我国北方典型地区居民呼吸暴露参数研究

王贝贝，段小丽*，蒋秋静，黄 楠，3，钱 岩，王宗爽，张金良

1.中国环境科学研究院，北京 100012

2.太原市环境科学研究设计院，山西 太原 030000

3.江苏工业学院环境与安全工程学院，江苏 常州 213000

我国北方典型地区居民呼吸暴露参数研究

王贝贝1，段小丽1*，蒋秋静2，黄 楠1，3，钱 岩1，王宗爽1，张金良1

1.中国环境科学研究院，北京 100012

2.太原市环境科学研究设计院，山西 太原 030000

3.江苏工业学院环境与安全工程学院，江苏 常州 213000

呼吸暴露参数是准确估算人体对污染物的暴露剂量和健康风险评估的重要参数之一，而我国目前对于该项工作的调查研究较少.采用问卷调查的方式对我国北方典型地区——太原的2 860名受试者进行了时间-活动模式的研究，结合人体能量估算模型，计算出适合该地区居民的呼吸速率参数，并与国内外情况进行对比分析.结果表明:该地区居民室内日平均活动时间为16.1～18.4 h;不同性别、不同年龄组的城市和农村居民从事各种强度活动的时间有很大差异;同时得出，该市城市居民长期暴露的呼吸速率参数为10.72～14.53 m3/d，农村居民为15.61～22.59 m3/d.与我国相关文献数据和美国环境保护署(US EPA)的数据相比，如果直接引用US EPA的数据，将会给健康风险带来30%～50%的偏差.

呼吸暴露参数;时间活动模式;活动强度;呼吸速率

Abstract:Inhalation exposure factors are key parameters in accurately estimating human exposure dose to pollutants and health risk assessment.However，few such investigations have been conducted in China.A questionnaire survey was used to study time-activity patterns of 2860 participants from Taiyuan，a typical region in northern China.Respiration rate parameters suitable for residents of this region were calculated using a combined body energy estimation model，and compared with those both from China and international.The results showed that:the daily average indoor activity time of Taiyuan residents was 16.1-18.4 hours;there were great differences in the time engaged in various intensities of activities among different sexes，age groups，and between urban and rural residents;the long-term exposure inhalation rate parameters for Taiyuan urban residents was 10.72-14.53 m3/day，and the rate parameters for Taiyuan residents was 15.61-22.59 m3/day，respectively.As compared with the data from related literature in China and US EPA，the future health risk deviation will be 30%-50%.

Keywords:inhalation exposure factors;time-activity mode;activity intensity;inhalation rate

随着科技水平的发展和人民生活水平的提高，环境污染的现象日益增加，严重威胁着人类的健康.健康风险评价是控制环境污染、进行环境管理和风险预警的重要手段［1］.暴露参数是决定人体对环境污染物的暴露剂量和健康风险评价的关键性参数，其数据的准确性直接决定着评价结果的可信度，其中呼吸暴露参数是主要参数之一.呼吸暴露参数主要包括呼吸速率和暴露时间，呼吸速率受年龄、性别、体质量、健康状况等因素的影响，同时与活动类型和强度有关;暴露时间为各种活动场所下从事各种活动的时间长度［2］.呼吸暴露参数主要是通过人体时间-活动模式调查获取［1］.美国是世界上最早开展暴露参数研究并发布暴露参数数据库和手册的国家［4］.欧洲各国［5］、日本［6］和韩国［7］也于2006和2007年在参考美国环境保护署(US EPA)暴露参数手册框架的基础上，陆续发布了适合本国居民特点的暴露参数手册.我国目前还没有标准的暴露参数手册，在这方面的研究也很少［8-10，13］.关于呼吸暴露参数的研究，王宗爽等［9］根据全国膳食调查数据，采用能量代谢法估算了我国居民的呼吸速率参数.目前我国在进行健康风险评价时主要借鉴国外的参数，但是由于地域、人种、生活习惯等的差异，势必会带来一定的偏差.

笔者选择北方某典型地区，采用抽样问卷调查的方法，对该地区的城市和农村居民开展呼吸暴露参数的调查.一方面，以太原为例调查我国居民的呼吸暴露参数;另一方面，摸索呼吸暴露参数的研究方法，积累相关经验，以期为同类或进一步的研究提供借鉴和参考.

1 研究方法

1.1 调查地区

调查地点选择在山西省太原市，该市地处我国北方，根据其地域、气候和生活习惯等特点，在一定程度上能代表我国北方城市水平.太原是以煤炭、冶金、机械、化工和电力为支柱产业的重工业城市，工业能源结构以煤为主，煤炭消耗占总能耗的99.5%以上［3］.太原按照行政区划分为6个城区(小店区、迎泽区、杏花岭区、尖草坪区、万柏林区和晋源区)，3个县(清徐县、阳曲县和娄烦县)和1个县级市(古交市).根据2008年的人口普查资料［3］，全市总人口360×104余人，其中市区人口260×104余人，农村人口100×104余人.

