土壤重金属铅污染及对人类健康的危害综述
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1土壤铅污染的现状
目前，全世界平均每年排放约500万t铅。过去50 a间，排放到全球环境中的铅约有7.83×105 t，其中大部分进入土壤，致使世界各国土壤出现不同程度的重金属污染[2]。我国24个省（市）城郊、污水灌溉区、工矿等经济发展较快地区的320个重点污染区中，重金属含量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的80%以上，其中铅是最严重的污染元素之一[3]据统计，我国大中城市郊区蔬菜、粮食、水果、肉类与畜产品中铅的超标率分别为3 8.6％、2 8.0％、27.6％、41.9％和71.1％。以沈阳市为例，环境中铅的暴露普遍，市区土壤全铅含量范围为26~2 910 mg／kg，污染程度较高[4].
(2) SBET ( Simplified Bioavailability ExtractionTest)方法是Medlin等人发展起来专门用于研究土壤中铅的生物有效性的方法[13]。W ang等人利用该方法研究了12个路边土壤样品中多种重金属对人体的生物有效性,发现铅的生物有效性最高,达到了711% [14]。崔岩山等采用PBET、SBET和IVG3种in v itro方法研究浙江上虞4种污染土壤中铅的生物可给性,结果表明, 3种方法得到的铅在模拟胃肠液中的生物可给性不同,胃阶段,采用SBET方得到的数值最大,放有食物的IVG方法Leabharlann Baidu到的数值最小;小肠阶段,不添加食物的IVG方法
得到的数值最大,放有食物的IVG方法得到的数值最小[6]。
铅不仅影响作物的产量和品质，并且可以通过食物链影响动物和人类的健康[15]。德国铅和锌冶炼厂周围5km之内吃草的马和牛发生铅中毒，动物消瘦，关节肿胀并疼痛，有的喉返神经（支配声带的神经）麻痹，动物有特殊的马嘶
声和马喘鸣症，并伴随有呼吸短促[16]。中国鲎的卵径发育大小随铅离子浓度的增加而减小，胚胎孵化率随着水体中铅离子浓度的提高而下降，铅离子浓度提高至1.6mg/L时，胚胎致畸率高达50%[17]。人类通过呼吸道、消化道和皮肤吸收铅，进入呼吸道铅约20%～40%留在了人体里。据估计，空气中1μg/m3浓
土壤重金属铅污染及对人类健康的危害综述
摘要根据近年来国内外对城市土壤重金属污染的相关研究报道，综述了我国土壤重金属铅的污染现状以及土壤中重金属铅的来源、生物可给性及其对人体的健康风险。
关键词重金属污染;土壤;城市土壤;铅；健康风险
近年来,随着人口的快速增长、工业的迅速发展、农药与化肥的大量施用,大量的重金属污染物进入土壤环境,土壤污染日益严重。据统计,在过去的50年里,全球排放到环境中的镉、铜、铅和锌分别达22 000、939 000、783 000和135 000 ,t其中有相当一部分进入了土壤[ 1]。土壤重金属不能为土壤微生物所分解,易于积累,最终通过生物富集途径危害人类的健康。因此,土壤重金属污染越来越受到人们的关注,已成为全球面临的重要环境问题,并日益成为环境、土壤科学家们研究的热点。
2.4汽油添加剂
