全 文 ：第 33卷 第 5期 生 态 科 学 33(5): 963−971
2014 年 9 月 Ecological Science Sep. 2014
收稿日期: 2013-05-07; 修订日期: 2014-02-03
基金项目: 国家自然科学基金(71303230, 41101126, 71033004); 国家科技支撑计划(2011BAJ06B01); 科技部国际合作项目(2011DFA91810); 联合国大学
Urban Co-benefits 项目
作者简介: 马志孝(1984—), 男, 博士生, 研究方向为应对气候变化与环境管理的技术和政策评估
*通信作者: 任婉侠, 女, 博士, 助理研究员, 主要从事环境政策评估研究, E-mail: renwanxia@iae.ac.cn
马志孝, 任婉侠, 薛冰, 等. 老工业搬迁区街道灰尘重金属污染物的人体健康风险评价 [J]. 生态科学, 2014, 33(5): 963−971.
MA Zhixiao, REN Wanxia, XUE Bing, et al. Human health risk assessment of heavy metal pollutants in redevelopment brownfield
area [J]. Ecological Science, 2014, 33(5): 963−971.
老工业搬迁区街道灰尘重金属污染物的人体健康风
险评价
马志孝 1,2, 任婉侠 1,*, 薛冰 1, 张黎明 2, 耿涌 1, 孙丽娜 3, Jose A. Puppim de Oliveira4
1. 中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110016
2. 中国科学院大学, 北京 100049
3. 沈阳大学环境工程重点实验室, 沈阳 110044
4. 联合国大学高等研究所, 日本筑波 220-8502
【摘要】 依据美国环保署人体健康风险评价法及地理信息系统对研究区主要道路灰尘中重金属污染物非致癌风险指数
进行空间分析。街道灰尘中含有不同程度的重金属污染物, 浓度(单位: mg⋅kg–1)最大值分别 Cu 143.00, Cd 7.10, Pb
625.00, Zn 1340.00, As 24.50, Hg 1.04, Ni 120.00 和 Cr 1.48。儿童、青少年和成年重金属非致癌风险 As>Pb>Cd>Ni>
Cr>Ni>Zn>Cu>Hg; 其中, 小于 1岁儿童重金属总暴露途径非致癌风险最高值达到 2.45, 非致癌风险区域面积占案例区
总面积的 0.047%; 1 至小于 3 岁的值达 3.64, 面积比例 1.53%; 3 岁至小于 6 岁的值达 2.38, 面积比例 0.012%; 6 岁至小
于 11 岁的值达 1.03, 面积比例较小。青少年和成人总非致癌风险均低于风险阀值。总体上, 搬迁后的老工业区在区域
范围内未呈现致癌风险。
关键词：人地关系; 重金属污染; 健康风险评价; 老工业区; 铁西区
doi:10.14108/j.cnki.1008-8873.2014.05.023 中图分类号：X502 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2014)05-963-09
Human health risk assessment of heavy metal pollutants in redevelopment
brownfield area
MA Zhixiao1,2, REN Wanxia1,*, XUE Bing1, ZHNAG Liming1,2, GENG Yong1, SUN Lina3, Jose A. Puppim de Oliveira4
1. Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3. Key Laboratory of Environmental Engineering, Shenyang University, Shenyang 110044, China
4. Institute of Advanced Studies, United Nations University, Yokohama 220-8502, Japan
Abstract: Urban street dust is the source and sink of a variety of pollutants. 24 street dust samples were collected in
relocated industrial zone, Tiexi old district, Shenyang City. The human health risk was assessed by US EPA Health Risk
Assessment Model and was also demonstrated by spatial maps. The results showed that the dust contained heavy metals in
different locations with different range of concentration. The concentrations (mg·kg–1) of Cu, Cd, Pb, Zn, As, Hg, Ni and Cr
were 143.00, 7.10, 625.0, 1340.00, 24.50, 1.04, 120.00 and 1.48, respectively. The order of non-cancer risk of heavy metals
was As>Pb>Cd>Ni>Cr>Ni>Zn>Cu>Hg for children, youths and adults. The maximal non-cancer risk indexes of total heavy
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metals for children (0 to
and adults, the non-cancer risk indexes were below the threshold of non-cancer risk. The cancer risk indexes of total heavy
metals for children, youths and adults were below the risk based on the current standard of technology in this study.
