城市环境污染的三种健康风险评价模型及比较*

郝萌萌 王 济 张一修

(贵州师范大学地理与环境科学学院，贵州 贵阳 550001)

城市环境污染的三种健康风险评价模型及比较*

郝萌萌 王 济 张一修

(贵州师范大学地理与环境科学学院，贵州 贵阳 550001)

本研究首先对城市土壤环境中重金属的污染现状进行了阐述，但仅通过评价污染现状是远远不够的，因此评价城市环境中重金属污染物对人类健康风险的影响是必要的。本文借鉴了两种国外比较成熟的健康风险评价模型并与国内比较常用的模型进行了分析，分别在参数、基本原理等方面进行了比较。以期通过比较可以做到根据实际情况选择合适的健康风险评价模型;并对以后在健康风险评价中应注意的污染物摄入问题提出了建议，以期对后来的研究提供参考价值。

健康风险评价;城市土壤;重金属;空间分布

随着工业化和城市化进程的加快，工业、交通、生活等所产生的大量污染物进入土壤，使得城市土壤的性质发生了变化。城市土壤作为城市环境的重要组成部分，是城市污染物重要的源和汇，直接影响到城市生态环境质量和人体健康［1－2］。由于土壤环境污染具有多源性、隐蔽性和一定程度上的长距离传输以及污染后果的严重性［3］，因此成为近年来的研究热点。人们对城市土壤环境中重金属污染的研究主要集中在它的现状、空间分布特征［4－6］和化学形态特征，城市化过程加强了土壤重金属的外源输入速率［7－11］。香港和广州城市土壤的有关研究表明，交通和工业活动是造成城市土壤重金属污染的主要因素［12－13］。王济等［14］对贵阳城区路侧土壤环境污染研究表明燃煤，交通运输等影响了城市土壤中重金属含量。吴新民等［15］对南京市不同功能区的重金属研究表明，人类活动也是影响城市土壤污染程度的一个重要因素。在土壤中重金属的的4种化学形态中，残渣态在整个土壤生态系统中对食物链的影响最小［16］，但残渣态所占的比例明显减少。研究表明［17］土壤重金属的残渣态比例与人类活动影响成反比。

仅通过评价土壤重金属的污染现状是远远不够的，应该识别环境中可能的风险源，对人体健康产生的危害程度。健康风险评价是把环境污染与人体健康联系起来的一种新的评价法，其目的在于评估特定环境下的化学和物理因子对人体、动物或生态系统造成损害的可能性及其程度大小。该方法是通过收集和运用毒理学、流行病学及其他学科的研究成果，遵循一定的评价准则和技术路线，对某种环境有害因素造成暴露人群的不良健康效应进行综合定性与定量评价，从而提出减小风险的方案和对策，是环境风险评价的重要组成部分［18］。土壤重金属污染物的健康风险评估在我国刚开始起步，这主要体现在评估方法、评估基准、具体评估工作等方面。胡二邦等较详细介绍了健康风险评估的技术与方法。对于具体的风险评估工作，国内学者对环境重金属也开展了相关风险评估研究。赵肖等评估了因污水灌溉引起的土壤As污染的暴露风险，任慧敏等评估了沈阳市土壤Pb污染所致儿童Pb中毒的潜在风险，高继军等对北京市饮用水源水重金属污染物健康风险的进行了初步评价;宋波等对北京市菜地土壤和蔬菜的铬、镉的含量及人体的健康风险进行评估。

我国的健康风险评价处于起步阶段，因此对于风险评价没有统一的标准，对于风险评价模型的研究更少。研究表明，现阶段我国比较常用的健康风险评估模型是由美国国家科学院提出的，该模型一般分为危害鉴定、剂量－反评估、暴露评估和风险评定四部分。但一种风险评价模型并不具有代表性，因此本文借鉴了另外两种国外比较成熟的模型，尽管引入国外模型是捷径，但各种模型在基本原理、适用条件、算法、考虑的介质和过程等方面都可能有较大差异，因此只有通过对模型间的异同和各自的优缺点进行比较，才能做到根据实际情况选择合适的模型，以期为健康风险评价中模型的选用提供参考。

1 模型简介

1.1 RBCA(Risk－based corrective action)模型

RBCA模型是由美国GSI公司根据美国试验与材料学会的“基于风险的矫正行动”标准开发的，该模型除可以实现污染场地的风险分析外，还可用来制定基于风险的土壤筛选值和修复目标值，在美国各州、欧洲一些国家和我国台湾地区都得到了广泛应用，加拿大、澳大利亚和芬兰等国家基本采用美国提出的风险评价方法。在我国的研究中，陈鸿汉等和谌宏伟等等分别针对污染场地开展了较为完整的健康风险评价。RBCA模型主要分为三级评价。一级评价仅针对污染源点上方的暴露点，也即假定污染物暴露的受体位置在污染点原位。评价所需的土壤、地下水、大气、污染物特性等参数大量采用经验保守值。二级评价针对污染影响区内的真实暴露点，相比于一级评价，二级评价在分析与污染源点异位的暴露点时，需要考虑污染物沿横向距离的浓度变化，即污染物沿水平方向移动所引起的浓度的衰减;而一级评价由于仅分析位于污染源点原位的暴露点，所以仅考虑了污染物的垂向迁移。在一、二级评价分析中，污染物在环境中的迁移衰减模型通常采用简单的数学解析模型，由其预测出的污染物在暴露点的浓度一般都高出实际浓度，所以由此确定的治理目标也将是安全的。三级评价与二级评价类似，只是在对污染物在环境中的迁移衰减进行模拟时采用了更为复杂的数值模拟模型，因此需要对现场进行更深入的调查以获取评价所需的大量反映污染现场的水文地质及自然降解参数。本文中的健康风险评价方法主要是指RBCA模型的简化模型，该模型的具体步骤如下:

