利用in vitro试验的城市土壤重金属健康风险研究及其对中国土壤污染调查的启示

以福州大学城区域为研究区,采用传统土壤采样分析以及多元统计学、地统计学相结合的方法,解析小尺度下城市表层土壤中8种重金属的空间分布和来源;进而针对部分“超标”土壤样品,分别采用国家推荐方法和先进的in vitro试验方法进行土壤重金属经口部摄入途径的健康风险评估和对比研究.结果表明:研究区土壤整体上不存在严重的重金属污染问题,但有个别土样Pb和Cr(Ⅵ)含量超过了最新国家标准的筛选值;土壤中Cd、Cu、Pb、Cr、Ni、Zn等重金属主要来源于交通及机动车辆,需要注意防控;国家推荐方法得出土样Pb存在的非致癌风险达到可接受限值的1.53倍,土样Cd、Ni以及两个土样Cr(Ⅵ)存在的致癌风险则达可接受限值的1.01~43.50倍,而in vitro试验方法揭示仅有土样Pb的健康风险较高,胃阶段Pb对其每周允许摄入量(PTWI)的贡献率达到41%(成人)和149%(儿童),小肠阶段则显著降低至5%(成人)和18%(儿童);由于in vitro试验方法是以重金属的生物可给性/生物有效性为其风险评估的依据,被认为相对科学准确,不易产生对风险的过高估计,因此建议将其引入今后的土壤污染调查工作.本研究为相关城市的规划管理提供有价值的参考,并对我国土壤污染调查技术手段的持续改进给予启示.

中国典型土壤中镉的生物可给性影响因素研究及其健康风险评估

采集我国红壤、棕壤、褐土和黑土等4种典型土壤,制备成镉含量为180 mg·kg^(-1)的人工污染土,基于in vitro试验方法分析土壤镉在人体消化道不同阶段的生物可给性并评估健康风险,之后结合对土壤基本理化特性和镉赋存形态的全面测定,阐释镉的生物可给性的影响因素以及土壤间差异的原因.结果表明,镉在胃阶段的生物可给性(94.36%—96.54%)显著高于小肠阶段(50.46%—80.07%);各土壤镉经口部摄入的致癌风险均超过可接受限值2个数量级,而非致癌风险未超限.此外,土壤镉的生物可给性与氯化钙提取态镉含量、迁移系数以及土壤有机质含量存在相关性,而影响土壤镉在胃阶段生物可给性的主导因子为迁移系数,小肠阶段则为土壤有机质含量.本研究体现了in vitro试验方法的优越性,其成果将为大规模污染土壤风险评估工作的精准化做出积极贡献.

给水管网生物稳定性研究:现状、挑战与未来

给水管网生物稳定性是指管网中微生物的生长导致饮用水水质在输配过程中发生恶化的潜力。准确、合理地评价给水管网的生物稳定性是保障饮用水水质安全的前提,常用方法包括基于生物稳定性评价指标的预测性评价方法和基于微生物丰度、活性及群落组成的直接评价方法。深入理解给水管网中水力条件、管道特征、营养基质、消毒剂和抗生素耐药性等因素对生物稳定性的影响有助于制定更有效的控制策略。然而,如何通过实际管网取样和生物膜培养反应器获得具有代表性的环境样品以及如何利用现代分子生物学技术获取有用信息是该研究领域面临的主要挑战。基于此,从给水管网生物稳定性研究的现状(评价方法、影响因素、控制策略)出发,对当前研究的主要瓶颈进行讨论,并展望该领域未来的发展趋势与可能的研究方向。