Key words: human-natural relationship; heavy metal pollution; human health risk assessment; brownfield area; Tiexi district
1 前言
1975年, 自从《Nature》发表了关于城市地表灰
尘中的铅污染一文以来, 国内外学者对城市街道灰
尘的研究逐渐开始重视[1]。街道灰尘是城市环境中
各类污染物质的“源”与“汇”, 是人类生活、生
产活动中固态物质、液态物质和气态物质相互作用
的产物, 街道灰尘中元素的种类和含量可反映出这
个地区生产、生活的特征。街道灰尘中的污染物可
以通过呼吸吸入、皮肤直接接触、手口摄入(特别是
儿童) 等途径进入人体, 从而影响公众健康[2–7]。例
如, As对人体来讲长期暴露会对皮肤神经系统和动
脉血管产生不良影响同时还有致癌性[8]; Pb危害造
血功能, 影响免疫功能内分泌系统和消化系统 [9];
Cu和Zn是人体必需的微量元素, 但过量摄入会对人
体器官产生不良影响如肝肾大脑和消化系统[10]等。
城市街道灰尘中重金属对人体健康风险已经引起国
内外学者的广泛关注[11–21], 但是对城市老工业搬迁
区道路灰尘的重金属人体健康风险评价还少有报道,
特别是基于分年龄段评价人体健康风险相对缺乏,
开展老工业区的街道灰尘的重金属分布及其潜在健
康风险研究, 对于进一步认识工业区人文生态系统
的基本特征, 揭示人地关系相互作用规律, 具有重
要科学意义。
沈阳市铁西区位于沈阳市中心城区的西南部, 是
中国老工业基地的典型代表, 历经工业建区(1938—
1949)、辉煌发展(1949—1980)、颓败衰落(1980—
2000)、搬迁改造(2002—2012)、再次振兴(2012—)
等发展阶段, 反映了传统老工业区的发展变迁历
程。其中, 2002—2012年, 铁西区搬迁企业320户, 腾
迁土地9 km2, 利用极差地租, 解决了阻碍老工业区
企业发展的资金困难问题, 并使得老工业区公共设
施和城区功能不断完善, 空气质量、水环境和人居
条件显著改善。2008年, 铁西区被列入改革开放30
年全国18个典型地区之一, 并荣获联合国全球宜居
城区示范奖。然而, 作为传统老工业基地, 城市搬迁
改造过程中由于工业过程及交通运输等引起的道路
灰尘重金属污染问题, 还未引起相关政府部门及学
者的关注。虽然, 铁西区通过极差地租过得大量资
金, 但伴随的结果是产生了大量污染场地(又称为
“棕地”Brownfields), 使得搬迁区的土壤污染问题成
为区域可持续发展和宜居环境建设的首要桎梏[22]。
铁西老工业搬迁区通过“刮土疗毒”工程处理残留
在土壤中重金属等污染物, 但是由于老工业搬迁区
高污染物企业多, 运营时间长, 未被处理或未处理
完全污染物会进入街道灰尘影响公众健康。
因此, 本研究以沈阳铁西老工业区为案例, 开
展道路灰尘中重金属的人体健康风险评价研究, 揭
示老工业搬迁区的环境系统改善状况, 并为政府环
境管理提供科学的决策基础。
2 材料与方法
2.1 样品采集
沈阳市铁西老工业搬迁区街道灰尘样品采集时间
为 2011 年 7—10 月, 采用全球卫星定位系统(GPS)定
位, 在铁西区建设大路以北和北一马路以南 22.64 km2
区域, 进行布点采样。我们选择采样点基于以下两
点原因: 首先, 采样点位于搬迁前重工业区的主要
街道, 重金属污染物严重; 其次, 在铁西老工业区
搬迁改造之后, 工业用地转变为商业和居民用地,
采样点临近商业区和居民居住区(见表 1)。本次研究
共采集 24 个样品。样品装入自封聚乙烯袋中密封,
带回课题组实验室。样品在室温下自然风干, 剔除
碎石、植物残体等杂质, 采用 4 分法取出约 1/4 磨碎,
过 0.2 mm 塑料土筛, 4 ℃下密封保存待测。
2.2 分析测试方法
样品中 ω(Hg)和 ω(As)经 V2O5-H2SO4-HNO3法消
解, 用冷原子荧光法测定; 样品中的 ω(Cu)、ω(Cd)、
ω(Pb)、ω(Zn)、ω(Ni)、ω(Cr)采用 HNO3+HClO4+HF
三酸消化, 采用原子吸收分光光度法(AAS)(Spectr
AA 240, Varian, USA)测定; Cr6+采用紫外分光光度
5 期 马志孝, 等. 老工业搬迁区街道灰尘重金属污染物的人体健康风险评价 965
表 1 采样点地理位置
Tab. 1 Sample location
序号 街道名称 纬度 经度 序号 街道名称 纬度 经度
1 齐贤北街(QXBS) 41.81281563 123.3658 13 北四中路(BSZR) 41.80441703 123.3459
2 北一中路(BYZR) 41.8142667 123.3675 14 北三中路(BSZR) 41.80431007 123.3599
3 北一西路(BYXR) 41.82090964 123.3492 15 北二中路(BEZR) 41.80792587 123.3626
4 重工北街(ZGBJ) 41.8063464 123.3219 16 景星北街(JXBS) 41.80271117 123.365
