為例，其他暴露途徑的推導(dǎo)公式可參考《污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》[15]，經(jīng)口攝入（ing）途徑篩選值由公式（1）—（4）推導(dǎo)，篩選值最終結(jié)果按照公式(5)取值。

式中，SF—致癌斜率因子，(mg/kg/d)-1；SIR—土壤攝入量，g/d；EF—受體暴露頻率，d/a；ED—受體暴露周期，a；BW—受體質(zhì)量，kg；AT—平均時(shí)間，d；下標(biāo)c—兒童，a—成人；der—皮膚；ip、op—吸入室內(nèi)、外土壤；iv、Sur-ov—吸入表、下層室外蒸氣；Sub-ov—吸入下層室內(nèi)蒸氣。

1.1.2 RBCA模型 RBCA模型是由美國(guó)材料與實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)主導(dǎo)，美國(guó)GIS公司研發(fā)的致力于土壤和地下水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與修復(fù)的軟件分析模型[16]。其操作性良好，已廣泛應(yīng)用于全美、我國(guó)和歐洲主要國(guó)家[17]。RBCA模型的推導(dǎo)方法與HERA相似，其認(rèn)定滯留在土壤中的污染物會(huì)以經(jīng)口攝入、皮膚接觸、呼吸吸入等主要暴露途徑對(duì)暴露受體產(chǎn)生致癌（TR）或非致癌風(fēng)險(xiǎn)。苯并（a）芘為致癌污染物，其經(jīng)口攝入（Oral）、皮膚接觸（Dermal）、呼吸吸入（Inhal）途徑下的篩選值可分別使用公式（6）—（8）推導(dǎo)，篩選值最終結(jié)果按照公式(9)取值。

式中，RBAF—生物相對(duì)吸收因子，無(wú)量綱；SA—暴露面積，cm2/d；M—土壤皮膚吸附因子，mg/cm2；RAFd—皮膚吸收率，無(wú)量綱；VFSS—土壤-空氣揮發(fā)因子，mg/m3；PEF—顆粒物排放因子，mg/m3或mg/kg。

1.2 模型參數(shù)的選取

為將HERA與RBCA模型進(jìn)行比較，HERA模型的推導(dǎo)條件采取與RBCA模型一致的原則，即下列土壤性質(zhì)與場(chǎng)地特征參數(shù)、建筑物參數(shù)來自我國(guó)某污染場(chǎng)地。本文主要對(duì)敏感用地類型下的住宅用地和非敏感用地類型下的工業(yè)用地進(jìn)行研究，根據(jù)苯并（a）芘的主要暴露特征，兩種模型均將經(jīng)口攝入、皮膚接觸、口鼻吸入三種暴露途徑作為主要暴露途徑進(jìn)行研究。

模型中輸入的參數(shù)主要包括4類，（1）土壤性質(zhì)與場(chǎng)地特征參數(shù)：表土深度1m，年平均風(fēng)速4.69m/s。（2）建筑物參數(shù)：地基厚度0.25m。(3)人體暴露參數(shù)：見表3。（4）為便于比較將目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)水平設(shè)定為10-5。（5）污染物毒理學(xué)及理化性質(zhì)參數(shù)：RBCA 模型中SFOral和SFDermal均為 7.3mg/(kg·d)[18]，HERA模型中SFing和SFder分別為7.3mg/(kg·d)-1和1mg/(kg·d)[19]。兩種模型中的其他毒理學(xué)和理化性質(zhì)參數(shù)如無(wú)量綱亨利常數(shù)、空氣中擴(kuò)散系數(shù)、土壤-有機(jī)碳分配系數(shù)、消化道吸收因子等未列參數(shù)均采用軟件系統(tǒng)內(nèi)部默認(rèn)值。

表3 HERA和RBCA模型中人體暴露參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種模型苯并（a）篩選值的推導(dǎo)結(jié)果和比較