(1)通过初步评价可以确定污染源中的超标污染物、污染影响区内的受体以及暴露途径，从而建立健康风险评价的概念模型;

(2)以实测实验数据确定污染物在土壤中的浓度;

(3)估计暴露量;

(4)估计健康风险，根据健康评价结果估计污染物对人体健康产生危害的急迫程度，必要的污染点要采取相应的应急措施以减轻危害程度。

暴露评估可以通过日平均暴露量来估算，由于暴露途径主要分为食入，皮肤接触和吸入三种途径，因此日平均暴露量(Chronic Dailay Intake，CDI)(mg/kg/day)的计算公式如下:

式中，C为污染物的浓度，mg/kg;IR为摄入污染物的浓度，kg;EF为暴露频率，1/days;ED为暴露持续时间，years; BW为体重，kg;AT为平均寿命，years;

RBCA模型按照美国环境保护署(USEPA)的化学物质分类，将化学物质分为致癌物质与非致癌物质2类。通常认为人体在低剂量暴露条件下，暴露剂量率和人体致癌风险之间呈线性关系CR=CDISF，SF(Slop Factor)为致癌斜率因子，因此致癌物质的致癌风险值CR计算公式如下:

非致癌物质的危害商(HQ)一般以参考剂量RfD(Reference Dose)值为衡量标准，暴露剂量率和参考剂量的关系HQ=CDI/RfD，RfD污染物的参考剂量，因此非致癌物质的危害商(HQ)计算公式如下:

式中，下标oral，dermal，inh分别为经口，皮肤接触，吸入。对于致癌物质，计算其风险值，并设定10－6为可接受致癌风险水平下限，10－4为可接受致癌风险水平上限;对于非致癌物质，计算其危害商，判定标准设定为1。

1.2 CLEA(Contaminated Land Exposure Assessment)模型

CLEA模型是有英国环保署和环境、食品与农村事务部以及苏格兰环境保护局联合开发，是英国官方推荐用来进行污染场地评价以及获取土壤指导限值(SGVs)的模型［35］.CLEA模型将化学物质对人体或动物的健康效应划分为阈值和非阈值效应，非阈值效应用指示剂量表示，阈值效应用可接受日土壤摄入量表示，总称为健康标准值(HCV).依据日平均暴露量(CDI)与HCV的比值来评价化学物质的危害程度。ADE/HCV的计算公式如下:

式(4)中，C为污染物的浓度，mg/kg;IR为摄入污染物的浓度，kg;EF为暴露频率，1/days;ED为暴露持续时间，years;BW为体重，kg;AT为平均寿命，years;HCV为健康标准值，单位为mg/kg/d;下标oral，dermal，inh分别为经口，皮肤接触，吸入。当CDI/HCV≤1，说明在可接受的范围内;当CDI/HCV＞1，说明污染场地具有潜在的健康风险。

1.3 HHRE(Human health risk evaluation)模型

HHRE模型是由欧洲官方提供的，为解决规划带来的土地利用对土壤重金属的影响和风险。该模型指潜在风险源对人类与土壤重金属的接触(暴露途径)的影响，它采用基于风险来源－途径－受体相联系的污染框架和决定性方法［36］对人体健康带来的风险。这个过程包括污染物浓度分析和分解、确认暴露途径和每种途径的平均摄入浓度，比如土地利用方面。LURc系数代表不同途径发生的土地用途，不是所有的途径都有相同的重要性。

HHRE模型的计算公式如下:

直接摄取的风险商数:

食物链中摄取的风险商数:

式中，ED表示暴露时间，years;EF为暴露频率，1/days;SIR为土壤的摄取率，TDI为每天可容忍的摄入量，BW为人体体重，kg;RER为暴露途径，AT为平均暴露时间，LURc为土地使用风险系数。当RI≤1，说明人的一生在不同的暴露途径下都不会出现健康风险;当RI＞1，说明人在该种环境下会存在潜在的健康风险。

2 参数的差异

在三种模型中，体质量和平均暴露时间参数可根据国家统计资料等相关文献数据得到，各类人群的暴露时间和暴露频率需要通过人体时间活动模式调查得到，目前我国也极缺乏相关数据，因此参考美国环保署(EPA)的相关数据。