四乙基铅作为一种汽油添加剂，用于解决高温时高压发动机运行的爆震音问题，故排出的尾气中含有大量的铅，造成公路干线附近的铅污染。四乙基铅在20世纪50年代后达到生产顶峰。另外，它的毒性比无机铅的毒性大100倍。
2.5含铅肥料
磷肥中含有较多的有害重金属，其中铬、铅、砷元素含量较高。农田施入磷肥将这些有害物质带入土壤环境，对作物产生危害。而且这些有害物质在土壤-植物系统中积累、迁移和转化，进入食物链，对人体健康造成危害。
2.3蓄电池
1859年，法国物理学家Gaston Plante发现当一个铅氧化物和铅金属电极浸入硫酸电解液时，产生电能，而且以后还可以再充电。之后，这个技术不断成熟，1889年铅酸电池投入商业生产。随着机动车的发展，电池市场在20世纪发展很快，最终消耗了世界铅产量的75%左右。铅酸电池在机动车中用于启动、照明和点火。不采用安全有效的措施对铅酸电池进行回收处理，势必造成资源浪费和环境污染。
度的铅可使血管中铅的浓度达到1～2μg/dL。不论摄入的途径如何，儿童比成人对铅化合物敏感得多，某些数据表明，摄取率高达50%，相当于5倍成人的吸收量。铅严重影响幼儿的智力发育，Peter Baghurst领导的澳大利亚研究者发现，幼年期间的血铅含量为10~30μg/dL的7岁儿童，其智商比低血铅含量的同龄儿童低5%，更有甚者，先前暴露于铅的较大孩子似乎连中学毕业都有困难。
生产和使用铅及含铅化合物的工厂排放的废气、废水、废渣可造成环境污染，进而造成食品污染。环境中某些微生物可将无机铅转变成毒性更大的有机铅。当前世界许多地区，特别是工业发达的城市，大气中含铅已达极高水平。欧洲的大气含铅量为0.055×10-6～0.34×10-6g/m3，日本大气含铅平均值0.2×10-6g/m3我国北京市1980年大气含铅量平均值为0.56×10-6g/m3。我国一些地区对土壤中铅的含量进行过调查研究，结果是：北京18.78mg/kg、华南地区26.47mg/kg、长江三峡库区20.51mg/kg、上海23.0mg/kg南京24.8mg/kg、重庆22.2mg/kg。
铅最能影响的人体系统是铅在人体中一个最早、最重要的影响是：（a）造血系统：改变血红素的合成，这使得红细胞改变，造成贫血；（b）中枢神经系统：铅对中枢神经系统产生重要影响，导致常见的忧郁脑疾病，症状包括细微的生理和行为变化。当铅源从无机铅变为有机铅时，还可产生其他不同的影响；（c）外部神经系统：导致忧郁麻痹症，它的主要外在表现是手部缺乏力量。此外，泌尿系统、胃肠道系统、心血管系统、生殖系统、内分泌系统和关节等生理系统也会受到铅污染的影响。
[3]薛美香．土壤重金属污染现状及修复技术［j］．广东化工，2007，34(172）：73-75．
[4]王金达，刘景双，于君宝，等．沈阳市城区土壤和灰尘中铅的分布特征［j］．中国环境科学，2003，23(3）：300－304．
[5] Ruby M V, DavisA, Kemp ton JH, etal Lead bioavailability:dissolution kinetics under simulated gastric conditions [ J] . Environmental Science and Techno logy, 1992, 26 ( 6) .
