上海市公園灰塵Hg、As污染特征及其健康風(fēng)險評價**

華東師范大學(xué)地理信息科學(xué)教育部重點實驗室（200062） 周梟瀟 沈 航 葉 曉 陳子庚

指導(dǎo)教師：畢春娟

一、引言

城市公園是城市建設(shè)的重要組成部分，是城市生態(tài)系統(tǒng)、城市景觀的重要表現(xiàn)形式。城市公園的環(huán)境質(zhì)量，關(guān)系到該區(qū)域居民的生活質(zhì)量。城市灰塵是指分散于城市表面的小粒徑的固體顆粒物，其主要來源是土壤顆粒、交通和建筑揚塵、大氣沉降顆粒物、生物殘渣及道路表面、輪胎磨損物等物質(zhì)的混合體。城市灰塵往往攜帶有毒有害重金屬，是城市環(huán)境重要的污染源，同時也是危害市民健康的主要污染物。[1-3]

Hg和As都是典型的有毒污染物，具有高毒性、持久性、可累積性和易遷移性等特點。其中，Hg具有干擾人體內(nèi)分泌的功能，能影響人體生殖功能和甲狀腺體的發(fā)育及分泌功能；As是公認的致癌物，也是當(dāng)前環(huán)境中最普遍、危害最大的污染物之一。[4]灰塵中的Hg和As來源于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢氣排放、生活垃圾的焚燒、交通尾氣排放等，并通過皮膚接觸、呼吸、附著于食物表面等途徑直接或間接地進入人體，從而影響人體健康。

目前，關(guān)于城市地表灰塵的研究主要集中于兩個方面，一方面是地表灰塵中重金屬含量與來源研究，包括城市灰塵重金屬的分布特征、賦存形態(tài)、粒徑效應(yīng)以及來源和影響因素。另一方面是分析其空間分布特征，應(yīng)用GIS等空間技術(shù)就不同功能區(qū)進行空間分析對比。[5-8]關(guān)于上海市灰塵中重金屬的研究，部分學(xué)者認為主要的污染源是交通和工業(yè)生產(chǎn)。[9]有研究表明上海市地表灰塵中重金屬含量低，健康危害低，[10]因為灰塵重金屬主要以非生物有效態(tài)的形式存在，不易揮發(fā)和被人體吸收，較為穩(wěn)定但污染時間較持久。[11]但是，關(guān)于公園灰塵中的Hg和As污染的研究還未有報道。

本文主要以上海市公園為對象，對灰塵中的Hg和As進行檢測分析，研究其污染狀況，并使用地累積指數(shù)法和健康風(fēng)險健康風(fēng)險評價模型（CDI），對灰塵中Hg和As的污染水平和健康風(fēng)險進行評估，為更科學(xué)地評估上海市公園環(huán)境質(zhì)量、提高市民生活質(zhì)量和保障市民身體健康提供理論依據(jù)。

二、材料與方法

1. 樣品采集與預(yù)處理

對上海市所有公園用網(wǎng)格進行分選，根據(jù)上海市的公園在市區(qū)密集郊區(qū)稀疏的現(xiàn)狀進行調(diào)整。最終確定了18個公園進行研究，市區(qū)有6個，郊區(qū)有12個，具體分布如圖1所示。

圖1 上海市公園灰塵采樣點分布

將樣品低溫烘干后研磨，部分過120目尼龍篩，用于測定灰塵中的Hg和As的含量。另取部分樣品過30目篩用于測量粒度，部分樣品過60目用于測量有機質(zhì)。

2. 樣品分析

取過30目篩的樣品用激光粒度儀（LS13320，美國貝克曼庫爾特公司）測其粒徑。取過60目篩的樣品，用重鉻酸鉀容量法測定有機質(zhì)的含量。過120目篩的樣品，經(jīng)王水消解后，用原子熒光光譜儀（AFS-9230，北京天吉公司）測定Hg和As的含量。采用QA/QC程序確保持實驗的準確性，在實驗的過程中使用GBW07309作為沉積物的質(zhì)控標樣，測定的回收率在85.5%～97.3%。實驗所用的酸均為優(yōu)級純，水為超純水。

3. 污染評價方法

根據(jù)地累積指數(shù)法 (Geoaccumulation Index)，對上海市公園灰塵重金屬污染狀況進行分析評價。Igeo的計算公式如下:

