城镇土壤重金属层次健康风险评价及管理体系研究进展

前面的章节中对于本研究的研究背景、目的、意义和所涉及领域的基础知识等做了简要综述，本节将综述研究领域下的国内外研究现状，并分析和提出研究中现存的问题。基于图1.1所示，以健康风险评价的四个步骤危害辨识、剂量反应评价、暴露评价和风险表征、风险管理及系统不确定性控制在内的六个方面进行国内外研究综述:

(1)危害辨识。随着工业技术和社会经济的发展，人类制造并排入环境的物质种类迅速增加，能够分析和检测的有害物质数量也日益丰富。虽然人们对环境污染及其对健康损害的关注程度不断加强，但是由于人力、物力、财力和科技水平等诸多方面的制约，已经越来越不可能对环境中的污染物进行全面的治理。同时，化学品毒理学研究成果的积累充分显示了并非所有的污染物都具有相同的人群健康的危害性。因此，对健康危害效应大的污染物进行针对性研究和治理逐渐成为一种有效的环境管理策略。自20世纪中期以来，多个国家、国际组织和地区研究开发了各自的污染物筛选方法，编制了各自的环境优先污染物名录，并应用于环境污染物的管理实践中。[16，55]欧洲共同体、美国、日本、联邦德国、荷兰等国家和组织陆续公布的环境有害物质名录为其环境保护和治理起到了重要的促进作用。我国用短短30多年的时间完成了发达国家上百年的发展道路，取得了经济上的辉煌成就，但由于粗放的发展模式等多方面的原因，也致使我国的生态环境遭受了严重的破坏，导致本应在不同阶段出现的环境问题在短期内集中体现和爆发出来。[55]鉴于此，我国于“七五”期间由国家环保总局主持研究并提出了我国的水中优先控制污染物黑名单(68种)，但是随着时间的推移，我国环境问题的特征已发生了深刻的变化，已有的名录显然不能充分反映当前的环境风险状况和研究水平，也未能涵盖水体、土壤和大气的综合环境体系。[55-56]鉴于国家和世界环境问题的新变化，国家环保总局于2007年启动了《国家污染物环境健康风险名录》的编制工作，在发达国家的名录制定方法的参考下，基于我国的环境污染特点分别于2007—2009年完成了《国家污染物环境健康风险名录》的化学第一分册、24种农药类的第二分册和另外36种农药类的第三分册，这也代表了我国在危害辨识领域的重大进展，为我国政府决策、环境监测、环境应急预案的制定、环境污染事故的应急处理等提供了依据和方法。但经过半个多世纪的发展，名录式管理也逐渐显露出其局限性，早期的名录多是静态式名单，是名录制定之初的环境污染状况、认识水平和管理目标的综合权衡，但是不能反映各因素的长期动态变化，导致不少名录已经不能有效的支撑当前的环境管理工作。其次，早期的名录往往是由单一或少数的地区或国家所编制的，随着对污染物跨界迁移认识的加深，人们已经意识到必须采取流域、区域的联合行动才能有效地应对共同的环境问题。因此，近年危害辨识领域的研究热点主要有:[16，55，57]①开发充分反应污染物的环境迁移、转化特征的新型优先污染物筛选方法；②区域环境中动态的风险名录更新机制的构建；③非职业的低剂量长期暴露的危险性识别等方面。

(2)剂量反应评价。通常有两种剂量反应评价方法，分别为无阈效应(主要指致癌效应)和有阈效应(非致癌健康效应)。下面将分别对这两个研究方向做研究综述:[16，52]①无阈效应(主要指致癌效应)，在此研究领域，鉴于人道主义考虑，大多数致癌化学物采用的是低剂量外推模式来评价人群暴露水平上所致的危险概率。当然多种证据被应用于致癌物质的剂量效应评价，其中包括如果有人类的流行病学资料，首先应以此为依据来估算；在缺少适当的人类临床研究情况下，应使用与人类接近的动物种类的资料，并在从长期的动物研究中，应给予最敏感的生物学可接受资料以求最大的重视程度；所关注的暴露途径资料优先于其他暴露途径；低剂量外推模型的选择；剂量的中间外推；②有阈效应(非致癌健康效应)，在此研究领域，参考剂量(Reference Dose，RfD)是重要的基础参数，其意义为“低于此剂量时，期望不会发生有害效应的危险”。当下一般采用以下方法进行有阈剂量效应反应评价:首先通过文献确定关键毒性效应(即当剂量增加时，在此剂量下，最初出现的有害效应)以及效应不发生的最高剂量(通常称为最高未观察到的有害水平或NOAEL)，而后将NOAEL除以不确定因子即求得安全限值，不确定因子范围为10—1000之间，不确定因子表达的是多种与现有资料有关的内在不确定性。

