【摘要】：經(jīng)手-口攝入是人體特別是兒童暴露于重金屬污染土壤的主要途徑之一。人體內(nèi)重金屬的生物有效性依賴于土壤中重金屬的生物可利用性,而生物可利用性不僅與其總量有關(guān),更與其賦存形態(tài)密切相關(guān)。近年來,國內(nèi)外已建立了多種與體內(nèi)動物暴露實(shí)驗(yàn)相對應(yīng)的體外模擬消化系統(tǒng)方法來研究土壤重金屬的生物可利用性,但方法間的差異性及其中重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化研究鮮見報道。本論文采用三種體外模擬方法考察了污染土壤鉛(Pb)的生物可利用性,并借助XRD技術(shù)和MINTEQ模型探討了Pb從真實(shí)土壤環(huán)境到模擬胃液和腸液內(nèi)的賦存狀態(tài)與形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律,研究了不同體外模擬方法、不同Pb化合物、土壤理化性質(zhì)以及重金屬復(fù)合污染對土壤Pb形態(tài)與生物可利用性的影響機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:(1)研究了三種體外模擬方法(SBRC、PBET、IVG)下污染土壤及含磷材料修復(fù)土壤中Pb的生物可利用性。探討了不同模擬方法間的差異性對Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明:三種模擬方法中Pb生物可利用性大小順序在胃模擬液中為SBRCPBETIVG,腸模擬液中為PBETSBRCIVG。模擬液的pH值和有機(jī)組分是造成土壤Pb生物可利用性差異的主要原因。土壤中Pb進(jìn)入酸性胃液后溶解為自由離子態(tài)和有機(jī)絡(luò)合態(tài),進(jìn)入中性腸液后進(jìn)而轉(zhuǎn)化為碳酸鹽沉淀態(tài)。含磷材料TSP能有效降低土壤中Pb的生物可利用性。胃階段由71.33%~96.06%降低至37.91%~84.14%;腸階段由0.63%~8.68%降低至0.10~2.12%。土壤中部分PbCO_3會轉(zhuǎn)化為難溶態(tài)的Pb_5(PO_4)_3Cl,使Pb的生物可利用性降低。PBET法更適于從嚴(yán)考察土壤Pb的健康風(fēng)險。(2)研究了PBET法對不同Pb化合物(Pb(NO_3)_2和PbCO_3),以及含磷材料修復(fù)后在胃-腸模擬純?nèi)芤后w系中Pb的生物可利用性。探討了在提取過程中含磷材料和模擬消化液組分對Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明:模擬胃-腸溶液中,不同化合物Pb生物可利用性大小為Pb(NO_3)_2PbCO_3。加入含磷材料可以顯著降低Pb化合物的生物可利用性。酸性胃階段,10min內(nèi)Pb生物可利用性迅速降低95%以上,Pb與P不斷生成Pb_5(PO_4)_3Cl或PbHPO_4沉淀,Pb生物可利用性持續(xù)下降。中性腸階段,Pb生物可利用性降低超過60%,消化液有機(jī)物組分與Pb發(fā)生競爭絡(luò)合作用,Pb生物可利用性略微上升。胃-腸模擬液含有胃蛋白酶、小分子有機(jī)酸、胰液素或膽鹽等有機(jī)組分容易與自由離子態(tài)Pb發(fā)生絡(luò)合,抑制其生成難溶的Pb-P礦物沉淀。(3)研究了四種模擬突發(fā)性污染土壤在PBET法提取過程中Pb的生物可利用性。探討了土壤的不同理化性質(zhì)對Pb從真實(shí)土壤到模擬胃液和腸液內(nèi)的形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明:不同土壤之間理化性質(zhì)的差異會改變Pb進(jìn)入土壤后的存在形態(tài),從而影響其生物可利用性。胃模擬液中不同土壤Pb的生物可利用性范圍高達(dá)70.9%~84.7%,其大小順序?yàn)榧t壤黃綿土稻田土潮土。腸模擬液中不同土壤Pb的生物可利用性下降至9.25%~34.8%,其大小順序?yàn)榈咎锿良t土潮土黃綿土。以各種形態(tài)存在于土壤中的Pb進(jìn)入強(qiáng)酸性胃液環(huán)境中,迅速溶解和/或解吸為自由離子態(tài)和絡(luò)合態(tài),Pb生物可利用性隨之升高。進(jìn)入中性腸液環(huán)境后,溶解態(tài)Pb被迅速吸附或沉淀轉(zhuǎn)化為吸附態(tài)、碳酸鹽和磷酸鹽沉淀態(tài),Pb生物可利用性隨之減少。從評判標(biāo)準(zhǔn)從嚴(yán)的角度考慮,紅壤的健康風(fēng)險最大;從能被人體吸收的角度考慮,稻田土的健康風(fēng)險最大。(4)研究了歷史遺留性Pb-As復(fù)合污染土壤及含磷材料修復(fù)后土壤在PBET法提取過程中Pb和As的生物可利用性。探討了復(fù)合污染情況下含磷材料與不同重金屬之間的相互作用,以及對模擬胃液和腸液中Pb和As形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明:復(fù)合污染土壤中Pb和As的主要存在形態(tài)為PbCO_3、PbSO_4和Pb_5(AsO_4)_3Cl。胃模擬液中Pb和As的生物可利用性均較低(12%),腸模擬液中進(jìn)一步下降至1%。胃-腸模擬提取過程會促使復(fù)合污染土壤中Pb與AsO_4~(3-)溶解并發(fā)生沉淀反應(yīng)生成Pb_5(AsO_4)_3Cl,Pb和As的生物可利用性隨提取時間的增加而減少。加入含磷材料能有效降低胃-腸模擬液中Pb生物可利用性,但使腸模擬液中As生物可利用性由1.01%升高至2.61%。含磷材料的加入會釋放大量的PO_4~(3-)取代AsO_4~(3-),與溶解態(tài)Pb發(fā)生沉淀反應(yīng),生成更穩(wěn)定的Pb_5(PO_4)_3Cl礦物。因此,磷酸鹽誘導(dǎo)Pb穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)處理Pb-As復(fù)合污染土壤可以降低Pb的健康風(fēng)險,但同時會增加As的健康風(fēng)險。綜上,本論文研究了不同體外模擬方法、不同Pb化合物、土壤理化性質(zhì)以及重金屬復(fù)合污染對污染土壤Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化與生物可利用性的影響機(jī)制,為重金屬污染土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)的建立及健康風(fēng)險評估提供更為可靠的科學(xué)依據(jù)。
【圖文】：