HERA模型苯并（a）芘篩選值推導(dǎo)結(jié)果見表4。由表4可知，HERA模型住宅用地類型下苯并（a）芘推導(dǎo)值為0.63mg/kg；工業(yè)用地類型下苯并（a）芘推導(dǎo)值為1.87mg/kg。相同推導(dǎo)條件下RBCA模型住宅用地類型下苯并（a）芘推導(dǎo)值為0.83mg/kg；工業(yè)用地類型下苯并（a）芘推導(dǎo)值為4.1mg/kg。RBCA模型兩種用地類型下苯并（a）芘的推導(dǎo)值均高于HERA模型；住宅用地類型下兩種模型推導(dǎo)的篩選值結(jié)果差距不大，工業(yè)用地類型下RBCA模型的推導(dǎo)結(jié)果是HERA模型推導(dǎo)結(jié)果的2.2倍。該結(jié)果顯示，不同篩選值推導(dǎo)模型對(duì)苯并（a）芘土壤篩選值的推導(dǎo)結(jié)果存在一定的差異。

將兩種模型對(duì)苯并（a）芘土壤篩選值的推導(dǎo)結(jié)果與國(guó)家（GB36600-2018）和北京市（DB11/T 811-2011）[20]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中住宅用地類型下苯并（a）芘的土壤篩選值為0.55mg/kg；工業(yè)用地類型下苯并（a）芘的土壤篩選值為1.5mg/kg；北京市標(biāo)準(zhǔn)中住宅用地類型下苯并（a）芘的土壤篩選值為0.2mg/kg；工業(yè)用地類型下苯并（a）芘的土壤篩選值為0.4mg/kg。兩種模型在兩種用地類型下苯并（a）芘的土壤篩選值推導(dǎo)結(jié)果均高于國(guó)家和北京市標(biāo)準(zhǔn)；HERA模型在兩種用地類型下的推導(dǎo)結(jié)果與國(guó)家和北京市標(biāo)準(zhǔn)均相差不大；RBCA模型在住宅用地類型下的推導(dǎo)結(jié)果與國(guó)家和北京市標(biāo)準(zhǔn)相差不大，在工業(yè)用地類型下的推導(dǎo)結(jié)果是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的2.7倍，是北京市標(biāo)準(zhǔn)的10.25倍。該結(jié)果顯示，HERA模型苯并（a）芘篩選值的推導(dǎo)結(jié)果與國(guó)家和北京市標(biāo)準(zhǔn)更加接近，與RBCA模型相比，HERA模型更適合成為我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)的輔助計(jì)算模型。

表4 土壤苯并（a）芘篩選值推導(dǎo)結(jié)果

2.2 HERA和RBCA模型推導(dǎo)結(jié)果差異的來源研究

將HERA和RBCA模型篩選值推導(dǎo)公式進(jìn)行整理得到如下公式：

式中，ADE、OISER為污染物n暴露途徑下的日均暴露量（致癌效應(yīng)）mg·kg-1·d-1。

由式（10）（11）可知，兩種模型中單一途徑下的污染物篩選值均由致癌斜率因子與污染物日均暴露量表征。RBCA模型中苯并（a）芘的致癌斜率因子采用同一值，即SFOral和SFDermal均為7.3mg/(kg·d)，HERA模型中苯并（a）芘SFing為7.3mg/(kg·d)-1，SFder為1mg/(kg·d)。影響污染物日均暴露量（致癌效應(yīng)）運(yùn)算的暴露因子包括暴露頻率、受體質(zhì)量、土壤皮膚吸附因子等，而兩種模型對(duì)于上述暴露因子取值有所不同。由表3可見HERA模型對(duì)于暴露頻率這一參數(shù)，不僅劃分了經(jīng)口和皮膚接觸，室內(nèi)、室外呼吸吸入三種暴露途徑，而且在三種暴露途徑下分別區(qū)分了成人和兒童兩種暴露受體的暴露頻率；對(duì)于受體質(zhì)量這一參數(shù)兩種模型取值也存在差異；另外HERA模型關(guān)于土壤皮膚吸附因子這一參數(shù)，在住宅用地類型下劃分了成人和兒童兩種類型。所以，暴露和毒理學(xué)參數(shù)不同是導(dǎo)致推導(dǎo)結(jié)果產(chǎn)生差異的重要原因。