5 北四西路(BXXR) 41.8097203 123.325 17 北四东路(BSDR) 41.47232825 123.2254
6 北三西路(BSXR) 41.81427997 123.3273 18 兴工北街(XGBS) 41.47165306 123.2239
7 建设大路(JSDR) 41.8029233 123.3302 19 爱工北街(AGBS) 41.47274627 123.2229
8 启工街(QGS) 41.80299177 123.3365 20 云峰北街(YFBS) 41.47389393 123.2229
9 卫工北街(WGBS) 41.80560367 123.345 21 北三东路(BSDR) 41.47446513 123.2234
10 北二西路(BEXR) 41.81713633 123.3327 22 北二东路(BEDR) 41.48037783 123.2247
11 北二中路(BEZR) 41.81241627 123.3517 23 北一东路(BYDR) 41.48282732 123.2255
12 圣工北街(SGBJ) 41.8064268 123.3512 24 兴华北街(XHBS) 41.48057932 123.2219
法测定。分析过程采用超纯水, 平行样和空白样进
行质量控制, 结果符合质控要求。
2.3 参数选择与数据处理
研究中各种参数主要参考美国 EPA[23],和中国
环保部[24]文件。数据计算及分析在 Excel 2010 平台
下完成。
2.4 健康风险模型与参数
健康风险评价包括致癌物所致健康危害的模
型和非致癌物质所致健康危害的风险模型。暴露
参数是健康风险评价中的主要技术基础数据, 无
论有阈化合物还是无阈化合物的健康风险评价都
需要建立在对暴露定量的基础上, 再结合剂量-反
应关系的相关因子开展。暴露参数数据的准确性
直接决定着健康评价结果的可信度[25]。暴露评估
包括暴露假设, 与假设相关联因素, 如暴露频率、
暴露时间、人体特征参数(体质量和寿命)、呼吸速
率、食物摄入率、皮肤表面积等, 收集支持各因素
的数据 , 估算暴露浓度 , 量化所有暴露途径的摄
入量。
本研究街道灰尘在城市街道环境中的迁移转化
特征, 尘污染物主要通过以下 3 种暴露途径进入人
体: 口摄入、皮肤接触和经呼吸系统吸入。Cu、Cd、
Pb、Zn、As、Hg、Ni 和 Cr 具有慢性非致癌健康风
险, 而 Cd、As、Ni 和 Cr 兼具致癌风险。口摄入和
皮肤接触致癌暴露量参考值参考文献[24]。同时, 参
考美国环境保护署(EPA)健康风险评价方法[23], 以
及相关国内外研究[11], 计算公式如下:
经口摄入途径日平均暴露量:
610inging
C InR EF ED ABS
D
BW AT
−× × × ×= ×× (1)
吸入途径日平均暴露量:
inh
inh
C InhR EF ED PLAFD
PEF BW AT
× × × ×= × × (2)
皮肤接触日平均暴露量:
610dderm
C SA SL ABS EF EDD
BW AT
−× × × × ×= ×× (3)
Ding、Dderm、Dinh平均日摄入量, mg·(kg–1·d–1); IngR
为口摄入的灰尘频率, mg·d–1; InhR为呼吸频率, m3·d–1;
PEF 为颗粒物排放因子, m3·kg–1; ED 为暴露年限, a;
EF 为暴露频率, d·a–1; BW 为平均体重, kg; AT 为非
致癌物平均暴露时间, d; CF为转换系数, kg·mg–1; SA
为暴露皮肤表面积(本研究考虑到人体有衣物覆盖,
SA 为暴露皮肤没有覆盖衣物的表面), cm2; SL 为皮
肤黏着度, mg·(cm–2·d–1) ; ABSing 为口摄入吸收效率
因子, 无量纲, 取值为 1, ABSinh 为吸入颗粒物在人
体滞留比例 , 无量纲 , 取值为 1, 吸收效率因子
ABSd 为皮肤接触吸收效率因子, 无量纲, 取值为
0.001。详细阐述取值见表 2。在暴露量计算中, 由
于暴露时间, 体重, 呼吸频率, 表面皮肤等参数随
着年龄变化不同, 本次研究分为不同年龄段进行计
算。儿童分为 4 个阶段分别为出生至 1 岁, 1 至小于
3 岁, 3 至小于 6 岁, 6 岁至小于 11 岁。青年分为 2 个
阶段 11 岁至小于 16 岁, 16 岁至小于 21。成人为 21
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表 2 街道灰尘重金属日平均暴露计算参数
Tab. 2 Parameter values in average daily dose of calculation models of heavy metals
年龄段 IngRdust /(mg·d–1) [23]
InhRdust
/(m3·d–1) [23]
EF
/(d·a–1) [23] ED/a
PEF
/(m3·kg–1) [26] SA/cm
2 [25] SL /[mg·(cm–2·d–1) ] [26] BW/kg
[25]