4研究展望
目前国内外土壤学界对土壤重金属污染做了大量的研究工作,也取得了许多成果。目前对土壤重金属的研究主要集中在含量、空间分布等方面，土壤重金属的来源非常复杂，目前其来源分析主要局限于定性描述和相关分析，如何对其来源定量分析，对于控制日益严重的土壤重金属污染具有重要意义，也是今后土壤重金属源解析的重点。土壤环境中铅污染的源解析研究起步较晚,不同解析方法还存在各自的缺点，需要继续加强对土壤中铅污染来源解析方法的研究和对相关方法在实践中的修正、完善。已有的研究主要集中在区别元素的自然来源和人为来源上，而对污染土壤中铅不同来源的贡献率认识尚不足。这在我国的经济发达地区显得尤为重要,因为这些地区人类活动频繁，污染物来源多种多样，如果能准确地确定污染物的来源及其比例,对决策部门进行宏观调控有重要的实际意义。近几年的发展趋势是要综合运用多种源解析方法，相互辅助从而便于解释和鉴别土壤中铅污染的来源,同时确定不同来源的贡献率，如空间分析与多种多元统计方法的结合；形态分异、剖面分布和多元统计的联合等等。利用生物可给性研究铅对人体健康风险，已经成为铅对人体健康风险研究的重要方法之一。欧美一些国家已经对此方法的应用进行了比较系统的研究,美国已经把铅对人体的生物可给性体外实验的结果应用于健康风险。丹麦、荷兰、比利时等国也在探讨利用生物可给性研究作为人体健康风险控制标准的可能性。在英国,同样重视生物可给性研究。英国环保局在2005年3月23日专门召开了生物可给性研究土地污染的风险评价的潜在利用研讨会，探讨了土壤铅等重金属的生物可给性结果在人体健康风险中应用及其进一步发展的方向。可见,研究重金属的生物可给性并进一步利用其研究人体的健康风险已经成为一种趋势，但我国在这一方面还缺乏系统的研究。体外模拟法将在国内外人体健康风险评价研究中具有广阔的应
( 1 ) PBET ( Physiologically Based ExtractionTest)方法最先由Ruby等提出,在模拟胃时,加入胃蛋白酶和各种有机酸,在模拟小肠时则加入胆汁和胰酶,使得实验条件较化学浸提法更接近人体真实的胃肠生理条件[9]。用此方法得到的土壤铅的生物可给性与用in v itro实验得到的结果有很好的相关性,我国研究者采用该方法研究了土壤中铅对人体的生物有效性[5,10~12]。
[8] RubyM V, Schoof R, BrattinW, et al Advances in E valuatingthe Oral Bioavailability of Inorganics in Soil for U se in H um anHealth Risk Assessment [ J] . Environmental Science and Technology, 1999, 33 ( 21) .
2重金属铅污染的来源
2.1铅的开采、冶炼和精炼
铅的物理化学性质如延展性和对腐蚀的抵抗性从古代就为人们所知，铅的开采、冶炼和精练过程会对周围大气和土壤有很大影响，排出的重金属颗粒大小为0.001～100μm，烟气颗粒为0.01～2μm，靠近冶炼厂的表层土壤，其铅含量为1 000mg/kg。
2.2工业“三废”
[6]崔岩山,陈晓晨,朱永官.利用3种invitro方法比较研究污染土壤中铅、砷生物可给性[ J ] .农业环境科学学报,2008, 27 ( 2) .
[7] Ruby M V, Davis A, Link T E, et al Development of an invitro screen ing test to evaluate the invivobioaccessibility of ingestedmine- waste lead [ J]. Environmental Science and Technology, 1993, 27 ( 13) .
3土壤中铅的生物可给性及其对人体的健康风险
从国内外研究进展来看，风险评价已日益成为环境管理的重要决策支撑。评价土壤污染物直接进入人体的关键参数是污染物的生物可给性。1992年, Ruby等较早地报道了铅的生物可给性[5]。此后，铅的生物可给性研究不断深入,已经逐渐成为各国环境科学家关注的焦点问题之一[6]。目前,用于土壤中铅的生物可给性研究常用的方法有体内试验或活体实验( in v ivo )和体外试验( invitro) [7~8]。,随着in v itro方法的不断成熟,在其基础上科学家们又建立起了一些研究方法,如生理原理提取法( PBET)、Rodriguez体外胃肠法( IVG )、生物有效性简化提取法( SBET)、荷兰公共卫生与环境国家研究院法( RIVM )、质量平衡与回收土壤法(MB& SR )等。
[9] Ruby M V, Davis A, Schoof R, et al Estimation of lead andarsenic bioavailability using a physiologically based extract ion test[ J] .
用前景。
参考文献
[ 1] WEBSTER R, OL IVER M A. Sample adequately to estmiate variorums ofsoil properties[ J]. Journal of Soil Science, 1992, 43: 177- 192.