圖 1-1 全國土壤污染狀況調(diào)查公報結(jié)果Fig.1-1 Results of the National Soil Pollution Survey1.1.2 重金屬與人體健康（a） 重金屬進(jìn)入人體的途徑經(jīng)自然或人為因素輸入土壤的 Pb，累積到一定程度會造成土壤污染，進(jìn)而引起種植于土壤上的植物或農(nóng)作物中的 Pb 含量升高，最終經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體并影響人體健康[20]。此外，人體也可通過直接途徑攝入 Pb，如口腔攝入、呼吸吸入或皮膚接觸等方式，進(jìn)入人體后逐漸在人體內(nèi)積累，最終對人體健康產(chǎn)生潛在危害。根據(jù)調(diào)查研究，異食癖患者、低齡兒童以及特定職業(yè)的工作者是最易因攝入土壤重金屬而引起健康風(fēng)險的人群。異食癖患者多為發(fā)展中國家缺乏食物或營養(yǎng)的女性[21]，土壤攝入量平均值與攝入范圍分別為 42 g/d 和 2.5~219 g/d[22]。低齡兒童由于日�；顒又薪�(jīng)常通過手或口接觸土壤，因此易攝入污染土壤中的重金[23]

圖 1-2 土壤或沉積物中生物有效性過程[43]Fig. 1-2 Bioavailability processes in soil or sediment1.2.2 重金屬的生物可利用性模擬過程評估經(jīng)口攝入土壤中重金屬對人體的生物有效性有兩種方法，即體內(nèi)動物暴露實(shí)驗(yàn)（in vivo test）和體外模擬提取實(shí)驗(yàn)（in vitro test）。體內(nèi)動物暴露實(shí)驗(yàn)一般包括：腸道灌注（intestinal perfusion）、排泄物分析（excretion measurement）血液動力學(xué)（bloodkinetics）和目標(biāo)組織測量（targettissuemeasurement）等[44]總體來說，動物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一般相對較為準(zhǔn)確、可靠，但這種方法的應(yīng)用受到其費(fèi)用高、實(shí)驗(yàn)周期長、動物個體差異大等因素的限制[45-47]。因此，各研究學(xué)者們開始發(fā)展一些相對簡單的體外模擬提取實(shí)驗(yàn)來研究土壤重金屬的生物可利用性。通過模擬人體的胃腸道消化系統(tǒng)環(huán)境，根據(jù)溶解態(tài)重金屬的含量來考察重金屬進(jìn)入人體后可能被吸收的量[43]。體外模擬實(shí)驗(yàn)方法周期短、費(fèi)用低廉、可控性強(qiáng)，與動物活體實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性較好，并適合大批量樣
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X53

【參考文獻(xiàn)】

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1 成杭新;李括;李敏;楊柯;劉飛;成曉夢;;中國城市土壤化學(xué)元素的背景值與基準(zhǔn)值[J];地學(xué)前緣;2014年03期

2 陳海珍;龔春生;陳麗秋;葉海明;;基于體外模擬法的城市土壤鉛的健康風(fēng)險評估[J];環(huán)境與健康雜志;2012年03期

3 梁媛;王曉春;曹心德;;基于磷酸鹽、碳酸鹽和硅酸鹽材料化學(xué)鈍化修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展[J];環(huán)境化學(xué);2012年01期

4 曹心德;魏曉欣;代革聯(lián);楊永亮;;土壤重金屬復(fù)合污染及其化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J];環(huán)境工程學(xué)報;2011年07期

5 陳曉晨;牛佳;崔巖山;;城市表層土壤中鉛的生物可給性及其對人體的健康風(fēng)險評價:以首鋼廠區(qū)附近小區(qū)域?yàn)槔齕J];環(huán)境科學(xué);2010年12期

6 張東平;余應(yīng)新;張帆;王德慶;吳明紅;盛國英;傅家謨;;環(huán)境污染物對人體生物有效性測定的胃腸模擬研究現(xiàn)狀[J];科學(xué)通報;2008年21期

7 和莉莉;李冬梅;吳鋼;;我國城市土壤重金屬污染研究現(xiàn)狀和展望[J];土壤通報;2008年05期

8 雷鳴;曾敏;鄭袁明;廖柏寒;朱永官;;湖南采礦區(qū)和冶煉區(qū)水稻土重金屬污染及其潛在風(fēng)險評價[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2008年06期

9 崔巖山;陳曉晨;朱永官;;利用3種in vitro方法比較研究污染土壤中鉛、砷生物可給性[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2008年02期

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2 李儀;土壤和灰塵中銅鋅鉛生物可接受性的體外消化方法研究[D];浙江大學(xué);2013年

3 楊建軍;污染土壤重金屬分子形態(tài)及其根際轉(zhuǎn)化機(jī)制研究[D];浙江大學(xué);2011年

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本文編號：2592456