出生至 1 岁 60 12.8 280 1 1.36*109 1310 0.2 7.8
1 至小于 3 岁 200 13.7 259 3 1.36*109 1310 0.2 12.3
3 至小于 6 岁 200 13.8 243 3 1.36*109 1310 0.2 17.6
6 岁至小于 11 岁 100 16.6 266 5 1.36*109 1310 0.2 25.3
11 岁至小于 16 岁 100 21.9 255 5 1.36*109 1310 0.2 42.3
16 岁至小于 21 100 24.6 211 5 1.36*109 3195 0.2 55.4
21 岁至 71 岁 50 19.7 269 50 1.36*109 3195 0.2 58.6
岁至 71 岁。铁西区老工业搬迁改造后土地利用方式
多为转变为商住用地, IngRdust, InhRdust, EF 和 SL 参
考美国 EPA[23]的参数; SA 和 BW 应用王宗爽[25]的研
究成果; PEF(街道灰尘污染物浓度和灰尘被扬起后
污染物在大气中的浓度两者之间的关系)来源于美
国 EPA 场地环境风险评价方法。ABSing, ABSinh 和
PIAF 来源于环保部《污染场地风险评估技术导则》
(征求意稿)[24]。
2.5 健康风险表征
本研究分别考虑了街道灰尘重金属污染物不同
暴露途径的致癌效应和非致癌效应, 公式如下:
HQ=D / RfD (4)
HI=Σ HQi (5)
Cancer Risk=D × SF (6)
(Risk)T=Σ (Risk) I (7)
其中, HQ 为非致癌风险商, 表征单种污染物的非致
癌风险, 无量纲; RfD 为参考剂量, mg·(kg–1·d–1), 表
示在单位时间单位体重摄取的不会引起人体不良反
应的污染物最大剂量; 当HQ或HI＜1时, 认为非致
癌风险较小或可以忽略; 当 HQ 或 HI＞1 时认为存在
非致癌风险; 斜率系数(SF)表示人体暴露于一定剂量
某种污染物产生致癌效应的最大概率, (kg·d)·mg–1;
Cancer Risk 为污染物致癌风险, 表示癌症发生的概
率, 通常以一定数量人口出现癌症患者的个体数表示,
Cancer Risk 小于 10–4, 即每 1 万人或者每多于 1 万
人增加 1 个癌症患者, 就认为该物质致癌风险较低[27],
SF 为致癌斜率。RfD 与 SF 值见表 3。
3 结果
3.1 街道灰尘重金属浓度
街道灰尘重金属含量参数统计见表 4。由表 4
可知, 从平均值来看, Cu, Cd, Pb, Zn, As, Hg, Ni 和
Cr(单位: mg·kg–1)分别为 65.67, 1.21, 121.75, 295.75,
10.38, 0.21, 43.65 和 0.41。从最大值与其所在街道来
看 , Cu, Cd, Pb, Zn, As, Hg, Ni 和 Cr 分别为
143.00(北二中路), 7.10(圣工北街), 625.00(北二中
路), 1340.00(北二中路), 24.50(北四东路), 1.04(兴工
北街), 120.00(重工北街)和 1.48(北一西路)。
表 3 街道灰尘重金属参考计量与致癌斜率系数取值
Tab. 3 RfD and SF for heavy metals at the Tiexi district
RfDoral[24] RfDinh[24] RfDderm[24] SForal[24] SFinh[24] SFderm[24]
As 3.00E−04 8.57E−05 2.10E−05 1.50E+00 —— 1.50E+00
Cd [28]5.00E−04 1.00E−03 1.00E−05 3.80E−01 —— 3.80E−01
Crtotal 3.00E−03 2.90E−05 1.50E+00 —— —— ——
Cu 3.80E−02 —— —— —— —— ——
Hg 3.00E−04 8.57E−04 2.10E−05 —— —— ——
Ni 2.00E−02 2.60E−05 5.40E−03 —— 9.01E−01 ——
Zn 3.00E−01 3.00E−01 6.00E−02 —— —— ——
Pb 3.50E−03 —— —— —— —— ——
5 期 马志孝, 等. 老工业搬迁区街道灰尘重金属污染物的人体健康风险评价 967
表 4 老工业搬迁区街道灰尘重金属含量 (c/mg·kg–1)
Tab. 4 The contents of heavy metals in dusts of streets (c/mg·kg–1)
重金属 含量最小 最小值街道 含量最大值 最大值街道 平均值±标准差 中值
Cu 31.500 BSDR 143.00 BEZR 65.67±30.98 58.85
Cd 0.081 BSDR 7.10 SGBS 1.21±1.81 0.26
Pb 19.000 ZGBS 625.00 BEZR 121.75±121.63 85.00
Zn 28.500 QXBS 1340.00 BEZR 295.75±275.86 200.20
As 3.870 SGBS 24.50 BSDR 10.38±5.70 8.58