1.2 调查人群

最终在太原选择了2 334名市区人口和526名农村人口，年龄分布于18～60岁，具体信息见表1.

表1 太原(市区和农村)完成调查问卷统计Table 1 Questionnaire tables completed in Taiyuan(urban and rural)

1.3 调查内容

采用调查问卷的方式对受试人群进行入户调查，问卷内容主要包括基本信息、活动时间、活动场所、活动强度和其他信息.

基本信息:姓名、性别、出生年月、身高、体质量、民族、文化程度、家庭住址、职业、家庭收入、工作单位以及联系电话等内容.

活动时间:工作日和休息日分别在室内外的活动时间.

活动场所:工作日和休息日分别在家、工作单位、途中和其他室内外场所的活动时间.

活动强度:工作日和休息日分别从事睡眠、轻度运动、中度运动和重度运动的活动时间.

其他信息:生活习惯和健康信息等.

1.4 数据分析方法

为了保证调查的质量，采用 Epidata对2 860份调查问卷和300份平行调查问卷同时进行录入，前后2次录入的差异率小于3%.采用Spss 15.0对数据进行统计分析.

1.5 呼吸速率计算方法

呼吸速率可以通过人体能量代谢估算法计算得出［9-10，12］.人体能量代谢估算法根据各类人群每天或每种类型活动单位时间内消耗的能量和耗氧量来确定呼吸速率，计算公式:

式中，IR为呼吸速率，L/min;E为每天消耗能量或每种类型活动强度下的单位时间消耗能量，kcal/d;H为消耗单位能量的耗氧量，这里取0.20 L/kcal或0.05 L/kJ;VQ为通气当量(通常为27).

2 结果与讨论

2.1 受试人群的基本信息

根据统计分析，太原各年龄段居民的身高、体质量信息见表2.

从表2可以看出，太原城市居民中，男性的平均身高和体质量分别为171 cm和69 kg，女性为161 cm和58 kg;农村居民中，男性的平均身高和体质量分别为169 cm和64 kg，女性为159 cm和57 kg.城市居民的平均身高和体质量均高于农村居民，这一差异与城市居民摄入的营养状况优于农村居民，而劳动强度比农村居民低有很大的关系［13］.18～35岁居民的身高较35～60岁居民高，体质量较35～60岁低.

根据US EPA数据库［4］，美国居民中男性的平均体质量为82.19 kg，平均身高176.2 cm，女性平均体质量为69.45 kg，平均身高162.3 cm，均显著高于太原.因此，在对太原居民进行健康风险评估时，若直接引用US EPA数据，势必会造成5% ～30%的偏差.

表2 太原居民的身高、体质量信息Table 2 Height and body weight information of Taiyuan residents

2.2 室内外活动时间

由于室内外空气中污染物的浓度不同，室内外活动的停留时间会直接影响到对该污染物的暴露水平，进而影响健康风险评估的准确性.根据统计分析，太原有无职业居民日平均室内外的活动时间见表3.

表3 太原居民日平均室内外活动时间Table 3 Daily average tine of Taiyuan residents spent indoor and outdoor h/d

由表3可知，太原成人工作日室内外的活动时间分别为18.4和5.6 h，休息日室内外的活动时间分别为16.1和7.9 h.从表3还可以看出，不同职业、不同性别居民工作日和休息日在室内外活动时间有显著差异.城市(有职业)居民工作日室内活动时间为20.0 h，较城市(无职业)居民高2.5 h，较农村居民高6.1 h.城市(无职业)居民和农村居民工作日和休息日室内外活动时间相同.城市(有职业)居民工作日室内活动时间较休息日高3.6 h.男性平均室内活动时间均低于女性.

这种差异主要是因为城市居民的工作环境一般是在室内，城市居民的生活范围相对较小，且大部分娱乐活动场所也主要设在室内;而农民一年四季从事田地劳作，主要在室外工作.所以城市居民的室内活动时间要远高于农民.同时城市有职业居民的生活作息较无职业居民规律，是促使有职业居民室内活动时间高于无职业居民的一个重要原因.在我国由于家务劳动(如做饭、整理房间等)主要由女性担当，再加上性格等原因，导致男性室内活动时间较女性低.

根据US EPA调查结果［4］，美国居民日平均室内外活动时间分别为20.9和3.1 h.在对太原居民进行环境健康风险评估时，如果不考虑东西方生活习惯的差异，摒弃太原居民的实际情况，一概引用美国的参数，将会造成5% ～45%的偏差.