且由式（5）和（9）可知，兩種模型對(duì)于篩選值的最終取值方法存在差異。HERA模型是分別計(jì)算在經(jīng)口、皮膚、呼吸吸入途徑下基于致癌風(fēng)險(xiǎn)的污染物篩選值，最后對(duì)各途徑下篩選值的倒數(shù)之和求導(dǎo)，作為最終結(jié)果；RBCA模型是對(duì)經(jīng)口攝入、皮膚接觸途徑下篩選值的倒數(shù)之和求導(dǎo)，并將其與呼吸吸入途徑下的篩選值比較，取最小值為最終結(jié)果。

2.3 影響苯并（a）芘篩選值推導(dǎo)的暴露途徑分析

為了研究?jī)煞N模型中苯并（a）芘各暴露途徑下風(fēng)險(xiǎn)分配情況，在總致癌目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)為10-5的前提下計(jì)算各暴露途徑下的風(fēng)險(xiǎn)值和貢獻(xiàn)率。HERA模型口鼻吸入途徑風(fēng)險(xiǎn)值和貢獻(xiàn)率以整體值給出，結(jié)果見表5。

表5 苯并（a）芘各暴露途徑風(fēng)險(xiǎn)值及貢獻(xiàn)率

由表5可見，兩種模型經(jīng)口攝入和皮膚接觸途徑在住宅用地類型下總的貢獻(xiàn)率分別為99.7%、99.8%，在工業(yè)用地類型下總的貢獻(xiàn)率分別為99.4%、99.6%；口鼻吸入途徑在住宅用地類型下的貢獻(xiàn)率分別為0.2%、0.3%，在工業(yè)用地類型下的貢獻(xiàn)率分別為0.4%、0.6%。兩種模型經(jīng)口和皮膚途徑下總的貢獻(xiàn)率相近且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于口鼻吸入途徑下的貢獻(xiàn)率。這主要與苯并（a）芘具有弱揮發(fā)性的物理性質(zhì)相關(guān)[21]，土壤中的苯并（a）芘揮發(fā)進(jìn)入空氣中的量很少，所以口鼻吸入途徑下的苯并（a）芘暴露量小，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值貢獻(xiàn)率低，該途徑對(duì)苯并（a）芘篩選值的推導(dǎo)結(jié)果影響小。

由表5可見，兩種模型住宅用地和工業(yè)用地類型下對(duì)總風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率均是經(jīng)口＞皮膚＞吸入途徑。住宅用地類型下HERA模型經(jīng)口攝入途徑的貢獻(xiàn)率為72.8%，皮膚接觸途徑的貢獻(xiàn)率為26.9%；RBCA模型經(jīng)口攝入途徑的貢獻(xiàn)率為98.2%，皮膚接觸途徑的貢獻(xiàn)率為1.6%。工業(yè)用地類型下HERA模型經(jīng)口攝入途徑的貢獻(xiàn)率為57.2%，皮膚接觸途徑的貢獻(xiàn)率為42.4%；RBCA模型經(jīng)口攝入途徑的貢獻(xiàn)率為61.4%，皮膚接觸途徑的貢獻(xiàn)率為38%。因此，HERA模型在住宅用地類型下經(jīng)口攝入和皮膚接觸途徑是苯并（a）芘人體暴露的主要途徑，這兩種暴露途徑對(duì)苯并（a）芘篩選值推導(dǎo)結(jié)果影響較大；RBCA模型在住宅用地類型下經(jīng)口攝入途徑為苯并（a）芘人體暴露的主要途徑，此暴露途徑對(duì)苯并（a）芘篩選值推導(dǎo)結(jié)果影響較大。兩種模型在工業(yè)用地類型下經(jīng)口攝入和皮膚接觸是苯并（a）芘的主要暴露途徑，對(duì)篩選值推導(dǎo)結(jié)果影響較大。