Hg 0.037 BSDR 1.04 XGBS 0.21±0.22 0.14
Ni 1.400 BEZR 120.00 ZGBS 43.65±27.51 36.95
Cr 0.000 BEZR 1.48 BYXR 0.41±0.39 0.33
3.2 健康风险评价
应用美国 EPA 健康风险模型计算 8 种(As, Pb,
Cd, Ni, Zn, Cu, Hg 和 Cr)不同暴露途径重金属致癌
风险以及 4 种(As, Cd, Ni,和 Cr)重金属致癌风险, 计
算结果见表 5 和 6。
重金属总暴露途径非致癌风险顺序为 As>Pb>
Cd>Ni>Zn>Cu>Hg>Cr。其中, 小于 1 岁儿童重金属
总暴露途径非致癌风险值达到 2.45E+00, 1 至小于 3
岁重金属总暴露途径非致癌风险值达到 3.64E+00, 3
岁至小于 6 岁儿童重金属总暴露途径非致癌风险值
达到 2.38E+00, 6 岁至小于 11 岁重金属总暴露途径
非致癌风险值达到 1.03E+00, 均有非致癌风险。对
于儿童非致癌风险(HI)而言, 口摄入途径暴露风险
最大, 其次为皮肤接触, 而呼吸吸入风险最小。对于
口摄入而言, Pb非致癌风险最大, 小于1岁儿童非致
癌风险最大值为 1.05E+00, 其次为 As(4.82E−01),
再次为 Cd(8.38E−02); 小于 1 岁儿童皮肤暴露途径
风险 As 最高, 其次为 Cd, 风险最小为 Cr; 呼吸暴
露途径风险 As 与 Cr 最高, 但 HI 均小于 1。由韦尔
伯恩和赖特的《环境毒理学》可知, As 对人体神经
系统、心血管系统、皮肤有损失; Pb 对人体神经系
统, 心血管系统, 骨髓造血系统有损伤。按重金属总
暴露风险, 儿童的神经系统和心血管系统最易遭到
伤害。3 种致癌重金属致癌风险依次为 As>Cr>
Cd>Ni, 致癌风险值均小于致癌阀值, 对人体健康
损害较小。对于青年和成年非致癌风险(HI)而言, 单
表 5 沈阳铁西区老工业街道灰尘重金属儿童总非致癌风险与总致癌风险指数
Tab. 5 Non carcinogenic risk and cancer risks for total elements and exposure pathways of children in Tiexi District
重金属 小于 1 岁 1 至小于 3 岁 3 至小于 6 岁 6 至小于 11 岁 11 至小于 16 岁 16至小于 21岁 成人
非致癌风险
As 1.38E+00 1.47E+00 9.65E−01 4.99E−01 2.86E−01 3.19E−01 2.99E−01
Cd 1.02E−01 1.75E−01 1.14E−01 4.63E−02 2.65E−02 1.96E−02 1.46E−02
Cr 2.96E−03 5.73E−03 3.76E−03 1.44E−03 8.30E−04 5.25E−04 3.22E−04
Cu 2.22E−02 4.33E−02 2.84E−02 1.08E−02 6.20E−03 3.92E−03 2.36E−03
Hg 2.17E−02 4.07E−02 2.67E−02 1.04E−02 5.94E−03 3.95E−03 2.58E−03
Ni 3.54E−02 6.90E−02 4.53E−02 1.73E−02 9.90E−03 7.14E−03 3.94E−03
Pb 1.05E+00 2.06E+00 1.35E+00 5.14E−01 2.95E−01 1.86E−01 1.12E−01
Zn 2.69E−02 5.19E−02 3.40E−02 1.30E−02 7.48E−03 4.81E−03 2.99E−03
总计 2.45E+00 3.64E+00 2.38E+00 1.03E+00 5.91E−01 5.02E−01 4.26E−01
致癌风险
As 3.50E−06 1.89E−05 1.24E−05 8.16E−06 4.68E−06 3.26E−06 1.86E−05
Cd 2.25E−07 1.32E−06 8.64E−07 5.49E−07 5.48E−07 2.00E−07 1.21E−06
Cr 5.18E−06 3.04E−05 1.99E−05 7.58E−06 7.24E−06 4.58E−06 2.76E−05
Ni 1.22E−11 2.30E−11 1.52E−11 2.32E−11 1.76E−11 1.43E−09 1.20E−10
总计 7.07E−06 4.06E−05 2.66E−05 1.20E−05 9.79E−06 6.35E−06 3.60E−05
968 生 态 科 学 33 卷
表 6 沈阳铁西区老工业街道灰尘重金属小于 1 岁儿童不同
暴露途径非致癌风险与致癌风险指数
Tab. 6 Hazard quotients and cancer risks for each element
and exposure pathway of children (birth to<1) in Tiexi
District, Shenyang City.
