軍事訓(xùn)練場土壤鉛污染評價方法研究

李戰(zhàn)國，黃永紅，朱勇兵，耿志強(qiáng)，韓夢薇，趙紅杰

（1. 國民核生化災(zāi)害防護(hù)國家重點實驗室，北京 102205；2. 軍委后勤保障部工程質(zhì)量監(jiān)督中心，北京 100142）

軍用炮彈、子彈的彈體材料含有各種重金屬，其中鉛是主要成分之一。在武器裝備長期試驗、訓(xùn)練過程中，大量彈體碎片進(jìn)入土壤，在環(huán)境中侵蝕、淋濾作用下，鉛轉(zhuǎn)化為可遷移態(tài)，造成軍事場地污染。根據(jù)場地調(diào)查結(jié)果，某靶場土壤中鉛的濃度高達(dá)7 031 mg/kg[1]。鉛是環(huán)境中重要的有毒污染物，具有蓄積性、神經(jīng)毒性等，其毒性和健康危害已引起世界各國學(xué)者廣泛關(guān)注。與一般化學(xué)污染物采用參考劑量除以參考濃度的評價方法不同，目前國際上對鉛的毒性評估主要采用基于受體血鉛濃度水平的方法。血鉛的理想水平應(yīng)該為零，但由于受環(huán)境等多種因素影響，人體內(nèi)或多或少都有鉛存在。根據(jù)國際慣用標(biāo)準(zhǔn)，通常認(rèn)為血鉛的相對安全標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)超過10 μg/dL。目前國際上公認(rèn)的鉛污染場地風(fēng)險評估模型為兒童血鉛模型IEUBK（integrated exposure uptake biokinetic model）和成人血鉛模型ALM（adult lead model），并已成為US EPA 鉛污染場地風(fēng)險評估的標(biāo)準(zhǔn)方法[2-3]。

在我國，有關(guān)鉛的風(fēng)險評估起步晚，相關(guān)研究也較少，近年來開始關(guān)注鉛的生物有效性、血鉛的調(diào)查等。但在鉛污染風(fēng)險評估方面，大多研究是基于US EPA 的IEUBK 模型或ALM 模型，通過參數(shù)本土化研究開展風(fēng)險評估[4-6]，或者基于我國土壤中鉛的篩選值標(biāo)準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法進(jìn)行污染評價[7]。宋波等[8]基于土壤鉛背景值和國家土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，采用各文獻(xiàn)報道的土壤中鉛含量的幾何均值，分別計算污染累積指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)，來分析評價廣西土壤鉛污染特征和風(fēng)險，該方法適合用于區(qū)域性污染的評價。王俊杰等[9]以土壤中鉛的易遷移轉(zhuǎn)化形態(tài)（酸可提取態(tài)、可還原態(tài)和可氧化態(tài)）與殘渣態(tài)的比值建立污染因子風(fēng)險評價法，該方法重點關(guān)注可遷移轉(zhuǎn)化形態(tài)的鉛，具有一定的合理性，但需要對土壤中鉛的各種形態(tài)進(jìn)行提取分離和分析，操作過程相對復(fù)雜，且形態(tài)提取過程受實驗方法、提取液種類的影響較大，難以形成標(biāo)準(zhǔn)化方法。

軍事訓(xùn)練場鉛的暴露受體基本上為成年男性官兵，不存在孕婦或兒童等敏感受體，因此無論是采用US EPA 的ALM 模型，還是參照國家標(biāo)準(zhǔn)《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）：GB36600—2018》[10]，都過于保守，不符合軍事訓(xùn)練場風(fēng)險管控實際。針對軍事訓(xùn)練場鉛暴露的特殊性，參考US EPA 的ALM 模型中有關(guān)人體血鉛濃度與土壤中鉛濃度的模型算法，結(jié)合我國職業(yè)接觸血鉛限值，提出軍事訓(xùn)練場土壤中鉛污染的風(fēng)險管制值計算方法，然后基于內(nèi)梅羅指數(shù)法構(gòu)建軍事訓(xùn)練場土壤中鉛污染評價方法，為軍事訓(xùn)練場鉛暴露風(fēng)險管控提供理論方法支撐。