式中：Ci表示地鐵灰塵中污染物i的濃度；Bi為該污染物的地質(zhì)背景值，系數(shù)1.5是為了消除各地巖石差異引起的變動而產(chǎn)生的影響。文中兩種重金屬元素的Bi采用上海市土壤重金屬含量背景值，用0.13mg/kg和5.57mg/kg，作為Hg和As的參考標準[12]。對于重金屬的Igeo污染程度的分級如表1。

表1 地累積指數(shù)污染分級

4. 灰塵中重金屬的潛在風(fēng)險評價方法

灰塵進入人體的主要途徑是口鼻攝入、呼吸攝入和皮膚暴露。美國EPA推薦的健康風(fēng)險評價模型（CDI）適用于評價不同類型污染物通過多種途徑進入人體后所引起的健康風(fēng)險，包括非致癌物引致的非致癌風(fēng)險以及致癌物引致的致癌風(fēng)險。因此，本文采用健康風(fēng)險評價模型（CDI）作為評價方法。[13]其中部分參數(shù)根據(jù)中國人的體質(zhì)與上海公園的情況有所改動。[14]

三、結(jié)果與討論

1. 上海市公園灰塵中重金屬含量水平

上海市公園灰塵的理化性質(zhì)如表2所示，以上海市土壤背景值中Hg和As的含量狀況為參考標準，上海市公園灰塵 Hg 含量在 0.07～3.75mg/kg，平均為0.43mg/kg。18個樣品中，大部分公園都處于背景值之內(nèi)，而古城、嘉定、金山、青浦和閘北明顯高出環(huán)境背景值3倍以上，其中金山公園樣品中Hg的濃度甚至是背景值的28.8倍。上海公園灰塵中As含量在3.71～157.18mg/kg，平均為23.26mg/kg，大部分公園的As濃度都在背景值左右，但寶山、古華和青浦地表灰塵中的As含量分別達到環(huán)境背景值的6.5、20.7、10.1倍，而佘山、閘北植物園也在背景值的2～3倍之間。上海公園灰塵中TOC的含量為0.06-2.06%，平均0.74%。平均粒徑大小范圍在20.00～307.40μm，平均155.72μm。

表2 上海市公園灰塵中Hg、As含量及其理化性質(zhì)

圖2是使用地累積法對18個公園灰塵的Hg和As污染評價的結(jié)果。對于Hg的污染狀況，有72.22%的公園屬于無污染或者輕度污染，而古城1.85和閘北1.91屬于偏中污染，占11.11%；嘉定2.62和青浦2.21屬于中度污染，也占11.11%；金山4.85屬于重度污染?？傮w上，上海市公園灰塵Hg的污染值是1.14，屬偏中污染。對于As，有83.33%的公園屬于無污染和輕度污染，此外，寶山2.71屬于中度污染，青浦3.34屬于偏重污染，而古華4.38則是重度污染?？傮w污染值是1.48，屬偏中污染。

圖2 上海市公園灰塵中Hg、As的污染評價結(jié)果

將本研究結(jié)果分別與城區(qū)道路、地鐵站點、學(xué)校校園、城市廣場和高架沿線等城市中不同區(qū)域的地表灰塵Hg和As含量[15-18]進行比較（表3），由于部分公園樣點的含量較大，致使平均值不能客觀反映上海市公園灰塵中Hg和As污染的真實情況，研究中選用中位數(shù)(Hg 0.12mg/kg，As 9.13mg/kg)進行對比。可以得出，城市不同區(qū)域中As和Hg污染物濃度相差不大。公園中的As含量稍微偏高，而相比于地鐵站點和城市街道而言，公園中Hg含量是最低的?？傮w而言城市中幾個區(qū)域的Hg和As總體的污染水平差異不大。