2.3 不同活动场所的活动时间

在表3的调查基础上，对太原居民的时间-行为活动进行更进一步的调查研究，得到不同职业居民在不同活动场所的日平均活动时间，具体情况如表4所示.

表4 太原居民在不同活动场所的日平均活动时间Table 4 Daily average tine of Taiyuan residents spent in different locations h/d

从表4可以看出，太原成人工作日在家、工作单位、其他室内场所、途中和其他室外场所的活动时间分别为13.7，5.6，1.0，0.4和3.3 h，休息日在家、其他室内场所和室外场所的活动时间分别为 17.9，1.7和4.4 h.其中，不同职业、不同性别居民工作日和休息日在不同场所的活动时间有显著差异.工作日城市(有职业)居民在家活动时间和在其他室外场所活动的时间最短，平均值分别为12.5和1.1 h，较城市(无职业)居民低4.9和3.4 h，较农村居民低1.5和8.5 h;城市(无职业)居民在其他室内场所的活动时间最高，平均值为2.1 h，较城市(有职业)居民高1.3 h，较农村居民高1.6 h;城市(有职业)居民休息日在家时间，在其他室内外场所的活动时间显著大于工作日，分别较工作日高出 6.8，1.2和1.6 h;城市(无职业)居民和农村居民工作日和休息日在各个场所的活动时间一致;男性日平均在家和其他室内场所的活动时间要低于女性，室外场所的活动时间较女性高.

根据US EPA数据［4］，将太原成人在不同场所的活动时间与美国成人相比，结果如图1所示.从图1可以看出，太原成人日平均在家、工作单位、其他室内场所和途中的时间均较美国成人低8%，18%，29%和78%，其他室外场所活动时间为美国成人的6.6倍.

太原城市(有职业)居民日平均使用各种交通工具的时间情况如表5所示.太原居民平均每天往返家与工作单位2次，表5中表示的时间为4次单程的总时间.从表5可以看出，太原居民平均每天每人使用私家车、公交车、自行车和步行的时间分别为0.1，0.2，0.3和0.2 h，单程乘坐以上交通工具的时间分别为0.025，0.050，0.074和0.050 h.

图1 太原和美国成人在不同场所的日平均活动时间Fig.1 Daily average tine of Taiyuan and Aermican adult spent in different locations

表5 太原城市(有职业)居民日平均使用各种交通工具的时间Table 5 Average time of Taiyuan urban(with occupation) residents in vehicles

图2为太原居民日平均使用各种交通工具的频率.从图2可以看出，该市居民上下班主要依靠步行和自行车，少部分人乘坐公交车或开私家车出行，这与太原区面积不大、大部分居民住处离工作地点较近有很大的关系.

2.4 活动强度

图2 太原城市(有职业)居民日平均使用各种交通工具的频率Fig.2 Average frequency of Taiyuan urban (with occupation)residents in vehicles

活动强度水平与呼吸暴露参数中的呼吸速率有着很大的关系，它直接影响人体对污染物的吸入量.根据统计分析，太原不同职业居民在不同活动强度下的活动时间见表6.

由表6可以看出，太原成人工作日睡眠以及从事轻度运动、中度运动和重度运动的时间分别为8.2，13.5，1.6和0.7 h，休息日分别为8.7，9.9，4.8和0.6 h.各职业居民睡眠时间无显著差异，均为8.1～8.7 h;城市(有职业)居民和城市(无职业)居民从事轻度运动、中度运动和重度运动的时间分别为15.1～15.2，0.4～0.5和0.1～0.2 h;农村居民从事中度运动和重度运动的时间显著高于城市居民，分别是城市居民的13.6和15.0倍.城市(有职业)居民休息日睡眠的时间较工作日多0.7 h，从事轻度运动的时间较工作日少5.6 h，从事中度运动的时间较工作日高5 h;男性居民从事中度运动和重度运动的时间普遍较女性多，从事轻度运动的时间较女性低.如农村男性居民日平均从事中度运动时间较女性多1.2 h，从事重度运动时间为女性的2倍，从事轻度运动的时间较女性少1.2 h.

表6 太原居民日平均从事不同强度活动的时间Table 6 Average time of Taiyuan residents engaged in different intensity activities h/d

根据US EPA数据［4］，将太原成人日平均从事不同活动类型活动的时间与美国成人进行比较，结果如图3所示.从图3可以看出，太原成人睡眠和轻度运动的时间分别高于美国15%和28%，而从事中度运动和重度运动的时间比美国低63%和56%，这可能与美国居民花较多的时间用于身体锻炼有关.