重金属 经口暴露 风险
呼吸总暴露
风险
皮肤总暴露
风险
非致癌风险
As 4.82E−01 2.65E−04 9.02E−01
Cd 8.38E−02 6.57E−06 1.83E−02
Cr 2.92E−03 4.73E−05 2.55E−08
Cu 2.22E−02 —— ——
Hg 2.05E−02 1.12E−06 1.28E−03
Ni 3.53E−02 3.70E−05 1.54E−04
Pb 1.05E+00
Zn 2.64E−02 4.14E−06 5.76E−04
致癌风险
As 3.10E−06 —— 4.06E−07
Cd 2.24E−07 —— 9.79E−10
Cr 5.17E−06 —— 2.26E−09
Ni —— 1.22E−11 ——
个重金属口摄入、皮肤接触和呼吸吸入暴露风险
均小于 1, 非致癌风险小。全部重金属口摄入、
皮肤接触和吸入非致癌暴露风险也均小于 1。青
年和成年总暴露风险均小于 1, 非致癌风险较小。
而青年与成人致癌风险均小于 10–4, 患癌症的几
率较小。
3.3 风险指数空间分布
通过应用美国环境保护署健康风险模型, 计
算得出街道灰尘重金属污染物非致癌指数。利用
GIS 软件和反距离插值方法, 制作了街道灰尘重
金属污染物非致癌空间分布图。图 1 和图 2 为儿
童重金属非致癌风险指数空间分布。结果表明: 小
于 1 岁儿童重金属总非致癌风险主要分布在北一
西路、齐贤北街以及圣工街, 非致癌风险区域面积
占实验区总面积的 0.047%。1 岁至小于 3 岁儿童
重金属总非致癌风险分布在北一西路齐贤北街、
北二中路、景星北街和圣工街, 非致癌风险区域面
积占实验区总面积的 1.53%; 3 岁至小于 6 岁儿童
重金属总非致癌风险分布在齐贤北街、北二中路、
圣工街、北一西路, 非致癌风险区域面积占实验区
总面积的 0.012%。图 3 至图 5 为儿童重金属 As
和 Pb 非致癌风险指数空间分布。从儿童重金属
As 非致癌风险指数空间分布来看, 结果表明: 小
于 1 岁儿童重金属 As 非致癌风险分布在北一西路
和圣工街, 非致癌风险区域面积占实验区总面积
的 0.0071%; 1 岁至小于 3 岁儿童重金属 As 非致癌
风险分布在保工街、北一西路和卫工南街, 非致癌
风险区域面积占实验区总面积的 0.015%; 3岁至小
于 6岁儿童重金属As非致癌风险分布在卫工南街,
非致癌风险区域面积较小。从儿童重金属 Pb 非致
癌风险指数空间分布来看, 小于 1 岁儿童重金属
Pb 非致癌风险分布在齐贤北街和北二中路, 非致
癌风险区域面积占实验区总面积的 0.027%。1 岁
至小于 3 岁儿童重金属 Pb 非致癌风险分布在齐贤
北街, 非致癌风险区域面积。
综上所述, 铁西工业搬迁区街道灰尘重金属会
对儿童健康产生非致癌影响。其中, 重金属 Pb 和
As 对儿童非致癌风险尤其显著。
图 1 小于 1 岁(A)和儿 1 至小于 3 岁(B)儿童重金属污染物非致癌风险指数空分布
Fig. 1 Spatial distribution of children (0 to <1, A; 1 to <3, B) non-cancer health risk of total heavy metals
5 期 马志孝, 等. 老工业搬迁区街道灰尘重金属污染物的人体健康风险评价 969
图 2 3 至小于 6 岁(A)和 6 至小于 11 岁(B)儿童重金属污染物非致癌风险指数空间分布
Fig. 2 Spatial distribution of children (3 to < 6, A; 6 to < 11, B) non-cancer health risk of total heavy metals of street dust
图 3 小于 1 岁(A)和 1 岁至小于 3 岁(B)儿童重金属砷污染物非致癌风险指数空间分布
Fig. 3 Spatial distribution of children (birth to < 1, A; 1 to < 3, B) non-cancer health risk of As of street dust
图 4 3 岁至小于 6 岁儿童重金属砷(A)和铅(B)污染物非致癌风险指数空间分布
Fig. 4 Spatial distribution of children (3 to < 6) non-cancer health risk of As (A) and Pb (B) in street dust
4 讨论与建议
(1) 铁西老工业搬迁区街道灰尘从浓度最大值
与其所在街道来看, Cu, Cd, Pb, Zn, As, Hg, Ni 和
Cr(单位: mg·kg–1)分别为 143.00(北二中路), 7.10(圣
工北街 ), 625.00(北二中路 ), 1340.00(北二中路 ),
24.50(北四东路), 1.04(兴工北街), 120.00(重工北街)
和 1.48(北一西路)。
(2) 儿童重金属总暴露途径非致癌风险主要分
布在北一西路、齐贤北街以及圣工街部分地段, 小
于 1 岁儿童重金属总暴露途径非致癌风险区域面积