表3 城市不同功能區(qū)Hg和As含量/mg●kg-1

2. 空間分布特征

根據(jù)設(shè)置采樣點時，市區(qū)密集郊區(qū)稀疏的原則，把市區(qū)6個點和郊區(qū)12個點分開進行統(tǒng)計，郊區(qū)Hg和As的平均濃度分別為0.50mg/kg和28.28mg/kg，而市區(qū)的平均濃度分別為0.29mg/kg和11.75 mg/kg。無論As 或Hg,郊區(qū)的平均值數(shù)據(jù)要大于市區(qū)，所以郊區(qū)公園的灰塵中As 和Hg 的污染高于市區(qū)。同時郊區(qū)的As 的含量的標準差是市區(qū)的15倍，Hg的標準差也達3倍，可見，雖然郊區(qū)As和Hg的總體污染程度較嚴重，但其各個樣本差異性較大，因為郊區(qū)某些公園內(nèi)的數(shù)據(jù)異常偏高，帶動整體均值偏高；相反，市區(qū)里無論As 或Hg，其數(shù)值的標準差較小，污染差異性較小。Hg在市中心的六個公園平均污染指數(shù)是0.57，郊區(qū)的12個公園平均是1.36，市區(qū)屬于輕度污染，而郊區(qū)屬于偏中污染。As在市區(qū)的公園平均污染指數(shù)是0.49，屬輕度污染，郊區(qū)平均1.76，屬偏中污染。對于As 和Hg，郊區(qū)污染明顯大于市區(qū)，郊區(qū)處于偏中污染，市區(qū)處于輕度污染。綜上，市區(qū)的公園普遍污染小，環(huán)境較好。

上海市公園灰塵中Hg和As的空間分布如圖3，數(shù)據(jù)用極差歸一法處理。上海市公園灰塵Hg污染，西邊的公園大于其他地區(qū)，并且其他區(qū)域較為平均。而As的污染主要是邊緣區(qū)部分公園比較突出，中心地區(qū)公園As污染水平低?？傮w而言，上海市公園灰塵中Hg和As的含量呈現(xiàn)：西南地區(qū)突出，中心小于周邊的特點。

圖3 Hg和As濃度分布圖

上海地區(qū)工業(yè)設(shè)施大部分位于郊區(qū)。而西南地區(qū)污染尤其高，可能是因為金山石化等高排放、重污染的企業(yè)、以及華東地區(qū)較大規(guī)模的電子拆卸基地都位于上海的南部。這些企業(yè)的生產(chǎn)過程中往往產(chǎn)生大量重金屬廢碎屑進入環(huán)境。由此推測，As和Hg的含量分布與當(dāng)?shù)毓I(yè)有關(guān)。

許多研究表明沉積物的理化性質(zhì)，如粒度、TOC與重金屬的濃度有顯著相關(guān)關(guān)系。往往地表灰塵中粒徑較小的顆粒Hg和As含量更高，[19]而灰塵中的有機物質(zhì)的含量會影響Hg和As的不同形態(tài)的含量。[20]相關(guān)分析結(jié)果表明，上海市公園路面灰塵中Hg、As濃度與粒度和有機質(zhì)之間沒有相關(guān)性，公園灰塵中As和Hg的空間分布更多的受到當(dāng)?shù)匚廴九欧诺挠绊憽?/p>

3. 上海市公園灰塵Hg、As的健康風(fēng)險評價

表4列出了18個公園灰塵中Hg、As的健康風(fēng)險評價結(jié)果。上海市公園灰塵中Hg和As的非致癌風(fēng)險系數(shù)都小于1，經(jīng)手-口攝入傳播途徑的暴露風(fēng)險系數(shù)最大，其次是呼吸吸入途徑，最小的是皮膚接觸的途徑。As的非致癌風(fēng)險系數(shù)3.85×10-1較大，Hg為3.15×10-2。As的非致癌風(fēng)險要大于Hg，但是兩者都屬于風(fēng)險很小的程度。As的致癌風(fēng)險為1.1×10-8低于致癌風(fēng)險閥值范圍10-6～10-4，表明致癌風(fēng)險較低，基本不會對人體造成致癌危害，可以適度進行防護。

表4 重金屬不同暴露途徑及風(fēng)險評價

四、結(jié)論

（1）上海市公園灰塵中Hg和As的平均含量為0.43mg/kg和23.26mg/kg，均高于上海市土壤背景值，但是整體上污染程度不高，都處于偏中度污染。

（2）上海市西部公園灰塵中Hg的含量大于其他地區(qū)，而As的污染主要集中于邊緣區(qū)部分公園。總體上，上海市公園灰塵中Hg和As的空間分布特征為西南地區(qū)突出，中心小于周邊。

（3）上海市公園灰塵中Hg、As的健康風(fēng)險總體較小，表明上海市公園整體環(huán)境質(zhì)量尚高，適合市民休閑娛樂。

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