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我国城市公园土壤铅含量、来源及人体生物有效性研究

3、环境科学 > 专题9：城市化与土壤安全

随着城市化和工业化进程的加快，土壤重金属污染已成为危害我国居民健康的重要环境问题。其中，随着城市各种人为活动的加剧，城市土壤重金属污染也越来越受到人们的日益关注。研究已表明城市土壤铅污染与城市儿童血铅含量密切相关。城市公园是城市居民休闲娱乐的重要场所，公园土壤细颗粒可以粘附在成人和儿童手掌，通过手口行为被无意摄入进入人体，进而危害人体健康。然而，土壤颗粒被摄入后，并不是其中所有的重金属都能被人体吸收，即生物有效性小于100%，并且不同土壤样品间重金属的生物有效性存在很大的变异，取决于土壤性质、重金属赋存形态等因素。因此，测定污染土壤和城市土壤中铅经口腔摄入后的人体生物有效性，已经成为准确评价、控制人体重金属暴露的关键科学问题。然而，相对于污染区土壤，城市土壤重金属含量相对较低，限制了动物活体实验的开展。为了精确评估城市公园土壤铅污染的人体健康风险，需要在测定铅含量的基础上解析铅污染来源，并开展动物活体试验测试铅的人体生物有效性。
本研究中从我国27个省会城市采集了162份土壤样品，测定土壤铅含量，利用铅稳定同位素比值解析铅污染来源；对其中38个土壤样品，利用小鼠长期暴露活体实验以及体外胃肠模拟液SBRC两种方法测试了铅的人体生物有效性。结果表明，城市公园土壤样品中铅含量范围为9.3−1198 mg kg−1，92%的土壤样品中铅含量低于100 mg kg−1，表明我国城市公园土壤铅污染水平为中等至较低。基于SBRC方法，土壤中铅的生物有效性为20−94%，在铅含量<100 mg kg−1时随着土壤铅含量的增加而增加（R = 0.44），在铅含量>100 mg kg−1时铅的生物有效性维持在60−80%。基于小鼠活体试验，铅的生物有效性为17−87%，与铅含量同样表现出类似的相关关系。基于铅稳定同位素比值源解析技术，我们发现我国城市公园土壤中铅的主要人为污染来源为煤炭燃烧。煤炭燃烧过程会释放含铅粉尘，随着大气沉降进入城市公园土壤。粉煤飞灰中铅的形态多以可溶解态的铅形态存在，而自然母质中的铅多以生物不可利用的残渣态存在。当人为污染来源贡献率增加时，城市公园土壤铅含量增加，同时土壤中铅以可溶解态存在的比例也增加，从铅污染来源的角度揭示了城市土壤铅人体生物有效性随着铅含量增加而升高的机制。此外，我们对比了SBRC与小鼠活体试验两种方法的生物有效性测试结果，发现两者间存在着显著的正相关关系（R2 = 0.61），揭示了体外胃肠模拟液提取方法预测城市土壤中铅人体生物有效性的适用性，研究成果为选择合适体外胃肠模拟方法快速评价城市土壤的人体健康风险提供了新的方法学，对采取措施降低城市土壤铅生物有效性和保障我国城市儿童健康具有重要科学意义。