占实验区总面积的0.047%; 1至小于3岁重金属总暴
970 生 态 科 学 33 卷
图 5 重金属铅污染物小于 1 岁(A)和 1 至小于 3 岁(B)儿童非致癌风险指数空间分布
Fig. 5 Spatial distribution of children (birth to < 1, A; 1 to < 3, B) non-cancer health risk of Pb of street dust
露途径非致癌风险面积占实验区总面积的 1.53%; 3
岁至小于 6 岁儿童重金属总暴露途径非致癌风险区
域面积占实验区总面积的 0.012%; 6 岁至小于 11 岁
重金属总暴露途径非致癌风险区域面积很小, 可以
忽略。从儿童重金属 As 非致癌风险指数空间分布来
看, 结果表明: 小于 1 岁儿童重金属 As 非致癌风险
分布在北一西路, 圣工街和卫工南街。从儿童重金
属 Pb 非致癌风险指数空间分布来看, 儿童重金属
Pb 非致癌风险分布在齐贤北街和北二中路。青少年
和成人总非致癌风险均低于风险阀值, 非致癌风险
较小。
(3) 从街道灰尘重金属致癌风险来看, 儿童, 青
年, 成人的重金属致癌风险均低于癌症风险阈值,
致癌风险较小。健康风险评估需要多方面的信息与
数据。暴露参数是健康风险评价中的主要技术基础
数据, 其中包括: 体重, 呼吸频率, 暴露频率等等。
(4) 本研究与宝鸡市街道灰尘重金属研究相比
较[12]可知, 从两城市重金属暴露最大值浓度来看,
沈阳市铁西搬迁区除 Cu 的浓度大于宝鸡市街道灰
尘Cu重金属浓度以外, 其余重金属最大值浓度均小
于宝鸡市街道灰尘重金属最大值浓度。宝鸡市研究
结果表明: 灰尘中 10 种重金属元素对儿童的非致癌
风险大于成人, 暴露风险均表现为手口摄入>皮肤
接触>呼吸吸入, 儿童与成人均未形成致癌风险, 其
结果与铁西区研究结果相似。但本研究表明, 小于 1
岁儿童, 1 至小于 3 岁和 3 岁至小于 6 岁儿童存在重
金属总暴露途径非致癌风险。分析其原因是第一是
由于儿童生活习惯和身体构造与成人有着很大差异;
其次, 由于年龄段细化, 导致研究中各参数取值更
加具体与宝鸡市健康风险参数取值不同, 使得计算
结果表明 6 岁以及 6 岁以下儿童有着非致癌风险。
而与上海市街道灰尘重金属研究相比较[11]可
知, Cd 重金属浓度以外, 其余重金属最大值浓度均
小于上海市街道灰尘重金属浓度。上海街道灰尘暴
露模型计算表明, 重金属慢性每日平均暴露量为手-
口接触摄入量>皮肤吸收量>吸入空气量, 经手-口
接触行为直接摄入是儿童地表灰尘暴露风险的主要
途径。重金属非致癌风险 Pb>Cr>Ni>Cu>Zn>Cd, 均
小于非致癌风险阈值 1, 对人体不会造成健康危害;
致癌重金属致癌风险Cr>Ni>Cd, 均低于癌症风险阈
值, 表明不具有致癌风险。由于本研究考虑了 8 种
重金属, 而上海研究只考虑了 6 种重金属, 并且没
有细化年龄段, 因此其健康风险评价结果与铁西区
评价结果会有差别。所以, 我们建议在以后的人体
健康研究当中将年龄段细化, 来充分展示不同人群
受污染物的影响, 更好地为不同年龄段的人提供防
护建议。
(5) 健康风险评价都需要建立在对暴露定量的
基础上, 再结合剂量-反应关系的相关因子开展评
价。暴露参数数据的准确性直接决定着健康评价结
果的可信度。目前, 我国卫生部门和环保部门还没
有提供一套可靠的暴露参数手册。大多数人体健康
评价参考 USEPA 模型和参数。由于东西方差异, 适
合西方国家的暴露参数不能代表我国人群的暴露特
征, 这可能给健康风险评价结果一定的误差, 从而
影响环境风险管理和风险决策的有效性和科学性。
因此, 国家需要建立一套完整的, 基于我国的《暴露
手册》, 为政府决策者、科研工作者和技术人员提
5 期 马志孝, 等. 老工业搬迁区街道灰尘重金属污染物的人体健康风险评价 971
供必备的工具, 在提高人群暴露评价和健康风险评
价的准确性方面发挥作用。
参考文献
[1] DAY J, HART M, ROBINSON M. Lead in urban street
dust[J]. Nature, 1975, 253: 343–345.
[2] FERREIRA-BAPTISTA L, DE MIGUEL E. Geochemistry
and risk assessment of street dust in Luanda, Angola: A
tropical urban environment[J]. Atmospheric Environment,
2005, 39(25): 4501–12.
[3] 张一修, 王济, 张浩. 贵阳市区地表灰尘重金属污染分
析与评价[J]. 生态环境学报, 2011, 20(1): 169–74.
[4] 庞博, 张银龙, 王丹. 城市不同功能区内叶面尘与地表
灰尘的粒径和重金属特征[J]. 生态环境学报, 2009, 18(4):
1312.
[5] 刘申, 刘凤枝, 李晓华, 等. 天津公园土壤重金属污染评价
及其空间分析[J]. 生态环境学报, 2010, 19(5): 1097–102.
