河池矿区地表灰尘中Pb、As、Cd生物可给性研究

黄春霞

摘要：以广西南丹大厂镇、车河镇周边地区为研究区域，采用PBET方法分析了地表灰尘中Pb、As、Cd的生物可给性及其影响因素。结果表明。道路和室内灰尘中Pb、cd元素在胃阶段的溶解量比在小肠阶段的溶解量大，As则相反;地表灰尘以细粒径为主，重金属Pb、As、Cd元素主要富集在细粒径颗粒中，并随着粒径的增大，三种元素含量均逐渐降低;道路灰尘中重金属元素的生物可给性主要受灰尘的pH值、有机质、粒径等因素影响。

关键词：重金属;道路、室内灰尘;粒径;生物可给性

中图分类号：X820 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）20-0129-03

1引言

Ruby等定义重金属的生物可给性为释放到消化液中的重金属含量与经口摄入土壤灰尘中重金属含量的比值，即土壤灰尘中重金属在胃肠道中的可溶解率，反映了重金属在人体消化系统中的最大吸收率。Beyer等研究发现人和动物可通过吸人含重金属的灰尘、口食被重金属污染的食物、水和土壤等途径摄食重金属。通过人体健康风险评估发现，摄食污染灰尘是重金属主要的暴露途径之一，灰尘中重金属只要进入体内，经胃肠液吸收后就会参与机体循环，对人体产生毒性。

广西南丹蕴藏着丰富的有色金属矿产资源，多年来不合理的资源开采利用对环境造成了严重的污染，并且危害当地居民健康，因此逐渐引起国内诸多学者的关注研究。研究区域为河池市南丹县大厂镇、车河镇，分析了地表灰尘中Pb、As、Cd的生物可给性及其影响因素，地表灰尘不同粒径分布特征以及重金属在不同粒径中的分布规律。

2样品与方法

2.1样品采集与分析

在研究区的多个社区及村屯采集道路和室内灰尘样品，具体采样点如图1。本研究共采集69个灰尘样品，用自封袋密封保存。所有样品带回实验室自然风干，挑拣出石屑、植物、毛发、碎屑等杂物后过20目筛，再以四分法取1/4的灰尘样品于玛瑙研钵内研磨过60目筛，用于测定灰尘的pH值、有机质（SOM）、粒径等理化性质，同样取1/4的灰尘样品研磨过100目筛，用于测定灰尘重金属总量和可给性实验，具体实验步骤参见韦妮玉论文。

2.2生物可给性的研究方法

目前生物可给性的研究评价方法主要有活体实验和体外试验。活体实验是以动物或器官为研究对象，动物实验结果相对较为准确、可靠，但实验周期较长、费用高，其应用受到限制。体外实验由于其操作简单、费用低、结果较为准确而受到广泛关注。近年来，国内外普遍使用的体外消化方法有：生物原理提取法（PBET）、生物可给性简化提取法（SBET）、体外肠胃法（IVG）、DIN等。

本研究采用生物可给性实验中的PBET方法，即利用胃蛋白酶、膜酶和胆汁等多种消化酶模拟人体胃液和肠液，37℃恒温振荡浸提，测试灰尘中重金属的生物有效性，以此评价本研究区域地表灰尘中重金属Pb、As、Cd的生物可给性。李仪采用PBET法研究重金属Pb的生物可给性，得出Pb的生物可给量在1.07%～4.27%之间。王佳敏分析发现杭州地表灰尘中Pb、Cd元素在小肠环境的溶解量分别为0.29%～19.30%、7.18%～76.65%，胃液环境中溶解量分别为7.01%～70.09%、29.27%～99.8%。

