河池礦區(qū)地表灰塵中Pb、As、Cd生物可給性研究

黃春霞

摘要：以廣西南丹大廠鎮(zhèn)、車河鎮(zhèn)周邊地區(qū)為研究區(qū)域，采用PBET方法分析了地表灰塵中Pb、As、Cd的生物可給性及其影響因素。結(jié)果表明。道路和室內(nèi)灰塵中Pb、cd元素在胃階段的溶解量比在小腸階段的溶解量大，As則相反;地表灰塵以細(xì)粒徑為主，重金屬Pb、As、Cd元素主要富集在細(xì)粒徑顆粒中，并隨著粒徑的增大，三種元素含量均逐漸降低;道路灰塵中重金屬元素的生物可給性主要受灰塵的pH值、有機(jī)質(zhì)、粒徑等因素影響。

關(guān)鍵詞：重金屬;道路、室內(nèi)灰塵;粒徑;生物可給性

中圖分類號(hào)：X820 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）20-0129-03

1引言

Ruby等定義重金屬的生物可給性為釋放到消化液中的重金屬含量與經(jīng)口攝入土壤灰塵中重金屬含量的比值，即土壤灰塵中重金屬在胃腸道中的可溶解率，反映了重金屬在人體消化系統(tǒng)中的最大吸收率。Beyer等研究發(fā)現(xiàn)人和動(dòng)物可通過吸人含重金屬的灰塵、口食被重金屬污染的食物、水和土壤等途徑攝食重金屬。通過人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估發(fā)現(xiàn)，攝食污染灰塵是重金屬主要的暴露途徑之一，灰塵中重金屬只要進(jìn)入體內(nèi)，經(jīng)胃腸液吸收后就會(huì)參與機(jī)體循環(huán)，對(duì)人體產(chǎn)生毒性。

廣西南丹蘊(yùn)藏著豐富的有色金屬礦產(chǎn)資源，多年來不合理的資源開采利用對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，并且危害當(dāng)?shù)鼐用窠】担虼酥饾u引起國內(nèi)諸多學(xué)者的關(guān)注研究。研究區(qū)域?yàn)楹映厥心系たh大廠鎮(zhèn)、車河鎮(zhèn)，分析了地表灰塵中Pb、As、Cd的生物可給性及其影響因素，地表灰塵不同粒徑分布特征以及重金屬在不同粒徑中的分布規(guī)律。

2樣品與方法

2.1樣品采集與分析

在研究區(qū)的多個(gè)社區(qū)及村屯采集道路和室內(nèi)灰塵樣品，具體采樣點(diǎn)如圖1。本研究共采集69個(gè)灰塵樣品，用自封袋密封保存。所有樣品帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，挑揀出石屑、植物、毛發(fā)、碎屑等雜物后過20目篩，再以四分法取1/4的灰塵樣品于瑪瑙研缽內(nèi)研磨過60目篩，用于測(cè)定灰塵的pH值、有機(jī)質(zhì)（SOM）、粒徑等理化性質(zhì)，同樣取1/4的灰塵樣品研磨過100目篩，用于測(cè)定灰塵重金屬總量和可給性實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)步驟參見韋妮玉論文。

2.2生物可給性的研究方法

目前生物可給性的研究評(píng)價(jià)方法主要有活體實(shí)驗(yàn)和體外試驗(yàn)。活體實(shí)驗(yàn)是以動(dòng)物或器官為研究對(duì)象，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)較為準(zhǔn)確、可靠，但實(shí)驗(yàn)周期較長、費(fèi)用高，其應(yīng)用受到限制。體外實(shí)驗(yàn)由于其操作簡單、費(fèi)用低、結(jié)果較為準(zhǔn)確而受到廣泛關(guān)注。近年來，國內(nèi)外普遍使用的體外消化方法有：生物原理提取法（PBET）、生物可給性簡化提取法（SBET）、體外腸胃法（IVG）、DIN等。

本研究采用生物可給性實(shí)驗(yàn)中的PBET方法，即利用胃蛋白酶、膜酶和膽汁等多種消化酶模擬人體胃液和腸液，37℃恒溫振蕩浸提，測(cè)試灰塵中重金屬的生物有效性，以此評(píng)價(jià)本研究區(qū)域地表灰塵中重金屬Pb、As、Cd的生物可給性。李儀采用PBET法研究重金屬Pb的生物可給性，得出Pb的生物可給量在1.07%～4.27%之間。王佳敏分析發(fā)現(xiàn)杭州地表灰塵中Pb、Cd元素在小腸環(huán)境的溶解量分別為0.29%～19.30%、7.18%～76.65%，胃液環(huán)境中溶解量分別為7.01%～70.09%、29.27%～99.8%。

