环境问题对人体健康的影响在医学和大众认知中是有共识的,环境包括空气、阳光、噪音、绿化、土壤和水资源等。土壤中存在的重金属(Cr、Pb、Hg、As、Cu 和 Zn)具有非常强烈的毒性,长期过量的重金属保留在土壤中会形成土壤基质的破坏,导致植物生长受限。而且,重金属最终会对通过食物的形式进入人体,而它们被认为是非常有害健康的微量元素。例如,接触重金属会导致急性和慢性砷暴露可导致心血管和其他系统疾病,最终可能导致癌症。因此长期以来,土壤中重金属污染受到广泛关注,被列为污染物监测和控制的重点。
土壤中重金属的来源主要包括自然来源或人类活动。也就是说,土壤中重金属不完全是因为我们人类社会发展而创造的,自然本身也会在土壤中创造一些重金属。但已经有研究表明,矿产资源开发、金属加工和冶炼、化工生产、工厂排放和污水灌溉等人类活动才是重金属污染的主要来源。
发布在Sicencedirect上的《新疆煤矿区土壤重金属污染源、生态及人体健康风险评价》,原文地址:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013935121009968,对新疆准东矿区土壤重金属元素的污染特征及来源做了详细分析,并分析了它对周边人体健康的影响。这份分析为我们提供采矿所带来的土壤污染严重程度,以及让我们了解重金属对健康的影响。尽管研究对象只是新疆煤矿区,但全国各地都或多或少因化工和采矿产业、化工排放、污水灌溉等而存在土壤污染问题。
新疆准东矿区位于中国新疆东北角落,研究人员于2016年7月-8月在矿区内选中了2个煤矿区域进行实地调查(下图C),每个煤矿区均均匀取点(下图D、E、F,共计30个)来分析土壤中金属含量,以减少采样的偶然性和误差。
经过一系列实验规范性处理以及数据模型计算分析后,研究人员从三方面来阐述了这些土壤重重金属污染情况。
方面一:土壤重金属浓度,用于评价土壤中重金属的污染程度。在研究区域内的土壤样本中,其中As、Hg、Pb、Cu、Zn的平均含量分别为9.037 ± 6.0329, 0.01 ± 0.01, 16.28 ± 2.9831, 0.006 ± 0.0043 和 0.0067 ± 0.006 (单位:mg kg−1),这些值低于中国环境监测总站于2018年在新疆所监测到的土壤重金属数据。Cr 的平均含量 (53.03 ± 14.171)超过中国环境监测总站于2014年在新疆所监测到的土壤重金属数据。
变异系数(CV%),反映了研究区域内每个采样点土壤中对应重金属含量的波动情况。各采样点的土壤中Pb含量的变异系数为18.312,代表各个采样点的Pb含量变化不大;而Hg和Zn的变异系数非常大,表示各个采样点土壤的Hg和Zn含量差异很大,研究人员认为这可能是受到各采样点的煤炭开采程度不同所引起的。
进一步分析指出,研究区域内土壤重金属污染问题中,含量第一的是Cr和Cu。结合2013年的一项研究发现,土壤中的Cr和Cu主要受煤矿采集过程中煤尘扩散影响,研究人员认为这是Cr位居第一的原因。其他重金属含量从高到低依次为Zn、As、Hg、Pb。研究人员还结合其他学者的研究成果,对研究区域中各种重金属来源进行了推测,比如Hg主要可能来源于煤炭的燃烧,Pb来源于矿区的交通运输。
方面二:潜在生态风险指数,用于评价土壤中重金属生物毒性。对于重金属的潜在生态风险指数评估有不同的模型算法,比如地质累积指数(geo-accumulation index)和生态风险评估(Ecological risk assessment),它们各自有自己的侧重点。研究人员评估了两种分析方法的特点,并做了一些改进,以更全面的反应重金属对生态的影响。
上图左侧(b)表明 Hg 元素是对新疆准东矿区土壤生态风险潜在影响负作用最大的物质(49.23%),其次是Zn元素 (19.67%)。As元素对生态风险潜在影响最小(5.35%)。Cr,Cu 和 Pb 对生态风险潜在影响分别为 13.07%、15.94% 和 5.89%。
这个分析结果与前面得出的新疆矿区土壤重金属含量结果不一致,也就说,尽管Hg的含量并不高,但它对生态的长期毒性和高污染危害却异常大。
方面三:健康风险评估,用于评估对暴露于重金属土壤环境的人体健康情况。一般而言,个人暴露于有害污染物有三种途径:通过食物摄入、通过空气吸入、以及通过皮肤吸收。
不同人群的健康风险评估(a:食物摄入;b:空气吸入;c:皮肤吸收)
研究数据显示,通过食物摄入土壤重金属的方式引起的健康风险最大,而且儿童的健康风险高于成人。其中,As 和 Cr 造成的健康风险最高,而Cu、Hg 和 Zn 对成人和儿童的健康影响都不大。可以肯定地说,通过食物摄入As和Cr是主要潜在非致癌风险。
不同人群健康风险的累积概率分布(a:食物摄入;b:空气吸入;c:皮肤吸收)
整体上看,在研究样本中,成人通过食物摄入重金属而引发健康风险的概率高于儿童,90% 的成年人经历过非致癌性膳食摄入重金属,50% 的儿童经历过非致癌风险膳食摄入重金属。在通过空气摄入重金属方面,儿童通过空气吸入重金属而引发健康风险的概率高于成人,可能是因为儿童的呼吸系统很脆弱,很容易造成健康风险。在通过皮肤吸收重金属而导致的健康风险上,成人和儿童之间非常小,这可能是由于皮肤本身对重金属进入体内有非常强的防御能力,以此降低了健康危害。
需要重点指出:之所以强调“非癌症风险”,很可能是研究人员并未获得研究对象的癌症相关数据,或未设立相关研究目标,该实验并不表示人体接触土壤重金属不会致癌。
如果细看研究中的三个结论,会发现存在一些难以理解的地方。比如Cr在样本土壤中的含量最多,Hg却是对当地生态风险影响最大的,但对人体健康来说Cr和As才是最主要的致病因素。研究是无法做到绝对客观的,因此结论也只是供我们参考。但做为健康风险因素的研究,土壤重金属对健康的危害已呈现出明显的关系,而且其中还有个细节。2016年采集的样本重金属含量,对比中国环境监测总站于2018年在新疆所监测到的土壤重金属数据,新疆绝大部分重金属含量居然比2016年矿区数据还要高,这难道指示着环境并没有变好,甚至更差了。
留给我们普罗大众的问题是:这样持续恶化的土壤环境,我们还能如何吃的健康?难道真要测量每一口饭菜、每一缕空气的重金属含量?