基于in vitro试验的中国典型土壤中砷的健康风险及影响因素

采集中国红壤、黑土、褐土、棕壤和黄壤五种典型土壤,经一个月老化制备成浓度为600 mg·kg^(-1)的砷污染土壤样品,利用体外(in vitro)试验方法(PBET-UF模型)研究经口部摄入的土壤砷在人体胃肠道的生物可给性/生物有效性,并评估其健康风险,进而从土壤性质角度(包括土壤基本理化特性及砷的赋存形态)综合地探讨砷的生物可给性/生物有效性的影响因素,以分析不同土壤间差异的原因。结果表明,土壤砷在胃阶段的生物可给性为37.2%~71.8%,小肠阶段的生物可给性为49.0%~73.3%,小肠阶段的生物有效性为48.6%~72.1%,各类型土壤间差异极显著;土壤砷从胃到小肠是一个逐步被消化溶出的过程,且小肠中溶解态砷均可透过模拟小肠上皮细胞的专用超滤膜;各类型土壤经口部摄入的砷健康风险存在极显著差异,致癌风险和非致癌风险分别超过相应可接受限值两个数量级和一个数量级;此外,土壤砷的生物可给性/生物有效性与土壤pH、游离氧化铁铝含量、迁移系数S及迁移系数W存在显著或极显著相关性,迁移系数S是影响土壤砷在胃阶段的生物可给性的主导因子,土壤pH为影响其在小肠阶段的生物可给性/生物有效性的主导因子,而游离氧化铁铝则主要通过与砷形成新矿物的方式降低其在土壤中的活性及生物可给性/生物有效性。本研究的成果将为后续开展更符合现实土壤污染情形的调查及重(类)金属污染土壤健康风险评估手段的完善做出积极贡献。

中国典型土壤中铅的生物可给性的影响因素分析与健康风险评估

土壤铅污染及其危害备受关注。作为评估其对人体健康风险的科学指标之一,土壤铅的生物可给性的影响因素仍不甚明确。采集中国5种典型土壤(红壤、褐土、黑土、棕壤和黄壤),根据国标中一类建设用地的管制值制备成800 mg·kg^(-1)的铅污染土壤样品,利用先进的基于生理学的体外试验方法(改进的PBET模型)研究经口部摄入的土壤铅的生物可给性及其对人体的健康风险,进而从土壤理化性质和铅的赋存形态角度,全面综合地探讨土壤铅的生物可给性的影响因素,并分析不同土壤间差异的原因。结果表明,土壤铅在胃阶段的生物可给性为72.7%—82.6%,各类型土壤间差异极显著,其中红壤较高而黑土较低;进入小肠阶段后,土壤铅的生物可给性极显著降低至22.8%—27.7%,各类型土壤间无显著差异。土壤铅对人体的健康风险评估结果与之相同。对儿童而言,土壤铅在胃阶段的非致癌风险达到可接受限值的2.1倍;且整体而言,土壤铅对儿童的非致癌风险平均达到成人的7.6倍,必须加以重视。此外,土壤铅的生物可给性与土壤pH、有机质质量分数和迁移系数均存在高度显著相关性,其中,土壤pH是影响土壤铅在胃肠道的生物可给性的主导因子。通过体外试验可直接、简便而准确地获取土壤铅的生物可给性信息,建议在今后实地的污染土壤健康风险评估工作中引入该方法。该研究成果将为铅污染土壤健康风险评估工作提供准确的科学依据与有价值的参考。

基于微生物群落特征解析的生物活性炭氨氧化机制

针对水源中氨氮微污染顽疾,从微生物群落特征(多样性、丰度)的角度探究了饮用水深度处理工艺生物活性炭(BAC)的氨氧化机制.结果表明:BAC上的微生物(细菌、古菌)群落结构与其所处滤池水样中的微生物群落结构差异显著,且其多样性高于水体.此外,BAC上具有硝化功能的微生物以古菌为主(占总古菌的77.72%),而水样中细菌和古菌的硝化功能均不显著.对BAC上功能微生物——氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的分子生物学的研究结果表明,其数量分别为(49.10±4.45)×10^(5)个·g^(-1)(干重)和(23.20±2.55)×10^(4)个·g^(-1)(干重),AOA的数量显著多于AOB(P<0.01).运用T-RFLP对氨氧化微生物群落多样性进行的分析发现,BAC上和水体中的氨氧化微生物组成及优势菌种均不同,表明氨氧化微生物在BAC上的富集具有选择性.