1 ALM 模型

ALM 模型是1996 年US EPA 開發(fā)的風(fēng)險評估模型，通過評估暴露于商業(yè)/工業(yè)用地鉛污染土壤的孕婦胎兒血鉛含量來表征鉛污染土壤的人體健康風(fēng)險，并用于推導(dǎo)土壤中鉛的環(huán)境基準(zhǔn)。該方法只考慮直接攝入土壤和室內(nèi)灰塵中鉛的暴露途徑，采用生物動力學(xué)斜率因子（BKSF）表征環(huán)境鉛暴露與孕婦血鉛含量的線性關(guān)系，采用幾何標(biāo)準(zhǔn)差描述類似鉛暴露場景下個體間血鉛含量的差異。與兒童相比，成人自身免疫系統(tǒng)趨于完善，在一定程度上通過自身消化可以排出進(jìn)入體內(nèi)的鉛，會對評估結(jié)果產(chǎn)生影響，因此ALM 模型的輸出對象采用育齡婦女的血鉛濃度，這個血鉛濃度可根據(jù)體內(nèi)胎兒與母體的血鉛濃度之間的比例常數(shù)通過胎兒血鉛濃度計算得出，而胎兒自身對血鉛濃度基本上無影響，最終得出的結(jié)果相對要更加精確。

ALM 模型[3]，見式（1～2）。

式中：PbBadult為成人血鉛濃度，μg/dL；PbBfetal,0.95為暴露于場地中的婦女所生胎兒的第95 百分位血鉛濃度，μg/dL；PbS 為土壤中鉛的濃度（一般取場地平均濃度，mg/kg）；BKSF 為生物動力學(xué)斜率因子，與日均鉛攝入量造成的血鉛濃度增加值有關(guān)，(μg/dL)/(μg/d)；IRS為每日土壤攝入率，g/d；AFS為腸胃對攝入體內(nèi)鉛的吸收效率，無量綱；EFS為暴露頻率，d/a；ATS為長期暴露平均時間，d；PbB0為血鉛背景值，μg/dL；GSDi為幾何標(biāo)準(zhǔn)差；Rfetal/maternal為胎兒/母體血鉛濃度比值，ALM 模型中缺省值為0.9。

胎兒血鉛濃度超過標(biāo)準(zhǔn)血鉛值的概率Pfetal，見式（3）。

其中，x=PbBt

式中，PbBt為胎兒血鉛濃度目標(biāo)值，一般取2～8 μg/dL，ALM 模型中缺省值為5 μg/dL。

即，胎兒血鉛濃度超過標(biāo)準(zhǔn)血鉛值的概率Pfetal為孕婦血鉛濃度PbBadult的對數(shù)累積分布函數(shù)。US EPA 標(biāo)準(zhǔn)給出了模型參數(shù)推薦值及取值說明[3,11]，其中血鉛背景值（PbBadult,0）和幾何標(biāo)準(zhǔn)差（GSDi）是美國健康與營養(yǎng)調(diào)查（National Health and Nutrition Examination Survey，NHANES）對數(shù)千名育齡婦女調(diào)查統(tǒng)計的結(jié)果，并定期更新，最新來自2011～2016 年5 750 名15～49 歲婦女的調(diào)查數(shù)據(jù)[12]。國內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)缺乏，中國科學(xué)院南京土壤研究所曾收集整理了國內(nèi)公開發(fā)表孕婦血鉛含量數(shù)據(jù)，給出了我國孕婦血鉛背景值范圍和幾何標(biāo)準(zhǔn)差[4]。成人血鉛模型參數(shù)，見表1。

表1 成人血鉛模型參數(shù)

2 軍事訓(xùn)練場鉛污染評價方法

2.1 軍事訓(xùn)練場鉛污染評價方法構(gòu)建

ALM 模型經(jīng)過20 多年的發(fā)展應(yīng)用，已成為國際公認(rèn)的鉛污染場地權(quán)威評估模型，在其應(yīng)用中各國學(xué)者主要是針對場地暴露對象不同，對模型參數(shù)進(jìn)行本土化研究，其基本計算方法沒有變化。因此針對軍事訓(xùn)練場鉛暴露的特殊性，利用式（1）中成人血鉛濃度PbBadult與土壤鉛濃度PbS 的數(shù)學(xué)關(guān)系，根據(jù)官兵血鉛濃度的控制目標(biāo)值（PbBc），可以計算軍事訓(xùn)練場土壤中鉛濃度的風(fēng)險管制值（risk intervention values, RIV），見式（4）。