环境化学品毒性测试的重点是确定人体暴露于毒性化学品的安全水平。目前，该测试已从简单的急性、亚急性测试扩展到充分考虑各种毒性数据，包括急性、亚急性、慢性毒性以及一些特殊的毒性，例如致癌性、诱变性、生殖毒性，以及近来的免疫毒性、神经毒性、皮肤毒性及其他器官测试。除了这些研究以外，对这些化学品的毒性动力学以及其在组织、细胞、亚细胞和受体水平的作用机理研究等相关数据也有望进一步阐明环境化学品的毒性机理并提供人体潜在危害评价的科学参考。近年剂量反应评价领域的研究热点主要有:[58-62]①化学品混合物相互作用下的剂量反应关系；②生物动力学特性研究及生物动力学模型的建立；③毒性机理与毒性动力学的研究；④细胞、亚细胞水平的毒性机理研究。

(3)暴露评价。人体可以通过多种暴露途径而暴露于多种污染物质，而其可大体分为外暴露与内暴露。[54]外暴露是指某种物质与受体接触的浓度，这里的受体可理解为胃肠道上皮、呼吸时的肺部上皮及皮肤接触时的表皮等；内暴露则是指某种物质已经被吸收的量，即已经透过受体进入系统循环的量。[52]生物利用度定义为外部计量中被吸收的比例。此外，谈到暴露就会引出一个非常重要的概念，即暴露场景，其在OECD/IPCS法规中的定义为“关于来源、暴露途径、所涉及的试剂数量或浓度，一级暴露的生物体、系统或(亚)种群(即数量、特征、生长习性)的一系列的条件或假设，从而有助于对特定情况下的暴露评价与量化”。

暴露评价研究主要包括以下几个方面:[54，63-64]①暴露环境的分析表征，即是对普通的环境物理特点和人群特点进行表征，其需要确定区域气候、植被、地下水文学以及地表水等情况，并确定目标受体人群并描述受体人群对应的有关影响暴露的特征，如污染源的位置、人群的活动特征等；同时，也要考虑到当前的受体人群特征和将来的受体人群特征；②暴露途径的分析，其依据污染源位置、释放情况、可能的化学物质多介质环境迁移转化过程，以及潜在暴露人群的位置和活动情况，分析确定每一条暴露途径的暴露点和暴露方式(如皮肤直接吸收、经口摄入等)；③量化暴露，其应对以上确定的每一条途径上的暴露量的大小、暴露频率和暴露持续时间进行定量，主要分为估算暴露浓度和计算摄入量；④估算暴露浓度:确定在暴露时间内化学污染物的污染浓度，一般利用监测数据或化学品环境归趋模型进行估算暴露浓度；⑤计算摄入量:计算在第二步确定的每一暴露途径上特定的化学物暴露量，暴露量以单位时间单位体重与身体暴露的化学物的质量来表示。近年暴露评价领域的研究热点主要有:[16，65-67]①区域流行病学调查和职业受体暴露参数调查；②大气中化学品迁移的机理及质量模型的研究；③水体/沉积物中化学品的迁移机理与模型的研究；④土壤中化学品的迁移机理与模型的研究；⑤化学品的多介质环境归趋机制及其对应综合暴露模型的研究。(www.xing528.com)

(4)风险表征。风险表征可分为两类:[16]①定性的风险表征，其是以半定量的名称，如“可忽略的”、“极微的”、“中等的”或“严重的”叙述风险的程度；②定量的风险表征以数字表达量化风险的大小，定量的风险表征可更直观、有效地表述风险的大小，同时也便于对污染因子的风险进行筛选排序，为决策者提供科学的参考。现国内外的风险表征方法基本都构架在USEPA的风险评价体系骨架之上，其定量的风险表征可分为致癌风险的表征和非致癌风险的表征，最后环境风险表征的结论将为国家、地方和组织级别的各类环境标准或环境管理策略的制定提供科学依据，而环境标准的制定和实施是环境行政的起点和环境管理的重要依据。

(5)风险管理。风险管理过程是由于化学品特定用途或特殊场景的风险关注而引发的。环境风险评价和风险管理关系密切，但其两者过程有所不同，特点是风险管理决策的性质经常影响风险评价的广度和深度，而风险评价又为风险管理提供科学的依据，最后风险管理基于风险评价和法律、政治、社会、经济和技术现状之间的博弈提出合理管控措施。风险管理包括以下工作内容:风险的分类、风险降低措施的确定和风险管理效益分析、风险降低、监测和审查。近年来，风险管理研究的新发展[16，68-70]主要包括:①侧重于风险降低和责任关注，即建立相应的法律法规，将原来主管当局的责任部分转移给制造风险的业界(制造商和进口商与旗下有的用户)；②风险沟通和利益相关者的参与，风险的沟通是环境风险评价与风险管理的纽带，利益相关者的积极参与将有助于确保评价结果和管理行为更好地被理解和被执行；③环境风险评价与管理体系信息平台的整合架构，如何将人类健康、环境生态安全和社会经济等因素综合分析起来一直是本领域的主要趋势之一；④风险认知，由于个人、公众、企业或雇员等对风险(或利益)的认知是各不相同的，并会随时间而变化，故探索出不同的群体对于自身风险的评价或认知惯性有着重要的意义。