3 結(jié)論

通過對(duì)HERA和RBCA模型在土壤篩選值推導(dǎo)中的應(yīng)用進(jìn)行比較可以看出，該兩種土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值推導(dǎo)模型均是采用反向模式下污染物篩選值的推導(dǎo)方法進(jìn)行苯并（a）芘篩選值的推導(dǎo)。在推導(dǎo)方法，主要暴露途徑（如均包括經(jīng)口攝入、皮膚接觸、呼吸吸入途徑）；模型參數(shù)類別，（均包括土壤性質(zhì)與場(chǎng)地特征參數(shù)、建筑物參數(shù)、人體暴露參數(shù)、污染物毒理學(xué)及理化性質(zhì)參數(shù)）等方面兩模型基本相同，但依然有較大差異，以下為研究結(jié)果：

（1）在目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)水平設(shè)為10-5的前提下，HERA模型推導(dǎo)的住宅用地類型下苯并（a）芘的土壤篩選值為0.63mg/kg，工業(yè)用地類型下苯并（a）芘的土壤篩選值為1.87mg/kg。住宅用地類型下HERA和RBCA模型推導(dǎo)的苯并（a）芘的土壤篩選值與國(guó)家和北京市標(biāo)準(zhǔn)接近，工業(yè)用地類型下HERA模型推導(dǎo)的苯并（a）芘的土壤篩選值跟國(guó)家和北京市標(biāo)準(zhǔn)更接近。RBCA模型在工業(yè)用地類型下的推導(dǎo)結(jié)果是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的2.7倍，是北京市標(biāo)準(zhǔn)的10.25倍。因此HERA模型更加適合成為我國(guó)污染場(chǎng)地土壤篩選值本土化的推導(dǎo)模型。

（2）兩種模型工業(yè)用地類型下經(jīng)口和皮膚接觸途徑是苯并（a）芘人體暴露的主要途徑。HERA模型在住宅用地類型下，經(jīng)口和皮膚接觸是苯并（a）芘人體暴露的主要途徑，RBCA模型在住宅用地類型下經(jīng)口攝入途徑為苯并（a）芘人體暴露的主要途徑。因此上述暴露途徑對(duì)兩種模型相應(yīng)暴露情景下苯并（a）芘篩選值推導(dǎo)結(jié)果影響較大。兩種模型住宅和工業(yè)用地類型下口鼻吸入途徑的暴露量均很小，因此口鼻吸入途徑對(duì)苯并（a）芘推導(dǎo)值的影響可忽略。

（3）兩種模型苯并（a）芘篩選值推導(dǎo)結(jié)果不同主要有以下方面的原因，暴露頻率、受體質(zhì)量、土壤皮膚吸附因子等重要暴露參數(shù)、毒理參數(shù)不同導(dǎo)致對(duì)應(yīng)暴露途徑污染物日均暴露量計(jì)算產(chǎn)生差異；模型最終篩選值取值原理不同導(dǎo)致數(shù)據(jù)水平的差異；苯并（a）芘在兩種模型中各暴露途徑下解析原理不同使各個(gè)暴露途徑的風(fēng)險(xiǎn)值分配比例不同。

（4）由于研究條件的限制，兩種模型只對(duì)一種污染物篩選值進(jìn)行推導(dǎo)和比較，所以研究具有一定的局限性，另外土壤篩選值的制定還需要考慮當(dāng)?shù)氐耐寥辣尘爸档纫蛩亍?/p>