［2］SINGH OV，LABANA S，PANDEY G，et a1．Phytoremeation：an overview of metallicion decontamination from soil［J］．AppliedMicrobiology andBiotechnology，2003（61）：492－405．
目前，全世界平均每年排放约500万t铅。过去50 a间，排放到全球环境中的铅约有7.83×105 t，其中大部分进入土壤，致使世界各国土壤出现不同程度的重金属污染[2]。我国24个省（市）城郊、污水灌溉区、工矿等经济发展较快地区的320个重点污染区中，重金属含量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的80%以上，其中铅是最严重的污染元素之一[3]据统计，我国大中城市郊区蔬菜、粮食、水果、肉类与畜产品中铅的超标率分别为3 8.6％、2 8.0％、27.6％、41.9％和71.1％。以沈阳市为例，环境中铅的暴露普遍，市区土壤全铅含量范围为26~2 910 mg／kg，污染程度较高[4].
(2) SBET ( Simplified Bioavailability ExtractionTest)方法是Medlin等人发展起来专门用于研究土壤中铅的生物有效性的方法[13]。W ang等人利用该方法研究了12个路边土壤样品中多种重金属对人体的生物有效性,发现铅的生物有效性最高,达到了711% [14]。崔岩山等采用PBET、SBET和IVG3种in v itro方法研究浙江上虞4种污染土壤中铅的生物可给性,结果表明, 3种方法得到的铅在模拟胃肠液中的生物可给性不同,胃阶段,采用SBET方得到的数值最大,放有食物的IVG方法Leabharlann Baidu到的数值最小;小肠阶段,不添加食物的IVG方法
得到的数值最大,放有食物的IVG方法得到的数值最小[6]。
铅不仅影响作物的产量和品质，并且可以通过食物链影响动物和人类的健康[15]。德国铅和锌冶炼厂周围5km之内吃草的马和牛发生铅中毒，动物消瘦，关节肿胀并疼痛，有的喉返神经（支配声带的神经）麻痹，动物有特殊的马嘶
声和马喘鸣症，并伴随有呼吸短促[16]。中国鲎的卵径发育大小随铅离子浓度的增加而减小，胚胎孵化率随着水体中铅离子浓度的提高而下降，铅离子浓度提高至1.6mg/L时，胚胎致畸率高达50%[17]。人类通过呼吸道、消化道和皮肤吸收铅，进入呼吸道铅约20%～40%留在了人体里。据估计，空气中1μg/m3浓
土壤重金属铅污染及对人类健康的危害综述
摘要根据近年来国内外对城市土壤重金属污染的相关研究报道，综述了我国土壤重金属铅的污染现状以及土壤中重金属铅的来源、生物可给性及其对人体的健康风险。
关键词重金属污染;土壤;城市土壤;铅；健康风险
近年来,随着人口的快速增长、工业的迅速发展、农药与化肥的大量施用,大量的重金属污染物进入土壤环境,土壤污染日益严重。据统计,在过去的50年里,全球排放到环境中的镉、铜、铅和锌分别达22 000、939 000、783 000和135 000 ,t其中有相当一部分进入了土壤[ 1]。土壤重金属不能为土壤微生物所分解,易于积累,最终通过生物富集途径危害人类的健康。因此,土壤重金属污染越来越受到人们的关注,已成为全球面临的重要环境问题,并日益成为环境、土壤科学家们研究的热点。