一般對于土壤中重金屬污染的評價常見的方法有單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法。其中單項污染指數(shù)采用土壤中污染物實測濃度與標(biāo)準(zhǔn)值的比值進(jìn)行評價；內(nèi)梅羅指數(shù)是在單項污染指數(shù)基礎(chǔ)上的改進(jìn)，是一種兼顧極值的計權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，特別考慮了污染最嚴(yán)重的因子，內(nèi)梅羅指數(shù)在加權(quán)過程中避免了權(quán)系數(shù)中主觀因素的影響，是當(dāng)前國內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計算的最常用方法之一。因此將式（4）計算的RIVPb作為單項污染指數(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)值，利用場地各點位土壤鉛的濃度（PbSi）計算單項污染指數(shù)（Pi），見式（5）。

則內(nèi)梅羅綜合指數(shù)P的計算公式為

根據(jù)內(nèi)梅羅綜合指數(shù)P的計算結(jié)果來評價軍事訓(xùn)練場鉛污染等級：P≤0.7 為安全級；0.73 為重度污染。

2.2 參數(shù)選擇

上述構(gòu)建的軍事訓(xùn)練場鉛污染評價方法中，ATS、BKSF 和AFS等參數(shù)可采用US EPA 推薦值，IRS、EFS原則上應(yīng)采用軍事訓(xùn)練場實際暴露調(diào)查值，缺乏數(shù)據(jù)的情況下可采用《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則：HJ 25.3—2019》[13]附錄G 風(fēng)險評估模型參數(shù)推薦值中的數(shù)據(jù)。

對于官兵血鉛濃度的控制目標(biāo)值（PbBc）的取值，可參考我國職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)《職業(yè)性慢性鉛中毒的診斷：GBZ 37—2015》[14]規(guī)定的工作人員血鉛的職業(yè)接觸限值40 μg/dL。美國職業(yè)醫(yī)生認(rèn)為血鉛含量為80 μg/dL 是安全的，但為了防止在終生工作中鉛對人體的危害，美國職業(yè)安全與健康管理部門要求將血鉛含量標(biāo)準(zhǔn)保持在40 μg/dL 以下[15]，這一標(biāo)準(zhǔn)與我國規(guī)定的職業(yè)接觸限值是一致的。因此，式（4）中官兵血鉛濃度的控制目標(biāo)值（PbBc）可取40 μg/dL。

關(guān)于軍事場地官兵血鉛背景值PbB0尚缺乏數(shù)據(jù)，通過相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的梳理總結(jié)來確定。2006 年12 月～2007 年1 月，北京軍區(qū)司令部門診部對某駐京官兵血鉛水平進(jìn)行過調(diào)查分析，不同工作環(huán)境官兵的血鉛水平[16]，見表2。

表2 駐京某部官兵不同工作環(huán)境血鉛水平

CHEN et al[17]報道了我國上海、浙江和江西16 個居民區(qū)血鉛的調(diào)查結(jié)果，2 048 名男性血鉛范圍為2.90～6.22 μg/dL，中值為4.40 μg/dL；2 982 名女性血鉛范圍為2.50～5.38 μg/dL，中值為3.70 μg/dL。張敏莉等[18]對西南地區(qū)600 例成人血鉛水平進(jìn)行了檢測分析，發(fā)現(xiàn)男性平均為8.32 μg/dL，女性平均為7.75 μg/dL。重工業(yè)集中的城市沈陽的普通人群血鉛整體水平達(dá)到12.11 μg/dL[19]。在鉛的職業(yè)接觸工人血鉛水平調(diào)查方面，唐杰彬等[20]報道了清遠(yuǎn)市733 名18～61 歲工人的血鉛值，范圍為0.229～76.56 μg/dL，95%置信區(qū)間為18.76～21.26 μg/dL；張紅兵等[21]收集分析了江蘇省13 個地級市9 707 名鉛接觸工人的血鉛水平，血鉛范圍為0.2～71.8 μg/dL，平均值為(15.72±14.74) μg/dL。