图3 太原和美国成人从事不同活动类型活动的时间Fig.3 Time of Taiyuan and American adult engaged in different activities

2.5 呼吸速率

各类人群的呼吸速率受年龄、性别、活动强度等因素的影响［10］.根据人体能量代谢估算模型，即式(1)，结合太原居民的身高、体质量(见表1)和活动强度信息(见表6)，计算得出适合太原不同年龄组、不同性别城乡居民的呼吸速率，具体如表7所示.

从表7可以看出，居民的呼吸速率与活动强度呈正比，活动强度越高，呼吸速率就越大;同时，不同地区、不同性别居民的呼吸速率存在很大的差异.男性和女性农村居民的呼吸速率都分别比城市居民高50%左右，这可能是由于城市居民室内活动时间多，体力劳动少;而农村居民主要在田间从事体力劳动，劳动强度比城市居民高所致.无论是城市还是农村，男性呼吸速率均显著高于女性，这主要是由男女之间生理因素的差异决定的，但是18～35岁和35～60岁年龄组的居民呼吸速率无显著差异.

图4为太原成人与我国成年居民总体平均水平［10］及 US EPA成人呼吸速率参数［4］的比较.从图4可以看出，呼吸速率大小依次为太原农村居民＞我国居民一般水平＞美国居民一般水平＞太原城市居民，相应地各地方的男性呼吸速率均高于女性.其主要原因可能是:太原农村居民的劳动强度较大，高于我国居民的平均水平，而相对来说城市居民的劳动强度较小，低于我国居民的平均水平;同时，与美国相比我国成年人是劳动力的主体，劳动强度比美国成年人高，最终导致呼吸速率也比美国偏高.总之，地方、人种、生活水平和生活习惯等因素的差异都会给呼吸速率参数带来一定的影响，即使是在污染水平和其他参数相同的情况下，在评价太原居民呼吸暴露剂量和健康风险时，直接采用现有的我国居民一般水平或美国的数据，都会给健康风险带来30%～50%的偏差.

表7 太原居民呼吸速率Table 7 Inhalation rate of Taiyuan residents

图4 太原、中国和美国居民不同性别成人呼吸速率比较Fig.4 Inhalation rate of different sex adult inTaiyuan China and American

3 结论

a.太原城市居民工作日室内外的活动时间分别为18.4和5.6 h，具体在家、工作单位、其他室内场所、途中和其他室外场所的活动时间分别为13.7，5.6，1.0，0.4和3.3 h;休息日室内外的活动时间分别为16.1和7.9 h，具体在家、其他室内场所和室外场所的活动时间分别为17.9，1.7和4.4 h.

b.太原成人工作日睡眠以及从事轻度运动、中度运动和重度运动的时间分别为8.2，13.5，1.6和0.7 h，休息日分别为8.7，9.9，4.8和0.6 h.

c.太原城市居民长期暴露的呼吸速率为10.72～14.53 m3/d，农村居民为 15.61～22.59 m3/d，与我国总平均水平及美国相比均有显著差异;如果在进行太原居民健康风险评估时，直接引用我国总平均水平数据和美国数据，会给健康风险带来30% ～50%的偏差.

d.该研究也存在着很多的不足，一方面由于调查的样本量有限，代表性相对较差;另一方面，由于调查的地区仅限于太原，而我国是一个多文化、多民族的国家，各地区差异较大，所获得的数据只能在一定程度上代表部分北方中型城市，建议开展全国范围的此类研究.

致谢:感谢太原市环境科学研究设计院施建华、卢斌、宋运学等11名工作人员和14名山西大学在校学生辛勤而细致的调查工作，同时感谢2 860名受试者的配合.

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Inha lation Exposure Factors o f Residents in a Typica l Region in Northern China

WANG Bei-bei1，DUAN Xiao-li1，JIANG Qiu-jing2，HUANG Nan1，3，QIAN Yan1，WANG Zong-shuang1，ZHANG Jin-liang1
1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China
2.Taiyuan Research Design Institute of Environmental Sciences，Taiyuan 030000，China
3.School of Environmental＆Safety Engineering，Jiangsu Polytechnic University，Changzhou 213000，China

X820

A

1001-6929(2010)11-1421-07

2010-05-18

2010-06-12

国家环保公益性行业科研专项(200809101);环境保护部项目(EH2010-12-02)

王贝贝(1984-)，女，湖北枣阳人，助理研究员，硕士，主要从事环境暴露和健康风险评估方法等研究，wangbeibei723@163.com.

*责任作者，段小丽(1977-)，女，山西交城人，副研究员，博士，从事环境污染的人体暴露和健康风险评价、环境与健康标准研究，dxl@craes.org.cn