2.4汽油添加剂
四乙基铅作为一种汽油添加剂，用于解决高温时高压发动机运行的爆震音问题，故排出的尾气中含有大量的铅，造成公路干线附近的铅污染。四乙基铅在20世纪50年代后达到生产顶峰。另外，它的毒性比无机铅的毒性大100倍。
2.5含铅肥料
磷肥中含有较多的有害重金属，其中铬、铅、砷元素含量较高。农田施入磷肥将这些有害物质带入土壤环境，对作物产生危害。而且这些有害物质在土壤-植物系统中积累、迁移和转化，进入食物链，对人体健康造成危害。
2.3蓄电池
1859年，法国物理学家Gaston Plante发现当一个铅氧化物和铅金属电极浸入硫酸电解液时，产生电能，而且以后还可以再充电。之后，这个技术不断成熟，1889年铅酸电池投入商业生产。随着机动车的发展，电池市场在20世纪发展很快，最终消耗了世界铅产量的75%左右。铅酸电池在机动车中用于启动、照明和点火。不采用安全有效的措施对铅酸电池进行回收处理，势必造成资源浪费和环境污染。
度的铅可使血管中铅的浓度达到1～2μg/dL。不论摄入的途径如何，儿童比成人对铅化合物敏感得多，某些数据表明，摄取率高达50%，相当于5倍成人的吸收量。铅严重影响幼儿的智力发育，Peter Baghurst领导的澳大利亚研究者发现，幼年期间的血铅含量为10~30μg/dL的7岁儿童，其智商比低血铅含量的同龄儿童低5%，更有甚者，先前暴露于铅的较大孩子似乎连中学毕业都有困难。
生产和使用铅及含铅化合物的工厂排放的废气、废水、废渣可造成环境污染，进而造成食品污染。环境中某些微生物可将无机铅转变成毒性更大的有机铅。当前世界许多地区，特别是工业发达的城市，大气中含铅已达极高水平。欧洲的大气含铅量为0.055×10-6～0.34×10-6g/m3，日本大气含铅平均值0.2×10-6g/m3我国北京市1980年大气含铅量平均值为0.56×10-6g/m3。我国一些地区对土壤中铅的含量进行过调查研究，结果是：北京18.78mg/kg、华南地区26.47mg/kg、长江三峡库区20.51mg/kg、上海23.0mg/kg南京24.8mg/kg、重庆22.2mg/kg。
铅最能影响的人体系统是铅在人体中一个最早、最重要的影响是：（a）造血系统：改变血红素的合成，这使得红细胞改变，造成贫血；（b）中枢神经系统：铅对中枢神经系统产生重要影响，导致常见的忧郁脑疾病，症状包括细微的生理和行为变化。当铅源从无机铅变为有机铅时，还可产生其他不同的影响；（c）外部神经系统：导致忧郁麻痹症，它的主要外在表现是手部缺乏力量。此外，泌尿系统、胃肠道系统、心血管系统、生殖系统、内分泌系统和关节等生理系统也会受到铅污染的影响。
[3]薛美香．土壤重金属污染现状及修复技术［j］．广东化工，2007，34(172）：73-75．
[4]王金达，刘景双，于君宝，等．沈阳市城区土壤和灰尘中铅的分布特征［j］．中国环境科学，2003，23(3）：300－304．
[5] Ruby M V, DavisA, Kemp ton JH, etal Lead bioavailability:dissolution kinetics under simulated gastric conditions [ J] . Environmental Science and Techno logy, 1992, 26 ( 6) .