3结果与讨论

3.1地表灰尘生物可给性

范佳民研究淮南地表灰尘重金属特征发现，胃液环境中Pb、Cd的生物溶解量明显高于小肠环境。这与本研究结论相似，本研究中道路灰尘的重金属元素Pb、As、Cd在胃阶段的生物可给性均值分别是4.35%、1.53%、5.30%;小肠阶段为0.40%、2.39%、1.98%（表1），Pb、Cd在胃階段的溶解量比在小肠阶段的溶廨量大，As则相反。道路灰尘总量As～Pb>Cd，在胃环境下生物可给性均值表现为Cd>Pb>As，即强酸环境中As的生物可给性与总量呈反相关关系，总量越大生物可给性越低，但在弱碱性的小肠环境下As释放更容易，生物可给性表现为As>Cd>Pb。

室内灰尘中重金属元素Pb、As、Cd在胃阶段的生物可给性均值分别是4.43%、1.98%、5.45%，小肠阶为0.65%、3.78%、2.15%。对比发现，室内灰尘的生物可给性特征和道路灰尘的表现一致，Pb、Cd在胃阶段生物可给性明显高于小肠阶段，As则相反。

3.2地表灰尘粒径

本研究对所采集的69个灰尘样品进行粒径分析，把每个样品分成小于75um、75～150um、150～250um、250～500um 4个粒径等级。取地表灰尘中不同粒径颗粒所占的质量百分比，结果见表2。

由数据分析可见，小于75um的粒级颗粒的质量百分比最高，而且随着灰尘颗粒由细变粗，其质量百分比呈逐渐降低趋势。相关研究发现粒径越小的灰尘中重金属的富集程度越高。田晖等研究杭州城市灰尘中Pb、Cd的粒径分布发现，随着粒径的逐级变小，Pb、Cd的含量整体呈上升趋势。可见，灰尘颗粒越细，其包含的重金属含量越高，带来的危害效应越大。

本研究通过测定研究区道路、室内灰尘中Pb、As、Cd元素分别在4种粒径范围内的样品含量平均值，以分析不同灰尘颗粒中重金属含量的分布规律。由图2和3显示，随着灰尘粒径逐级增大，Pb、As、Cd 3种元素的含量均呈下降趋势，小于75um粒径的灰尘中重金属元素含量均为最大值，说明不同类型的重金属元素都会随颗粒变细而发生富集。

3.3生物可给性影响因素

通过SPSS19.0矩阵对道路灰尘的生物可给性与理化性质进行相关性分析（表3）发现，重金属Pb、As、Cd元素在胃阶段的生物可给性与其pH值呈负相关关系，即灰尘中pH值越大，重金属在胃阶段的生物可给性越低。灰尘有机质（SOM）与Pb、As、Cd生物可给性总体呈正相关关系，SOM与胃阶段Pb、Cd的生物可给性存在较显著相关，而与As的生物可给性呈弱相关关系。

另外，灰尘在小于75um的粒径颗粒范围与Pb、As、Cd的生物可给性存在正相关关系。而75～150um、150～250um、150～250um、250～500ttm的粒径颗粒范围与生物可给性则从弱相关到负相关，说明灰尘的重金属含量与生物可给性主要集中在细颗粒中，灰尘颗粒越细，重金属含量及其生物可给性均越高。王佳敏也得出同样的结论，颗粒物粒径越小，对重金属活性的富集能力越强，生物可给性越高。

4结论

（1）通过PBET方法分析得出，研究区的道路和室内灰尘中Pb、Cd元素在胃阶段的溶解量比在小肠阶段的溶解量大，As则相反。

（2）地表灰尘以细粒径为主，重金属元素Pb、As、Cd主要富集在细灰尘颗粒中，随着灰尘粒径的变小，元素含量呈现增加趋势。

（3）相关性分析显示，灰尘的pH值、SOM、粒径是灰尘重金属元素生物可给性的重要影响因素。pH值越高，胃阶段的生物可给性越低;胃阶段生物可给性随灰尘有机质含量的升高而增加;灰尘颗粒越细，重金属含量及其生物可给性越高。