[6] 刘德鸿, 王发园, 寇太记. 洛阳市不同功能区地表灰尘
重金属的粒径分布特征[J]. 生态环境学报, 2012, 21(4):
700–705.
[7] 王春梅, 王汝南. 沈阳市加杨(Populus Candensis)叶铅污
染的空间分布[J]. 生态环境学报, 2009, 18(4): 1307–1311.
[8] MANDAL BK, SUZUKI KT. Arsenic round the world: a
review[J]. Talanta. 2002, 58(1): 201–35.
[9] BORNSCHEIN RL, SUCCOP P, KRAFFT K, et al.
Exterior surface dust lead, interior house dust lead and
childhood lead exposure in an urban environment[D].
University of Cincinnati, Ohio, 1986: 168–179.
[10] TYLER G, PÅHLSSON AMB, BENGTSSON G, et al.
Heavy-metal ecology of terrestrial plants, microorganisms
and invertebrates[J]. Water, Air, and Soil Pollution, 1989,
47(3): 189–215.
[11] 常静, 刘敏, 李先华, 等. 上海地表灰尘重金属污染的健
康风险评价[J]. 中国环境科学, 2009(05): 548–554.
[12] 陈灿灿, 卢新卫, 王利军, 等. 宝鸡市街道灰尘重金属污
染的健康风险评价[J]. 城市环境与城市生态, 2011(02):
35–38.
[13] 方凤满, 谢宏芳, 王海东, 等. 芜湖市区土壤和地表灰尘
中 As 含量分布及健康风险评价[J]. 环境化学, 2010(05):
880–883.
[14] YUEN J, OLIN PH, LIM H, et al. Accumulation of
potentially toxic elements in road deposited sediments in
residential and light industrial neighborhoods of Singapore[J].
Journal of Environmental Management, 2012, 101: 151–63.
[15] GERMAN J, SVENSSON G. Metal content and particle
size distribution of street sediments and street sweeping
waste[J]. Water Science and Technology, 2002, 46: 191–198.
[16] BU-OLAYAN AH, THOMAS BV. Dispersion model on
PM2.5 fugitive dust and trace metals levels in Kuwait
Governorates. Environmental monitoring and assessment[J].
2012, 184(3): 1731–1737.
[17] HU X, ZHANG Y, LUO J, et al. Bioaccessibility and health
risk of arsenic, mercury and other metals in urban street
dusts from a mega-city, Nanjing, China[J]. Environmental
Pollution. 2011,159(5): 1215–21.
[18] LEUNG AOW, ZHENG JS, YU CK, et al. Polybrominated
Diphenyl Ethers and Polychlorinated Dibenzo-p-dioxins
and Dibenzofurans in Surface Dust at an E-Waste Processing
Site in Southeast China[J]. Environmental Science and
Technology. 2011, 45(13): 5775–5782.
[19] YAP CK, KRISHNAN T, CHEW W. Heavy Metal Concen-
trations in Ceiling Fan Dusts Sampled at Schools Around
Serdang Area, Selangor[J]. Sains Malaysiana. 2011, 40(6):
569–575.
[20] 任婉侠, 薛冰, 马志孝, 等. 老工业搬迁区土壤重金属污
染特征及潜在生态风险—以沈阳铁西老工业区为例[J].
可持续发展, 2012, 2, 159–166.
[21] SUN LN, GENG Y, SARKIS J, et al. Measurement of
polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in a Chinese
brownfield redevelopment site: The case of Shenyang[J].
Ecological Engineering. 2013, 53, 115–119.
[22] MANTA DS, ANGELONE M, BELLANCA A, et al.
Heavy metals in urban soils: A case study from the city of
Palermo (Sicily), Italy[J]. The Science of the Total Environ-
ment, 2002, 300(1–3): 229–243.
[23] U.S. EPA (Environmental Protection Agency). Exposure
factors handbook: 2011 edition [R]. National Center for
Environmental Assessment, Washington, DC; EPA/600/
R-09/052F. 2011. Available from the National Technical
Information Service, Springfield, VA, and online at http://
www.epa.gov/ncea/efh.
[24] 环保部, 污染场地风险评估技术导则(征求意稿), 2009.
[25] 王宗爽, 段小丽, 刘平, 等. 环境健康风险评价中我国居
民暴露参数探讨[J]. 环境科学研究, 2009(10): 1164–70.
[26] U.S. EPA (Environmental Protection Agency). Supple-
mental guidance for developing soil screening levels for
superfund sites [R], Washington, DC; 2002.
[27] DUDKA S, MILLER W. Permissible concentrations of
arsenic and lead in soils based on risk assessment[J]. Water,
Air, and Soil Pollution. 1999, 113(1): 127–32.
[28] U.S. EPA (Environmental Protection Agency). Toxics
Release Inventory Relative Risk-based Environmental
indicators: Interim Toxicity Weighting Summary Document
[R], Office of Pollution Prevention and Toxics,Washington,
DC; 1997.