4研究展望
目前国内外土壤学界对土壤重金属污染做了大量的研究工作,也取得了许多成果。目前对土壤重金属的研究主要集中在含量、空间分布等方面，土壤重金属的来源非常复杂，目前其来源分析主要局限于定性描述和相关分析，如何对其来源定量分析，对于控制日益严重的土壤重金属污染具有重要意义，也是今后土壤重金属源解析的重点。土壤环境中铅污染的源解析研究起步较晚,不同解析方法还存在各自的缺点，需要继续加强对土壤中铅污染来源解析方法的研究和对相关方法在实践中的修正、完善。已有的研究主要集中在区别元素的自然来源和人为来源上，而对污染土壤中铅不同来源的贡献率认识尚不足。这在我国的经济发达地区显得尤为重要,因为这些地区人类活动频繁，污染物来源多种多样，如果能准确地确定污染物的来源及其比例,对决策部门进行宏观调控有重要的实际意义。近几年的发展趋势是要综合运用多种源解析方法，相互辅助从而便于解释和鉴别土壤中铅污染的来源,同时确定不同来源的贡献率，如空间分析与多种多元统计方法的结合；形态分异、剖面分布和多元统计的联合等等。利用生物可给性研究铅对人体健康风险，已经成为铅对人体健康风险研究的重要方法之一。欧美一些国家已经对此方法的应用进行了比较系统的研究,美国已经把铅对人体的生物可给性体外实验的结果应用于健康风险。丹麦、荷兰、比利时等国也在探讨利用生物可给性研究作为人体健康风险控制标准的可能性。在英国,同样重视生物可给性研究。英国环保局在2005年3月23日专门召开了生物可给性研究土地污染的风险评价的潜在利用研讨会，探讨了土壤铅等重金属的生物可给性结果在人体健康风险中应用及其进一步发展的方向。可见,研究重金属的生物可给性并进一步利用其研究人体的健康风险已经成为一种趋势，但我国在这一方面还缺乏系统的研究。体外模拟法将在国内外人体健康风险评价研究中具有广阔的应
( 1 ) PBET ( Physiologically Based ExtractionTest)方法最先由Ruby等提出,在模拟胃时,加入胃蛋白酶和各种有机酸,在模拟小肠时则加入胆汁和胰酶,使得实验条件较化学浸提法更接近人体真实的胃肠生理条件[9]。用此方法得到的土壤铅的生物可给性与用in v itro实验得到的结果有很好的相关性,我国研究者采用该方法研究了土壤中铅对人体的生物有效性[5,10~12]。
[8] RubyM V, Schoof R, BrattinW, et al Advances in E valuatingthe Oral Bioavailability of Inorganics in Soil for U se in H um anHealth Risk Assessment [ J] . Environmental Science and Technology, 1999, 33 ( 21) .
2重金属铅污染的来源
2.1铅的开采、冶炼和精炼
铅的物理化学性质如延展性和对腐蚀的抵抗性从古代就为人们所知，铅的开采、冶炼和精练过程会对周围大气和土壤有很大影响，排出的重金属颗粒大小为0.001～100μm，烟气颗粒为0.01～2μm，靠近冶炼厂的表层土壤，其铅含量为1 000mg/kg。
2.2工业“三废”
[6]崔岩山,陈晓晨,朱永官.利用3种invitro方法比较研究污染土壤中铅、砷生物可给性[ J ] .农业环境科学学报,2008, 27 ( 2) .
[7] Ruby M V, Davis A, Link T E, et al Development of an invitro screen ing test to evaluate the invivobioaccessibility of ingestedmine- waste lead [ J]. Environmental Science and Technology, 1993, 27 ( 13) .
3土壤中铅的生物可给性及其对人体的健康风险
从国内外研究进展来看，风险评价已日益成为环境管理的重要决策支撑。评价土壤污染物直接进入人体的关键参数是污染物的生物可给性。1992年, Ruby等较早地报道了铅的生物可给性[5]。此后，铅的生物可给性研究不断深入,已经逐渐成为各国环境科学家关注的焦点问题之一[6]。目前,用于土壤中铅的生物可给性研究常用的方法有体内试验或活体实验( in v ivo )和体外试验( invitro) [7~8]。,随着in v itro方法的不断成熟,在其基础上科学家们又建立起了一些研究方法,如生理原理提取法( PBET)、Rodriguez体外胃肠法( IVG )、生物有效性简化提取法( SBET)、荷兰公共卫生与环境国家研究院法( RIVM )、质量平衡与回收土壤法(MB& SR )等。
[9] Ruby M V, Davis A, Schoof R, et al Estimation of lead andarsenic bioavailability using a physiologically based extract ion test[ J] .
用前景。
参考文献
[ 1] WEBSTER R, OL IVER M A. Sample adequately to estmiate variorums ofsoil properties[ J]. Journal of Soil Science, 1992, 43: 177- 192.
［2］SINGH OV，LABANA S，PANDEY G，et a1．Phytoremeation：an overview of metallicion decontamination from soil［J］．AppliedMicrobiology andBiotechnology，2003（61）：492－405．