RBCA模型中的SF(Slop Factor)为致癌斜率因子，通常指化学致癌物的暴露剂量与致癌概率之间的定量关系来表示，即:人体终生暴露于剂量为每日每公斤体重1mg致癌物时的终生超额患癌风险度，以［mg/kg/d］－1表示。此值越大，则单位剂量致癌物所导致人体的超额患癌率越高。美国EPA将RfD定义为:人群终生暴露后不会产生可预测的有害效应的日平均暴露水平估计值，以单位mg/ (kg·d)表示。RfD的估算一般是在充分收集现有的动物实验研究和人群流行病学研究资料的基础上，选择可用于剂量反应的关键性研究，从中确定未观察到有害效应的剂量反应(No Observed Adverse Effect Level，NOAEL)或观察到有害效应的最低剂量水平(Lowest Observed Adverse Effect Level，LOAEL)然后将这些值除以相应的不确定性系数(Uncertainy Factor，UF)和修正系数(Modifying Factor，MF)。计算公式:

CLEA模型是将化学物质对人体或动物的健康效应划分为阈值和非阈值效应，非阈值效应用指示剂量(Index Dose，ID)表示，阈值效应是用可接受日土壤摄入量(Tolerable Dmly Soil I nt a k e，TDSI)表示，总称为健康标准值(Health Criteria Values，HCV)。依据日平均暴露量((Chronic Dailay Intake，CDI)与HCV的比值来评价化学物质的危害程度。

HHRE模型的构建以减少一些参数的确定来计算风险评估标准的，它考虑到与人类长期接触的土壤重金属带来的健康风险，它是基于考虑实际的或计划中的土地使用带来的有关的风险分析，并将LURc系数引入了健康风险评价中，它代表了不同途径发生的土地利用，旨在探索不同的土地利用方式给人类带来的危害程度。暴露途径是直接摄入土壤和灰尘，皮肤接触和吸入尘埃不包括在内。

3 RBCA、CLEA和HHRE模型比较

(1)相同点:以上三种模型在基本原理和算法上有许多共同之处:模型需要输入与目前其他风险评价模型一样，三种模型在基本原理和算法上有很多共同之处:模型都要计算人体的日平均暴露量，需要输入的参数基本相同，如场地参数、污染物的毒理学参数和暴露参数;对考虑的主要暴露途径基本相同，如直接摄人土壤、皮肤接触、吸入室内灰尘和蒸气吸人等;有些模块完全相同，如对参考剂量及暴露量的估算。

(2)不同之处:三种模型主要在设计上有一些差异:如污染物分类方面，RBCA模型根据美国环保署的化学物质分类将重金属污染物分为致癌与非致癌两类，而HHRE和CLEA模型为对重金属污染物进行分类;在污染源方面，CLEA模型只考虑表层土壤，RBCA模型可以同时考虑深层土壤和地下水的影响，而HHRE模型考虑直接摄入土壤和灰尘(即表层土壤)和食物链(本土蔬菜)的影响;评级目的方面，RBCA和CLEA主要侧重于土壤重金属污染物对人体健康评价的影响，而HHRE模型侧重于分析土地利用给人体健康带来风险;在暴露途径方面，RBCA可分析地下水及地表水摄入途径，CLEA模型可考虑蔬菜摄入途径，HHRE模型未考虑皮肤接触和吸入途径，因此可分析土壤和蔬菜摄入途径。

4 展望

目前在对城市环境中污染物的健康风险评价都具有片面性，对暴露途径的考虑都不够全面。车飞等［25］应用EPA评价模型对沈抚灌区进行评价时由于仅考虑了食物链途径，因此对该地区的评价比较片面。常静等［26］应用EPA评价模型对上海城区灰尘重金属评价时，由于只考虑了呼吸途径，因此会影响评价结果的准确性。

因此，要真正评估土壤污染的健康风险，不能只考虑一种暴露途径，应根据土壤扬尘条件、扬尘密度、范围、人体摄入量来研究。因此，在暴露评价中，对主要的暴露途径(呼吸吸入，皮肤摄入和食物食入等)，我们应估计各种暴露途径在总暴露量中所占的比例及每种途径摄入污染物含量。

(编辑:于杰)

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AbstractThe paper expounds heavy metal pollution situation in urban soil，but only evaluating slil pllution statas is not enough，so the evaluation of heavy metal pollutants in the urban environment for human health risks is necessary.This paper employs two health risk assessment models from foreign countries and compares them with the more regular domestic models by comparing parameters，basic principles and so on.By comparison，we can choose the proper health risk assessment model，and after the health risk assessment we give recommendations to the problem of pollution intake.

Key wordshealth risk assessment;urban soil;heavy metal;spatial distribution

Comparision of Three Health Risk Evaluation Models in Urban Evironment

HAO Meng-mengWANG JiZHANG Yi-xiu
(School of Geographic and Environmental Sciences，Guizhou Normal University，Guiyang Guizhou 550001，China)

C912.81;C196

A

1002－2104(2010)05专－0036－04

2010-06-20

郝萌萌，硕士，主要研究方向为土壤重金属污染。

王济，博士，教授，主要研究方向为土壤重金属污染。

*国家“十一五”科技支撑计划(No.2007BAD89B03)和贵州省教育厅自然科学研究项目(黔教科2008013号)联合资助。