3結(jié)果與討論

3.1地表灰塵生物可給性

范佳民研究淮南地表灰塵重金屬特征發(fā)現(xiàn)，胃液環(huán)境中Pb、Cd的生物溶解量明顯高于小腸環(huán)境。這與本研究結(jié)論相似，本研究中道路灰塵的重金屬元素Pb、As、Cd在胃階段的生物可給性均值分別是4.35%、1.53%、5.30%;小腸階段為0.40%、2.39%、1.98%（表1），Pb、Cd在胃階段的溶解量比在小腸階段的溶廨量大，As則相反。道路灰塵總量As～Pb>Cd，在胃環(huán)境下生物可給性均值表現(xiàn)為Cd>Pb>As，即強(qiáng)酸環(huán)境中As的生物可給性與總量呈反相關(guān)關(guān)系，總量越大生物可給性越低，但在弱堿性的小腸環(huán)境下As釋放更容易，生物可給性表現(xiàn)為As>Cd>Pb。

室內(nèi)灰塵中重金屬元素Pb、As、Cd在胃階段的生物可給性均值分別是4.43%、1.98%、5.45%，小腸階為0.65%、3.78%、2.15%。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)灰塵的生物可給性特征和道路灰塵的表現(xiàn)一致，Pb、Cd在胃階段生物可給性明顯高于小腸階段，As則相反。

3.2地表灰塵粒徑

本研究對(duì)所采集的69個(gè)灰塵樣品進(jìn)行粒徑分析，把每個(gè)樣品分成小于75um、75～150um、150～250um、250～500um 4個(gè)粒徑等級(jí)。取地表灰塵中不同粒徑顆粒所占的質(zhì)量百分比，結(jié)果見表2。

由數(shù)據(jù)分析可見，小于75um的粒級(jí)顆粒的質(zhì)量百分比最高，而且隨著灰塵顆粒由細(xì)變粗，其質(zhì)量百分比呈逐漸降低趨勢(shì)。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)粒徑越小的灰塵中重金屬的富集程度越高。田暉等研究杭州城市灰塵中Pb、Cd的粒徑分布發(fā)現(xiàn)，隨著粒徑的逐級(jí)變小，Pb、Cd的含量整體呈上升趨勢(shì)。可見，灰塵顆粒越細(xì)，其包含的重金屬含量越高，帶來的危害效應(yīng)越大。

本研究通過測(cè)定研究區(qū)道路、室內(nèi)灰塵中Pb、As、Cd元素分別在4種粒徑范圍內(nèi)的樣品含量平均值，以分析不同灰塵顆粒中重金屬含量的分布規(guī)律。由圖2和3顯示，隨著灰塵粒徑逐級(jí)增大，Pb、As、Cd 3種元素的含量均呈下降趨勢(shì)，小于75um粒徑的灰塵中重金屬元素含量均為最大值，說明不同類型的重金屬元素都會(huì)隨顆粒變細(xì)而發(fā)生富集。

3.3生物可給性影響因素

通過SPSS19.0矩陣對(duì)道路灰塵的生物可給性與理化性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析（表3）發(fā)現(xiàn)，重金屬Pb、As、Cd元素在胃階段的生物可給性與其pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即灰塵中pH值越大，重金屬在胃階段的生物可給性越低。灰塵有機(jī)質(zhì)（SOM）與Pb、As、Cd生物可給性總體呈正相關(guān)關(guān)系，SOM與胃階段Pb、Cd的生物可給性存在較顯著相關(guān)，而與As的生物可給性呈弱相關(guān)關(guān)系。

另外，灰塵在小于75um的粒徑顆粒范圍與Pb、As、Cd的生物可給性存在正相關(guān)關(guān)系。而75～150um、150～250um、150～250um、250～500ttm的粒徑顆粒范圍與生物可給性則從弱相關(guān)到負(fù)相關(guān)，說明灰塵的重金屬含量與生物可給性主要集中在細(xì)顆粒中，灰塵顆粒越細(xì)，重金屬含量及其生物可給性均越高。王佳敏也得出同樣的結(jié)論，顆粒物粒徑越小，對(duì)重金屬活性的富集能力越強(qiáng)，生物可給性越高。

4結(jié)論

（1）通過PBET方法分析得出，研究區(qū)的道路和室內(nèi)灰塵中Pb、Cd元素在胃階段的溶解量比在小腸階段的溶解量大，As則相反。

（2）地表灰塵以細(xì)粒徑為主，重金屬元素Pb、As、Cd主要富集在細(xì)灰塵顆粒中，隨著灰塵粒徑的變小，元素含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。

（3）相關(guān)性分析顯示，灰塵的pH值、SOM、粒徑是灰塵重金屬元素生物可給性的重要影響因素。pH值越高，胃階段的生物可給性越低;胃階段生物可給性隨灰塵有機(jī)質(zhì)含量的升高而增加;灰塵顆粒越細(xì)，重金屬含量及其生物可給性越高。