(6)系统不确定性分析。风险评价的争议经常围绕着一些分歧，这些分歧所针对的是评价不完整和不确定数据的方法和评价模型的性质、解释和论证。当科学被用于管理目的时，决策者不仅需要知道现有的科学知识，也要了解这些知识中的不确定性部分和空白部分，并区分不确定性和变异性。针对风险评价来说，不准确、不正确的参数、参数变异性、简化模型理论的不完善或不合理、建立的受体暴露情景不合理等都可能引起不确定性。[16，48]Cullen和Frey在1999年将风险评价中的不确定性主要分为参数不确定性、模型不确定性和变异性三类，并被学界广泛接受。[48]由于参数不确定性易于量化研究的特点，故国内外大多研究把不确定性研究的重点放在参数不确定性上，如张应华、梁婕、Babendreier等分别利用Monte-Carlo算法、贝氏Monte-Carlo法、类神经网络Monte-Carlo法和模糊数学等方法在一定程度上对评价中的参数不确定性进行了有效的量化控制，但上述大多研究建立在暂时忽略评价过程中模型不确定性和变异性的影响。王永杰、Moschanders、Karuchit等在研究中发现模型不确定性和变异性对评价结果可信度的影响程度远比远比参数不确定性高，并做了相关定性/半定量分析，但由于二者区别于参数不确定性易于分析与量化的特点，研究进展缓慢。

综上，在美国、欧盟、澳大利亚、加拿大和日本等国家的风险评价制度基础上，参考相关大量文献资料，目前在土壤环境污染物健康风险领域研究中的不足和难点主要集中在以下几个方面:①城镇是人群聚集的中心地带，易出现环境公众危害事件，现国内外关于城镇土壤环境与人群健康问题的研究还不够深入；②在风险评价与管理实践中，如何在有限经济预算下，更高效地获取风险评价与管理所需的区域特征资料仍需要进一步探索；③在健康风险评价的实地采样分析时，现今往往以均匀布点监测为主，这需要相对大量的人力和物力投入，鉴于土壤环境状态的显著时空变化性，故需要探索更高效的布点采样方法；④大量研究表明土壤中重金属赋存形态可以更真实地表征土壤重金属的生物可利用性和迁移性，因此如何将重金属形态参数有机地嵌入经典的重金属总量评价模型需要进一步研究并在实践中加以验证；⑤健康风险评价中不同受体人群暴露途径的科学识别是决定风险评价可信度的关键，现有研究中多数以问卷调查或理论分析假设来作为评价依据，但这两种方法分别有着高成本或高不确定性的缺点，故寻找较低成本、较高可信度的暴露途径分析确定方法成为新的研究方向；⑥在现国内外实行的风险评价制度中，多数都仅对评价过程中的参数不确定性控制做了相关规定，但评价过程中的不确定性还包括模型不确定性和变异性，有研究表明模型不确定性或变异性对评价结果的可信度影响较参数不确定性高，但由于其两者区别于参数不确定性的特点，研究进展缓慢；⑦当前研究中多数的污染物来源解析仅仅是对区域污染物含量数据的多元统计分析，但鉴于城镇污染的多元复杂性，单一的污染数据统计分析常常受限于污染数据的量与质，显然不能全面地反映问题，故需要基于生态环境-人群健康-社会经济的综合考虑下，更深入地研究风险来源相关性，这样才能更帮助决策者做出更合理、准确的风险管理决策；⑧当前健康风险评价过程中利益相关者的参与权、话语权存在明显的不平等性，如何将环境公平的理念嵌入环境风险评价体系中，并发展出现实可行的技术方法成为研究的新方向。

综上，本书旨在通过对国内外城镇土壤重金属污染评价、健康风险评价和管理理论、系统不确定性控制理论的研究演进及现存不足的综合分析，借助3S技术、模糊数学、随机理论、多元统计分析和健康风险模型等技术手段，探索和发展科学、高效地评价和管理城镇土壤重金属健康风险的新模型和新方法，并在良好的不确定性控制下尝试整合这些方法建立起一套可操作性强的城镇土壤环境重金属层次风险评价与量化管理体系，以期为国内外城镇土壤重金属健康风险的优化管控工作提供关键技术支撑和实践经验。