由此可見，不同職業(yè)、不同地區(qū)及不同生活習(xí)慣人群血鉛水平差異顯著，根據(jù)軍事訓(xùn)練場暴露情景，本文選擇表2 中無明顯暴露男兵的血鉛濃度4.93 μg/dL 作為成年男性官兵血鉛背景值PbB0進(jìn)行計算。則依據(jù)式（4）計算的軍事訓(xùn)練場土壤中鉛污染的風(fēng)險管制值RIVPb為10 667 mg/kg。

2.3 軍事訓(xùn)練場土壤鉛風(fēng)險管制值可行性分析

針對不同保護(hù)需求開展環(huán)境基準(zhǔn)研究是環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)制修訂的科學(xué)依據(jù)，也是進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評價、環(huán)境風(fēng)險控制的基礎(chǔ)。截至目前，國內(nèi)涉及土壤鉛含量相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)已有不少[10,22- 23]，這些標(biāo)準(zhǔn)以保護(hù)人體健康為主，也有少部分是為了保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品安全，給出的鉛的篩選值范圍為50～1 200 mg/kg，其中《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）：GB 36600—2018》[10]對工商業(yè)用地土壤中鉛的篩選值為800 mg/kg，風(fēng)險管制值為2 500 mg/kg。葛峰等[24]從保護(hù)人體健康、生態(tài)安全和農(nóng)產(chǎn)品安全3 個方面綜合分析了國內(nèi)外重金屬鉛土壤環(huán)境基準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)歐美國家土壤鉛的指導(dǎo)值范圍為住宅用地25～1 200 mg/kg，工商業(yè)用地25～2 500 mg/kg。鄭麗萍等[25]采用物種敏感性分析法對土壤鉛的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，提出了基于生態(tài)風(fēng)險的鉛的土壤環(huán)境基準(zhǔn)值。

上述標(biāo)準(zhǔn)或研究都是基于敏感受體給出的，但軍事訓(xùn)練場往往地理位置偏僻，場地內(nèi)基本不涉及自然保護(hù)區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品和嬰幼兒等敏感受體，因此無法采用上述篩選值或管制值進(jìn)行軍事訓(xùn)練場的風(fēng)險管控。基于本文構(gòu)建的鉛污染評價方法計算出的風(fēng)險管制值（10 667 mg/kg）為《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）：GB36600—2018》工商業(yè)用地的4.27 倍，考慮到該值是基于鉛的職業(yè)接觸限值（40 μg/dL）計算而來，該職業(yè)接觸限值為血鉛的國際慣用標(biāo)準(zhǔn)（10 μg/dL）的4 倍，因此，軍事訓(xùn)練場官兵作為鉛的職業(yè)接觸暴露來講，上述方法計算的鉛污染的風(fēng)險管制值可以用于軍事訓(xùn)練土壤鉛污染的風(fēng)險管控。

3 軍事訓(xùn)練場鉛污染評價方法應(yīng)用

采用上述構(gòu)建的軍事訓(xùn)練場鉛污染評價方法對某軍事場地鉛污染狀況進(jìn)行評價，前期對該場地劃分網(wǎng)格，以梅花形采樣法采集表層土樣品30 個，各樣品鉛濃度和指數(shù)計算結(jié)果，見表3。

表3 某軍事訓(xùn)練場土壤鉛污染評價

評價結(jié)果表明，該場地的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)P為0.80，污染等級為警戒級，未達(dá)到污染等級，從各點位樣品鉛的單項污染指數(shù)來看，僅有1 個點位的Pi>1，為1.12，2 個點位0.7

4 結(jié)論

本文利用US EPA 成人血鉛模型中有關(guān)人體血鉛濃度與土壤中鉛濃度的模型算法，以我國職業(yè)接觸血鉛限值40 μg/dL 作為軍事訓(xùn)練場官兵血鉛控制目標(biāo)值，計算出土壤鉛的風(fēng)險管制值為10 667 mg/kg，基于內(nèi)梅羅指數(shù)法構(gòu)建軍事訓(xùn)練場土壤鉛的污染評價方法，并對參數(shù)的取值進(jìn)行分析，對某軍事場地鉛污染狀況進(jìn)行評價應(yīng)用，結(jié)果表明，該方法用于軍事訓(xùn)練場鉛污染評價是合理可行的。