北京城市道路灰尘重金属污染的健康风险评价

第32卷第8期2012年8月环　境　科　学　学　报　ActaScientiaeCircumstantiaeVol.32,No.8Aug.,2012基金项目:国家科技支撑计划(No.2007BAC28B01);国家重点基础研究发展计划(No.2007CB407307);城市与区域生态国家重点实验室自主项目SupportedbytheNationalKeyTechnologyResearchandDevelopmentProgram(No.2007BAC28B01),theNationalBasicResearchProgramofChina(No.2007CB407307)andtheStateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcologyGrantProgram作者简介:唐荣莉(1984—),女,E-mail:[e-mail];∗通讯作者(责任作者),E-mail:[e-mail]:TANGRongli(1984—),female,E-mail:[e-mail];∗Correspondingauthor,E-mail:[e-mail]唐荣莉,马克明,张育新,等.2012.北京城市道路灰尘重金属污染的健康风险评价[J].环境科学学报,32(8):2006-2015TangRL,MaKM,ZhangYX,etal.2012.HealthriskassessmentofheavymetalsofstreetdustinBeijing[J].ActaScientiaeCircumstantiae,32(8):2006-2015北京城市道路灰尘重金属污染的健康风险评价唐荣莉1,2,马克明1,∗,张育新1,毛齐正1,21.中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京1000852.中国科学院研究生院,北京100039收稿日期:2011-11-18　　　修回日期:2012-01-14　　　录用日期:2012-01-16摘要:道路灰尘是城市中一类重要的环境介质,人群可通过吸入、摄食及皮肤接触3种途径摄入灰尘中的污染物,长期暴露在灰尘环境中会对人体造成慢性伤害.为探索北京城市道路灰尘中重金属污染的潜在健康风险,本研究于2009年对北京城市道路网络地表灰尘进行调查并获得有效样品225个.研究测定了样品中常见重金属Cd、Cr、Cu、Mn、Ni和Pb的总含量,并应用美国环保署(U.S.EPA)人体暴露风险评价方法进行评价.结果表明,研究区域道路地表灰尘中重金属Mn、Ni的平均含量略低于北京市的土壤背景值,Cr含量略高于土壤背景值,Cu、Pb均值为背景值的2~3倍,Cd含量几乎超出背景值的5倍.不同途径重金属慢性每日平均暴露量排序为:手-口摄食途径皮肤接触途径吸入途径.重金属成人非致癌风险排序为CrMnPbCuNiCd,儿童非致癌风险排序为CrPbMnCuNiCd,均小于非致癌风险阈值;重金属致癌风险排序为CrNiCd,均低于致癌风险阈值,其中以Cr和Pb的潜在健康风险最高.对比采样涉及的各行政区内儿童非致癌风险均值发现,风险值随城市功能区定位呈现梯度变化,即首都功能核心区城市功能拓展区城市发展新区.Cu、Ni和Pb的健康风险与人口密度、建筑用地等因子显著相关,其含量受人为活动的影响较大,应加强管理控制其风险.关键词:道路灰尘;重金属;健康风险评价;北京文章编号:0253-2468(2012)08-2006-10　　　中图分类号:X820.4　　　文献标识码:AHealthriskassessmentofheavymetalsofstreetdustinBeijingTANGRongli1,2,MAKeming1,∗,ZHANGYuxin1,MAOQizheng1,21.StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing1000852.GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing100039Received18November2011;　　　receivedinrevisedform14January2012;　　　accepted16January2012Abstract:Streetdustisanimportantenvironmentalpollutantinurbanarea.Long-termexposuretothedustenvironmentwouldcausechronicdamagethroughwaysofinhalation,ingestion,anddermaltaken.InordertoevaluatethepotentialhealthriskofstreetdustinBeijing,anextensivesurveywasconductedintheurbanareaswithintheSixth-RingRoad.Totally225dustsampleswerecollectedfromthestreetsurfacesinSeptember2009andtheirconcentrationsofCd,Cr,Cu,Mn,Ni,andPbweredetermined.HumanhealthriskassessmentmethodestablishedbyU.S.EPAwasusedtoevaluatethepotentialhealthriskofthoseheavymetalsinthestreetdust.ExceptforMnandNi,theaverageheavymetalconcentrationsinthestreetdustwereallhigherthanthebackgroundvaluesofBeijing,whereCrwasslightlyhigher,CuandPbwere2~3timeshigher,andCdwas5timeshigherthanthebackgroundvalues.Thewayofchronicdailyaverageexposurewasingestiondermaltakeninhalation.Thenon-cancerriskofexposurewasCrMnPbCuNiCdforadultandCrPbMnCuNiCdforchildren,whilethecancerriskofexposurewasCrNiCd.Alltheriskswerelowerthantheaverageriskthresholdsoftheheavymetals,andwouldthereforenotcausecarcinogenichealthhazardtohumanbody.Generally,themostpotentiallyharmfulheavymetalsinBeijingurbanareawereCrandPb.Moreover,acomparisonamongthe14districtsofBeijingwiththenon-cancerriskforchildrenshowedthatdowntownexpandingurbanareadevelopingurbanarea,indicatingsignificantrelationshipwithdistrictfunction.ThehealthrisksofCu,Ni,andPbwerecorrelatedwithpopulationdensityandtheproportionofbuilt-uparea.Therefore,propermeasuresshouldbetakenforthedustriskmanagementintermsofhumanactivities.Keywords:streetdust;heavymetals;healthriskassessment;Beijing8期唐荣莉等:北京城市道路灰尘重金属污染的健康风险评价1　引言(Introduction)道路地表灰尘是城市中一类重要的环境污染源,它是土壤颗粒、运输散落颗粒、大气沉降颗粒物、生物残渣及道路表面、轮胎磨损物等物质的混合体(常静等,2007).在形成和移动过程中道路灰尘不断接纳汽车尾气排放及非尾气排放污染物(制动系统磨损物),并受到周围环境,如区域的工业设施、热力系统排放、建筑物风化、工程建设等污染排放的影响(Meza-Figueroaetal.,2007;Zhangetal.,2009).在车辆和风的动力作用下,道路灰尘及其中携带的污染物会进入大气环境;同时,污染物可随雨水及城市路面清洁形成地表径流进入到附近土壤和水体中,进而威胁生态安全(Kimetal.,1998;Prattetal.,2007).重金属是一类广泛存在的城市环境污染物,任何高含量的重金属都会对生物体造成威胁.城市中的微量重金属主要来自于地表灰尘再悬浮和交通排放(Pereiraetal.,2007),而Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb是城市中常见的几种重金属.Cd广泛用于电镀及多种制造业,主要源自与交通相关的润滑油、轮胎,以及肥料、杀虫剂生产制造或煤、垃圾焚烧等过程;Cr主要用于不锈钢、汽车零件、工具制造等;Cu广泛应用于机械制造、建筑工业等,在城市中可能来自轴刹车系统磨损、混凝土、沥青、橡胶等;Mn含量通常较为稳定,主要来自冶金场地、钢铁厂;Ni常用于电子线路、玻璃、合金制造等;城市道路灰尘中的Pb主要来自石油产品、轮胎、润滑油脂及轴承磨损等,同时受道旁绿地杀虫剂、磷酸盐化肥的影响.此外,大气沉降、迁移也可能是其重要来源.直接暴露在灰尘环境中的人群可通过吸入、摄食及皮肤接触3种途径摄入灰尘中的污染物,道路灰尘在人体中的长期累积可能会对人体造成慢性伤害.研究发现,重金属进入人体后会累积在脂肪组织中或沉积在循环系统中,进而影响消化、心血管和中枢神经系统或成为其它疾病的辅因子(Zhengetal.,2010).例如,含镉的烟雾和灰尘可经呼吸道吸入,造成急性﹑慢性中毒,镉化合物易积存于肝或肾脏中,还可导致骨质疏松;过多的铜进入体内可出现恶心、呕吐、急性溶血和肾小管变形等中毒现象;长期接触锰可引起类似帕金森综合症类的神经症状;慢性超量摄取镍可导致心肌、脑、肺、肝和肾退行性变;低浓度铅的慢性长期健康效应表现为影响大脑和神经系统,并明显影响到儿童智力发育及表现行为异常等.一些金属对生物还具有致癌、致畸及致突变效应(Zhengetal.,2010),例如,Pb和Cd为人体非必须元素,即使在非常低剂量的情况下依然会对人体造成伤害,尤其是Pb,在城市中具有来源广泛、迁移性较强、毒性较高、使用历史长等特点,在道路灰尘中的含量尤其需要引起人们的重视.因此,评价高密度人口聚集区域人群面临的地表灰尘重金属风险,对于监测城市环境健康和管理环境具有重要意义.道路灰尘健康风险评价是针对道路污染场地开展的基于人体健康的环境风险评价,其目的是通过评价污染物对人体健康造成危害的可能性和大小来指导污染防治决策.从《城市街道中的铅》一文发表以来(Dayetal.,1975),世界发达区域有关街尘对健康影响的研究至少已开展了近30年,主要涉及城市区域街道环境中灰尘的来源及化学成分(Fergussonetal.,1986),街道灰尘中颗粒物的数量和尺寸(Acostaetal.,2009),城市灰尘和土壤中重金属含量与尿液、血液中对应元素浓度的关系(Faragoetal.,1998),儿童的环境暴露量及行为效应(Gulsonetal